自举开关电路专利技术综述

毕爽君 李华芳 孙 旭

自举开关电路专利技术综述

毕爽君 李华芳 孙 旭

（国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南郑州 450000）

本文从专利文献的角度对自举开关电路的发展进行分析，介绍了自举开关电路技术发展路线以及国内外重要技术的发展路线。

自举开关；专利；技术发展

Abstract:This paper analyzes the development of bootstrap switch circuit technology from the perspective of patent,then introduces the technical development route of bootstrap switch circuit,and the development direction of domes⁃tic important technology.

Key word:bootstrap switch;patent;technology development

1 自举开关电路简介

在采样保持电路中，采样开关的性能决定了信号的采样精度和采样速度。采样开关一般由MOS开关管实现，MOS开关管的导通电阻由式(1)决定。从式(1)可看出，导通电阻Ron与栅源电压有关。一般MOS开关管的源端接输入信号，当输入信号变化时，其栅源电压发生变化，从而使其导通电阻不为一恒定值，降低了MOS开关管的线性度，最终导致输出信号产生谐波失真。为了消除上述因素导致的MOS开关管的非线性，通常采用栅压自举开关电路结构[1]。使MOS管的栅源电压保持为一恒定电压V1，根据式(1)即保证MOS管的导通电阻Ron不随栅源电压的变化而改变，降低对电路的动态性能的影响。

2 自举开关电路技术申请专利分析

2.1 自举开关电路技术发展路线

为了保证采样保持电路的精确度，自举开关电路技术从20世纪90年代之后开始发展起来，并在近几年得到快

图1 导通电阻恒定的自举开关电路

图2 消除衬偏效应的自举开关电路

2.2.2 消除衬偏效应的自举开关电路

由式(2)可看出，MOS管阈值电压Vth还与源-衬电压有关，当输入信号变化时，源-衬电压发生变化，从而导致阈值电压Vth随输入信号改变，即存在由衬偏效应引入的非线性。

东南大学提出的专利申请（专利公开号为CN103346765A）中给出了一种带辅助电路的栅压自举开关电路，如图2所示。增加了辅助电路，主要包括比较器、第二反相器INV2、NMOS管MN11和MN12；比较器通过比较输入信号和输出信号的大小产生控制信号从而控制MN11和MN12的关断，确保开关晶体管MN8的衬底与“真实的源端”相连，能够有效抵消MOS管衬偏效应的影响，提高开关的精度和线性度[2]。

2.2.3 消除寄生电容的自举电路

自举电容器可能由于其尺寸而引入对地的大寄生电容。所有的这些寄生电容可能进一步增大电荷共享效应，从而减少在开关晶体管处看到的电荷。NXP股份有限公司提出的专利申请（专利公开号为EP2518730A1）中提出了如图3所示的电路。速发展。从简单的电容实现自举电路，利用单个自举电容来实现自举开关（专利公开号为CN1777031A），到通过利用开关有规律的导通关断实现自举开关（专利公开号为CN101154941A），到实现栅压自举开关电路（专利公开号为CN104796126A、）以及各种改进的自举开关电路（实现导通电阻恒定的自举开关电路申请公开号如CN103997326A、CN103997326A，实现消除衬偏效应的自举开关电路申请公开号如CN103346765A、CN102891672A、CN103023469A，可以实现多路采样栅压自举开关的专利申请公开号如CN104270153A）。

2.2 国内外重要技术的发展

2.2.1 导通电阻恒定的自举开关电路

图1所示为上海华力微电子有限公司申请的导通电阻恒定的自举开关电路（专利公开号为CN103997326A）中，包括：电荷泵电路10、自举电路20、开关电路30。电荷泵电路10用于产生控制自举电路20的自举电容充电的控制电压，自举电路20用于按时序控制开关管MN接通或断开并在自举高压控制下产生恒定的导通电阻。

图3 消除寄生电容的自举电路

图4 对超过电源电压的输入进行采样的自举电路

2.2.4 对超过电源电压的输入进行采样的自举电路

传统的自举开关电路只能对小信号进行采样，当输入信号超过电源范围时它就不起作用了。针对此问题，美国的德克萨斯仪器股份有限公司提出了一种能够对超过电源电压的输入进行采样的自举电路（专利公开号为US2006202735A1），如图4所示。

2.2.5 小尺寸的栅压自举开关电路

自举开关电路中额外引入的电容将会占用很大的面积，这样加在输入端的容性负载会大大增加，要想使开关正常工作则必须增大输入级的驱动能力。电子科技大学在研发中提出了一种可以缩小芯片尺寸的栅压自举开关电路（专利公开号为CN103532534A），在栅压抬高电路中取消了电荷泵结构，只用到了一个电容，大大减小了电路所占用的面积，这对于对芯片面积有严格限制的设计中具有重要意义。

3 结语

综上所述，对自举开关电路技术的发展路线分析可知，国内外重要的公司都已经着手研发更高性能、更小尺寸的自举开关电路，也申请了大量的专利，未来关于自举开关电路的发展会不断朝着高集成度、高精度以及更快的采样开关转换速度发展，同时，也促进了中国专利的快速发展。

[1]钱宏文，朱燕君.适用于中频采样的CMOS自举采样开关[J].中国电子科学研究院学报，2013，8(2):209-212.

[2]张跃龙，李儒章.一种新型高线性度CMOS自举采样开关[J].微电子学.2011，41(6):799-809.

Overview of Patent Technology for Bootstrap Circuit

Bi Shuangjun Li Huafang Sun Xu
(Patent Examination Cooperation Henan Center of The Patent Office,SIPO,Zhengzhou 450000,Henan,China)

TN710.2

A

1003-5168(2017)08-0052-03

2017-5-17

毕爽君（1988-），女，硕士，审查员，研究方向：计算机领域的发明专利审查；李华芳（1987-），女，硕士，审查员，研究方向：计算机领域的发明专利审查（等同于第一作者）；孙旭（1989-），女，硕士，审查员，研究方向：计算机领域的发明专利审查。