[实用新型]一种三倍压指数函数开关电容升压电路

说明书

本实用新型公开一种三倍压指数函数开关电容升压电路，由2个以上结构相同的升压级级联而成。每一升压单元包含三个电容和七个开关管，通过控制开关管的导通与关断对三个电容进行有规律的充放电。使每一级的输出电压幅值约等于每一级的输入电压幅值的三倍，将多个这样的三倍压单元结构进行串接，可以组成三倍压指数函数开关电容升压电路。相比于传统的二倍压指数函数开关电容升压电路，本实用新型可以在相同级数下获得更高的输出电压，或者可以用更少的级数来达到相同的升压效果，能效更高并节省芯片面积。

技术领域

本实用新型涉及集成电路技术领域，具体涉及一种三倍压指数函数开关电容升压电路。

背景技术

低功耗自供电能量收集技术是未来可穿戴电子设备发展的重要趋势之一。在低功耗自供电能量收集技术中，传统的升压电路结构大多以线性电荷泵为主，其典型代表为1976年提出的Dickson电荷泵及后续以此为基础发展起来的各种线性电荷泵结构，这些电路的特点是级与级之间电压差相对恒定。但由于受到MOS管体效应等各种非理想因素的影响，线性电荷泵的输出电流较小，输出电阻大，时钟控制信号的振荡频率不允许太高，在输出端需要外接较大容值的电容才能维持输出电压的稳定，同时存在静态电流较高，静态损耗较大等缺点，且体效应的存在还会使经典的栅交叉耦合电荷泵的升压效果随着级数增加而减弱，表现为前后级压差不断减小，使得级与级之间的输出电压抬升受限，最终影响了电压提升效率。因此传统的升压电路(如图1所示的二倍压指数函数开关电容升压电路)升压效果仍有待提升，在很多应用场景中仍需要多级串联才能满足后级负载电路的供电电压需求，从而导致芯片面积较大和成本较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是传统的升压电路升压效果有待提升的问题，提供一种三倍压指数函数开关电容升压电路。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种三倍压指数函数开关电容升压电路，由2个以上结构相同的升压级级联而成；每个升压级由4个钟控开关SWN1～SWN4、3个钟控开关SWP1～SWP3和3个电容C1～C3组成；钟控开关SWN1的S端、钟控开关SWN2的S端和钟控开关SWN4的S端相连后，作为该升压级的输入正极；钟控开关SWN1的W端、钟控开关SWP1的S端和电容C1上极板相连；钟控开关SWN2的W端、钟控开关SWP2的S端和电容C2的上极板相连；电容C2下极板、钟控开关SWP1的W端和钟控开关SWN3的S端相连；钟控开关SWN4的W端、钟控开关SWP3的S端和电容C3的下极板相连；钟控开关SWP2的W端和电容C3的上极板相连后，作为该升压级的输出正极；电容C1的下极板、钟控开关SWN3的W端和钟控开关SWP3的W端相连后，作为该升压级的输入负极和输出负极；钟控开关SWN1～SWN4的控制端与第一时钟信号A连接，钟控开关SWP1～SWP3的控制端与第二时钟信号B连接；第一级升压级的输入正极与环境能量源VIN的正极连接，第一级升压级的输入负极与环境能量源VIN的负极连接；前一级升压级的输出正极与后一级升压级的输入正极连接，前一级升压级的输出负极与后一级升压级的输入负极连接；最后一级升压级的输入正极形成三倍压指数函数开关电容升压电路的输出正极，最后一级升压级的输入负极形成三倍压指数函数开关电容升压电路的输出负极。

上述方案中，第一时钟信号A与第二时钟信号B为幅度和频率相等，且相位相反的时钟控制信号。

与现有技术相比，本实用新型通过单级三倍压开关电容升压电路串接组成的三倍压指数函数开关电容升压电路，其得到的输出电压VOUT等于3的N次方倍输入电压VIN，即VOUT＝3^N×VIN，而传统的二倍压指数函数开关电容升压电路，其得到的输出电压VOUT等于2的N次方倍的输入电压VIN，即VOUT＝2^N×VIN，其中N为级数。相较于二倍压指数函数开关电容升压电路，三倍压指数函数开关电容升压电路可以在相同级数下获得更高的输出电压，或者可以用更少的级数来达到相同的升压效果，能效更高并节省芯片面积。

附图说明

图1为传统的二倍压指数函数开关电容升压电路的电路原理图。