自适应抗混叠滤波方法及双环栅压自举采样开关电路实现

本发明涉及集成电路设计，尤其涉及一种自适应抗混叠滤波方法及双环栅压自举采样开关电路实现。

背景技术：

1、在模拟前端系统中，为了保证输入信号在离散时间模数转换器(adc)采样网络的快速建立，前级放大器的带宽往往高于adc的采样频率fs，而这也导致了采样带来的热噪声混叠问题无法避免。通过在前级放大器和adc的中间结点插入抗混叠滤波器可以缓解该问题，但现有抗混叠滤波器(如动态rc滤波器)的截止频率固定，无法随系统采样频率fs的变化进行自适应缩放，导致系统在面对宽频带缩放需求时，始终无法兼顾高速建立的线性度与低速采样的混叠噪声抑制能力。

技术实现思路

1、本发明通过提供一种自适应抗混叠滤波方法及双环栅压自举采样开关电路实现，解决了现有技术中抗混叠滤波器截止频率固定、无法随系统采样频率fs动态缩放的问题，实现兼顾了采样线性度与宽频率范围的自适应抗混叠滤波。

2、第一方面，本发明提供了一种双环栅压自举采样开关电路实现，包括：

3、采样开关管ms；

4、内环路，配置为在采样过程的快速建立阶段将采样开关管ms的栅源电压保持为电源电压，以使所述采样开关管ms处于与输入信号幅度无关的低导通阻抗状态，实现输入信号的快速线性建立；

5、外环路，配置为在所述快速建立阶段之后的滤波阶段，通过可控放电使所述采样开关管ms的栅源电压随时间下降，从而使所述采样开关管ms的导通阻抗随放电时间的增加而增大；

6、并且，所述外环路控制放电时长与系统采样频率成反比，以使所述采样开关管ms的导通阻抗与所述采样频率成反比，进而由所述导通阻抗与采样电容形成截止频率随所述采样频率线性缩放的自适应抗混叠滤波器。

7、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述内环路，包括：电容cb1、充电开关管m7、辅助开关管m8、辅助开关管m9、辅助开关管m10、抬升开关管m11、抬升开关管m12、复位开关管m15及复位开关管m16；

8、所述电容cb1的第一端连接所述充电开关管m3的漏极、辅助开关管m9的源极、辅助开关管m10的源极、抬升开关管m11的源极、电容cb2的第一端和厚栅氧化层管m2的源极；所述电容cb1的第二端连接第一节点vt1、所述抬升开关管m12的源极和所述充电开关管m7的漏极；

9、所述充电开关管m7的源极连接电源电压vd；所述充电开关管m7的栅极连接所述抬升开关管m12的漏极、所述辅助开关管m10的栅极、所述抬升开关管m11的栅极、所述复位开关管m15的漏极、外环抬升开关管m5的栅极和外环充电开关管m4的栅极；

10、所述辅助开关管m8的源极连接电源电压vd；所述辅助开关管m8的漏极连接所述辅助开关管m9的漏极、所述辅助开关管m10的漏极、所述抬升开关管m12的栅极及抬升开关管m6的栅极；所述辅助开关管m8的栅极连接所述辅助开关管m9的栅极与第二时钟信号φ2；

11、所述复位开关管m15的栅极连接电源电压vd；所述复位开关管m15的源极连接所述复位开关管m16的漏极；

12、所述复位开关管m16的源极接地；所述复位开关管m16的栅极连接第一时钟信号φ1。

13、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述外环路包括：电容cb2、二极管连接管m1、厚栅氧化层管m2、充电开关管m3、充电开关管m4、抬升开关管m5、抬升开关管m6、复位开关管m13及复位开关管m14；

14、所述电容cb2的第二端连接第二节点vt2、所述二极管连接管m1的漏极、所述充电开关管m4的漏极、所述抬升开关管m6的源极、所述抬升开关管m5的漏极；

15、所述二极管连接管m1的源极连接所述厚栅氧化层管m2的漏极；所述二极管连接管m1的栅极连接所述复位开关管m13的漏极、所述抬升开关管m5的源极、所述抬升开关管m6的漏极以及所述采样开关管ms的栅极；

16、所述厚栅氧化层管m2栅极连接定时控制信号φ2_df；

17、所述充电开关管m3的源极接地；所述充电开关管m3的栅极连接第一时钟信号φ1；

18、所述充电开关管m4的源极连接电源电压vd；

19、所述复位开关管m13的栅极连接电源电压vd；所述复位开关管m13的源极连接所述复位开关管m14的漏极；

20、所述复位开关管m14的栅极连接第一时钟信号φ1；所述复位开关管m14的源极接地。

21、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述厚栅氧化层管m2为厚栅氧化层管。

22、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述定时控制信号φ2_df的脉冲宽度与系统采样频率成反比。

23、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述采样开关管ms为nmos管，所述采样开关管ms的栅极连接所述复位开关管m13的漏极和所述二极管连接管m1的栅极；所述采样开关管ms的源极连接输入信号端vi；所述采样开关管ms的漏极连接输出端vo。

24、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述第一时钟信号φ1与所述第二时钟信号φ2为非交叠时钟。

25、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述定时控制信号φ2_df在所述第二时钟信号φ2有效期间内的预设延迟后变为有效。

26、结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述采样开关管ms的栅源电压在所述滤波阶段通过所述二极管连接管m1的放电而呈对数规律下降，使所述采样开关管ms进入亚阈值区，导通阻抗随放电时间增加而近似线性增大。

27、第二方面，本发明提供了一种自适应抗混叠滤波方法，包括：

28、将采样过程在时域上划分为快速建立阶段和滤波阶段；

29、在所述快速建立阶段，将采样开关管ms的栅源电压保持为电源电压，使所述采样开关管ms处于低导通阻抗状态，以实现输入信号的快速线性建立；

30、在所述快速建立阶段结束后，响应于定时控制信号，切换至所述滤波阶段；

31、在所述滤波阶段，通过控制储能元件的放电来降低所述采样开关管ms的栅源电压，使所述采样开关管ms的导通阻抗随放电时间的增加而增大；

32、并且，控制所述放电时长与系统的采样频率成反比，使得所述采样开关管ms的导通阻抗与所述采样频率成反比，并由所述导通阻抗与采样电容形成截止频率随所述采样频率线性缩放的自适应抗混叠滤波器。

33、本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

34、本发明通过在采样过程的快速建立阶段，内环路将采样开关管ms的栅源电压保持为电源电压，使得采样开关管ms处于与输入信号幅度无关的低导通阻抗状态。该阶段的有益效果在于：通过恒定且与输入信号无关的低导通阻抗，实现了输入信号的快速线性建立，有效抑制了谐波失真，确保了采样过程的高线性度。在快速建立阶段结束后的滤波阶段，外环路通过可控放电使采样开关管ms的栅源电压随时间下降，从而使得采样开关管ms的导通阻抗随放电时间的增加而增大。该阶段的有益效果在于：利用栅压下降使开关管进入亚阈值区，其导通阻抗渐增，与采样电容共同构成动态rc滤波器，在不增加额外硬件的前提下实现了抗混叠滤波功能。并且，外环路控制放电时长与系统采样频率成反比，使得采样开关管ms的导通阻抗与采样频率成反比，进而由该导通阻抗与采样电容形成截止频率随采样频率线性缩放的自适应抗混叠滤波器。该控制机制的有益效果在于：滤波器的截止频率能够自动跟随系统采样频率变化，在宽频率范围内始终保持最佳的混叠噪声抑制效果，同时兼顾了高速采样时的线性建立要求与低速采样时的噪声抑制需求，显著提升了系统的频率自适应能力和整体性能。