靴帶式開關

2 ,

2

clkB peak DD

P P switch

V V C

C C C

 

 

(3-1)式中的C_P為節點A，C₂上板處對地的寄生電容，而C_P,switch為連接之開關 的閘極寄生電容。為了降低可能發生的電荷共享(charge sharing)及閂鎖(latch-up) 現象，電晶體M_P3的基板(bulk)必須有不同的偏壓。因此，時脈增強電路可解決開 關無法完全導通的問題，然而對奈米製程的電路來說，會有可靠度的問題。在長 時使用較高驅動電壓，容易造成開關使用壽命的縮短，甚至造成開關之閘極的毀 損，以及功率消耗的增加等等的問題，間接造成電路無法持續運作。

3.3 靴帶式開關

解決開關於低電壓難以導通，靴帶式開關為另一種有效的方法，如圖 3-7 所 描繪。時脈信號 clk2 為高電位時，電路上半部形成一迴路對電容 C_b預先充電並 儲存 V_DD之電壓差，此時節點 G 為零電位並關閉電晶體 M_S開關。時脈相位改變

時，高電位的 clk1 開啟開關，節點 G 將順著電路下半迴路提升至 V_in+V_DD的電位，

即開關開始運作。節點 G 的電位將隨輸入信號 V_in值而更動，並且在開關啟動後 的任何時間點，電晶體 M_S的閘極至源極電位差恆為 V_DD，也就是說 NMOS 開關 的驅動電壓 V_GS為定值，如圖 3-8 信號暫態。此技術最大優點即為提供一個固定 的轉導，避免開關阻抗與輸入信號相依的問題，諧波失真因而降低。

clk1

clk2 clk2

clk1 clk2 Cb

MS

G

V

V

V

clk1 clk2

圖 3-7 靴帶式開關

V

V

V

圖 3-8 信號暫態圖

3.3.1 以靴帶式開關實現之取樣保持電路

靴帶式開關是另一種可以解決開關無法有效導通的方法，如圖 3-9，其中 C_S 為取樣電容，M_NSW為取樣開關。其工作原理是將 C_b預充一個 V_DD的電壓值，開 關在取樣時會有良好的線性度，讓 M_NSW導通後能維持足夠的驅動能力，取樣訊 號也因此減少失真度。

以時脈信號 clk1 及 clk2 做暫態分析，當 clk2 為高電位時，開關 M_N3及 M_P4 導通，將電容充電至 V_DD。同時 clk2 也導通開關 M_N5，零電位信號將藉由 M_NT5

傳遞到節點 G 並關閉取樣開關 M_NSW，信號保持在初始狀態。當 clk1 為高電位時，

信號 clk1 期間 M_P4可確實被關閉，但缺乏起始電晶體 M_N6S，所有開關的動作將 停止。另外，當節點 A 的電位為 V_DD時，電晶體 M_N6S將截止，此時的 M_P2閘極 E 與源極 B 會有一個-2V_DD的壓降，故在節點 A 與 E 間加入 M_N6將有效的改善此 電壓差距，約可降為-V_DD。而電晶體 M_NT5的串接，是為了在時脈信號 clk1 於高 電位時，避免 M_N5的閘極與汲極之電壓差達到 2V_DD。圖 3-10 為 1.0-V 的供應電 壓下，輸入信號 20.05-kHz 及取樣頻率 200-kHz 之靴帶式開關暫態模擬，由圖中 可觀察在時脈信號 clk1 時，節點 G 與 V_in維持一個供應電壓 V_DD的電壓差，圖 3-11。

圖 3-10 靴帶式開關暫態模擬圖

圖 3-11 節點 G 與 Vin 維持一個供應電壓 VDD

圖 3-12 輸入信號 200-kHz，取樣頻率 20.05-kHz 之頻譜