摘要 设计了一种应用于流水线ADC中的新型高线性度采样开关，该开关采用比较器、反相器链、CMOS对管开关，自举电容等实现，具有较高的线性度。其基本原理为：使MOS管栅极电压实时跟随输入电压，保证其差值恒定，从而实现整体采样保持电路较高的无杂散动态范围。通过flip-around型采样保持电路进行验证，其无杂散动态范围可达91dB，满足设计要求。
关键词 采样开关；栅源跟随；高线性度

    在ADC转换器的设计和应用中尤其在音频、视频系统中，谐波失真是要考虑的因素，对于传统ADC的采样开关而言，CMOS对管，用MOS管作为开关使用时是不分漏源级的，当实际采样到的信号不断变化时，其源级也无法确定，这就导致无法通过将源级和衬底相连的方式消除衬底偏置效应，从而导致开关的非线性较大，这对ADC的非线性影响也较大。
    针对此问题，基于MOS管栅源级电压跟随技术，设计了一种新型高精度采样开关，能有效减小MOS管的衬底偏置效应，可广泛应用于流水线ADC，逐次逼近ADC等模数转换器和各种采样系统中，具备良好的线性度。

    1 采样开关的设计
    1．1 工作原理
    本项目设计14位100 MHz采样速率的高精度采样保持电路，考虑到实际电路中的寄生非理想特性，ADc中采样保持电路的谐波失真主要由采样开关的导通等效电阻，沟道电荷注入效应以及输入寄生电容等因素影响。为确保一定的线性度和输入信号带宽，文中对传统CMOS对管开关电路进行了优化和重新设计，确保满足系统高线性度的要求。

    如图1所示，设计的新型开关主要由基本CMOS对管开关，比较器和反相器链组成。由于要实时判断哪个端口为源级和漏级，因此加入了2个衬底选择开关S1和S2，由互补开关组成。采用比较器触发S1和S2使衬底能够连接到实时变化的源端。在采样开关M1管导通的状态，衬底确保能够只连接到一个端口。采用直接连接源端和衬底的结构，使M1管的偏衬效应得以消除，使其具有较小的非线性和较大的输入摆幅。下面讨论两种情况，分别分析M1管分别导通和关断时的工作原理。
    在关断时(S6，S5和S3打开)，自举电容会被充电到Vdd。在导通时(S7和S4打开)，当Vin<Vout，即比较器输出为低电平时S1打开，直接连接输入端和衬底。采样开关M1的栅极电压此时等于Vin-Vdd，源栅电压Vsg和源衬电压Vsb分别接到电源电压Vdd和0。根据MOS管基本公式可得
   
    当Vin>Vout时，情况和前面正相反。开关S2由比较器作用以连接输出端和衬底，对应此时真正的源端是输入端。采样开关M1的栅极电压变成Vout-Vdd，同时源端电压是Vout。此时Vsg仍然准确地为Vdd不变，阈值电压同样不变。与式(1)类似，同理可得
   

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