[发明专利]一种实现正负高压的电荷泵电路

说明书

技术领域：

一种低成本，高效率，正负电压分时产生的电荷泵电路，它属 于电荷泵电路设计领域，适用与各种需要提升电源电压的场合。

背景技术：

传统做法是使用两个单独的电荷泵电路：一个正高压电荷泵 用于产生正高压(VHP)，而另一个负高压电荷泵用于产生负高压 (VHN)，但是这样无疑会占据很大的芯片面积；耦合电容占芯片 面积最大，也有提出正负电荷泵共享一套耦合电容，电荷泵的mos 开关还用两套，实际还是两个电荷泵，只是共享一套电容；这种 机制无疑要把一套电容分时切换给正电荷泵和负电荷泵，这样增 大了电路设计的复杂度，并且单级电荷泵每引入一个mos管开关， 该级电荷泵充电或者放电的RC时间常数至少加大一倍，这导致确 定的电荷泵电路的最高工作频率下降一半；或者也有把切换电容 的开关管做的远大于充放电的mos管，mos管尺寸的增大也引入了 大的寄生电容，也限制了电荷泵最高工作时钟频率，并且增大了 电荷泵的内耗，降低了电荷泵效率，限制了最大驱动能力。

由于芯片面积限制，芯片内集成的电荷泵因片内集成的电容 小，从驱动能力考虑，片内集成电荷泵大多采用di ckson结构(参 考文献Janusz A.Starzyk，Senior Member，IEEE，Ying-Wei Jan， and Fengjing Qiu，“A DC-DC Charge Pump Design Based on  Voltage Doublers，”IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS-I： FUNDAMENTAL THEORY AND APPLICATIONS，VOL.48，NO.3，MARCH2001)。 如果要得到大于2倍电源的电压，那电荷泵的开关管必须用高压开 关，相同宽长比高压管面积大很多，大的面积寄生电容更大；并 且电荷泵的电容也必须耐高压，也就不能采用单位面积电容较高 的低压mos管做电容，相同驱动能力下，无疑这种传统的做法，占 用芯片面积大，转换效率低。

本文提到的交叉耦合电荷泵大多用于2倍电源电压。如果要 用交叉耦合电荷泵结构得到更高电压，就需要多级交叉耦合电荷 泵串型级联。传统的交叉耦合电荷泵多级级联，如图2，第2级和 第3级级联有漏电，时钟的前半周期和后半周期，对应的第二级始 终有个开关管不能有效打开和关闭，导致后一级产生的高压漏回 到前一级的现象，如图2所示状态，比如clk＝vdd，clkb＝0时， 3倍的vdd电压打开n4nmos，此时前级的2倍电压给C2_1充电， 但由于n3nmos的关闭电压仅为2倍vdd，不能使n3nmos关闭， 导致C2_2电容上3倍vdd电压漏回到c1_2电容上。

传统的交叉耦合电荷泵有2个输入，2个输出，2个大小相等 的电容，2个尺寸相同的mos开关管(参考文献Pierre Favrat，IEEE， Philippe Deval，and Michel J.Declercq，“A High-Efficiency CMOS  Voltage Doubler”，IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL.33， NO.3，MARCH1998)，传统的交叉耦合电荷泵的2个输入端在一个 时钟周期里分别对2个电容充电。

本发明公开一种正负高电压的电荷泵电路，由非对称交叉耦 合电荷泵级串行单边级联，只用一个charge pump电路产生正高 压和负高压。

发明内容

本发明是一个正负电压的电荷泵电路，每一级非对称交叉耦合 电荷泵串行单边级联，主要特点有1)可设置输出正电压和负电压， 2)电荷泵mos开关管仅承受2倍电源电压。

发明附图

图1传统的交叉耦合电荷泵电路图

图2传统的交叉耦合电荷泵级联的示意图

图3pmos管剖面示意图

图4nmos管剖面示意图

图5交叉耦合电荷泵单边级联示意图

图6非对称交叉耦合电荷泵级

图7交叉耦合采样保持电路

图8正负电压转换电路

图9DNW偏置电路

发明具体实施