[发明专利]高速高压多路复用器

说明书

技术领域

本发明总体涉及多路复用器，并更具体地涉及通常与模拟数字转换器（ADC）一起使用的高速高压多路复用器。

背景技术

图1和图2示出了常规的多信道数据转换器系统100。系统100一般包括：多路复用器（MUX）102；模拟数字转换器（ADC）104，其可以例如是以250k个样本每秒（SPS）的速度操作的逐次逼近型寄存器（SAR）ADC；升压逻辑106；以及选择逻辑108。通常，多路复用器102接收若干模拟输入信号IN1至INN，以便向ADC104提供多路复用的模拟信号，所述模拟信号被ADC104转换成数字输出信号DOUT。升压逻辑106和选择逻辑108一般基于采样信号SAMPLE（使用选择信号SEL1至SELN）执行模拟输入信号IN1至INN的交叉存取（interleaving）。多路复用器102（其可在图2中更详细地看出）一般包含单元202-1至202-N（其中每个对应于多路复用器102的一个信道）。每个单元202-1至202-N一般分别包括开关S1-1至S5-1到S1-N至S5-N、电容器C1至CN、晶体管Q1-1至Q3-1到Q1-N至Q3-N（其一般均是NMOS晶体管）以及传输门204-1/206-1至204-N/206-N。

多路复用器102的操作（在图2中更详细地示出）一般取决于样本信号SAMPLE的相位。最初，通过使选择信号SEL1-A至SELN-A无效并使选择信号SEL1-B至SELN-B有效，电容器C1至CN被充电到正压轨HPVDD上的电压。在电容器C1至CN充电之后并且作为示例，如果假设选定信道1（单元202-1），则使选择信号SEL1-A有效，同时使SEL1-B（以及SEL2-A/SEL2B至SELN-A/SELN-B）无效。这允许在采样瞬间来自输入信号IN1的电压加上存储在电容器C1上的电压（即+15V）最初被施加到开关Q1-1和Q2-1的栅极上。随着施加升压电压，在采样瞬间的输入信号的IN1电压通过开关Q1-1和传输门204-1被传送到开关Q2-1和传输门206-1上（其一般执行与开关Q1-1和传输门204-1相同的功能）。一般提供开关Q2-1/Q3-1至Q2-N/Q3-N和传输门206-1从而减少串扰，因为这些组件一般消除输入和输出之间的寄生电容。

虽然单元202-1至202-N一般减少串扰（部分由于通过开关Q3-1至Q3-N提供的接地），但其存在一些缺点。亦即，开关Q2-1至Q2-N的重复可能有问题。因为大量的开关Q1-1/Q2-1至Ql-N/Q2-N被用于减少高频操作时的输入电阻，所以这些开关占用相当大量的面积。此外，这些串联开关Q1-1/Q2-1至Q1-N/Q2-N限制了ADC104的操作速度。因此，需要改进的多路复用器。

在美国专利6,404,237；7,064,599；7,268,610和7,471,135以及美国专利公开2002/0175740中描述了常规电路的一些示例。

发明内容

一个示例实施例提供一种设备，其包括：负电压轨；正电压轨；多个多路复用器单元，其中每个多路复用器单元由多个选择信号中的至少一个控制，并且其中当控制信号无效时禁用每个多路复用器单元，并且其中每个多路复用器单元包括：输入端子；输出端子；开关网络，其耦合到负电压轨；以及升压开关，其耦合到输入端子、输出端子和开关网络；以及升压电路，其耦合到每个多路复用器单元的输出端子、每个多路复用器单元的开关网络和正电压轨，其中升压电路由控制信号控制。

在一个示例性实施例中，该升压电路进一步包括：第一开关，其耦合到正电压轨和每个多路复用器单元的开关网络，其中当控制信号有效时激活第一开关；第二开关，其耦合到接地端和每个多路复用器单元的输出端子，其中当控制信号有效时激活第二开关；以及电容器，其耦合在第一开关与第二开关之间。

在一个示例性实施例中，每个升压开关进一步包括NMOS晶体管，所述NMOS晶体管在其源极处耦合到其输入端子，在其漏极处耦合到其输出端子并且在其栅极处耦合到其开关网络。

在一个示例性实施例中，每个开关网络进一步包括：第三开关，其耦合到其NMOS晶体管的源极；第四开关，其耦合在第三开关与其输出端子之间；第五开关，其耦合到在第三开关与第四开关之间的节点，并耦合到接地端；第六开关，其耦合在负电压轨与其NMOS晶体管的栅极之间；以及第七开关，其耦合在第一开关与其NMOS晶体管的栅极之间。

在一个示例性实施例中，该设备的输入范围是+/-12V、+/-10V、+/-5V、0V至10V和0V至5V。