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改善开关电流电路主要误差的方法

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　开关电流技术是一种新的模拟信号采样、保持、处理技术。它具有电流模电路的特有优点，如速度快，适合于低电压工作等。与传统的开关电容技术相比，开关电流技术不需要线性电容和高性能的运算放大器，整个电路由晶体管组成，因此可与标准的数字CMOS工艺兼容。针对开关电流电路中的时钟馈通误差和传输误差进行详细分析，并提出了解决办法。

1 时钟馈通误差分析

时钟馈通误差是一个复杂的物理现象，在这里以第二代开关电流存储单元为例进行分析。

图1为存储单元，图2为开关断开时的电荷注入示意图。

对图1所示的存储单元，Ms的沟道电荷可以近似地描述为：

其中：Cax是栅氧化层单位面积电容;wseff和Lseff分别是Ms的有效沟道宽度和长度;Vgs是Ms的栅一源电压;VT是Ms的阈值电压，由式(2)给出：

式中：2 "φF|是强反型层表面势垒;r是体阈值参数;VT0是Vgs=0时的阈值电压。

一般情况下，1 V

将式(3)代入式(1)，得到注入存储电容的沟道电荷为：

其中：aq表示沟道电荷注入存储电容的分配系数，典型值为：aq=1/2。由栅极扩散覆盖电容Co1，注入存储电容的电荷为：

根据式(4)和式(5)司得整个注入电荷的总量为：

[p]
　式中：mi=ii/j,称为调制指数。将式(9)代入式(8)，得：

2 传输误差分析

开关电流电路属于电流模式电路，其基本结构的等效电路如图3所示。

从图3可以看出，上一级电路的输出电阻与下一级电路的输入电阻并联。设上一级电路的输出电流为Iout，输出电阻为Rout，下一级电路的输入电流为Iin，输入电阻为Rin。，则下一级电路的输入电流为：

从式(12)可看出，增大输出电阻或减小输入电阻都可以减小传输误差。

3 误差的改善方法

(1)时钟馈通误差的改善。改善时钟馈通误差可采用S2I电路。图4给出S2I存储单元的电路和时序。它的工作原理为：在φ1a相，Mf的栅极与基准电压Vref相连，此时Mf为Mc提供偏置电流JoMc中存储的电流为ic=J+ii。当φ1a由高电平跳变为低电平时，由于时钟馈通效应等因素造成Mc单元存储的电流中含有一个电流误差值，假设它为△ii。，则Mc中存储的电流为ic=J+ii+△ii。在φ1b相期间，细存储管Mf对误差电流进行取样，由于输入电流仍然保持着输入状态，所以Mf中存储的电流为If=J+△ii。当φ1b由高电平跳变为低电平时，考虑到△ii。