[发明专利]一种提高电荷泵效率的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种提高电荷泵效率的方法。

背景技术

电荷泵为开关电容式电压转换器，可以将输入的电压转换成相应的反向或正向电压输出，在转换时，可以将输入的电压提高若干倍。在电荷泵的电路设计中，一般包括若干个储电器件和若干个开关管，其中，开关管用于为储电器件充放电，使得储电器件将输入的电压提高若干倍输出。为了增大输出电压，电荷泵常常由多级相同的器件单元串联组成，每级器件单元包括一个或多个储电器件和一个或多个开关管。

在电荷泵中，储电器件可以由电容组成，开关管可以采用二极管或N型MOS管或P型MOS管。当PMOS应用在电荷泵时，在PMOS的漏极和源极之间加正向电压，并在栅极加负压，使得PMOS导通，电流由PMOS的漏极流向源极，PMOS在传送高电平时不会产生阈值电压损失。将每一级PMOS的N阱分开可以避免衬偏效应。但是，PMOS应用在电荷泵时，当PMOS导通瞬间，PMOS的漏极电压要高于PMOS的源极电压，使得PMOS内部的寄生PNP三极管存在导通可能，电流可从PMOS的漏极经过该寄生PNP三极管流向衬底，损失了大量的能量。

图1为现有电荷泵中的一级器件单元的简化结构示意图，包括：作为开关管的PMOS、电容C1、电容C2和时钟驱动电路，其中，C1的两端分别与PMOS的漏极和时钟驱动电路相连，C2的两端分别与PMOS的源极和时钟驱动电路相连，PMOS的漏极接入上一级器件单元的输出电压，PMOS的源极接入下一级器件单元。在一个周期内，加载上一级器件单元的输出电压，为电容C1充电后，时钟驱动电路驱动电容C1的另一端为高电平，电容C2的另一端为低电平，同时使得PMOS导通，此时A点电压高于B点，电流由A点流向B点，为电容C2充电，后一个周期，电容C1的另一端为低电平，电容C2的另一端为高电平，同时驱动PMOS关断。这样，A点电压变低，接收从前一级器件单元流入的电流进行充电，同时B点电压被提高了，电流从B点流向下一级器件单元的电容。在该过程中，当PMOS导通瞬间，A点的电压高于B点的电压，也就是PMOS的漏极电压高于PMOS的源极电压，使得PMOS内部的寄生PNP三极管存在导通的可能，电流可从PMOS的漏极经过该寄生PNP三极管流入衬底，损失了大量的能量。

PMOS内部的寄生PNP三极管的结构剖面图如图2所示：该PMOS的漏极、接地的P型衬底及该PMOS的N阱构成了PMOS内部的寄生PNP三极管。在PMOS导通瞬间，PMOS的漏极电压高于PMOS的源极电压时，从该PMOS的漏极到该PMOS的N阱有电流流过，使得电流流向衬底，损失了能量。

图3为现有技术中具有寄生PNP三极管的PMOS电路结构示意图，如图所示，该PMOS包括源极、栅极和漏极，在该PMOS中具有寄生PNP三极管，该寄生PNP三极管的发射极连接该PMOS的漏极，该寄生PNP三极管的基极与该PMOS的N阱连接后，接入到该PMOS的源极上，该寄生PNP三极管的集电极接衬底。在PMOS导通瞬间，PMOS的漏极电压高于PMOS的源极电压时，该寄生PNP三极管可能导通，使得电流可从该PMOS的漏极通过该寄生PNP三极管流到衬底，可能损失了能量。

为了减少能量损失，目前采用的方法为，在将PMOS应用到电荷泵时，在该PMOS与内部的寄生PNP三极管之间增加两个PMOS：第一PMOS和第二PMOS，用于在PMOS导通瞬间，PMOS的漏极电压高于PMOS的源极电压时，将该PMOS的N阱电压接入到该PMOS的漏极上，使得该寄生PNP三极管的发射极和基极短路，该寄生PNP三极管截止。图4为现有技术减少能量损失的PMOS电路结构示意图，如图所示，该PMOS包括源极、栅极和漏极，在寄生PNP三极管和该PMOS之间增加第一PMOS和第二PMOS。其中，第一PMOS的栅极与该PMOS的源极连接，第一PMOS的漏极与该PMOS的漏极连接，第一PMOS的源极与第二PMOS的源极相连接，第二PMOS的漏极与该PMOS的源极连接，第二PMOS的栅极与该PMOS的漏极连接，该PMOS的N阱、第一PMOS的N阱、第二PMOS的N阱、第一PMOS源极和第二PMOS源极相连后，接入寄生PNP三极管的基极，该寄生PNP三极管的发射极连接该PMOS的漏极，该寄生PNP三极管的集电极接衬底。在PMOS导通瞬间，PMOS的漏极电压高于PMOS的源极电压时，该PMOS驱动第一PMOS导通，第二PMOS截止，将该PMOS的N阱电压接入到该PMOS的漏极上，使得该寄生PNP三极管的发射极和基极短路，该寄生PNP三极管截止，该PMOS减少了能量损失。