專利名稱：用于低失真可編程增益放大器的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)總體描述了一種可編程增益放大器，更具體而言描述了一種低噪聲、動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其用于包括但不限于具有利用高電壓、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的離散可控增益設(shè)置的低失真可編程增益放大器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
低失真可編程增益放大器具有許多應(yīng)用。例如，它們用于處理模擬音頻信號(hào)，其中保持信號(hào)的完整性很重要。圖1中示出了一種現(xiàn)有技術(shù)低失真可編程增益放大器的實(shí)施。 可以是AC或DC的輸入信號(hào)被施加到輸入端VIN。輸出信號(hào)出現(xiàn)在輸出端VOTT。在該實(shí)施例中，高增益運(yùn)算放大器A1被配置成同相放大器。這種配置對(duì)于反相配置的低噪聲應(yīng)用是優(yōu)選的，這是因?yàn)榉答伨W(wǎng)絡(luò)可以生成低阻抗來(lái)使得它的熱噪聲貢獻(xiàn)最小化，而不危及放大器的輸入阻抗，其可以經(jīng)由電阻器獨(dú)立設(shè)置。運(yùn)算放大器A1周圍的反饋網(wǎng)絡(luò)通過(guò)選擇性地控制相應(yīng)的電子開(kāi)關(guān)元件S1到、，被分接到多個(gè)點(diǎn)中的任意一個(gè)。這些開(kāi)關(guān)元件典型地均由互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件構(gòu)成?？刂菩盘?hào)(&到(；)通過(guò)導(dǎo)通相關(guān)的開(kāi)關(guān)來(lái)選擇期望的增益。這種方案的優(yōu)點(diǎn)在于由輸入電壓中的變化引起的電子開(kāi)到、的導(dǎo)通電阻的變化不會(huì)影響輸出信號(hào)的線性，這是因?yàn)闆](méi)有信號(hào)電流流經(jīng)這些開(kāi)關(guān)。這使得失真最小化，只要電子開(kāi)關(guān)S1到Sn中的一個(gè)且僅一個(gè)在任何一個(gè)時(shí)刻即時(shí)導(dǎo)通。然而，這些開(kāi)關(guān)中的每一個(gè)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻向放大器的總輸入噪聲貢獻(xiàn)了熱噪聲。降低CMOS電子開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻(并由此減少放大器的輸入噪聲)的一種方式為增加組成開(kāi)關(guān)的CMOS器件的物理寬度。然而，在集成電路中，開(kāi)關(guān)的寬度的增加導(dǎo)致了增加的芯片面積。由于圖1中示出的方法對(duì)每個(gè)期望的增益設(shè)置都需要一個(gè)開(kāi)關(guān)，由集成電路中的開(kāi)關(guān)所占用的必需面積可能是重大的問(wèn)題。CMOS電子開(kāi)關(guān)的另一方面在于現(xiàn)代CMOS工藝通常不允許在開(kāi)關(guān)的柵級(jí)與溝道 (源極與漏極)之間施加大電壓，即使對(duì)于所謂的“高電壓”CMOS工藝。這能夠限制可以由 CMOS電子開(kāi)關(guān)切換的模擬電壓，因而限制最大的模擬電壓Vin，所述模擬電壓Vin可以被施加到開(kāi)關(guān)的輸入端。
因此，期望提供一種用于低失真可編程增益放大器的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器，其克服或至少基本減少前述缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于切換時(shí)變輸入信號(hào)的開(kāi)關(guān)電路。所述開(kāi)關(guān)電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，其包括N溝道MOSFET和P溝道M0SFET，均具有被配置為接收用于改變開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的柵極；以及驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成選擇性施加用于改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成生成作為下述內(nèi)容的函數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(a)足夠改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)DC信號(hào)分量，以及(b)作為出現(xiàn)在每個(gè)MOSFET的源極端子上的信號(hào)的至少部分復(fù)制的一對(duì)變化信號(hào)分量，使得當(dāng)分別向η溝道MOSFET和ρ溝道MOSFET的柵極施加DC 信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)將處于保持開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)并且將每個(gè)MOSFET的柵極一源極電壓保持在MOSFET的柵極一源極擊穿限制內(nèi)的適當(dāng)水平。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種切換時(shí)變輸入信號(hào)的方法采用包括N溝道MOSFET和 P溝道MOSFET的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，所述N溝道MOSFET和P溝道MOSFET均具有被配置成接收用于改變開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的柵極。所述方法包括通過(guò)生成作為下述內(nèi)容的函數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(a)足夠改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)DC信號(hào)分量，以及 (b)作為出現(xiàn)在每個(gè)MOSFET的源極端子上的信號(hào)的至少部分復(fù)制的一對(duì)時(shí)變信號(hào)分量，來(lái)選擇性施加用于改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得當(dāng)分別向η溝道MOSFET 和ρ溝道MOSFET的柵極施加DC信號(hào)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)將處于保持所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)并且將每個(gè)MOSFET的柵極一源極電壓保持在MOSFET的柵極一源極擊穿限制內(nèi)的適當(dāng)水平。盡管此處參考了切換“Ac信號(hào)”，但是應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)“Ac信號(hào)”并不意味著被限制于返回到接地(沒(méi)有DC分量)的信號(hào)，而是還包括其幅值隨時(shí)間變化的任意時(shí)變信號(hào)，并且能夠包括任一極性的DC信號(hào)，以及其幅值可以包括DC分量以便隨著時(shí)間推移包括兩個(gè)極性的信號(hào)


參考附圖，其中具有相同附圖標(biāo)記的元件由始至終代表相同的元件，并且其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)的低失真可編程增益放大器的實(shí)施方式的部分示意的部分方框圖；圖2是根據(jù)共同未決申請(qǐng)所描述的以及在這里進(jìn)一步描述的教導(dǎo)所構(gòu)建的更節(jié)約面積的單端放大器的一個(gè)實(shí)施例的部分示意的部分方框圖；圖3是可以被用作圖2實(shí)施例中所示的每一個(gè)開(kāi)關(guān)的CMOS傳輸柵極的部分示意的部分方框圖；圖4是用于圖2中示出的開(kāi)關(guān)柵極Sfl 、的示例關(guān)斷一電壓波形的幅值一時(shí)間示意圖；圖5是用于圖2中示出的開(kāi)關(guān)柵極、 SFn的示例導(dǎo)通一電壓波形的幅值一時(shí)間示意圖6是用于圖2中示出的開(kāi)關(guān)柵極S1 &的示例導(dǎo)通一電壓波形的幅值一時(shí)間示意圖；圖7是用于圖2中示出的開(kāi)關(guān)柵極S1 &的示例關(guān)閉一電壓波形的幅值一時(shí)間示意圖；圖8是可以被用于操作在共同未決申請(qǐng)中所描述的類型的放大器、例如圖2中所示出的放大器的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)施例的方框圖；圖9是可以被實(shí)施作為圖8中示出的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的一部分、用于操作圖3中示出的CMOS傳輸柵極的N溝道MOSFET的N溝道柵極驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；以及圖10是可以被實(shí)施作為圖8中示出的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的一部分、用于操作圖3中示出的CMOS傳輸柵極的P溝道MOSFET的P溝道柵極驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式在附圖中，圖2是在共同未決申請(qǐng)中描述的更節(jié)約面積的可編程增益放大器的實(shí)施例的示意圖。高增益運(yùn)算放大器A1被配置為同相放大器，輸入電壓Vin被施加到放大器的同相輸入端。電阻器Rin基本設(shè)定了放大器的輸入阻抗。電阻器R1到Rn+1串聯(lián)連接在放大器A1的輸出端與系統(tǒng)接地端或參考節(jié)點(diǎn)之間，并且包括經(jīng)由一系列分立的分壓器提供反饋的中心抽頭電阻器串，所述分立的分壓器經(jīng)由電子開(kāi)關(guān)S1到、來(lái)選擇。控制信號(hào)Ca到 Ccm用于通過(guò)打開(kāi)電子開(kāi)關(guān)S1到、中的相應(yīng)一個(gè)來(lái)選擇一系列單獨(dú)的閉環(huán)增益設(shè)置中的一個(gè)，以使得沿著中心抽頭電阻器串的單個(gè)點(diǎn)連接到放大器Al的反相輸入端。此外，電阻器 Rfi到Rfm中的一個(gè)或多個(gè)在它們經(jīng)由電子開(kāi)關(guān)、到^11與電阻器R1并聯(lián)連接時(shí)修改閉環(huán)增益?？刂菩盘?hào)Cfi到Cfm分別確定開(kāi)關(guān)、到Sfm的狀態(tài)，選擇性打開(kāi)它們中的一個(gè)或多個(gè)以將那些電阻器Rfi到Rfm(相應(yīng)的開(kāi)關(guān)$已經(jīng)為其打開(kāi))與電阻器R1并聯(lián)連接。電子開(kāi)關(guān)S1到、以及、和SFM均包括CMOS傳輸柵極。如圖3中所示的，這種傳輸柵極包括并聯(lián)的N溝道MOS晶體管和P溝道MOS晶體管。P溝道MOSFET Ma的一個(gè)源極一漏極端子連接到N溝道MOSFET Mb的一個(gè)源極一漏極端子。的剩余源極一漏極端子也連接到一起。在操作中，P溝道MOSFET Ma的主體連接被連接到電壓Vdd，其正性大于任一個(gè)P溝道MOSFET Ma的源極一漏極端子上的最大期望電壓。N溝道MOSFET Mb的主體連接被連接到電壓Vss，其負(fù)性大于任一個(gè)N溝道MOSFET Mb的源極一漏極端子上的最大期望電壓。這些通常是與包含這些開(kāi)關(guān)中的一個(gè)或多個(gè)的集成電路一起使用的正電源電壓和負(fù)電源電壓。每個(gè)傳輸柵極的狀態(tài)的控制經(jīng)由兩個(gè)MOSFET的柵極端子來(lái)實(shí)現(xiàn)。更具體而言，當(dāng)使得P溝道MOSFET Ma的柵極相對(duì)于其源極一漏極端子足夠負(fù)，且使N溝道MOSFET Mb的柵極相對(duì)于其源極一漏極端子足夠正時(shí)，可以認(rèn)為兩器件工作在三極管區(qū)域，且由兩個(gè)源極一漏極端子SD1與之間的相對(duì)低的阻抗進(jìn)行表征。每個(gè)器件的源極一漏極端子之間的這一阻抗通常被稱為導(dǎo)通阻抗(由此限定器件的導(dǎo)通狀態(tài))，并且由下面的方程近似表示
其中，μ是溝道中的載流子的遷移率，Cox是每單位面積的柵極電容，W和L分別為溝道的寬度和長(zhǎng)度，Ves為柵極一源極電壓，以及Vt為閾值電壓(閾值電壓是高于其值就出現(xiàn)溝道時(shí)的柵極一源極電壓，)；以及Veff為有效的柵極一源極電壓Ves-Vt。根據(jù)方程(1)，很顯然，減小導(dǎo)通阻抗需要增加的載流子遷移率、增加的每單位面積的柵極電容、增加的柵極寬度、減小的柵極長(zhǎng)度、和/或增加的有效的柵極一源極電壓的某些組合。通過(guò)調(diào)整源極和柵極區(qū)域中的摻雜濃度，載流子遷移率可以在有限的范圍上調(diào)整(在室溫下，對(duì)于電子大約為20 1，而對(duì)于空穴為10 1)。然而，在源極和漏極中增加摻雜濃度降低了擊穿電壓，其減小了在開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)可被施加的信號(hào)電壓。增加的每單位面積的柵極電容需要更薄的柵極氧化物。減小柵極氧化物的厚度減小了柵極一源極擊穿電壓，因此可能危害傳輸柵極處理大信號(hào)電壓的能力。由于MOS開(kāi)關(guān)的許多應(yīng)用涉及 DC信號(hào)，而不是AC信號(hào)，高電壓CMOS工藝通常用較低的柵極一源極擊穿電壓來(lái)交換，較低的柵極一源極擊穿電壓由較薄的柵極氧化物導(dǎo)致以用于所帶來(lái)的較低的導(dǎo)通阻抗。生成的器件表現(xiàn)出比漏極一源極擊穿電壓低的柵極一源極擊穿電壓。對(duì)于源極保持在固定的電壓且所切換的負(fù)載與漏極串聯(lián)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，柵極一源極電壓可以容易地被限制到達(dá)到器件的最小導(dǎo)通阻抗所需要的Vrff，此處，它不再由方程(1)所控制，而是由其它歐姆電阻所限制。 這里所描述的改進(jìn)允許使用這種器件來(lái)切換超過(guò)柵極一源極擊穿電壓的變換電壓。再次參考圖2，增益控制開(kāi)關(guān)、到SFM(在下文中稱為“SFi”開(kāi)關(guān))將被暴露于相應(yīng)于圖3中所示類型的CMOS開(kāi)關(guān)的源極一漏極端子的標(biāo)示為2和3的端子上的信號(hào)電壓。 當(dāng)這些開(kāi)關(guān)中的任一個(gè)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，圖2中標(biāo)示為端子3的開(kāi)關(guān)的一側(cè)，將與放大器A1 的輸出電壓Vot處于相同的電壓。圖2中標(biāo)示為端子2的開(kāi)關(guān)的另一側(cè)，將處于與Vot的一部分相等的電壓，所述Vot的一部分通過(guò)其它、開(kāi)關(guān)的設(shè)置以及由隊(duì)到Rn+1的電阻器串所提供的分壓來(lái)確定。該電壓在圖2中標(biāo)示為義。通過(guò)定義，圖3中的CMOS開(kāi)關(guān)的N溝道MOSFET的源極端子為處于更負(fù)的電勢(shì)的端子，而N溝道MOSFET的漏極端子為處于更正的電勢(shì)的端子。為了將N溝道MOSFET保持在關(guān)斷狀態(tài)，柵極電壓必須小于或等于源極電壓。類似地，圖3中的P溝道MOSFET的源極端子被限定為兩個(gè)源極一漏極端子中更正的一個(gè)，而P溝道MOSFET的漏極端子為兩個(gè)中更負(fù)的一個(gè)。為了將P溝道MOSFET保持在截止?fàn)顟B(tài)，P溝道MOSFET上的柵極端子電壓必須大于或等于源極電壓。如果在柵極一源極擊穿電壓等于或大于源極一漏極電壓的工藝中制造開(kāi)關(guān)，關(guān)斷 CMOS開(kāi)關(guān)的習(xí)慣作法是將N溝道MOSFET的柵極連接到施加到集成電路上的最負(fù)的電源電壓上，而將P溝道MOSFET的柵極連接到施加到集成電路上的最正的電源電壓上，以確保兩個(gè)MOSFET對(duì)于電源范圍內(nèi)的任何可能信號(hào)電壓都保持截止。然而，對(duì)于上述高電壓CMOS工藝，其中，柵極一源極擊穿電壓基本上小于源極一漏極擊穿電壓，該作法能夠?qū)е聳艠O氧化物的擊穿并且對(duì)器件造成損害。在一個(gè)實(shí)施例的示例中，在高壓CMOS工藝中制造CMOS開(kāi)關(guān)，其中N溝道和P溝道器件中的每一個(gè)的源極一漏極擊穿電壓超過(guò)40V，而器件中的每一個(gè)的柵極一源極擊穿電壓為20V。在示例中使用的典型電源電壓為+15V和-15V。Vin和Vott處的信號(hào)電壓可以處于由這些電壓所限定的范圍內(nèi)的任何處。例如，如果N溝道MOSFET的柵極被連接到-15V以便將其截止，V1處大于+5V 的電壓使得柵極一源極電壓超過(guò)N溝道MOSFET的最大柵極一源極額定電壓。類似地,V1處的電壓小于-5V使得P溝道MOSFET的柵極一源極電壓超過(guò)它的最大額定電壓。為了使兩個(gè)MOSFET都保持在截止?fàn)顟B(tài)，而同時(shí)不違反最大柵極源極電壓，柵極驅(qū)動(dòng)電路可以用于將N溝道MOSFET柵極電壓一直保持在或稍稍低于源極電壓。用于圖2中的SFi開(kāi)關(guān)中的N溝道MOSFET的源極電壓將小于V1和VQUT。用于圖2中的SFi開(kāi)關(guān)的P溝道MOSFET的源極電壓將大于V1和VQUT。因此，N溝道MOSFET的柵極電壓在截止?fàn)顟B(tài)利用稍低于小于V1和Vott的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，而P溝道MOSFET的柵極利用稍微高于大于V1和Vott的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖4中所示的。在圖4中，Vottn由此是能夠?qū)溝道MOSFET保持在截止?fàn)顟B(tài)的柵極電壓，而Vqffp是能夠?qū)溝道MOSFET保持在截止?fàn)顟B(tài)的優(yōu)選柵極電壓。再次參考圖2，每當(dāng)SFi開(kāi)關(guān)被導(dǎo)通時(shí)，用于那個(gè)開(kāi)關(guān)的兩個(gè)MOSFET的源極電壓和漏極電壓將近似處于義。為了將那個(gè)開(kāi)關(guān)的兩個(gè)MOSFET都保持在導(dǎo)通狀態(tài)，NMOS器件的柵極一源極電壓必須保持足夠地正，以提供所期望的導(dǎo)通阻抗，而PMOS器件的柵極一源極出于相同原因必須保持足夠地負(fù)。在利用低電源電壓的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)中，這典型地通過(guò)將 NMOS的柵極連接到基本等于正電源電壓的電壓來(lái)進(jìn)行，而PMOS的柵極連接到基本等于負(fù)電源電壓的電壓。然而，為了容納超過(guò)柵極一源極擊穿電壓的信號(hào)電壓，到基本等于正或負(fù)電源電壓的簡(jiǎn)單連接是不可能的。為了防止柵極氧化物的擊穿，NMOS器件的柵極一源極電壓優(yōu)選保持等于V1加上足夠的正偏移，以確保低的導(dǎo)通阻抗。同樣地，PMOS器件的柵極一源極電壓優(yōu)選保持等于V1加上足夠的負(fù)偏移以確保低的導(dǎo)通阻抗。圖5中對(duì)此進(jìn)行了說(shuō)明，其示出了信號(hào)電壓V1、以及被施加以使NMOS器件保持在導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓VOT、以及被施加以使PMOS器件保持在導(dǎo)通狀態(tài)的柵極電壓Vwp的示例。由于每個(gè)器件的柵極一源極電壓基本隨著信號(hào)電壓的變化保持不變，由伴隨信號(hào)電壓的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通阻抗中的變化導(dǎo)致的任何失真貢獻(xiàn)被最小化。在一個(gè)實(shí)施例的示例中，V1與Vmn之間的偏移電壓大約為+9V，而V1與Vwp 之間的偏移電壓大約為-9V。圖2中的增益控制開(kāi)關(guān)S1到Sn需要免于損害柵極一源極電壓的類似保護(hù)。如在共同未決申請(qǐng)中所描述的，通過(guò)一次僅導(dǎo)通這些開(kāi)關(guān)中的一個(gè)來(lái)利用開(kāi)關(guān)S1到、，這使得由于伴隨著信號(hào)電壓的導(dǎo)通阻抗中的變化而導(dǎo)致的來(lái)自于開(kāi)關(guān)的任何失真作用最小化。因此，只要放大器A1工作在它的線性區(qū)域，被導(dǎo)通的開(kāi)關(guān)將在兩個(gè)MOSFET的源極和柵極上具有輸入信號(hào)電壓VIN。其余的增益控制開(kāi)關(guān)S1到、將在圖2的端子3上看到該相同的電壓。 圖2中標(biāo)示為2的這些開(kāi)關(guān)的端子將處于與通過(guò)SFi開(kāi)關(guān)的設(shè)定以及由電阻器串R到Rn+所提供的分壓所確定的Vot的一部分相等的電壓。在圖2中這些電壓被標(biāo)示為V1到VN。如上所述，對(duì)于開(kāi)關(guān)、到^11來(lái)說(shuō)，在一個(gè)示例中，構(gòu)成開(kāi)關(guān)S1到Sn的NMOS和 PMOS器件的柵極一源極擊穿電壓的大小為20V，以及用于運(yùn)算放大器A1的典型的電源電壓為+15V和-15V。如果為了將所期望的開(kāi)關(guān)S1到、保持在導(dǎo)通狀態(tài)，NMOS器件中的每一個(gè)的柵極被連接到+15V而PMOS器件中的每一個(gè)的柵極被連接到-15V，那么處于超過(guò)+5V 或-5V的端子Vin的輸出信號(hào)電壓將會(huì)開(kāi)關(guān)中的器件上的最大柵極一源極電壓。類似地，當(dāng)利用開(kāi)關(guān)、到^11時(shí)，為了保護(hù)不會(huì)超過(guò)最大的柵極一源極電壓，用于開(kāi)關(guān)S1到Sn的NMOS柵極一源極電壓優(yōu)選保持等于運(yùn)算放大器A1的反相輸入端處的電壓加上足夠的正偏移以確保低的導(dǎo)通阻抗。類似地，用于開(kāi)關(guān)S1到Sn的PMOS柵極一源極電壓優(yōu)選保持等于運(yùn)算放大器A1的反相輸入端處的電壓加上足夠的負(fù)偏移以確保低的導(dǎo)通阻抗。在圖6中對(duì)此進(jìn)行了說(shuō)明，其示出了運(yùn)算放大器A1的反相輸入電壓VIN_、以及使NMOS器件保持在導(dǎo)通狀態(tài)的優(yōu)選柵極電壓VM、以及使PMOS器件保持在導(dǎo)通狀態(tài)的優(yōu)選柵極電壓Vonp的示例。在所示出的實(shí)施例的一個(gè)示例中，Vin與Vcm之間的偏移電壓大約為+9V，而Vin與Vwp之間的偏移電壓大約為-9V。如果柵極被驅(qū)動(dòng)到電源電壓以使MOSFET保持在截止?fàn)顟B(tài)，在關(guān)斷的那些開(kāi)關(guān)S1 到Sn中的MOSFET也可潛在地暴露于過(guò)量的柵極一源極電壓。具體而言，即使處于最高的增益設(shè)置(典型地在圖2中的開(kāi)關(guān)、被導(dǎo)通時(shí)獲得)，開(kāi)關(guān)S1到Sn可被暴露于在兩個(gè)信號(hào)端子上的較大電壓擺動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)這個(gè)的一種方式為，如果運(yùn)算放大器A1具有現(xiàn)有技術(shù)中已知的類型，其包括不受過(guò)量差分輸入電壓影響的保護(hù)，例如這些包括它們輸入端子兩端的反向二極管。在這種情形中，運(yùn)算放大器A1的反相和同相輸入端將決不超過(guò)1伏特的差別。因此，端子VIN_處的較大輸入電壓將大部分被反映到反相輸入端。在高增益設(shè)置處，這種較大的輸入電壓將使得運(yùn)算放大器A1的輸出端箝位在典型地位于幾伏特或小于電源電壓內(nèi)的最大可能的輸出電壓，而高的輸入信號(hào)電平本身使得較大的輸入電壓出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)S1 到Sn的端子3處。因此，這些開(kāi)關(guān)S1到Sim中的每一個(gè)可以被暴露于接近于兩個(gè)信號(hào)端子 0和3)上的電源電壓中的任何一個(gè)的信號(hào)電壓。如上所述，對(duì)于增益控制開(kāi)關(guān)$到Sfm，用于將N溝道MOSFET保持在截止?fàn)顟B(tài)而不違背最大柵極一源極電壓的最佳柵極電壓為等于或稍小于源極電壓的電壓。對(duì)于增益控制開(kāi)關(guān)S1到、中的N溝道M0SFET，源極電壓將小于運(yùn)算放大器A1的反相輸入端處的電壓 (VinJ和開(kāi)關(guān)另一側(cè)處的電壓(對(duì)于開(kāi)關(guān)Sn為Vn)。類似地，對(duì)于處于截止?fàn)顟B(tài)的P溝道 MOSFET的最佳柵極電壓將等于或稍大于源極電壓，其將大于VIN_或開(kāi)關(guān)Sn的VN。圖7中示出了這些波形。圖8是示出了用于為N溝道和P溝道MOSFET的傳輸柵極生成柵極控制電壓的電路的一個(gè)實(shí)施例的部分示意圖以及部分方框圖。參考圖8，CMOS傳輸柵極包括MOSFET MjP Mb。出現(xiàn)在輸入端SDl及SD2并且被施加到源極一漏極端子SD1及SD2的信號(hào)電壓Vsdi及 Vsd2，還分別由單位增益放大器Buffer1和Buffer2來(lái)緩沖，以阻止增益控制網(wǎng)絡(luò)(圖2中示出了其實(shí)施例，如包括電阻器Rl到RN+1和Rl到RFM)的任何負(fù)載。放大器Buffer1的輸出端被連接到偏移電壓源Vffil的負(fù)端子、偏移電壓源Vre2的正端子、“小于或等于”塊Block1的第一輸入端以及“大于或等于”塊BlocIc2的第一輸入端，所有這些構(gòu)成開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路SDC。 因此，電壓源V⑹的正端子處的電壓Vwn將等于端子SD1處的電壓加上通過(guò)由V⑹提供的電壓所確定的正偏移。如果如上所述適當(dāng)選擇偏移電壓Vffil,那么根據(jù)本公開(kāi)，電壓Vwn將是使N溝道MOSFET Mb保持在導(dǎo)通狀態(tài)的適當(dāng)柵極電壓。類似地，電壓源負(fù)端子處的電壓Vtw將等于端子SD1處的電壓加上通過(guò)由Vre2提供的電壓所確定的負(fù)偏移。如果如上所述適當(dāng)選擇偏移電壓Vqs2，那么電壓Vqnp將是使P溝道MOSFET Ma保持在導(dǎo)通狀態(tài)的適當(dāng)柵極電壓。放大器Buffer2的輸出端被連接到“小于或等于”塊Block1的第二輸入端以及“大于或等于”塊BlocIc2的第二輸入端。Block1的輸出Vcwn將是等于其輸入端處的兩個(gè)電壓中更負(fù)的一個(gè)的電壓，或者如果輸入電壓相等，則等于兩個(gè)輸入端處的電壓。Block2的輸出Vtwp將是等于它的輸入端處的兩個(gè)電壓中更正的一個(gè)的電壓，或者如果輸入電壓相對(duì)， 則等于兩個(gè)輸入端處的電壓。因此，Block1的輸出端處的電壓Vwfn將等于開(kāi)關(guān)端子SD1和 SD2處的電壓中更負(fù)的一個(gè)的電壓，并且將是使N溝道MOSFET Mb位置截止?fàn)顟B(tài)的適當(dāng)柵極電壓。類似地，Block2的輸出端處的電壓將是開(kāi)關(guān)端子SD1和鞏處的電壓中更正的一個(gè)的電壓，并且將是使P溝道MOSFETMa保持導(dǎo)通狀態(tài)的適當(dāng)柵極電壓。開(kāi)關(guān)SW1和SW2代表由控制信號(hào)V··所控制的電子開(kāi)關(guān)。控制信號(hào)V_優(yōu)選具有兩種狀態(tài)；用于導(dǎo)通MOSFETMa和Mb的“導(dǎo)通”狀態(tài)，以及用于使MOSFETMa和Mb截止的 “關(guān)斷”狀態(tài)。當(dāng)控制信號(hào)Vm處于“導(dǎo)通”狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1的端子2和3被連接，并且開(kāi)關(guān)SW2的端子2和3被連接，將適當(dāng)柵極電壓Vqnn和Vqnp分別施加到MOSFETMa和MB，以便使兩個(gè)MOSFET都保持在導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)控制信號(hào)VroNT·處于“關(guān)斷”狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)SW1的端子 1和2被連接，并且開(kāi)關(guān)SW2的端子1和2被連接，將適當(dāng)柵極電壓V_和V_分別施加到 MOSFETMa和MB，以便使兩者都保持在截止?fàn)顟B(tài)。應(yīng)注意到，偏移電壓源V⑹的負(fù)端子和/或偏移電壓源Vre2的正端子可選擇地被連接到放大器Buffer2的輸出端而不是放大器Buffer1的輸出端，而沒(méi)有損失功能，這是因?yàn)椋?當(dāng)MOSFETMa和Mb導(dǎo)通時(shí)，端子SD1和兩端幾乎不存在電壓差。圖9和10示意性地更詳細(xì)示出了這里所描述的這種類型的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的一個(gè)實(shí)施例。圖9示出了用于連接控制信號(hào)的電路以及用于CMOS開(kāi)關(guān)的NMOS柵極驅(qū)動(dòng)電路的示意圖。圖10示意性示出了用于CMOS開(kāi)關(guān)的PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電路。參考圖9，N溝道MOSFET差分對(duì)M1和M2經(jīng)由端子VCQNT·在控制電壓VCQNT·與柵極驅(qū)動(dòng)器電路之間提供接口?？刂齐妷簝?yōu)選為邏輯信號(hào)，其被設(shè)置成大于閾值電壓 Vthe的高電平或低于閾值電壓Vthk的低電平的兩個(gè)電平之一。當(dāng)控制單元νωΝΤ·被設(shè)置到高電平時(shí)，N溝道MOSFETM1被導(dǎo)通并且基本上傳導(dǎo)來(lái)自于電流源I1的所有電流，而N溝道 MOSFETM2基本上被截止。當(dāng)控制電壓νωΝΤ·被設(shè)置到低電平時(shí)，N溝道MOSFETM2基本上傳導(dǎo)來(lái)自于電流源I1的所有電流，且N溝道MOSFETM1基本上處于截止?fàn)顟B(tài)。通過(guò)這種方式， 控制電壓將來(lái)自于電流源I1的電流弓I導(dǎo)流過(guò)二極管連接的P溝道MOSFETM3或M4中的一個(gè)。源極一漏極電壓端子Vsdi優(yōu)選被連接到要由柵極驅(qū)動(dòng)器電路來(lái)控制的CMOS開(kāi)關(guān)的兩個(gè)信號(hào)端子中的一個(gè)，而源極一漏極極電壓端子Vsd2優(yōu)選被連接到要被控制的CMOS開(kāi)關(guān)的兩個(gè)信號(hào)端子中的另一個(gè)。例如，參考圖3，端子Vsdi優(yōu)選被連接到CMOS開(kāi)關(guān)的端子 SD1,而Vsd2優(yōu)選被連接到CMOS開(kāi)關(guān)的端子SD2。端子Votn優(yōu)選被連接到要被控制的CMOS開(kāi)關(guān)中的N溝道MOSFET的柵極端子。再次參考圖9，圖9中的P溝道MOSFETM11、二極管連接的P溝道M0SFETM9、二極管連接的N溝道MOSFETMici、以及電流源I2 —起形成用于源極一漏極電壓Vsdi的源極跟隨緩沖器，以使得MOSFET M9的源極處的電壓Vm基本由下式給出Vonn = VSD1+VSG11+VGS10+VSG9其中，VSC11、Vgsio以及Vsc9分別是Mn、M10和M9的柵極一源極(或源極一柵極)電壓，且全部為正量。隨著源極一漏極電壓Vsdi的變化，柵極一源極電壓基本恒定達(dá)到使電流源I2恒定的程度，這是因?yàn)镹溝道MOSFETM12的柵極在MOSFET M9的源極上提供可忽略不計(jì)的負(fù)載。 MOSFET M11優(yōu)選具有工藝設(shè)計(jì)規(guī)則所允許的最小幾何形狀和電壓需求，以便于使電壓Vsdi上的電容性負(fù)載最小。在一個(gè)實(shí)施例的示例中，電流源I2的值大約為10 μ A，而MOSFET M9到 M11的柵極一源極電壓的總和的標(biāo)稱值為9V。因此，如上所述，MOSFET M9的源極處的電壓 Vqnn基本等于用于待控制的CMOS開(kāi)關(guān)中的N溝道MOSFET的最佳導(dǎo)通電壓。N溝道MOSFET M12和電流源13用作電壓Vqnn的源極跟隨緩沖器，以使得MOSFET M12 的源極處的電壓基本上等于VQffl-Vesi2，其中電壓Vesi2是MOSFET M12的柵極一源極電壓。電流源I3的優(yōu)選值等于電流源I1的值。當(dāng)控制電壓￥_為高時(shí)，來(lái)自電流源I1的電流經(jīng)由 MOSFET M1引導(dǎo)到M3。此外，由于MOSFET M4中基本上不存在電流流動(dòng)，所以在P溝道MOSFET M5、N溝道MOSFET M6、或者N溝道MOSFET M7中也將基本上不存在電流流動(dòng)。MOSFET M3的柵極和源極端子被分別連接到P溝道MOSFET M8的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M8優(yōu)選具有等于MOSFET M3W柵極寬度一半的柵極寬度，導(dǎo)致從MOSFET M8的漏極獲得等于電流源I1所提供的電流值的一半的電流。由于N溝道MOSFET M7截止，所以電流流過(guò)二極管連接的P溝道MOSFET M140 MOSFET M7截止的事實(shí)還確保了二極管連接的P溝道MOSFET M17基本上不傳導(dǎo)電流。在這種情況下，MOSFET M12和M14每一個(gè)都將利用等于由電流源I1 的值的一半的源極一漏極電流工作。由于在這種情況下，MOSFET M12和虬4基本上工作在相同的電流，所以它們的柵極一源極電壓將基本上相等。因此，端子Vkm處的電壓將基本上等于MOSFET M9或VqnnW源極處的電壓，如上所述，該電壓為用于可編程增益放大器中的單個(gè) CMOS開(kāi)關(guān)的N溝道MOSFET部分的優(yōu)選導(dǎo)通電壓。N溝道MOSFET M13連同電流源I4 一起形成用于電壓Vsdi的第二源極跟隨緩沖器。 N溝道MOSFET M16連同電流源I5 —起形成用于CMOS開(kāi)關(guān)信號(hào)電壓Vsd2的源極跟隨緩沖器。 MOSFET M13和禮6優(yōu)選具有由工藝設(shè)計(jì)規(guī)則和電壓需求所允許的最小幾何形狀，以便于分別使電壓Vsdi和Vsd2上的電容性負(fù)載最小化。電流源14和I5優(yōu)選為基本相等的值，在實(shí)施例的一個(gè)示例中，其均都等于10 μ A。MOSFET M13和M16的源極處的電壓將分別基本為Vsi3 = Vsdi-Vgs13 和 Vsi6 = Vsil2-Vesi6，其中電壓 Vesi3 和 Vesi6 分別為 MOSFET M13 和 M16 的源極一柵極電壓。由于MOSFET M13和M16工作在相同的電流，所以它們的源極一柵極電壓將基本上相等。P溝道MOSFET M15和M18連同電流源I6 一起形成“小于或等于”電路。M15和M18 優(yōu)選是幾何形狀相同的器件。如果電壓Vsi3實(shí)質(zhì)小于電壓Vsi6，則基本通過(guò)MOSFET M15傳導(dǎo)來(lái)自電流源I6的所有電流，并且MOSFET M15和M18的源極的結(jié)處的電壓Vsi5等于VS15 = VSM-Vesi3+VS(;i5，其中Vsei5是M15的源極-柵極電壓。如果電壓Vsi6基本小于電壓Vsi3，則基本通過(guò)MOSFET M18傳導(dǎo)來(lái)自電流源I6的所有電流，并且MOSFET M15和M18的源極的結(jié)處的電壓等于=Vsi5 = VSD2-Vm6+VS(;i8，其中Vsei8是M18的源極-柵極電壓。注意到N溝道MOSFET和 P溝道MOSFET的柵極-源極電壓處于相反的極性，電壓Vsei5將小于Vsdi或Vsd2加上偏移電壓，所述偏移電壓等于N溝道MOSFET和P溝道MOSFET的柵極-源極電壓的大小的差值。然而應(yīng)該清楚地是能夠確保該偏移電壓接近于零，這只能做到接近，因?yàn)镹溝道MOSFET和P 溝道MOSFET經(jīng)歷獨(dú)立的工藝變化。然而，如下所述，在大多數(shù)情況下這種精確度是足夠的。當(dāng)控制電壓Vcqnt■較低時(shí)，來(lái)自于電流源I1的電流經(jīng)由MOSFET M2引導(dǎo)到M4。此外，由于在MOSFETM3中基本上不存在電流流動(dòng)，所以在MOSFETM8中也基本上不存在電流流動(dòng)，且MOSFET Mw截止。MOSFET M4的柵極和源極端子被分別連接到P溝道MOSFET M5的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M5優(yōu)選具有等于MOSFET M4的柵極寬度的一半的柵極寬度，導(dǎo)致從MOSFET M5W漏極獲得等于電流源I1的值的一半的電流。電流流過(guò)二極管連接的MOSFET M6并且被鏡像到MOSFET M70因此，等于電流源I1的值的一半的電流被MOSFET M7衰弱，其流過(guò)二極管連接的MOSFET M170在一個(gè)實(shí)施方式中，由電流源I6提供的電流的值等于I1的值。因此，來(lái)自于源I6的電流的一半流過(guò)MOSFET M17，而取決于分別提供在端子 Sdi和、的電壓Vsdi和Vsd2的相對(duì)電平，可獲得MOSFET M15或M18任一個(gè)或兩者的平衡。在這種情況下，端子Vrora處的電壓將基本等于Vsdi或Vsd2中的較小者加上前述取決于N溝道與P溝道柵極一源極電壓之間的差值的偏移值，減去M17的柵極一源極電壓。M17的柵極一源極電壓的大小總是足夠確保Vrora處的電壓稍低于Vsdi或Vsd2中的較小者，如上所述其為根據(jù)本發(fā)明的可編程增益放大器中的單個(gè)CMOS開(kāi)關(guān)的N溝道MOSFET部分的截止電壓的一個(gè)實(shí)施方式。圖10示意性示出了生成用于待控制的CMOS開(kāi)關(guān)中的P溝道MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的附加電路。標(biāo)示為Vm和Vhw的端子旨在連接到圖9中相同命名的端子。因此，圖 9中的MOSFETM3和M4的柵極和漏極端子被分別連接到圖10中的P溝道M0SFETM19和M22的柵極端子。圖10中標(biāo)示為Vsdi和Vsd2的端子連接到圖9中相同命名的端子，以及連接到如圖3中所示的待控制的CMOS開(kāi)關(guān)的信號(hào)端子SD1和SD2。在一個(gè)實(shí)施方式中，端子Vrap被連接到待控制的CMOS開(kāi)關(guān)中的P溝道MOSFET的柵極端子。圖10中的N溝道MOSFETM23連同二極管連接的P溝道M0SFETM24、二極管連接的N 溝道MOSFETM25以及電流源I7 —起形成用于源極一漏極電壓Vsdi的第三源極跟隨緩沖器，以使得M25的源極處的電壓V-基本由下式給出VQNP = Vsin-Veffi3-Vse24-Ves25,其中，Ves23、Vse24以及Vcffi5分別為M23、M34、和Mm的柵極一源極(或源極一柵極)電壓，且所有的都為正量。隨著源極一漏極電壓Vsd發(fā)生變化，這些柵極一源極電壓基本恒定以至于電流源I7恒定，這是因?yàn)镹溝道MOSFET M27的柵極在MOSFETM25的源極上提供可忽略不計(jì)的負(fù)載。M0SFETM23優(yōu)選具有由工藝設(shè)計(jì)規(guī)則和電壓需求所允許的最小幾何形狀，以便于是電壓Vsdi上的電容性負(fù)載最小化。在一個(gè)實(shí)施例的示例中，由電流源I7提供的電流值大約為10 μ Α，而MOSFEtM23 到M25的柵極一源極電壓的總和的標(biāo)稱值為9V。因此，如上所述，MOSFETM25的源極處的電壓Vqnp將基本等于用于待控制的CMOS開(kāi)關(guān)中的N溝道MOSFET的優(yōu)選導(dǎo)通電壓。P溝道MOSFET M27和電流源18用作電壓Vqnp的源極跟隨緩沖器，以使得MOSFET M27 的源極處的電壓基本上等于VQNP+Vse27，其中電壓Vse27為MOSFET M27的源極一柵極電壓。用于電流源I8的優(yōu)選值等于由圖9中的電流源I1所提供的電流值。參考圖9，當(dāng)控制電壓VroNT· 為高時(shí)，來(lái)自于電流源I1的電流經(jīng)由MOSFET M1引導(dǎo)到M3，且M0SFETM4中將基本上不存在電流流動(dòng)。由于MOSFET M4 (圖8)和MOSFET M22 (圖9)的柵極和漏極被連接到一起，在P溝道 MOSFET Μ。中將基本上不存在電流流動(dòng)。類似地，MOSFET M3 (圖8)的柵極和源極端子被分別連接到P溝道MOSFET M19 (圖9)的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M19優(yōu)選具有等于MOSFET M3的柵極寬度一半的柵極寬度，導(dǎo)致從MOSFETM19的漏極獲得等于電流源I1所提供的電流值的一半的電流。參考圖10，電流流過(guò)二極管連接的N溝道MOSFET M2tl，其與N 溝道MOSFETM21形成電流鏡。因此，MOSFETM21的漏極電流將基本上等于圖9中的電流源I1 的漏極電流的一半。漏極電流將流過(guò)二極管連接的P溝道MOSFETM28，這是因?yàn)?如上所述的)M0SFETM22截止。MOSFETM22截止的事實(shí)還確保了二極管連接的N溝道MOSFET M32基本上不傳導(dǎo)電流。在這些情況下，MOSFET M27和^8每一個(gè)都將利用等于由電流源I1所提供的電流值的一半的源極一漏極電流工作。由于在這些情況下，MOSFET Μ27*‘工作在基本上相同的電流，所以它們的柵極一源極電壓基本上相等。因此，端子νωΝΡ處的電壓基本上等于MOSFET Mm的源極(或Vqnp)處的電壓，如上所述，該電壓為用于可編程增益放大器中的單個(gè)CMOS開(kāi)關(guān)的P溝道MOSFET部分的優(yōu)選導(dǎo)通電壓。P溝道MOSFET M26連同電流源I9形成用于電壓Vsdi的第四源極跟隨緩沖器。N溝道 MOSFETM30連同電流源Iltl形成用于CMOS開(kāi)關(guān)信號(hào)電壓Vsd2的第二源極跟隨緩沖器。MOSFET M26和M3tl優(yōu)選具有由工藝設(shè)計(jì)規(guī)則和電壓需求所允許的最小幾何形狀，以便于分別使電壓 Vsm和Vsd2上的電容性負(fù)載最小化。電流源I9和Iltl優(yōu)選為基本相等的值，在實(shí)施例的一個(gè)示例中，均都等于10 μ A。MOSFET M26和M3tl的源極處的電壓將分別基本為Vsai = VSD1+VSG26 和Vs30 = VSD2+VSG3Q，其中電壓Vsg26和Vsg30分別為MOSFET M26和M30的源極一柵極電壓。由于MOSFET M26和M3tl工作在相同的電流水平，它們的源極一柵極電壓將基本上相等。N溝道 MOSFETM29和M31連同電流源I11形成“大于或等于”電路。MOSFETM29和M31優(yōu)選為幾何形狀相同的器件。如果電壓Vs26基本上大于電壓Vs3tl,則基本上來(lái)自于I11的所有電流將由M29傳導(dǎo)，并且MOSFETM29和M31的源極接合點(diǎn)處的電壓Vffi9將為= VSD1+VSG26-VGS290如果電壓 Vs3tl基本上大于電壓Vs26，那么基本上來(lái)自于電流源I11的所有電流將由MOSFET M31傳導(dǎo)，且 MOSFETM29和M31的源極接合點(diǎn)處的電壓將為= VSD2+VSG30-VGS31o注意到N溝道和P溝道 MOSFET的柵極一源極電壓具有相反的極性，電壓Vsffl將為電壓Vsdi或Vsd2中的較大者加上等于一個(gè)N溝道MOSFET與一個(gè)P溝道MOSFET的柵極一源極電壓的大小之間的差值的偏移電壓。參考圖9，當(dāng)控制電壓Vromm為低時(shí)，來(lái)自于電流源I1的電流經(jīng)由MOSFET M2引導(dǎo)到M4。此外，由于在MOSFET M3中基本上不存在電流流動(dòng)，在圖10中的M0SFETM19中也基本上不存在電流流動(dòng)。因此，圖10中的MOSFET M2tl、M2、和M28截止。M0SFETM4的柵極和源極端子被分別連接到圖10中的P溝道MOSFET 的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M22 優(yōu)選具有等于MOSFETM4的柵極寬度一半的柵極寬度，導(dǎo)致從MOSFETM22的漏極獲得等于電流源I1的值的一半的電流，其流過(guò)二極管連接的MOSFET M320電流源I11的值優(yōu)選等于由電流源I1所提供的電流的值。因此，來(lái)自于電流源I11的電流的一半流過(guò)MOSFET M32，而取決于電壓Vsdi和Vsd2的相對(duì)電平，獲得MOSFET Mffl或M31中任一個(gè)，或兩者的平衡。在這些情況下，端子Vrap處的電壓將基本上等于兩個(gè)電壓Vsdi和Vsd2中的較大者加上取決于N溝道與P 溝道柵極一源極電壓之間的差值的前述偏移，加上MOSFET 的柵極一源極電壓。MOSFET M32的柵極一源極電壓的大小總是足以確保電壓Vewp將稍高于電壓Vsdi和Vsd2中的較大者， 如上所述，其為根據(jù)本發(fā)明的用于可編程增益放大器中的單個(gè)CMOS開(kāi)關(guān)的P溝道MOSFET 部分的優(yōu)選截止電壓。該構(gòu)架的其它優(yōu)勢(shì)為控制可編程增益放大器中的CMOS開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷的次數(shù)的能力。尤其在音頻的應(yīng)用中，在組成開(kāi)關(guān)的MOSFET的柵極上的快速電壓轉(zhuǎn)變經(jīng)由柵極到溝道的電容可電容耦合到溝道，在增益轉(zhuǎn)變期間，導(dǎo)致可聽(tīng)見(jiàn)的“嘀噠聲”。這種現(xiàn)象，有時(shí)稱作“電荷注入”，可以通過(guò)為N溝道和P溝道器件選擇幾何形狀來(lái)最小化，N溝道和P溝道器件組成在N溝道和P溝道器件之間導(dǎo)致匹配的柵極一溝道電容的開(kāi)關(guān)。(在這種方案中， 每個(gè)器件的柵極由相反移動(dòng)的信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，以使得兩個(gè)信號(hào)注入相等且相反的電荷注入到信號(hào)路徑，理論上其互相抵消。)然而，當(dāng)柵極由非?？斓纳仙螖?shù)驅(qū)動(dòng)時(shí)，該方法在消除可聽(tīng)見(jiàn)的嘀噠聲上幾乎從未完全成功。因此，以在開(kāi)關(guān)中的MOSFET的柵極的導(dǎo)通電壓與關(guān)斷電壓之間的預(yù)定變換率來(lái)提供電壓斜升，對(duì)于用于音頻用途的可編程增益放大器的柵極驅(qū)動(dòng)電路來(lái)說(shuō)是有利的特征。參考圖9，當(dāng)電壓中的較快低一高轉(zhuǎn)變被應(yīng)用到Vott■端子時(shí)，(a)來(lái)自于電流源I1的電流被從MOSFET M4引導(dǎo)到M3, (b)MOSFET M17被關(guān)斷，以及(c)MOSFET M8被導(dǎo)通。由于所有的相關(guān)節(jié)點(diǎn)具有相對(duì)較低的阻抗，該電流引導(dǎo)非?？焖佟Ｈ欢?，當(dāng)MOSFET M8 導(dǎo)通時(shí)，它的漏極電流將不立即流經(jīng)MOSFET M14，但必須首先為連接至Votn端子的任何負(fù)載電容充電。優(yōu)選地，該節(jié)點(diǎn)上的主要負(fù)載電容為CMOS開(kāi)關(guān)中的N溝道器件的柵極一溝道電容。這可能是十分重要的，這是因?yàn)?，在低噪聲可編程增益放大器中所必需的低?dǎo)通阻抗開(kāi)關(guān)所需要的幾何形狀，與柵極驅(qū)動(dòng)器電路中的器件的幾何形狀相比非常大。通過(guò)按比例決定電流源I1的值，且利用該值，電流源I3和I6的值成比例，開(kāi)關(guān)中的N溝道器件的關(guān)斷與導(dǎo)通狀態(tài)之間的變換率可被控制。類似地，當(dāng)在VeQNT·中施加快速的高一低變換時(shí)，MOSFET M8關(guān)斷且M0SFETM7非常迅速地導(dǎo)通。通過(guò)MOSFETM7衰減的電流為Votn端子上的負(fù)載電容(未示出)充電，其在開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間提供受控制的斜升。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，用于圖 10中所示的開(kāi)關(guān)中的P溝道MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路將以與用于N溝道MOSFET的方式類似的方式工作。在優(yōu)選實(shí)施例中，CMOS開(kāi)關(guān)的幾何形狀在尺寸上按比例確定，以便滿足對(duì)于模擬增益放大器在它的各種可編程增益處所要求的噪聲及失真性能的需求。典型地，圖2中示出的增益控制開(kāi)關(guān)S1-A將被按比例確定，以使得使最高增益設(shè)置激活的開(kāi)關(guān)將具有最低的導(dǎo)通阻抗，并由此是最寬的開(kāi)關(guān)。例如，在圖2中，增益控制開(kāi)關(guān)、將為最寬的，而開(kāi)關(guān) S1將是最窄的。增益控制開(kāi)關(guān)SF1-SFm優(yōu)選將被按比例確定，以使得每一個(gè)的導(dǎo)通阻抗被選擇成與它的相關(guān)串聯(lián)電阻器Rfi-Rfm相比可忽略不計(jì)。一旦這些幾何形狀被選擇，相應(yīng)的電流源I1, I3, I6, I8，和I11的值可以被選擇用于單獨(dú)的柵極驅(qū)動(dòng)電流中的每一個(gè)，以便為所有開(kāi)關(guān)的柵極電壓轉(zhuǎn)變提供相同的斜升率。具有較大的電容的較大的開(kāi)關(guān)將具有電流I1,13， 16，18，和I11的較大的值，而具有較小的電容的較小的開(kāi)關(guān)將具有電流IpIyI6J8，和I11的較小的值。在一個(gè)示例中，這些電流的范圍為1 μ A到16 μ Α,以便在用于所有開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間獲得大約20 μ sec的轉(zhuǎn)變時(shí)間?？商鎿Q地，為了針對(duì)每個(gè)開(kāi)關(guān)的幾何形狀按比例的決定I1和與其成比例的其它電流的值，電流I1和與其成比例的其它電流的值對(duì)于所有驅(qū)動(dòng)電路可以是恒定的，且MOSFET M3到M8，以及MOSFETM19, M20和M21，以及M4到M5, M6, M7,和M22的寬度的比率可相反地被按比例確定成相關(guān)的開(kāi)關(guān)中的器件的寬度，以獲得類似的結(jié)果。此外，如果用于導(dǎo)通到關(guān)斷和關(guān)斷到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)變的柵極驅(qū)動(dòng)電壓的不同變化率是理想的，可按比例確定MOSFET M7-M8以及 MOSFETM21-M22的寬度的比率。應(yīng)該清楚地是，這里所描述的總體方法可以被應(yīng)用到其它可編程增益放大器和/ 或切換拓?fù)洹Ｌ貏e地，所描述的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器可以被應(yīng)用于共同未決申請(qǐng)的圖4中所示的可編程增益儀器放大器。它也可用于其它可編程增益放大器拓?fù)?，以及用于?jiǎn)單的切換拓?fù)洌?其中低失真、低噪聲和高電壓性能是期望的。此外，可進(jìn)行所采用的半導(dǎo)體器件的類型變化。應(yīng)注意到，盡管圖3中示出的MOSFETMa和Me被描述成具有源極和漏極，應(yīng)該意識(shí)到，在這些器件被使用的環(huán)境中(當(dāng)開(kāi)關(guān)具有施加的時(shí)變信號(hào)時(shí))，每個(gè)MOSFET的哪個(gè)端子是源極以及哪個(gè)端子是漏極，隨著信號(hào)改變極性而切換。在一個(gè)實(shí)施例中，MOSFET為物理對(duì)稱的器件，偏壓條件識(shí)別并由此確定哪個(gè)端子用作源極，哪個(gè)端子用作漏極。對(duì)于N溝道器件，處于較低電勢(shì)(相對(duì)于柵極)的端子為源極而具有較高電勢(shì)的端子為漏極。P溝道器件的情形與此相反。所以柵極驅(qū)動(dòng)電路相對(duì)于正確的端子保持適當(dāng)?shù)摹皷艠O一源極電壓”。 在圖8的實(shí)施方式中，柵極驅(qū)動(dòng)電路將適當(dāng)?shù)摹皷艠O一源極電壓”保持為SDC的“小于或等于” Block1和“大于或等于” BlocIc2的輸出的函數(shù)。因此，應(yīng)理解，每個(gè)MOSFET被描述成包括兩個(gè)源極一漏極端子，這是因?yàn)槟軌蚋鶕?jù)MOSFET如何被偏壓來(lái)操作端子中的任一端子。因此，根據(jù)本公開(kāi)提供了一種用于諸如共同未決申請(qǐng)中所描述的類型的低失真可編程增益放大器的新的以及改善的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器。該說(shuō)明中所描述的示例實(shí)施例通過(guò)示例的方式而不是限定的方式給出，且各種變型、組合和替換可被本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)，而不在本公開(kāi)的更廣泛方面在精神或范圍上偏離本公開(kāi)以及不偏離附屬的權(quán)利要求中所闡述的本公開(kāi)。用于共同未決申請(qǐng)中所描述的類型的低失真可編程增益放大器的新的以及改善的動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器以及本文中所公開(kāi)的公開(kāi)方法，及其所有元件，都被包含在至少一個(gè)的所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。目前所公開(kāi)的系統(tǒng)及方法的元件都不打算被放棄，也不打算必然限定權(quán)利要求的解釋。在這些權(quán)利要求中，以單數(shù)形式引用元件，除非明確說(shuō)明，不意味著 “一個(gè)或僅僅一個(gè)”，反而意味著“一個(gè)或多個(gè)”。已知的或者對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員稍后所知的、對(duì)于整個(gè)本公開(kāi)所描述的各種實(shí)施例的元件的所有結(jié)構(gòu)和功能的等價(jià)物，合并與此作為參考，且打算由權(quán)利要求所包括。而且，本文所公開(kāi)的內(nèi)容不打算用于公眾，不管這樣的公開(kāi)是否在權(quán)利要求中明確敘述。沒(méi)有權(quán)利要求的元件將基于35 U. S. C. §112第六段的條款解釋，除非該元件利用短語(yǔ)“用于...的裝置，”所明確地?cái)⑹觯蛘咴诜椒?quán)利要求的情形中，該元件利用短語(yǔ)“用于...的步驟”來(lái)敘述。
權(quán)利要求
1.一種用于切換時(shí)變輸入信號(hào)的開(kāi)關(guān)電路，所述開(kāi)關(guān)電路包括至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，包括N溝道MOSFET和P溝道M0SFET，所述N溝道MOSFET和所述P溝道 MOSFET均具有被配置為接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)以改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的柵極；以及驅(qū)動(dòng)電路，被配置和設(shè)置成選擇性施加一對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成生成作為下述內(nèi)容的函數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(a)足夠改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)DC信號(hào)分量，以及(b)作為出現(xiàn)在每個(gè)MOSFET的源極端子上的信號(hào)的至少部分復(fù)制的一對(duì)時(shí)變信號(hào)分量，以使得當(dāng)所述η溝道MOSFET和所述ρ溝道MOSFET的柵極分別施加有DC信號(hào)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)將處于保持所述開(kāi)關(guān)的所述導(dǎo)通/ 關(guān)斷狀態(tài)并且將每個(gè)MOSFET的柵極一源極電壓保持在所述MOSFET的柵極一源極擊穿限制內(nèi)的適當(dāng)水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述MOSFET中的每一個(gè)包括兩個(gè)源極一漏極端子，并且所述MOSFET被配置為一個(gè)MOSFET的一個(gè)源極一漏極耦合到另一個(gè)MOSFET的一個(gè)源極一漏極，以形成MOSFET源極一漏極端子的第一耦合對(duì)，并且所述MOSFET的剩余源極一漏極端子彼此耦合，以形成MOSFET源極一漏極端子的第二耦合對(duì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述驅(qū)動(dòng)電路包括具有耦合到MOSFET源極一漏極端子的一個(gè)耦合對(duì)的輸入端的第一緩沖放大器，以及具有耦合到第二對(duì)MOSFET 源極一漏極端子的輸入端的第二緩沖放大器，所述緩沖放大器中的每一個(gè)具有被配置成生成輸出信號(hào)的輸出端子，所述輸出信號(hào)基本上為所述時(shí)變輸入信號(hào)的復(fù)制品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述η溝道MOSFET和ρ溝道MOSFET均包括兩個(gè)源極一漏極端子，并且所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成當(dāng)所述開(kāi)關(guān)處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)， 施加到所述η溝道MOSFET的柵極的電壓等于施加到所述η溝道MOSFET的最負(fù)源極一漏極的電壓或比施加到所述η溝道MOSFET的最負(fù)源極一漏極的電壓更負(fù)，施加到所述ρ溝道 MOSFET的柵極的電壓比施加到所述ρ溝道MOSFET的最正源極一漏極的電壓更正。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述MOSFET被配置成一個(gè)MOSFET的一個(gè)源極一漏極耦合到另一 MOSFET的一個(gè)源極一漏極，以形成MOSFET源極一漏極端子的第一耦合對(duì)，并且所述MOSFET的剩余源極一漏極端子彼此耦合，以形成MOSFET源極一漏極端子的第二耦合對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述η溝道MOSFET和ρ溝道MOSFET均包括兩個(gè)源極一漏極端子，并且所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成當(dāng)所述開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)， 施加到所述η溝道MOSFET的柵極的電壓相對(duì)于其源極一漏極端子的電壓足夠正，以使得所述η溝道MOSFET提供期望的導(dǎo)通阻抗，并且施加到所述ρ溝道MOSFET的柵極的柵極一源極電壓相對(duì)于其源極一漏極端子的電壓足夠負(fù)，以使得所述P溝道MOSFET提供期望的導(dǎo)通阻抗，從而使得兩個(gè)MOSFET導(dǎo)電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，當(dāng)所述開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，施加到所述η 溝道MOSFET的柵極的所述柵極一源極電壓比所述η溝道MOSFET的源極和漏極處的電壓更正，并且當(dāng)所述開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，施加到所述P溝道MOSFET的柵極的所述柵極一源極電壓比所述P溝道MOSFET的源極和漏極處的電壓更負(fù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電路，還包括第一和第二電子控制選擇器，每一個(gè)選擇器具有第一和第二輸入端子、一個(gè)輸出端子以及一個(gè)控制端子，其中，所述控制端子被配置成接收確定所述第一輸入端子或所述第二輸入端子是否電耦合到所述輸出端子的控制信號(hào)，并且其中，兩個(gè)選擇器上的控制端子彼此耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開(kāi)關(guān)電路，還包括，(a)第一緩沖放大器，(b)第一偏移電壓發(fā)生器，具有耦合到所述第一緩沖放大器的輸出端的負(fù)端子，所述第一偏移電壓發(fā)生器包括耦合到第一電子控制選擇器的第一輸入端子的正端子，以及(c)第二偏移電壓發(fā)生器， 具有耦合到所述第一緩沖放大器的輸出端子的正端子，以及耦合到所述第二電子控制選擇器的第一輸入端子的負(fù)端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的開(kāi)關(guān)電路，還包括小于或等于電路，所述小于或等于電路包括用于接收第一輸入信號(hào)的第一輸入端子、用于接收第二輸入信號(hào)的第二輸入端子、以及用于生成與兩個(gè)輸入信號(hào)中的更負(fù)的一個(gè)成比例的輸出信號(hào)的輸出端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的開(kāi)關(guān)電路，還包括大于或等于電路，所述大于或等于電路包括用于接收第一輸入信號(hào)的第一輸入端子、用于接收第二輸入信號(hào)的第二輸入端子、以及用于生成與兩個(gè)輸入信號(hào)中的更正的一個(gè)成比例的輸出信號(hào)的輸出端子。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述第一緩沖放大器的所述輸出端子被耦合到所述小于或等于電路的所述第一輸入端子以及所述大于或等于電路的所述第一輸入端子，所述第二緩沖放大器的所述輸出端子被耦合到所述小于或等于電路的所述第二輸入端子以及所述大于或等于電路的所述第二輸入端子，所述小于或等于電路的所述輸出端子被耦合到所述第一電子控制選擇器的所述第二輸入端子，所述大于或等于電路的所述輸出端子被耦合到所述第二電子控制選擇器的所述第二輸入端子，其中，當(dāng)施加到兩個(gè)選擇器的所述控制信號(hào)處于一個(gè)狀態(tài)時(shí)，添加到來(lái)自所述第一緩沖放大器的所述輸出信號(hào)并且由所述第一偏移電壓發(fā)生器生成的偏移電壓被耦合到所述開(kāi)關(guān)的所述N溝道MOSFET的所述柵極，而從所述第一緩沖放大器的所述輸出信號(hào)減去并且由所述第二偏移電壓發(fā)生器生成的偏移電壓被耦合到所述開(kāi)關(guān)的所述P溝道MOSFET的所述柵極，并且當(dāng)施加到所述兩個(gè)選擇器的所述控制信號(hào)處于第二狀態(tài)時(shí)，所述兩個(gè)緩沖放大器中的所述輸出中更負(fù)的一個(gè)輸出被耦合到所述N溝道MOSFET的所述柵極，而來(lái)自于所述兩個(gè)緩沖放大器中的所述輸出中更正的一個(gè)輸出被耦合到所述開(kāi)關(guān)的所述P溝道M0SFET。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)電路，其中，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成生成一對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)以控制所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)，并且還被配置成使得所述信號(hào)在導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換以預(yù)定速率發(fā)生。
14.一種使用至少一個(gè)開(kāi)關(guān)切換時(shí)變輸入信號(hào)的方法，所述開(kāi)關(guān)包括N溝道MOSFET和 P溝道M0SFET，所述N溝道MOSFET和所述P溝道MOSFET均具有被配置成接收用于改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的柵極，所述方法包括通過(guò)生成作為下述內(nèi)容的函數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(a)足夠改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)DC信號(hào)分量，以及(b)作為出現(xiàn)在每個(gè)MOSFET的源極端子上的信號(hào)的至少部分復(fù)制的一對(duì)時(shí)變信號(hào)分量，來(lái)選擇性施加用于改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 使得當(dāng)分別向所述η溝道MOSFET和所述ρ溝道MOSFET的所述柵極施加所述DC信號(hào)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)將處于保持所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)并且將每個(gè)MOSFET的柵極一源極電壓保持在所述MOSFET的柵極一源極擊穿限制內(nèi)的適當(dāng)水平。
15.根據(jù)權(quán)利要求M的方法，其中，所述信號(hào)在導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換以預(yù)定速率發(fā)生。
全文摘要
一種用于切換時(shí)變輸入信號(hào)的開(kāi)關(guān)電路，該開(kāi)關(guān)電路包括包含N溝道MOSFET(MB)和P溝道MOSFE(MA)的至少一個(gè)開(kāi)關(guān)，所述N溝道MOSFET(MB)和P溝道MOSFE(MA)均具有被配置成接收用于改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的柵極；以及驅(qū)動(dòng)電路(5DC)，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置成選擇性施加用于改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)電路被配置和設(shè)置生成作為下述內(nèi)容的函數(shù)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(a)足夠改變所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)的一對(duì)DC信號(hào)分量，以及(b)作為出現(xiàn)在每個(gè)MOSFET的源極端子上的信號(hào)的至少部分復(fù)制的一對(duì)時(shí)變信號(hào)分量(Vonn，Vonp)，以使得當(dāng)分別向所述n溝道和p溝道MOSFET的柵極施加DC信號(hào)時(shí)，所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)將處于保持所述開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷狀態(tài)并且將每個(gè)MOSFET的柵極—源極電壓保持在MOSFET的柵極—源極擊穿限制內(nèi)的適當(dāng)水平。
文檔編號(hào)H03K17/06GK102577111SQ201080045721
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
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