يك سوئيچ آنالوگ جديد براي مدارهاي خازن سوئيچ‌شده دقت بالا

A Novel Analog Switch for High Precision Switched-Capacitor Applications

عملكرد مدارهاي خازن سوئيچ‌شده به ميزان قابل توجهي به سوئيچ‌هاي آنالوگ مورد استفاده در آن‌ها وابسته است. خطاهاي تزريق بار كانال، نفوذ كلاك و نشتي حالت خاموش اصلي‌ترين عوامل محدود‌كننده دقت اين سوئيچ‌هاي آنالوگ هستند. در اين مقاله روشي نوين براي كمينه‌كردن اين خطاها با استفاده از ساختاري بسيار ساده معرفي شده است. براي ارزيابي عملكرد سوئيچ پيشنهادي، شبيه‌سازي‌ها با استفاده از فن‌آوري 0.18 μm انجام شده است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند مقاومت روشن سوئيچ پيشنهادي در سراسر محدوده سيگنال ورودي كم‌تر از Ω560 مي‌باشد كه اين ميزان مقاومت مشخصات موردنياز پهناي‌باند دنباله‌روي سوئيچ را به‌طور كامل برآورده مي‌سازد. به‌علاوه، از آنجايي‌كه مقاومت خاموش سوئيچ پيشنهادي بسيار زياد (چند گيگااهم) است، جريان نشتي آن بسيار ناچيز مي‌باشد. هم‌چنين شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند كه خطاهاي ناشي از سوئيچ با استفاده از روش پيشنهادي به‌طور قابل ملاحظه‌اي كاهش يافته است. ميزان بار خطاي ايجاد شده در خروجي ناشي از تزريق بار و نفوذ كلاك در محدوده وسيعي از تغييرات ورودي كم‌تر از fC 1.6 مي‌باشد. هم‌چنين سوئيچ پيشنهادي به ازاي ورودي سينوسي با فركانس MHz 2.5 و دامنه mV800 و نيز فركانس كلاك MHz200 با ولتاژ تغذيهV 1.8 داراي SNDR برابر باdB 80.55، ENOB برابر با 13.08، THD برابر با dB -81.41 و SFDR برابر با dB 87.7 مي‌باشد.

The performance of a switched capacitor circuit strongly depends on its analog switches. This paper introduces a new technique to design a high precision analog MOS switch for switched-capacitor applications. To satisfy the accuracy requirements of the switch, a novel technique is proposed to minimize the charge injection and clock feed-through errors by using a very simple structure. Moreover, an innovative approach to increase the off-resistance of the switch and consequently minimizing its leakage current is presented. In order to evaluate the performance of the proposed switch, simulations are done in a 18μm standard CMOS technology. The on-resistance of the proposed switch is less than 560Ω over entire input signal range which completely satisfies the tracking bandwidth requirements. In addition, since the proposed switch provides an ultra-high off-resistance in the range of several GΩs, the leakage current of the proposed switch is negligible. Simulation results also show that switch induced errors are significantly eliminated by using the proposed cancellation technique. The output error charge due to charge injection and clock feed-through over a wide range of the input signal variation is less than 1.6fC. Moreover, simulation results show that the proposed switch achieves signal to noise plus distortion ratio (SNDR) of 80.55dB, effective number of bits (ENOB) of 13.08, total harmonic distortion (THD) of -81.41dB and spurious-free dynamic range (SFDR) of 87.7dB for a 2.5MHz sinusoidal input of 800mv peak-to-peak amplitude at 200MHz sampling rate with a 1.8V supply voltage.