ИТМиВТ - Институт точной механики и вычислительной техники С. А. Лебедева РАН
Институт точной механики и вычислительной техники им. С. А. Лебедева РАН - научно-исследовательский институт в области информационных технологий, вычислительной техники и микроэлектроники
English
Главная страница Контактная информация Карта сайта и поиск
Об институте Решения Проекты Образование

Сравнительный анализ вариантов схемотехнической реализации аналоговых ключей по субмикронной КМОП технологии

А.С. Гуменюк, Ю.И. Бочаров
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

Рассмотрены пять вариантов схемотехнической реализации аналоговых КМОП ключей по субмикронной технологии с проектными нормами 0,18 мкм. Приведены их основные параметры, полученные в результате моделирования с применением САПР Cadence Virtuoso и технологических библиотек компании UMC.

Спектр применений аналоговых ключей очень широк: от простых аналоговых схем до сложных аналого-цифровых БИС класса система-на-кристалле [1]. Актуальным представляется анализ некоторых типовых, наиболее часто используемых конфигураций ключей с учетом специфики их реализации по субмикронной технологии. На рис. 1 представлены схемы исследуемых ключей. Транзисторы из технологической библиотеки компании UMC: длина канала 0,18 мкм, ширина канала nМОП — 4 мкм, pМОП — 10 мкм. Моделирование в среде Cadence Virtuoso Schematics при напряжении питания 1,8 В и следующих параметрах нагрузки — емкость 1 пФ, сопротивление — 100 кОм.

Рис. 1. Cхемы аналоговых ключей: пМОП (A), КМОП (B), пМОП с вольтодобавкой (C), пМОП с компенсацией инжекции (D), КМОП с компенсацией инжекции (E).

В схеме с вольтодобавкой при закрытом состоянии ключа конденсатор заряжается до напряжения питания, а в открытом состоянии он подключается между затвором и истоком ключевого транзистора [2]. Диапазон входных напряжений такой схемы соответствует напряжению питания, также как у схем на КМОП ключах (табл. 1). Диапазон входных напряжений для обычных nМОП ключей ограничен погрешностью из-за изменения сопротивления канала. В табл. 1 верхняя граница соответствует максимальной ошибке передачи в 1%. Инжекция заряда из цепи управления через паразитные емкости в нагрузку определялась как среднее изменение заряда на емкости нагрузки в момент открытия ключа с заземленным входом.

Таблица 1. Основные параметры аналоговых КМОП ключей

Параметры

Обозначения на рис. 1

A

B

C

D

E

Число транзисторов

1

2

10

2

6

Число конденсаторов

0

0

1

0

0

Диапазон входных напряжений (В)

0—1,0

0—1,8

0—1,8

0—1,0

0—1,8

Предельная частота (ГГц)

0,83

1,39

1,15

0,83

1,27

Максимальное сопротивление
открытого ключа (Ом)

990

729

188

990

470

Максимальная ошибка (%)

1,0

0,36

0,31

1,0

0,47

Инжекция заряда (аКл)

369

21

142

13

5

Область применения простых nМОП ключей (A и D) ограничена устройствами низкой точности или схемами с уровнями рабочих напряжений близкими к нулю. КМОП ключи (B и E) могут применяться в схемах с широким диапазоном входных сигналов за исключением устройств с повышенными требованиями к точности. Ключ вольтодобавкой (С) характеризуется наименьшей величиной сопротивления и модуляции сопротивления в открытом состоянии. Величина инжекции заряда для всех субмикронных ключей настолько мала, что при значениях емкости нагрузки более 1 пФ ее учет становится необходимым лишь при проектировании устройств с погрешностью менее 0,05%.

Список литературы

  1. Эннс В. И., Кобзев Ю. М. Проектирование аналоговых КМОП-микросхем. М.: Горячая линия-Телеком. 2005.
  2. Dessouky M., Kaiser  A. Very Low-Voltage Digital Audio Modulator with 88-dB Dynamic Range Using Local Switch Bootstrapping. — IEEE  J. Solid-State Circuits. V. 36, N 3, 2001, p.349—355.

 

УДК 621.382(06) Микроэлектроника

ISBN 5-7262-0633-9. Научная сессия МИФИ-2006. Том 1

© 1948—2016 «ИТМиВТ»
Версия для печати Контактная информация