本發(fā)明涉及模擬集成電路領(lǐng)域，特別涉及一種可用于數(shù)字模擬混合信號(hào)電路中的防漏電MOS開關(guān)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體技術(shù)的快速發(fā)展給人們生活帶來了巨大變化，高科技電子產(chǎn)品應(yīng)用在生活各個(gè)方面，包括商場超市、旅館飯店、火車站、飛機(jī)場等等，方便了人們的衣食住行，改善了人們生活。其中，CMOS工藝由于其成本低，工藝成熟，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中最為主要的一種工藝技術(shù)。

近年來，在摩爾定律失效之前，CMOS工藝關(guān)鍵尺寸逐年減小，從0.8微米到0.18微米、14納米甚至更小。隨著CMOS關(guān)鍵尺寸減小，伴隨而來的是MOS管工作電壓和柵壓降低，與此同時(shí)MOS管柵氧化層厚度和溝道長度也在減小。在深亞微米或者納米級(jí)集成電路中，漏電現(xiàn)象越來越顯著，既包括MOS管柵極氧化層變薄之后導(dǎo)致的漏電，也包括MOS管源漏之間的亞閾值漏電。

在數(shù)字集成電路中，漏電電流會(huì)導(dǎo)致電路顯著功耗增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致邏輯錯(cuò)誤。在模擬和混合信號(hào)集成電路領(lǐng)域，漏電電流會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓產(chǎn)生變化，使得原本應(yīng)該電荷守恒的節(jié)點(diǎn)存在對地或?qū)﹄娫吹碾娏魍?，造成電荷的變化，?dǎo)致電壓信號(hào)產(chǎn)生誤差。因此，在需要特殊保護(hù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，必須采用特殊設(shè)計(jì)來減小漏電導(dǎo)致的誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述漏電問題導(dǎo)致的誤差，本發(fā)明提出了一種適用于集成電路中的防漏電MOS開關(guān)結(jié)構(gòu)，包括PMOS管MP1、NMOS管MN4和NMOS管MN5及一個(gè)單端輸出的運(yùn)算放大器AMP1；所述NMOS管MN4和NMOS管MN5是信號(hào)傳輸通路上的MOS開關(guān)，所述PMOS管MP1是控制所述單端輸出運(yùn)算放大器AMP1輸出反饋信號(hào)的開關(guān)；所述NMOS管MN4的源極連接輸入信號(hào)，所述NMOS管MN4的漏極同時(shí)連接NMOS管MN5的源極和PMOS管MP1的源極，NMOS管MN4柵極連接時(shí)鐘信號(hào)CLK；NMOS管MN5的漏極連接信號(hào)輸出端和所述運(yùn)算放大器AMP1的正相輸入端，NMOS管MN5的柵極連接時(shí)鐘信號(hào)CLK；PMOS管MP1的源極連接NMOS管MN4的漏極，PMOS管MP1的漏極連接運(yùn)算放大器AMP的輸出端，PMOS管MP1的柵極連接時(shí)鐘信號(hào)CLK；運(yùn)算放大器AMP1的正相輸入端和信號(hào)輸出端連接，運(yùn)算放大器AMP1的負(fù)相輸入端與運(yùn)算放大器AMP1的輸出端連接后并連接至PMOS管MP1的漏極。

其中，所述運(yùn)算放大器AMP1采用五管運(yùn)放結(jié)構(gòu)。

所述運(yùn)算放大器AMP1包括4個(gè)NMOS管、2個(gè)PMOS管和1個(gè)電阻R1；其中，4個(gè)NMOS管分別記作NMOS管NMOS6、NMOS管NMOS7、NMOS管NMOS8和NMOS管NMOS9，2個(gè)PMOS管分別記作PMOS管MP2和PMOS管MP3；電阻R1的一端連接電源VDD，電阻R1的另一端同時(shí)接NMOS管MN6的柵極和漏極；NMOS管MN6的源極接地，NMOS管MN6的柵極和NMOS管MN6的漏極同時(shí)連接到NMOS管MN7的柵極；NMOS管MN7的源極接地，NMOS管MN7的漏極同時(shí)連接NMOS管MN8和NMOS管MN9的源極；NMOS管MN8的柵極是運(yùn)放正相輸入端，NMOS管MN8的源極連接NMOS管MN7的漏極，NMOS管MN8的漏極同時(shí)連接PMOS管MP2的漏極和柵極；NMOS管MN9的柵極是運(yùn)放負(fù)相輸入端，NMOS管MN9的源極連接NMOS管MN7的漏極，NMOS管MN9的漏極連接PMOS管MP3的漏極，PMOS管MP3的源極連接電源VDD，PMOS管MP3的柵極連接PMOS管MP2的柵極，PMOS管MP3的漏極是運(yùn)放輸出端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提出的一種適用于集成電路中的防漏電MOS開關(guān)結(jié)構(gòu)是在串聯(lián)NMOS開關(guān)的基礎(chǔ)上，增加了運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)對NMOS開關(guān)的源漏電壓跟隨控制。運(yùn)算放大器在NMOS開關(guān)關(guān)斷時(shí)接入電路，保證NMOS開關(guān)管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)仍能維持源漏電壓相等，防止NMOS開關(guān)產(chǎn)生漏電電流；運(yùn)算放大器在NMOS開關(guān)導(dǎo)通時(shí)從電路中斷開，不會(huì)對開關(guān)性能產(chǎn)生影響。使用的運(yùn)算放大器采用簡單五管運(yùn)放結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，占用面積和功耗很小。通過本發(fā)明提出的開關(guān)結(jié)構(gòu)，能夠顯著減小由于MOS開關(guān)漏電電流導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)電壓變化，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的有效保護(hù)。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)NMOS開關(guān)原理圖；

圖2是防漏電串聯(lián)NMOS開關(guān)原理圖；

圖3是本發(fā)明提出的防漏電開關(guān)原理圖；

圖4是運(yùn)算放大器AMP1原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述。

傳統(tǒng)NMOS開關(guān)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中NMOS管MN1在時(shí)鐘CLK的控制下作為開關(guān)。當(dāng)CLK為高電平時(shí)，MN1導(dǎo)通，開關(guān)導(dǎo)通，MN1源漏電壓相等，負(fù)載C1被信號(hào)源驅(qū)動(dòng)，VC＝VA；當(dāng)CLK為低電平時(shí)，MN1截止，開關(guān)斷開，MN1右側(cè)電容C1上保持MN1截止前的電壓不變。但是實(shí)際上，由于MN1源漏之間存在漏電電流，不停地對電容C1進(jìn)行充電或者放電，經(jīng)過一段時(shí)間電容C1上的電壓會(huì)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致產(chǎn)生誤差。

一種簡單的改進(jìn)開關(guān)即防漏電串聯(lián)NMOS開關(guān)如圖2所示，其中NMOS管MN2和MN3在時(shí)鐘CLK的控制下作為開關(guān)。當(dāng)CLK為高電平是，MN2和MN3導(dǎo)通，開關(guān)導(dǎo)通，電容C2被信號(hào)源驅(qū)動(dòng)，VA、VB、VC三個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓相等；當(dāng)CLK為低電平時(shí)，MN2和MN3截止，電容C2上保持開關(guān)截止前的電壓不變。但實(shí)際上，由于漏電電流的存在，電容C2上電壓仍會(huì)慢慢改變。MOS管源漏之間產(chǎn)生漏電的主要原因是，MOS管截止時(shí)源漏電壓不相同，并且電壓差越大，漏電現(xiàn)象越明顯。相對于圖1所示的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在開關(guān)截止時(shí)，VB電壓會(huì)介于VA和VC之間，MN3上的漏電電流會(huì)小于圖1中MN1上的漏電電流。圖2所示的開關(guān)，通過減小MOS管截止時(shí)源漏之間的電壓差，減小了漏電電流。

如圖3所示，本發(fā)明提出的一種適用于集成電路中的防漏電MOS開關(guān)結(jié)構(gòu)，包括PMOS管MP1、NMOS管MN4和NMOS管MN5及一個(gè)單端輸出的運(yùn)算放大器AMP1；所述NMOS管MN4和NMOS管MN5是信號(hào)傳輸通路上的MOS開關(guān)，所述PMOS管MP1是控制所述單端輸出運(yùn)算放大器AMP1輸出反饋信號(hào)的開關(guān)；所述NMOS管MN4的源極連接輸入信號(hào)，所述NMOS管MN4的漏極同時(shí)連接NMOS管MN5的源極和PMOS管MP1的源極，NMOS管MN4柵極連接時(shí)鐘信號(hào)CLK；NMOS管MN5的漏極連接信號(hào)輸出端和所述運(yùn)算放大器AMP1的正相輸入端，NMOS管MN5的柵極連接時(shí)鐘信號(hào)CLK；PMOS管MP1的源極連接NMOS管MN4的漏極，PMOS管MP1的漏極連接運(yùn)算放大器AMP的輸出端，PMOS管MP1的柵極連接時(shí)鐘信號(hào)CLK；運(yùn)算放大器AMP1的正相輸入端和信號(hào)輸出端連接，運(yùn)算放大器AMP1的負(fù)相輸入端與運(yùn)算放大器AMP1的輸出端連接后并連接至PMOS管MP1的漏極。

本發(fā)明防漏電MOS開關(guān)的原理是，在開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，運(yùn)算放大器AMP1從電路中斷開，不影響開關(guān)正常功能；在開關(guān)截止時(shí)，運(yùn)算放大器AMP1按照單位增益緩沖器的方式接入電路，把與負(fù)載直接相連的開關(guān)管MN5源極和漏極鉗位到相同電壓，避免負(fù)載上的電荷通過開關(guān)MOS管泄露。具體工作方式如下，當(dāng)CLK為高電平時(shí)，NMOS管MN4和MN5導(dǎo)通，PMOS管MP1截止，此時(shí)運(yùn)算放大器AMP1輸出端從電路中斷開，運(yùn)算放大器AMP1正相輸入端和負(fù)載電容C3并聯(lián)，由于運(yùn)算放大器AMP1輸入端是高阻節(jié)點(diǎn)，不通過電流，不會(huì)對電路性能產(chǎn)生影響。當(dāng)CLK為低電平時(shí)，NMOS管MN4和MN5斷開，PMOS管MP1導(dǎo)通，此時(shí)運(yùn)算放大器AMP1輸出端和節(jié)點(diǎn)VB相連。運(yùn)放負(fù)相輸入端連接到輸出端，作為單位增益緩沖器，使得VB和VC節(jié)點(diǎn)電壓相等，MN5源極和漏極電壓相等，從而開關(guān)管MN5上幾乎沒有漏電電流。最終實(shí)現(xiàn)了防止開關(guān)漏電導(dǎo)致負(fù)載電容節(jié)點(diǎn)VC電壓變化的效果。

本發(fā)明防漏電開關(guān)結(jié)構(gòu)中使用的運(yùn)算放大器AMP1結(jié)構(gòu)如圖4所示，即為普通NMOS管輸入的五管運(yùn)放結(jié)構(gòu)，通過電阻R1產(chǎn)生偏置，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約面積和功耗。所述運(yùn)算放大器AMP1包括4個(gè)NMOS管、2個(gè)PMOS管和1個(gè)電阻R1；其中，4個(gè)NMOS管分別記作NMOS管NMOS6、NMOS管NMOS7、NMOS管NMOS8和NMOS管NMOS9，2個(gè)PMOS管分別記作PMOS管MP2和PMOS管MP3；電阻R1的一端連接電源VDD，電阻R1的另一端同時(shí)接NMOS管MN6的柵極和漏極；NMOS管MN6的源極接地，NMOS管MN6的柵極和NMOS管MN6的漏極同時(shí)連接到NMOS管MN7的柵極；NMOS管MN7的源極接地，NMOS管MN7的漏極同時(shí)連接NMOS管MN8和NMOS管MN9的源極；NMOS管MN8的柵極是運(yùn)放正相輸入端，NMOS管MN8的源極連接NMOS管MN7的漏極，NMOS管MN8的漏極同時(shí)連接PMOS管MP2的漏極和柵極；NMOS管MN9的柵極是運(yùn)放負(fù)相輸入端，NMOS管MN9的源極連接NMOS管MN7的漏極，NMOS管MN9的漏極連接PMOS管MP3的漏極，PMOS管MP3的源極連接電源VDD，PMOS管MP3的柵極連接PMOS管MP2的柵極，PMOS管MP3的漏極是運(yùn)放輸出端。

綜上，本發(fā)明提出的一種防漏電MOS開關(guān)結(jié)構(gòu)是在串聯(lián)NMOS開關(guān)的基礎(chǔ)上，增加了運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)對NMOS開關(guān)的源漏電壓跟隨控制。運(yùn)算放大器在NMOS開關(guān)關(guān)斷時(shí)接入電路，保證NMOS開關(guān)管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)仍能維持源漏電壓相等，防止NMOS開關(guān)產(chǎn)生漏電電流；運(yùn)算放大器在NMOS開關(guān)導(dǎo)通時(shí)從電路中斷開，不會(huì)對開關(guān)性能產(chǎn)生影響。使用的運(yùn)算放大器采用簡單五管運(yùn)放結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡單，占用面積和功耗很小。通過本發(fā)明提出的開關(guān)結(jié)構(gòu)，能夠顯著減小由于MOS開關(guān)漏電電流導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)電壓變化，實(shí)現(xiàn)對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的有效保護(hù)。

盡管上面結(jié)合圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。