一种用于传感器的高线性度自举开关电路及其控制方法

1.本发明涉及智能传感器设计领域，具体涉及一种用于传感器的高线性度自举开关电路及其控制方法。


背景技术：

2.现代智能传感器系统通过传感器前端感知温度、湿度、压力磁力等自然信号转换为模拟信号，经过信号调理芯片转换为数字信号交由后端微处理器处理，应用领域涵盖可穿戴设备、vr应用、无人机、车联网、自动驾驶和工业应用等。在大部分传感器系统中，都要求信号调理芯片需要满足低失调、低噪声和高的线性度。
3.采样开关作为传感器信号调理电路中最重要的模块之一，将模拟信号采样离散化，供后续电路进行处理，因此采样开关的性能直接影响到整个传感器的性能。在采样开关电路中，为了提高线性度，已经有研究人员提出了栅压自举采样开关；但是由于工艺制程的提高，寄生电容对栅压自举开关线性度的影响越来越显著，所以设计一个高线性度的采样开关也是传感器设计的一个关键。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于传感器的高线性度自举开关电路及其控制方法，实现大幅度提高自举开关的线性度。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于传感器的高线性度自举开关电路，由晶体管m1和九个开关s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7，s8，s9、自举电容c1以及补偿电容cc组成；所述开关s1的上端连接电源电压vdd，开关s1的下端连接自举电容c1的上极板与开关s2的左端相连接形成节点a；所述开关s2的右端、开关s3的左端、晶体管m1的栅极与开关s6的上端相连；所述开关s3的右端与地电位相连接，形成节点b；开关s4的下端与地电位相连接；所述开关s5的右端、晶体管m1的源极、开关s7的左端与输入信号vin相连接；所述晶体管m1的漏极与自举开关的输出端vout相连接；所述开关s7的右端、开关s6的下端与补偿电容cc的上端相连接；所述开关s8的上端、开关s9的上端与补偿电容cc的下极板相连接；所述开关s8的下端连接至地电位；所述开关s9的下端连接至电源电位。
6.进一步的，所述9个开关的导通和关断通过时钟信号clk控制。
7.一种用于传感器的高线性度自举开关电路的控制方法，包括：当时钟信号clk为高电平，该高线性度自举开关处于采样状态；晶体管m1导通，开关s2，s5，s6，s9导通，开关s1，s3，s4，s7，s8断开；自举开关的输出端电压vout跟随输入端电压vin变化，完成采样过程；当时钟信号clk为低电平，该高线性度自举开关处于保持状态；晶体管m1截止，开关s2，s5，s6，s9断开，开关s1，s3，s4，s7，s8导通；自举电容c1上极板被充电至电源电位，自举电容c1下极板被放电至地电位，补偿电容cc上极板被跟随跟随输入信号vin变化，补偿电
容cc下极板被放电至地电位；输出信号vout保持上一时刻采样结束电压。
8.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明相比于传统自己开关电路，加入了开关s7，s8，s9和非线性补偿电容cc，补偿了由于节点a和节点b处寄生电容引入的和输入相关的非线性项，从而大幅度提高自举开关的线性度，在高精度、高线性度要求的传感器中，应用前景十分广阔。
附图说明
9.图1是本发明整体电路图。
具体实施方式
10.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
11.请参照图1，本发明提供一种用于传感器的高线性度自举开关电路，由晶体管m1和九个开关s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7，s8，s9、自举电容c1以及补偿电容cc组成；所述开关s1的上端连接电源电压vdd，开关s1的下端连接自举电容c1的上极板与开关s2的左端相连接形成节点a；所述开关s2的右端、开关s3的左端、晶体管m1的栅极与开关s6的上端相连；所述开关s3的右端与地电位相连接，形成节点b；开关s4的下端与地电位相连接；所述开关s5的右端、晶体管m1的源极、开关s7的左端与输入信号vin相连接；所述晶体管m1的漏极与自举开关的输出端vout相连接；所述开关s7的右端、开关s6的下端与补偿电容cc的上端相连接；所述开关s8的上端、开关s9的上端与补偿电容cc的下极板相连接；所述开关s8的下端连接至地电位；所述开关s9的下端连接至电源电位；9个开关的导通和关断通过时钟信号clk控制。
12.一种用于传感器的高线性度自举开关电路的控制方法，包括两种状态，采样状态和保持状态号，当clk为高电平时，该高线性度自举开关处于采样状态，电路对输入信号进行采样。当时钟信号clk为低电平，该高线性度自举开关处于保持状态，该时态电路输出波形保持上一时刻采样电压，具体为:当时钟信号clk为高电平，该高线性度自举开关处于采样状态；晶体管m1导通，开关s2，s5，s6，s9导通，开关s1，s3，s4，s7，s8断开；自举开关的输出端电压vout跟随输入端电压vin变化，完成采样过程；当时钟信号clk为低电平，该高线性度自举开关处于保持状态；晶体管m1截止，开关s2，s5，s6，s9断开，开关s1，s3，s4，s7，s8导通；自举电容c1上极板被充电至电源电位，自举电容c1下极板被放电至地电位，补偿电容cc上极板被跟随跟随输入信号vin变化，补偿电容cc下极板被放电至地电位；输出信号vout保持上一时刻采样结束电压。
13.以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。


技术特征：
1.一种用于传感器的高线性度自举开关电路，其特征在于，包括晶体管m1、九个开关s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7，s8，s9、自举电容c1以及补偿电容cc；所述开关s1的上端连接电源电压vdd，开关s1的下端连接自举电容c1的上极板与开关s2的左端相连接形成节点a；所述开关s2的右端、开关s3的左端、晶体管m1的栅极与开关s6的上端相连；所述开关s3的右端与地电位相连接，形成节点b；开关s4的下端与地电位相连接；所述开关s5的右端、晶体管m1的源极、开关s7的左端与输入信号vin相连接；所述晶体管m1的漏极与自举开关的输出端vout相连接；所述开关s7的右端、开关s6的下端与补偿电容cc的上端相连接；所述开关s8的上端、开关s9的上端与补偿电容cc的下极板相连接；所述开关s8的下端连接至地电位；所述开关s9的下端连接至电源电位。2.根据权利要求1所述的一种用于传感器的高线性度自举开关电路，其特征在于，所述9个开关的导通和关断通过时钟信号clk控制。3.根据权利要求1所述的一种用于传感器的高线性度自举开关电路的控制方法，其特征在于，包括：当时钟信号clk为高电平，该高线性度自举开关处于采样状态；晶体管m1导通，开关s2，s5，s6，s9导通，开关s1，s3，s4，s7，s8断开；自举开关的输出端电压vout跟随输入端电压vin变化，完成采样过程；当时钟信号clk为低电平，该高线性度自举开关处于保持状态；晶体管m1截止，开关s2，s5，s6，s9断开，开关s1，s3，s4，s7，s8导通；自举电容c1上极板被充电至电源电位，自举电容c1下极板被放电至地电位，补偿电容cc上极板被跟随跟随输入信号vin变化，补偿电容cc下极板被放电至地电位；输出信号vout保持上一时刻采样结束电压。

技术总结
本发明涉及一种用于传感器的高线性度自举开关电路，包括晶体管M1、九个开关S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9、自举自举电容C1以及补偿电容Cc；本发明包括了采样和保持两个工作阶段。相比于传统自举开关电路，加入了开关S7，S8，S9和非线性补偿电容Cc，补偿了由于节点A和节点B处寄生电容引入的和输入相关的非线性项，从而大幅度提高自举开关的线性度。从而大幅度提高自举开关的线性度。从而大幅度提高自举开关的线性度。


技术研发人员：魏榕山 魏聪 郑智建 林金晖
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2022.01.24
技术公布日：2022/4/29