[实用新型]升压式电荷泵有效

专利信息
申请号: 201320583615.2 申请日: 2013-09-22
公开(公告)号: CN203554284U 公开(公告)日: 2014-04-16
发明(设计)人: 刘楠;庄在龙 申请(专利权)人: 江苏芯创意电子科技有限公司
主分类号: H02M3/07 分类号: H02M3/07;H02M1/14
代理公司: 上海翼胜专利商标事务所(普通合伙) 31218 代理人: 孙佳胤
地址: 215634 江苏*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 升压 电荷
【说明书】:

技术领域

实用新型涉及集成电路设计领域,尤其涉及一种结构简单,性能优异的升压式电荷泵。

背景技术

电荷泵电路广泛应用于模拟电路里,其主要由电容,开关,非交叠时钟和电平转换电路组成,其中最重要的是电容和开关的实现。现有的简单电荷泵如图1所示,采用电容和二极管来实现,ck1、ck2为一对非交叠时钟。该电荷泵的工作原理为:假设二极管的导通电压为vt,当ck1=0时,D1导通,稳态时候va=vin-vt;当ck1=vin,ck2=0,va=2vin-vt,同时D2导通,稳态时候vb=2vin-2vt。通过这种方式va,vb,vcp电压逐步被抬高,可根据实际需要选择电容和二极管的个数。这种结构电路简单,但电路损耗比较大,每一级固定电压损失为vt。

改进的2倍型电荷泵结构如图2所示,该电荷泵的开关用MOS开关取代二极管,这样可以有更小的电压损耗和更快的建立时间。该电荷泵的工作原理为:pm1、nm1导通,va=vin,vb=0;pm2、pm3导通,vb=vin,由于电容c1电压不能突变,va=2vin导通,因此va通过pm2向电容c2充电,稳态时,vcp=2vin(这里假设没有负载,MOS开关没有损耗的情况下)。

这种改进的2倍型电荷泵结构的设计存在以下难点:

1.可靠性的考虑:由于内部节点存在瞬间高压,因此需要考虑这种节点高压状态的持续时间和幅度,保证与其相连接的各个器件都工作在安全的偏置状态;

2.衬底电位的选择:pm1、pm2是PMOS开关,其衬底电位要选择最高电位相连接,但vin,va,vcp电压相互关系在电荷泵建立的过程不确定,因此需要采用电压选择器来选择最高电位供给pm1和pm2(如图2所示电压选择器由一个比较器comp和两个开关sw1、sw2组成);

3.MOS开关的栅极控制电压的控制:vb电压范围0~vin,因此pm3和nm1需要传递和阻断的电压为0~vin,其栅极电压采用0~vin控制的逻辑即可;pm1需要传递vin,阻断2vin,因此其栅极控制逻辑需要0~2vin;pm2也类似;因此需要额外的电平移位电路来实现栅极不同电位的逻辑控制。

由上述分析可以看出,现有改进的2倍型电荷泵需要额外的电路来满足设计要点要求,这样不但增加设计难度也增加了设计成本和功耗,同时这种结构在为负载提供电荷区间为单电容供电,因此纹波相对也比较大。因此,需要一种能够简化电荷泵的设计复杂度,同时获得相同的输出电压性能和更小的输出纹波的电荷泵结构。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是,提供一种升压式电荷泵,解决现有技术中电荷泵的设计需要额外的电路来满足设计要点要求,增加设计难度也增加了设计成本和功耗,且纹波相对也比较大的问题。

为了解决上述问题,本实用新型提供了一种升压式电荷泵,包括至少一第一电荷汲取单元、一第二电荷汲取单元以及输出存储电容,所述第一电荷汲取单元包括第一电荷泵电容、第一输出PMOS晶体管以及至少一充电时钟信号端,所述第二电荷汲取单元包括第二电荷泵电容、第二输出PMOS晶体管以及至少一充电时钟信号端;所述第一输出PMOS晶体管的源极与所述第一电荷泵电容相连,栅极与所述第二电荷泵电容相连,漏极与所述输出存储电容相连同时接电荷泵电压输出端,衬底与一电压选择电路相连;所述第二输出PMOS晶体管的源极与所述第二电荷泵电容相连并连接至所述第一输出PMOS晶体管的栅极,所述第二输出PMOS晶体管的栅极与所述第一电荷泵电容相连并连接至所述第一输出PMOS晶体管的源极,所述第二输出PMOS晶体管的漏极与所述输出存储电容相连同时接所述电荷泵电压输出端,所述第二输出PMOS晶体管的衬底分别与所述电压选择电路以及所述第一输出PMOS晶体管的衬底相连;在所述第一输出PMOS晶体管根据充电时钟信号导通时,所述第二输出PMOS晶体管切断,第一电荷泵电容对输出存储电容充电;在所述第二输出PMOS晶体管根据充电时钟信号导通时,所述第一输出PMOS晶体管切断,第二电荷泵电容输出存储电容充电。

本实用新型的优点在于,通过各电荷汲取单元中输出PMOS晶体管相互间的巧妙连接,有效降低了设计复杂度,同时获得相同的输出电压性能,有效满足设计要点要求;且在一个周期内多次对输出存储电容充电,其纹波也比传统结构要小得多,得到了更优的输出特性。

附图说明

图1,现有的简单电荷泵的电路图;

图2,改进的2倍型电荷泵的电路图;

图3,本实用新型所述升压式电荷泵的一实施方式的电路图。

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