專利名稱：負(fù)電壓產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路，尤其涉及一種負(fù)電壓產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
在實(shí)際使用電子電路過程中，常需要利用一種電壓值較小的負(fù)電壓電路。例如需要截止某一 MOS管時(shí)，僅使Vgs為0，有時(shí)會因漏電流而使得MOS管未能完全截止。此時(shí)，需保持Vgs更低，比如施加-0. IV至-0. 5V的負(fù)電壓，以保證MOS管完全截止。
壓電路中串聯(lián)多個(gè)等值電阻，對較大的負(fù)電壓進(jìn)行等值分壓，在所需的電位處，引出負(fù)電壓。但顯然這樣并不理想。尤其是需要調(diào)整該負(fù)電壓大小的時(shí)候，很不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種負(fù)電壓產(chǎn)生電路，可將輸出電壓控制在一個(gè)小的負(fù)電壓范圍內(nèi)，同時(shí)可在此范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)所需的電壓值。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種負(fù)電壓產(chǎn)生電路，包括—電荷泵，基于使能信號產(chǎn)生負(fù)電壓；與電荷泵相連的一非均勻分壓電路，所述的非均勻分壓電路中至少包括一個(gè)MOS管，該MOS管的源極與襯底不相連，所述的襯底接收一輸入電壓；一比較器，所述的比較器將所述MOS管的源極電壓與參考電壓進(jìn)行比較，僅當(dāng)所述的源極電壓超過參考電壓時(shí)，產(chǎn)生電荷泵的使能信號，使電荷泵運(yùn)行，產(chǎn)生負(fù)電壓?？蛇x的，所述的非均勻分壓電路包括n個(gè)同等規(guī)格的MOS管，該些MOS管的柵極均與其漏極相連，第一個(gè)MOS管的源極與電源電壓相連，其它MOS管的源極與前一個(gè)MOS管的漏極相連，最后一個(gè)MOS管的漏極與電荷泵輸出端相連,一電容連接于電荷泵輸出端與接地端之間；所述源極與襯底不相連的MOS管為第m個(gè)MOS管，m < n ; 所述的輸入電壓須高于參考電壓。可選的，所述參考電壓的值通過一均勻分壓電路均勻分壓所得；所述的均勻分壓電路包括與非均勻分壓電路相同數(shù)量、同等規(guī)格的n個(gè)MOS管，該些MOS管的柵極均與其漏極相連，且其源極均與其襯底相連，第一個(gè)MOS管的源極與電源電壓相連，其它MOS管的源極與前一個(gè)MOS管的漏極相連，最后一個(gè)MOS管的漏極接地；所述的參考電壓為第m個(gè)MOS管的源極電壓?？蛇x的，所述的輸入電壓須高于所述的均勻分壓電路中第m個(gè)MOS管的襯底電壓?？蛇x的，所述的電源電壓為3V?？蛇x的，所述的非均勻分壓電路和均勻分壓電壓均包括3個(gè)同等規(guī)格的MOS管，所述第m個(gè)MOS管為第2個(gè)MOS管?？蛇x的，還包括一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，與電荷泵的時(shí)鐘輸入端相連，用于產(chǎn)生電荷泵所需的時(shí)鐘信號?？蛇x的，所述的負(fù)電壓范圍在-0. 5 0V?？蛇x的，所述的MOS管為PMOS管。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)I、由于本電路中的某些MOS管的源極與襯底不相連，在其襯底施加了襯底偏壓，產(chǎn)生了襯底的體效應(yīng)(body effect)。通過體效應(yīng)對電路電壓的影響,產(chǎn)生使能信號,控制電荷泵運(yùn)行，將輸出的負(fù)電壓控制在一個(gè)小的負(fù)電壓范圍內(nèi)。2、通過調(diào)節(jié)MOS管的長寬比以及襯底輸入的電壓大小，達(dá)到靈活調(diào)節(jié)輸出的負(fù)電壓的范圍的目的。


圖I是本發(fā)明的負(fù)電壓產(chǎn)生電路的一種實(shí)施例的電路圖。圖2是圖I實(shí)施例的電壓波形圖。
具體實(shí)施例方式下文中的說明與附圖將使本發(fā)明的前述特征及優(yōu)點(diǎn)更明顯。茲將參照附圖詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。以下闡述旨在說明本發(fā)明，而不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限定。圖I是本發(fā)明的負(fù)電壓產(chǎn)生電路的一種實(shí)施例的電路圖。圖2是圖I的電壓波形圖。下面結(jié)合圖I、圖2進(jìn)行說明本實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)如圖I所示。時(shí)鐘產(chǎn)生電路I產(chǎn)生電荷泵2所需的時(shí)鐘信號CLK。電荷泵2的電源電壓Vdd為3V。同時(shí)，電荷泵2還受控于使能信號Enb。該使能信號Enb由非均勻分壓電路5中的A點(diǎn)電壓與均勻分壓電路4中對應(yīng)位置的B點(diǎn)電壓經(jīng)比較器比較所得。僅當(dāng)A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓時(shí)，使能信號Enb有效，電荷泵2工作。均勻分壓電路4包括3個(gè)同等規(guī)格的PMOS管4a、4b、4c。其中PMOS管4a的源極接收電源電壓Vdd為3V。PMOS管4a的源極與其襯底相連，PMOS管4a的柵極與其漏極相連，PMOS管4a的漏極與PMOS管4b的源極相連。PMOS管4b的源極與其襯底相連，PMOS管4b的柵極與其漏極相連，PMOS管4b的漏極與4c的源極相連。PMOS管4c的源極與其襯底相連，PMOS管4c的柵極與其漏極相連，PMOS管4c的漏極接地。其中，引出PMOS管4b的源極電壓，即B點(diǎn)電壓，進(jìn)入比較器3比較。非均勻分壓電路5包括3個(gè)同等規(guī)格的PMOS管5a、5b、5c。其中PMOS管5a的源極接收電源電壓Vdd為3V。PMOS管5a的源極與其襯底相連，PMOS管5a的柵極與其漏極相連，PMOS管5a的漏極與PMOS管5b的源極相連。PMOS管5b的源極與其襯底不相連，其襯底接收一輸入電壓Vin,輸入電壓Vin須大于PMOS管5b的源極與其襯底相連時(shí)的源極電壓，以引入襯底偏壓。由于均勻分壓電路4和非均勻分壓電路5中的PMOS管數(shù)量、規(guī)格都一致，其區(qū)別僅在于非均勻分壓電路5中有源極與襯底不相連的PMOS管5b，所以PMOS管5b的源極與其襯底相連時(shí)的源極電壓可參照均勻分壓電路4中對應(yīng)的PMOS管4b的源極電壓。PMOS管5b的柵極與其漏極相連，PMOS管5b的漏極與PMOS管5c的源極相連。PMOS管5c的源極與其襯底相連，PMOS管5c的柵極與其漏極相連，PMOS管5c的漏極與電荷泵輸出端Vout相連，還有一電容連接于電荷泵輸出端Vout與接地端之間。其中，引出PMOS管5b的源極電壓，即A點(diǎn)電壓，進(jìn)入比較器3比較。由于PMOS管4a、PMOS管4b、PMOS管4c的規(guī)格一樣，且連接方式也一樣，所以在電源電壓為3V，PMOS管4a、PMOS管4b、PMOS管4c串聯(lián)的情況下，3個(gè)PMOS管實(shí)現(xiàn)均勻分壓，每個(gè)PMOS管兩端的電壓差為IV。即PMOS管4a源極電壓為3V，PMOS管4b源極電壓為2V，PMOS管4c源極電壓為IV。所以B點(diǎn)電壓恒定輸出為2V。
雖然PMOS管5a、PM0S管5b、PM0S管5c的規(guī)格也一樣，但連接方式并不完全一樣。其中，PMOS管5b的源極與其襯底的連接方式與其它各管不同，其源極與其襯底不相連，在其襯底施加了襯底偏壓Vin，由此產(chǎn)生襯底體效應(yīng)(body effect) 0所以在電源電壓為3V，PMOS管5a、PMOS管5b、PMOS管5c串聯(lián)的情況下，PMOS管5a、PMOS管5b、PMOS管5c的分壓不再均勻。PMOS管5b襯底產(chǎn)生的襯底體效應(yīng)(body effect)，會使PMOS管5b兩端的電壓差略大于均勻分壓情況下的電壓差I(lǐng)V。而PMOS管5a、PM0S管5c未受體效應(yīng)的影響，兩端的電壓差仍為IV，所以在電源電壓為3V的情況下，PMOS管5c漏極的電壓值會為一較小的負(fù)電壓，該電壓值的大小由PMOS管5b襯底的體效應(yīng)強(qiáng)弱控制。PMOS管5c漏極電壓的等勢位即為電荷泵2的輸出端Vout。將PMOS管5b的源極電壓(A點(diǎn)電壓)，即受體效應(yīng)影響的電壓與PMOS管4b的源極電壓(B點(diǎn)電壓)，即未受體效應(yīng)影響的電壓比較，產(chǎn)生的結(jié)果為電荷泵2的使能信號Enb。當(dāng)A點(diǎn)電壓小于B點(diǎn)電壓時(shí)，即非均勻分壓電路5中的體效應(yīng)還未被類似漏電流等外部影響所完全抵消，仍能在電荷泵輸出端Vout輸出一較小的負(fù)電壓,此時(shí)使能信號Enb無效，電荷泵2停止。當(dāng)A點(diǎn)電壓大于B點(diǎn)電壓時(shí)，即A點(diǎn)電壓已大于均勻分壓時(shí)同等位置的電壓值，非均勻分壓電路5中的體效應(yīng)帶來的負(fù)電壓已被完全抵消。此時(shí)，使能信號Enb有效，電荷泵2運(yùn)行，電荷泵輸出端Vout產(chǎn)生負(fù)電壓，將與電荷泵輸出端Vout相連的非均勻分壓電路5的各點(diǎn)電壓都相應(yīng)地下拉。一旦A點(diǎn)電壓低于B點(diǎn)電壓，使能信號Enb再次無效，電荷泵2停止，電荷泵輸出端Vout輸出電壓不再繼續(xù)下降。電荷泵輸出端Vout端因漏電流等外部原因，其電壓值無法穩(wěn)定，會逐漸升高，帶動非均勻分壓電路5的各點(diǎn)電壓都相應(yīng)地升高。一旦A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓，使能信號Enb再次有效，電荷泵2再次運(yùn)行，電荷泵輸出端Vout產(chǎn)生負(fù)電壓。結(jié)合圖2的電壓波形圖進(jìn)行說明。其中，A點(diǎn)電壓(PM0S管5b源極電壓)，即受體效應(yīng)影響的電壓，始終在2V附近循環(huán)變化。一旦超過2V，即會被電荷泵輸出端Vout產(chǎn)生的負(fù)電壓下拉至約1.85V，后逐漸回升，待超過2V時(shí)，又會被再次下拉。至于下拉的電壓值，即受PMOS管5b的體效應(yīng)影響。B點(diǎn)電壓(PM0S管4b源極電壓)，即未受體效應(yīng)影響的電壓，始終穩(wěn)定在2V位置。將其作為參照物，一旦體效應(yīng)的影響已弱化至和未受體效應(yīng)影響時(shí)一樣，使能信號Enb有效，電荷泵2運(yùn)行。比較A點(diǎn)電壓和B點(diǎn)電壓的波形圖可以看出，使能信號Enb的波形圖基本穩(wěn)定在3V高電壓位置，只有在A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓時(shí)，產(chǎn)生一瞬時(shí)負(fù)值電壓，使電荷泵2運(yùn)行。電荷泵輸出端Vout的輸出基本穩(wěn)定在-0. 3V至-0. IV范圍內(nèi)。當(dāng)A點(diǎn)電壓高于B點(diǎn)電壓時(shí)，使能信號Enb為低時(shí)有效(圖2中a點(diǎn)位置)，電荷泵運(yùn)行，電荷泵輸出端Vout輸出負(fù)電壓，與電荷泵輸出端Vout相連的非均勻分壓電路5的各點(diǎn)電壓也相應(yīng)下降。電荷泵輸出端Vout降至-0. 3V時(shí)，A點(diǎn)電壓低于B點(diǎn)電壓，使能信號Enb為高無效，電荷泵2停止，電荷泵輸出端Vout不再下降。之后由于漏電流及電容的影響，電荷泵輸出端Vout無法維持在某一固定電壓，而逐漸回升(圖中b點(diǎn)位置)。當(dāng)電荷泵輸出端Vout回升至-0. IV時(shí)，A點(diǎn)電壓已高于B點(diǎn)電壓，使能信號Enb再次有效，電荷泵2再次運(yùn)行，電荷泵輸出端Vout再次降至-0. 3V。如此循環(huán)往復(fù)，始終能保持電荷泵輸出端Vout在-0. 3V至-0. IV范圍內(nèi)。需要說明的是，本實(shí)施例中均勻分壓電路4和非均勻分壓電路5中均采用3個(gè)MOS管，非均勻分壓電路5中源極與襯底不相連的MOS管只有一個(gè)，且為中間一個(gè)。但不應(yīng)理解為這是對本發(fā)明中可使用MOS管數(shù)量及源極與襯底不相連的MOS管數(shù)量及連接順序的限定。本實(shí)施例中采用的，僅僅是通過有限次的試驗(yàn)并綜合考慮可操作性及功效能耗因素后而采用的較佳實(shí)施例。需要說明的是，B點(diǎn)電壓也可以不由均勻分壓電路4產(chǎn)生，而是直接連接一參考電壓2V。只不過在電源電壓Vdd不夠穩(wěn)定的情況下，B點(diǎn)電壓并不能恰好穩(wěn)定在2V，而是在比如I. 8至2. 2V的一個(gè)范圍內(nèi)。直接將A點(diǎn)電壓與2V做比較，可能無法很好地區(qū)分造成電壓不同的原因到底是體效應(yīng)，還是電源電壓Vdd不穩(wěn)，因此造成的誤差可能會比較大。將A點(diǎn)與均勻分壓電路4產(chǎn)生的B點(diǎn)電壓做比較，可將由電源電壓Vdd不穩(wěn)造成的干擾因素完全去除，將造成電壓不同的原因聚焦到體效應(yīng)本身，控制電荷泵2停啟的效果更好。需要說明的是，本實(shí)施例中的均勻分壓電路4以及非均勻分壓電路5中的MOS管均為PMOS管，是基于該電路中使用PMOS管效果更佳的考慮，而不應(yīng)理解為只能使用PMOS管來實(shí)現(xiàn)。需要說明的是，本發(fā)明產(chǎn)生的負(fù)電壓的范圍由引入的體效應(yīng)的強(qiáng)弱決定。體效應(yīng)強(qiáng)，則負(fù)電壓范圍大，反之亦然。影響體效應(yīng)的因素有很多，且各因素對體效應(yīng)的影響并無明顯規(guī)律可循。經(jīng)多次的試驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)積累，可確定MOS管的長寬比可影響體效應(yīng)的強(qiáng)弱，可通過調(diào)節(jié)MOS管的長寬比，達(dá)到調(diào)節(jié)負(fù)電壓范圍的目的。同時(shí)，襯底輸入電壓Vin的大小也可影響體效應(yīng)的強(qiáng)弱。襯底輸入電壓Vin越高，體效應(yīng)越強(qiáng)，電荷泵輸出端Vout產(chǎn)生的負(fù)電壓也越大。但考慮到實(shí)際需求、保障MOS管正常運(yùn)行的需要及功耗能率，該襯底輸入電壓 Vin也不可能無限制地高，而是相應(yīng)地維持在某一個(gè)范圍內(nèi)較為理想，比如能將電荷泵輸出端Vout產(chǎn)生的負(fù)電壓控制在-0. 5V至OV范圍之內(nèi)所需的電壓。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于，包括 一電荷泵，基于使能信號產(chǎn)生負(fù)電壓； 與電荷泵相連的一非均勻分壓電路，所述的非均勻分壓電路中至少包括一個(gè)MOS管，該MOS管的源極與襯底不相連，所述的襯底接收一輸入電壓； 一比較器，所述的比較器將所述MOS管的源極電壓與參考電壓進(jìn)行比較，僅當(dāng)所述的源極電壓超過參考電壓時(shí)，產(chǎn)生電荷泵的使能信號，使電荷泵運(yùn)行，產(chǎn)生負(fù)電壓。
2.如權(quán)利要求I所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 所述的非均勻分壓電路包括n個(gè)同等規(guī)格的MOS管，該些MOS管的柵極均與其漏極相連，第一個(gè)MOS管的源極與電源電壓相連，其它MOS管的源極與前一個(gè)MOS管的漏極相連，最后一個(gè)MOS管的漏極與電荷泵輸出端相連,一電容連接于電荷泵輸出端與接地端之間；所述源極與襯底不相連的MOS管為第m個(gè)MOS管，m < n ; 所述的輸入電壓須高于參考電壓。
3.如權(quán)利要求I所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 所述參考電壓的值通過一均勻分壓電路均勻分壓所得； 所述的均勻分壓電路包括與非均勻分壓電路相同數(shù)量、同等規(guī)格的n個(gè)MOS管，該些MOS管的柵極均與其漏極相連，且其源極均與其襯底相連，第一個(gè)MOS管的源極與電源電壓相連，其它MOS管的源極與前一個(gè)MOS管的漏極相連,最后一個(gè)MOS管的漏極接地； 所述的參考電壓為第m個(gè)MOS管的源極電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 所述的輸入電壓須高于所述的均勻分壓電路中第m個(gè)MOS管的源極電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 所述的電源電壓為3V。
6.如權(quán)利要求3所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 所述的非均勻分壓電路和均勻分壓電壓均包括3個(gè)同等規(guī)格的MOS管，所述第m個(gè)MOS管為第2個(gè)MOS管。
7.如權(quán)利要求2所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 還包括一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，與電荷泵的時(shí)鐘輸入端相連，用于產(chǎn)生電荷泵所需的時(shí)鐘信號。
8.如權(quán)利要求2所述的負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于所述的負(fù)電壓范圍在-0.5 OV0
9.如權(quán)利要求I至8所述的任一種負(fù)電壓產(chǎn)生電路，其特征在于 所述的MOS管為PMOS管。
全文摘要
一種負(fù)電壓產(chǎn)生電路，包括一電荷泵，基于使能信號產(chǎn)生負(fù)電壓；與電荷泵相連的一非均勻分壓電路，所述的非均勻分壓電路中至少包括一個(gè)MOS管，該MOS管的源極與襯底不相連，所述的襯底接收一輸入電壓；一比較器，所述的比較器將所述MOS管的源極電壓與參考電壓進(jìn)行比較，僅當(dāng)所述的源極電壓超過參考電壓時(shí)，產(chǎn)生電荷泵的使能信號，使電荷泵運(yùn)行，產(chǎn)生負(fù)電壓。本發(fā)明可將輸出電壓控制在一個(gè)小的負(fù)電壓范圍內(nèi)，同時(shí)在此范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)所需的電壓值。
文檔編號H02M3/07GK102647082SQ20121012254
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者楊光軍, 胡劍 申請人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司