金氧半類比開關中電荷注入效應的特性量測分析及補償電路設計

Abstract

在本論文中，對於金氧半類比開關在關閉時由於電荷注入效應所產生的誤 差電壓，作深入的分析、模擬、建立新的模型。並根據對虛擬電晶體及米 勒回饋電容的分析，提出了兩種對電荷注入效應具有相當免疫力的技巧。 首先，根據實驗及模擬的證實，我們發現了電荷注入效應中一個新的成份 ，這個成份是電晶體操作在弱反置區域中的通道電荷，注入到保持電容所 造成的。在本論文中，我們建立了電晶體操作在弱反置區域中通道電荷的 新式模型。當超大型積體電路技術繼續精進發展，功率消耗的問題越來越 重要。我們藉著測量測試電路及二維元件電路模擬軟體，探討金氧半類比 開關在低電源電壓下，電荷注入效應的影響。積體電路可能會在不同的溫 度下操作。因此、我們也探討了電荷注入效應與溫度的關係。除了探討金 氧半類比開關在關閉時所產生的電荷注入效應外，如何精確控制並設計補 償電路，乃非常重要。在虛擬電晶體的補償技巧中，我們提出了解析式規 範。除了虛擬電晶體補償技術外，我們也介紹了一個以米勒效應為基礎， 簡單且高速的取樣保持電路，簡化的方法乃是將原本於米勒回饋電路中的 運算放大器改成一個 CMOS 反相器。 This work presents extensively not only the characterization, simulation, and modeling of the error voltage due to charge injection in an analog MOS switch, but also two compensation techniques employing the dummy transistor and Miller feedback capacitance. Based on the experimental analog MOS switches, the work reports a new observation of the charge injection due to channel charges in weak inversion region. In this work, we propose a new model for the error voltage arising from the channel charges in weak inversion. Charge injection in MOSFET analog switches operated at reduced supply voltages has first been examined. The dependence of the error voltage due to charge injection upon the tempera- ture is important and is for the first time reported in the work. We derived an analytic guideline for the dummy transistor in efficiently compensating the error voltage. In addition to the dummy transistor compensation technique, a new compact high speed Miller- capacitance based sampled-and- hold circuit has been proposed.