Управляемые ключи. 
Электроника и схемотехника

Используемые в устройствах с переключаемыми конденсаторами ключи должны обладать двусторонней проводимостью, при этом сопротивление ключа в открытом состоянии должно быть близким к нулю, в закрытом состоянии — бесконечно велико. Рассмотрим несколько схемных решений таких ключей.

На рис. 13.16, а показано, что в качестве простейшего ключа может быть использован /7-канальный МОП-транзистор, двухсторонняя проводимость которого обеспечивается веерообразной формой выходных характеристик в начале координат.

Поскольку в ключевом режиме подложка используется как четвертый электрод, в силу симметрии МОП-структуры стирается различие между истоком и стоком. В типовом режиме на исток и сток может быть подано напряжение в пределах 0—10 В, а на затвор — напряжение -5 В; в разомкнутом состоянии ключа напряжение на затворе равно 0 В, в замкнутом — 15 В [51]. К недостаткам ключей на МОП-транзисторах с каналом одного типа проводимости относят влияние емкостей подложка — исток и под;

Рис. 13.16. Иллюстрация принципа работы и-МОП-ключа (а) и КМОП-ключа (б, в).

ложка — сток на величины переключаемых (основных) емкостей 5С-устройства и частичное прохождение управляющих импульсов в цепь коммутации (сигнала). Для их устранения используют соответствующие средства, например такие как увеличение емкости переключаемых конденсаторов, уменьшение геометрических размеров ключей и амплитуд тактовых импульсов, использование специальных схем и др. Однако наиболее действенной мерой является переход к КМОП-ключам.

Типовая схема подобного ключа изображена на рис. 13.16, б. Его силовая часть, или собственно ключ, содержит два комплементарных транзистора ЕГ, и Е7'₂ соответственно п- и р-типов. Транзисторы ЕГ₃ и ЕГ₄ образуют инвертор, благодаря которому обеспечивается управление ключом.

При подаче на затвор транзистора ЕГ, положительного напряжения ?/" превышающего напряжение отсечки, открыты транзисторы ЕГ, и ЕТ_л. Через ЕГ₄ на затвор транзистора VI, поступает отрицательное напряжение, и ЕГ₂ открывается. Ключ переходит в состояние с двусторонней проводимостью, так как ЕГ, проводит ток в одну сторону, а VI, — в другую. При ?7 < 0 транзисторы ЕГ, и Е7', закрыты, транзистор ЕГ₃ открыт. Через Е7₃ на затвор ЕГ₂ поступает положительное напряжение, поэтому ЕГ₂ закрыт. Следовательно, КМОП-ключ находится в непроводящем состоянии.

Каждый из транзисторов ЕГ, и ЕГ₂ имеет внутреннее сопротивление, существенно зависящее от напряжения сток — исток (?/_си), однако параллельное их соединение позволяет значительно уменьшить зависимость общего сопротивления II от коммутируемого напряжения (рис. 13.16, в).

На рис. 13.17, а приведен другой вариант схемной реализации КМОП-ключа 15 ]. При 11_у > 0, 11_у < 0 транзисторы ЕГ₃ и ЕГ, на;

Рис. 13−17. Принципиальная схема КМОП-ключа (а) и его эквивалентные схемы в замкнутом (б) и разомкнутом (в) состояниях ходятся в закрытом состоянии, транзисторы VT, VT., и VT- — в открытом^Следователыю КМОП-ключ замкнут (рис. 13.17, б). При Ъ, < О, U_v > 0 транзисторы VT, и VT₄ открыты. Через VT_A на подложки транзисторов VT, и VT- поступает отрицательное напряжение, а через VT., на подложку транзистора VT₂ — положительное. Следовательно, транзисторы VT_v VT₂ и VT. находятся в запертом состоянии, которому соответствует эквивалентная схема, приведенная на рис. 13.17, в.