[发明专利]一种减小输出电压纹波的电荷泵

说明书

本发明涉及电荷泵技术领域，具体涉及一种减小输出电压纹波的电荷泵。本发明包括时钟信号产生单元、T₁延时单元、控制信号产生单元、辅助时钟产生单元、多电平时钟驱动单元和PMOS电荷泵单元。本发明在传统PMOS交叉耦合结构的基础上，所有PMOS开关管均采用源极与衬底相接的结构，使体效应的影响达到最小。同时在电荷泵的最后一级引入多电平时钟驱动，使输出端MOS管的导通电阻在一个时钟周期内的大小发生变化，从而减小输出电压的纹波。该结构仅采用多电平时钟驱动，在减小输出纹波的同时，电荷泵的增益以及驱动能力亦不会受到影响。

技术领域

本发明涉及电荷泵技术领域，具体涉及一种减小输出电压纹波的电荷泵。

背景技术

电荷泵电路作为片上电压转换器，使用电容作为储能元件，并通过开关将电荷泵向输出级以得到需要的电压。作为低功耗CMOS IC设计中的重要组成部分，电荷泵电路目前广泛应用于MEMS，非易失性存储器和LCD驱动器。此外，电荷泵也常用在低电源电压供电的开关电容电路之中，作为偏置驱动模拟电路。

最早的Dickson电荷泵结构存在泵浦效率低、可靠性差以及栅极氧化层过应力等问题，针对这些问题，人们又提出了一些基于Dickson电荷泵结构的改进结构。交错耦合式电荷泵结构提高了输出端电压增益同时提高了栅极氧化物的可靠性，是目前应用较为广泛的电荷泵结构。然而，在交叉耦合电荷泵的时钟转换期间会产生泄漏电流，从而导致泵效率降低和高纹波电压。且随着电荷泵级数的增加，输出电压的纹波增大，电荷泵的转换效率变低。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供由一种由多电平时钟驱动的PMOS交叉耦合式电荷泵结构，从改进控制时钟的思路出发，旨在降低电荷泵输出端的纹波但不会降低输出端的电压增益以及电荷泵的驱动能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种减小输出电压纹波的电荷泵，其特征在于，包括、控制信号产生单元、辅助时钟产生单元、多电平时钟驱动单元、PMOS电荷泵单元，

所述控制信号产生单元的输入信号为T₁延时单元的输出时钟控制信号CLKC，控制信号产生单元产生四个控制信号Q₁、Q₂、A₁和A₂，所得控制信号Q₁、Q₂、A₁和A₂用于驱动多电平时钟驱动单元5，T₁为充电速率调节延时时间长度；

所述辅助时钟产生单元的输入信号为时钟控制信号CLK及时钟控制信号CLKB，辅助时钟产生单元产生一对幅值为2VDD辅助时钟信号CLKH1、辅助时钟信号CLKH2；

所述多电平时钟驱动单元产生两个多电平时钟信号CLK1、CLK2，CLK1、CLK2具有低电平0、中间电平V_L、电源电压VDD三个电平；

所述PMOS电荷泵单元由两个电荷泵级联，其输入信号为电源电压VDD，两级PMOS电荷泵用于将所述电源电压VDD泵升，从而产生电荷泵电路的输出电压Vout，其中第一级电荷泵由所述辅助时钟信号CLKH1、CLKH2与时钟控制信号CLK及其异相时钟控制信号CLKB共同控制；第二级电荷泵由所述多电平时钟信号CLK1、CLK2与时钟控制信号CLK及其异相时钟控制信号CLKB共同控制。

具体的，所述控制信号产生单元用于产生所述四个控制信号Q₁、Q₂、A₁和A₂，包括第一反相器(INV1)、第二反相器(INV2)、第一与门(AND1)、第二与门(AND2)、第三与门(AND3)、第四与门(AND4)，