[发明专利]电荷泵

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电荷泵。

背景技术

电荷泵电路作为Flash存储器的基本模块，很大程度上决定了Flash的编程/擦除速度。随着集成电路制造工艺的进步、对低功耗的追求，集成电路的电源电压不断下降。同时，在Flash存储器中，单元的编程/擦除操作仍需要较高的电压，这就使得在集成电路的不断发展过程中电荷泵电路逐步显现出其重要的地位。在Flash存储器的设计中，对电荷泵的研究逐渐成为当前的热点之一。

电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(直流-直流变换器)。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压电荷泵，其利用内部的场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)开关阵列以一定的方式控制电容上电荷的传输，通常以时钟信号控制电荷泵中电容的充放电，从而使输入电压以一定的方式升高(或降低)，以达到所需要的输出电压。

最早的理想电荷泵模型是J.Dickson在1976年提出的，其基本思想就是通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势，当时这种电路是为了提供可擦写EPROM所需要的电压。后来J.Witters、Toru Tranzawa等人对J.Dickson的电荷泵模型进行改进，提出了比较精确的理论模型，并通过实验加以证实提出了一些理论公式。随着集成电路的不断发展，基于低功耗、低成本的考虑，电荷泵在集成电路中的应用越来越广泛了。图1为八级Dickson正高压电荷泵电路原理图。图中符号表示输入电压源，符号表示地，符号表示NMOS管，符号表示PMOS管，其中CK1和CK2为两相不交叠时钟信号。

时钟的摆幅决定了每一级电荷泵电压所能抬升(或降低)的最大幅。电源电压幅度的降低，会使时钟信号的摆幅相应降低，最终影响到单级电荷泵电压抬升(或降低)的幅度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何更高速的提高电荷泵电路输出电压，以及在级数不变的情况下，电荷泵电路如何提供更高的输出电压。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种电荷泵，该电荷泵包括：第一电荷泵电路，以电源电压以及两相时钟信号为输入，用于将电源电压提升至第一设定电压值并输出；时钟信号电压转换电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压以及所述两相时钟信号为输入，用于将所述两相时钟信号的摆幅提升至所述输出电压，并输出提升后的两相时钟信号；第二电荷泵电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压、所述两相时钟信号以及所述提升后的两相时钟信号为输入，用于将所述输出电压提升至第二设定电压值并输出。

其中，所述第一电荷泵电路以及第二电荷泵电路均为正电压电荷泵电路。

其中，所述第一电荷泵电路为四阶Dickson电荷泵电路，该电路由四个NMOS和五个电容器组成，其中，第一电容器及第二电容器的第一端分别与第一NMOS管的漏极及源极相连，第二电容器及第三电容器的第一端分别与第二NMOS管的漏极及源极相连，第三电容器及第四电容器的第一端分别与第三NMOS管的漏极及源极相连，第四电容器及第五电容器的第一端分别与第四NMOS管的漏极及源极相连；第一电容器的第一端还与第一NMOS管的栅极以及电源电压相连，第二电容器的第一端还与第二NMOS管的栅极相连，第三电容器的第一端还与第三NMOS管的栅极相连，第四电容器的第一端还与第四NMOS管的栅极相连；第五电容器的第一端为电压输出端；第一电容器以及第三电容器的第二端与两相时钟信号中的第一时钟信号相连，第二电容器以及第四电容器的第二端与两相时钟信号中的第二时钟信号相连；第五电容器的第二端接地。