使用NMOS开关可以正常工作，但使用传输门开关（CMOS开关）就不能工作，是什么原因？

LeEOI · 发表于 2023-6-6 18:02:40

我正在做一个开关电容型的PGA，参考论文的结构如下图所示
屏幕截图 2023-06-06 165431.png

其中运放部分电路图如下所示
F5CCLUARP1[$SK7M8(9UG`4.png

在将理想开关替换成实际开关的过程中，我发现将上图中S9和S11替换成传输门开关（最普通的结构）后，系统就不能工作（主要是由于VCMFB的电压从需要的0.86V，升至了1V多），结果如下图，此时的输出是μV级，感觉只有噪声。不同尺寸的传输门开关我也都试过，结果全都不行。
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但如果将S9和S11从理想开关替换成NMOS开关，系统是可以正常工作的，并且任意尺寸的NMOS开关都可以，下图是1μm/0.28μm的NMOS开关的结果图
(K[NW7XE9T0{W1@)F@.png

下图是100μ/0.28μm的NMOS开关的结果图
$7`JWH`[{T@[WQGLHZ0RZ_]G.png$
我也有试着改变理想开关模型的导通电阻，并手动加一些“寄生电容”，结果在导通电阻增大到1kΩ，并且还有5pF的电容的情况下，系统都能正常工作，结果如下图。所以好像不是导通电阻和寄生电容的问题？
D83[IOC$T%]}[BO]%9ZRI}K.png

我所搭的PGA整体电路与参考论文基本完全一致，只是我将论文中的NMOS输入管的运放换成了PMOS输入管的运放。下图是我搭的运放电路图
屏幕截图 2023-06-06 170011.png

我使用的共模反馈的电路图如下所示
屏幕截图 2023-06-06 170035.png

再贴一张我使用的传输门开关的电路图
屏幕截图 2023-06-06 170056.png

最后总结一下我碰到的问题：共模反馈中的开关使用NMOS开关，系统就可以正常工作；使用传输门开关，系统就不能正常工作。现在不知道出现这个现象的原因是什么，请各位大佬赐教。

LeEOI · 发表于 2023-6-8 22:06:34

本帖最后由 LeEOI 于 2023-6-8 22:08 编辑

为了不对其他看到本帖的人造成不必要的误导，在这里我说明一下，经过我这两天的尝试，发现问题并不是出在CMOS开关内部N/PMOS的时序是否不交叠上。
得出以上结论的原因如下：
下面四张仿真结果，我只改变了“PCH1&PCH2”和“PCH1&PCH2_1”所控制的开关，这两个控制信号也只控制该模块内的开关，并不控制其他模块的任何开关。在下面的仿真结果中，蓝色框内是CMOS开关（其中N/PMOS的栅极之间就只接了一个反相器），黄色框内是理想开关。

屏幕截图 2023-06-08 213802.png

从上面的仿真结果可以看出，只有当蓝色框内的CMOS开关的控制信号为“PCH1&PCH2”，黄色框内的理想开关的控制信号为“PCH1&PCH2_1”的时候，系统才能正常工作，其他的排列组合情况都不能工作。

而“PCH1&PCH2”信号和“PCH1&PCH2_1”信号的区别就是：“PCH1&PCH2”的初始值就是VDD；“PCH1&PCH2_1”的初始值是0，并且1ns后上升至VDD。除此以外的其他部分，二者是严格相等的。如下图所示，红色的线是“PCH1&PCH2”，粉色的线是“PCH1&PCH2_1”。
屏幕截图 2023-06-08 214140.png

那么，也就是说只有当蓝色框内的CMOS开关初始为开启，黄色框内的理想开关初始为关闭的情况下，系统才能正常工作。
我目前不清楚这个现象的原因是什么，猜测是不是因为仿真软件在代入初始值时的不同会导致后续计算出现问题？
不过如果使用NMOS开关是不会出现这些问题，所以如果有其他人碰到类似的问题，可以先尝试换成单MOS开关试试。