電荷泵電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電荷泵電路。電荷泵電路(100)包括若干串聯(lián)耦合的級(jí)(S1、S2和S3)和若干時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器(104、106)。所述級(jí)的第一個(gè)(S1)的電壓輸出連接到所述級(jí)的第二個(gè)(S2)的電壓輸入。所述級(jí)的第二個(gè)(S2)的電壓輸出相對(duì)于所述級(jí)的第二個(gè)(S2)的電壓輸入升壓。所述級(jí)的每一個(gè)包括互補(bǔ)的電荷泵(P1和P2)。電荷泵的每一個(gè)包括在所述級(jí)中存儲(chǔ)電荷的泵電容器(C1)。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器(104、106)的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)到所述級(jí)的至少一個(gè)的泵電容器(C1)。提供給所述級(jí)的第二個(gè)(S2)的時(shí)鐘信號(hào)的電壓源自所述級(jí)的第二個(gè)(S2)的電壓輸入。
【專利說(shuō)明】電荷泵電路

【背景技術(shù)】
[0001]許多集成電路包括芯片上的電路以產(chǎn)生具有幅度比所選擇的電源電壓大的電壓 和/或相對(duì)所選擇的電壓是負(fù)的電壓。這種電壓可以用于向集成電路上所包含的電路的部 分供電。例如，半導(dǎo)體存儲(chǔ)器（諸如，F(xiàn)LASH和EEPROM存儲(chǔ)器）可以要求寫(xiě)和/或擦除比 所需要的電壓較高的電壓，以向集成電路上所包括的電路的其余部分供電。
[0002] 電荷泵是這種電壓升壓和/或反相電路的一類。電荷栗通常實(shí)施為電容性電壓倍 增器電路。電荷泵使用開(kāi)關(guān)隔離電容器以將輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓，所述輸出電壓可以 大于所述輸入電壓或相對(duì)于所述輸入電壓是負(fù)的。在電荷泵中，耦合到電容器的開(kāi)關(guān)依次 操作以從輸入電壓首次為電容器充電，并且然后將電荷轉(zhuǎn)移到輸出。電荷栗電路可以包括 若千級(jí)，所述級(jí)的每一個(gè)可以通過(guò)前一級(jí)升壓或取消電壓輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本文公開(kāi)電荷泵電路具有降低數(shù)量的級(jí)和降低跨過(guò)泵電容器的電壓的技術(shù)。在一 個(gè)實(shí)施例中，電荷泵電路包括若干串聯(lián)耦合的級(jí)和若干時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器。所述級(jí)的第一個(gè)的電 壓輸出連接到所述級(jí)的第二個(gè)的電壓輸入。所述級(jí)的第二個(gè)的電壓輸出相對(duì)所述級(jí)的第二 個(gè)的電壓輸入升壓。所述級(jí)的每一個(gè)包括互補(bǔ)的電荷泵。電荷栗的每一個(gè)包括在所述級(jí)存 儲(chǔ)電荷的泵電容器。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的每一個(gè)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)到所述級(jí)的至少一個(gè)的泵電容器。 提供給所述級(jí)的第二個(gè)的時(shí)鐘信號(hào)的電壓源自所述級(jí)的第二個(gè)的電壓輸入。
[0004]在另一個(gè)實(shí)施例中，電容式電壓轉(zhuǎn)換器包括第一電荷栗、第二電荷泵和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng) 器。第二電荷泵耦合到第一電荷泵，并且經(jīng)配置以增加第一電荷杲的電壓輸出。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng) 器稱合到第二電荷杲，并且經(jīng)配置以基于第一電荷杲的電壓輸出產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。第二電荷 泵根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)電壓增加第一電荷栗的電壓輸出。
[0005]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，電壓升壓裝置包括三個(gè)順序耦合的電荷栗級(jí)、第一時(shí)鐘驅(qū) 動(dòng)器和第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器。所述級(jí)的每一個(gè)包括第一電荷栗和第二電荷泵。電荷栗的每一個(gè) 包括一對(duì)互補(bǔ)的晶體管和耦合到晶體管的每一個(gè)的漏極的栗電容器。第一電荷泵的每一個(gè) 晶體管的基極耦合到第二電荷栗的每一個(gè)晶體管的漏極。第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器將具有第一相位 的時(shí)鐘伝號(hào)提供給順序親合的級(jí)的第一個(gè)的第一電荷泵的泵電容器,并將具有第二相位的 時(shí)鐘信號(hào)提供給順序耦合的級(jí)的第一個(gè)的第二電荷泵的泵電容器。第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器將具有 第一相位的時(shí)鐘信號(hào)提供給順序耦合的級(jí)的第二個(gè)的第一電荷泵的泵電容器，并將具有第 二相位的時(shí)鐘信號(hào)提供給順序耦合的級(jí)的第二個(gè)的第二電荷泵的栗電容器。順序耦合的級(jí) 的第一個(gè)的電壓輸出給第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器供電，并且由第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供的時(shí)鐘信號(hào)具有 比由第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供的時(shí)鐘信號(hào)更大的電壓擺幅。 '、 B '

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006] 針對(duì)各種實(shí)例的詳細(xì)描述，現(xiàn)將參考附圖，其中：
[0007] 圖1不出根據(jù)本文公開(kāi)的原理的電荷栗電路的示意圖；
[0008] 圖2示出根據(jù)本文公開(kāi)的原理的對(duì)于電荷栗的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路的示意圖；
[0009] 圖3示出根據(jù)本文公開(kāi)的原理的包括調(diào)節(jié)和電源選擇的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路的示意 圖；
[0010] 圖4示出根據(jù)本文公開(kāi)的原理的包括調(diào)節(jié)的電荷泵的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路的示意圖；
[0011] 圖5示出根據(jù)本文公開(kāi)的原理的電荷杲電路的功率控制器的框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 貫穿下面說(shuō)明和權(quán)利要求所使用的某些術(shù)語(yǔ)是指特定系統(tǒng)組件。如本領(lǐng)域技術(shù)人 員將認(rèn)識(shí)到，公司可以指不同名稱的組件。本文件不打算區(qū)分名稱不同而不是功能不同的 組件。在下面的討論和權(quán)利要求中，術(shù)語(yǔ)"包括"和"包含"用于開(kāi)放式的方式，并且因此應(yīng) 該解釋為意思是"包括，但不限于···。"而且，術(shù)語(yǔ)"耦合"旨在表示間接或直接電氣連接。 因此，如果第一裝置耦合到第二裝置，其連接可以是通過(guò)直接電氣連接，或通過(guò)經(jīng)由其它裝 置和連接的間接電氣連接。敘述"基于"旨在"至少部分基于"。因此，如果X是基于Y，則X 可以是基于Y和任何數(shù)量的其它因素。術(shù)語(yǔ)"大約"意思是規(guī)定值的正或負(fù)10%內(nèi)。
[0013] 下面的討論針對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施方式。雖然這些實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)可以是 優(yōu)選的，但是所公開(kāi)的實(shí)施方式不應(yīng)該被解釋為，或以其他方式被使用為為限制本公開(kāi)的 范圍，包括權(quán)利要求。另外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解下面的討論具有廣泛的應(yīng)用，并且任 何實(shí)施方式的討論僅意味著這些實(shí)施方式的示例，并不旨在暗示本公開(kāi)的范圍，包括權(quán)利 要求，其也不被限制于那些實(shí)施方式。
[0014] 在傳統(tǒng)的多級(jí)電荷泵電路中，所有的級(jí)基于公共的電源電壓操作。結(jié)果，每一級(jí)可 以僅僅對(duì)前一級(jí)的輸出電壓升壓不超過(guò)公共的電源電壓。例如，傳統(tǒng)的電壓五倍器需要四 個(gè)級(jí)，而傳統(tǒng)的反相電壓五倍器需要五個(gè)級(jí)。盡管這種電路提供有效的電壓轉(zhuǎn)換，但是它們 不是沒(méi)有缺點(diǎn)。例如，隨著級(jí)的數(shù)量的增加，電路成本增加，并且因此成比例的增加電路所 施加的升壓。此外，半導(dǎo)體工藝可以限制施加到組件（諸如，電容器或開(kāi)關(guān)晶體管）的電壓。 例如，在傳統(tǒng)的五級(jí)反相電壓五倍器中，施加到電容器的電壓可以是輸入電源電壓的五倍。 如果使用半導(dǎo)體工藝所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)組件不能在這種電壓下可靠地操作，那么更大且更昂貴 的高壓組件必須在電路中采用。
[0015] 本文所公開(kāi)的新穎的電荷泵電路采用降低數(shù)量的級(jí)以產(chǎn)生期望的輸出電壓。例 如，不是五級(jí)，根據(jù)本文所公開(kāi)的原理的反相電壓五倍器可以包括僅三個(gè)級(jí)。通過(guò)減少級(jí)的 數(shù)量，降低電荷泵電路的成本。另外，降低數(shù)量的級(jí)減少電路的輸出所需要的時(shí)間，以達(dá)到 所期望的電壓（即，減少的啟動(dòng)時(shí)間）。此外，跨過(guò)電路的組件的電壓被有利地降低，其能夠 產(chǎn)生更高的電壓而不需要加入高電壓組件。例如，如本文所公開(kāi)的三級(jí)反相電壓五倍器可 以將最大四倍的輸入電源電壓施加到電路的電容器，而不是傳統(tǒng)電路中存在的五倍。通過(guò) 使用低電壓組件而非高電壓組件，可以基本上減小電荷泵的模具尺寸。
[0016] 圖1示出根據(jù)本文所公開(kāi)的原理的電荷泵電路100的示意圖。電荷泵電路100是 反相電壓五倍器。然而，本文所公開(kāi)的原理可以應(yīng)用于寬范圍的電荷栗電壓升壓器和反相 器。電荷栗電路100包括三個(gè)順序耦合的級(jí)S1、S2和S3。每一個(gè)級(jí)S1、S2、S3包括互補(bǔ)的 電荷泵P1和P2。在電路100中，級(jí)S1是電壓反相器，而級(jí)S2和S3都是電壓升壓器。電 荷泵電路100也包括時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104和106,并且可以包括功率控制電路102。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器 104、106將時(shí)鐘信號(hào)提供給級(jí)Sl、S2和S3。功率控制電路1〇2監(jiān)測(cè)級(jí)S 3的輸出電壓n〇 并且基于輸出電壓110控制時(shí)鐘信號(hào)108的產(chǎn)生。電荷泵電路100的其它實(shí)施方式可以包 括不同數(shù)量的級(jí)、每一級(jí)不同數(shù)量的電荷栗等。
[0017]電荷泵P1和P2中的每一個(gè)包括栗電容器C1和晶體管τι、了2,所述晶體管T1和 T2操作為開(kāi)關(guān)以控制到泵電容器C1的電荷流，或從泵電容器01流出的電荷流。n可以是 N通道金屬氧化物半導(dǎo)體（NM0S)晶體管，而T2可以是P通道金屬氧化物半導(dǎo)體（pm〇s)晶 體管。電荷通過(guò)晶體管T1提供給泵電容器 C1，并且經(jīng)由晶體管Μ，從泵電容器P1提供給 電容器C2和隨后的級(jí)S2和S3。 '
[0018]在每一個(gè)電荷泵P1和P2中，晶體管T1的源極耦合到電荷泵的輸入，并且晶體管 T1的漏極耦合到泵電容器C1。晶體管T2的漏極耦合到泵電容器C1，并且晶體管T2的源極 耦合到電荷栗的輸出。每一個(gè)晶體管ΤΙ、T2的柵極通過(guò)互補(bǔ)的電荷泵的栗電容器ci耦合 到時(shí)鐘信號(hào)。也就是說(shuō)，電荷栗P1的晶體管T1、T 2的柵極通過(guò)電荷泵P2的電容器C1耦合 到時(shí)鐘信號(hào)，以及電荷泵P2的晶體管T1、T2的柵極通過(guò)電荷栗P1的電容器Q耦合到時(shí)鐘 信號(hào)。
[0019]電荷泵Ρ1和Ρ2的泵電容器C1由相反相位的時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)。也就是說(shuō)，驅(qū)動(dòng)電荷 泵Ρ1的電容器C1的時(shí)鐘信號(hào)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)電荷泵μ的電容器(^的時(shí)鐘信號(hào)反相。這種布 置導(dǎo)致電荷泵P1、P2為電容器C1充電并允許電荷在時(shí)鐘信號(hào)相反的相位上從電容器 C1流 到電容器C2。因此，電荷泵P1在電荷泵μ正將電荷提供給輸出電容器C2時(shí)充電,反之亦 然。在驅(qū)動(dòng)栗電容器C1的時(shí)鐘信號(hào)的電壓中，充電和輸出之間的差在輸出電容器口處產(chǎn) 生升壓或電壓的反相。
[0020]電荷泵電路100包括時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104和106,其將時(shí)鐘信號(hào)提供給級(jí)Sl、S2、S3。 在系統(tǒng)100中，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器1〇6將時(shí)鐘信號(hào)提供給級(jí)S1，并且時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104將時(shí)鐘信號(hào)提 供給級(jí)S2和S3。在一些實(shí)施方式中，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器可以不同地耦合到所述級(jí)，或不同的時(shí)鐘 驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)每一級(jí)。例如，級(jí)S 3可以由基于級(jí)S2的電壓輸出產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘驅(qū) 動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。
[0021]時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104提供具有與由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器106提供的時(shí)鐘信號(hào)不同的電壓擺幅的 時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104耦合到級(jí)S1的電壓輸出112,并施加級(jí)S1的電壓輸出以產(chǎn)生 時(shí)鐘信號(hào)CLK2。因此，盡管由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器 106提供的CLK1可以是例如，在地和第一電壓之 間的擺幅，但是CLK2信號(hào)可以從第一電壓擺幅到級(jí)S1的輸出處的電壓。如果 CLK1從地?cái)[ 幅到VCLK1，那么CLK2可以從-VaK1擺幅到V M1，提供兩倍的CLK1的電壓擺幅。因此，在升壓 級(jí)S2、S3中的每一個(gè)中，所述級(jí)的輸入處的電壓根據(jù)CLK2的電壓擺幅（例如，2V aK1)升壓。 因此，在圖1所示的系統(tǒng)100的實(shí)施方式中，級(jí)S1的輸出是-Vcuu，級(jí)S2的輸出是-3V CIi(1, 級(jí)3的輸出是-5VaK1。
[0022]圖1也示出跨過(guò)泵電容器C1每一個(gè)的電壓。在級(jí)S3中，跨過(guò)泵電容器C1的電壓 不超過(guò)4VaK1。因此，電荷栗電路100在跨過(guò)泵電容器(^的電壓不超過(guò)4VaK1時(shí)產(chǎn)生-5V CLK1， 并且跨過(guò)晶體管T1和T2的電壓不超過(guò)2VaK1。
[0023]圖2示出根據(jù)本文所公開(kāi)的原理的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路104的示意圖。圖2的電路也 可以應(yīng)用于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器106。時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器1〇4包括驅(qū)動(dòng)器202和204,其產(chǎn)生互補(bǔ)的時(shí)鐘信 號(hào)CLK2 CLK2 〇由驅(qū)動(dòng)器202和204施加的電壓通過(guò)VI控制電路206和V2控制電路 -------------4/0 實(shí)施方式中，vi控制電路2G6可以將驅(qū)動(dòng)器2〇2、204 連接^由電源（例如，正電源干線電壓）提供的電壓。在其它實(shí) 、撕雜到另-個(gè)電壓，諸_ S1輸出幢、從級(jí)si輸出幢產(chǎn)生的電 壓或電源電壓等。
[0024]類似地，在驅(qū)動(dòng)器電路104的-些實(shí)施方式中，V2控制電路 2〇8可以將驅(qū)動(dòng)器 2〇2、2〇4連接到由電源（例如，地）提供的電壓。在其它實(shí)施方式中Μ控制電路可以 將驅(qū)動(dòng)器 2〇2、2〇4連接到另-個(gè)電壓，諸如級(jí)31輸出電壓（例如 輸 壓產(chǎn)生的植觸馳鱗。
[0025]在圖1的反相五^?器中，關(guān)于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器1〇6，vl控制電路 2〇6將驅(qū)動(dòng)器2〇2、謝 連接到正電源電壓（例如，VDD)，以及V2控制電路208將驅(qū)動(dòng)器202、204連接到基準(zhǔn)電壓， 諸如地面電壓。關(guān)于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104, VI控制電路206將驅(qū)動(dòng)器202、204連接到正電源電 壓（例如，VDD)，以及V2控制電路208將驅(qū)動(dòng)器 202、204連接到級(jí)S1輸出電壓_Vc^。 [00 26]在電荷栗1〇〇的其他實(shí)施方式中，提供給驅(qū)動(dòng)器2〇2、204的電壓可以與如上描述 的那些電壓不同：例如，在非反相升壓器中，關(guān)于時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器 1〇4, V1控制電路2〇6可以將 驅(qū)動(dòng)器202、204連接到級(jí)S1輸出電壓，以及 V2控制電路2〇8可以將驅(qū)動(dòng)器2〇2、2〇4連接 到地面電壓。
[0027]圖i示出根據(jù)本文所公開(kāi)的原理的包括調(diào)節(jié)和電源選擇的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路1〇4的 實(shí)施方式的示意圖。圖3的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104允許輸出電壓110的調(diào)節(jié)使得電荷泵電路1〇〇 的輸出電壓110不限制于電源電壓的整數(shù)倍（或具體的整數(shù)倍）。 V1控制電路2〇6調(diào)節(jié)提 供給驅(qū)動(dòng)器202、204的電壓210用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)CLK2。調(diào)節(jié)電壓210改變?cè)黾釉谟蒀LK2 驅(qū)動(dòng)的每一級(jí)處的（例如，級(jí)S1、S2)電壓的量。例如，這允許如圖丨所示的負(fù)電荷泵產(chǎn)生 從0到-5倍的電源電壓（V DD)的電壓。
[0028]圖3的V2控制電路208允許提供給驅(qū)動(dòng)器202、204的第二電壓212( S卩，基準(zhǔn)電 壓或負(fù)電壓）的選擇。在圖3的實(shí)施方式中，大地或級(jí)S1的輸出（―VaKi)可以經(jīng)由信號(hào) SEL 選擇。當(dāng)選擇大地時(shí)，由CLK2驅(qū)動(dòng)的電荷栗的每一級(jí)例如通過(guò)電壓210增加所述級(jí)輸入電 壓。當(dāng)選擇-V CLK1時(shí)，由CLK2驅(qū)動(dòng)的電荷栗的每一級(jí)通過(guò)例如電壓21〇和-VCKU的電壓差 增加所述級(jí)輸入電壓。
[0029]當(dāng)SEL被斷定以及級(jí)S2和S3增加至2VCLK1時(shí)，方程1給出電荷泵電路1〇〇的示例 性輸出電壓110。
[0030] V0UT =-VCLK1-(VCLK2+VCLK1)-(VCLK2+V CLK1) =-3VCLK1-2VCLK2 (l)
[0031]當(dāng)SEL被否定以及級(jí)S2和S3增加至VCLK1時(shí)，方程2給出電荷栗電路100的示例 性輸出電壓110。
[0032] V0UT - ~VCLK1-VCLK2-VCLK2 = _VCLK1-2VCLK2 (2)
[0033] 圖3的驅(qū)動(dòng)器電路的實(shí)例可以應(yīng)用到級(jí)S2和S3的每一個(gè)以產(chǎn)生各種不同的電壓 (例如，0和-5V DD之間的任何電壓）。以這種方式有利地改變升壓電壓允許利用電路100的 所有電容，同時(shí)改變輸出電壓110。傳統(tǒng)的方法通過(guò)選擇中間級(jí)改變輸出電壓以提供電路輸 出電壓，從而丟失隨后級(jí)的電容的利益。相反，包括時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器104、106的電荷泵100可以 利用在電荷泵電路中呈現(xiàn)的所有級(jí)輸出電容器C2并在任何所提供的輸出電壓處提供增加 的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。
[0034]圖4示出根據(jù)本文所公開(kāi)的原理包括調(diào)節(jié)的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路106的示意圖。由 V1 控制電路206提供調(diào)節(jié)。所述調(diào)節(jié)可以提供對(duì)電荷泵電路1〇〇中的晶體管τ?、Τ2的偏置的 控制，以及提供級(jí)S3的輸出電壓no的調(diào)節(jié)。
[0035]圖5示出根據(jù)本文所公開(kāi)的原理的功率控制電路1〇2的框圖。功率控制電路1〇2 在電荷栗110的輸出電壓110在預(yù)定義的可操作的范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)停止時(shí)鐘產(chǎn)生來(lái)降低電 荷泵電路100的功耗。功率控制電路102包括比較器302和時(shí)鐘發(fā)生器304。時(shí)鐘發(fā)生器 304可以包括用于產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)1〇8的振蕩器、分頻電路等，所述時(shí)鐘信號(hào) 108被提供給時(shí) 鐘驅(qū)動(dòng)器104、106。
[0036]比較器302耦合到級(jí)S3的輸出，并監(jiān)測(cè)由級(jí)S3產(chǎn)生的輸出電壓110。比較器302 比較輸出電壓110和閾值電壓值306。如果輸出電壓110小于閾值306,那么比較器302發(fā) 信號(hào)通知時(shí)鐘發(fā)生器304以將時(shí)鐘提供給時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器1 〇4、106,其依次驅(qū)動(dòng)級(jí)S1、S2、S3并 增加輸出電壓110。當(dāng)輸出電壓110超出閾值電壓值306時(shí)，比較器302發(fā)信號(hào)通知時(shí)鐘發(fā) 生器304以停止對(duì)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器1〇4、106的時(shí)鐘供給。
[0037]因此，僅當(dāng)輸出電壓落入閾值內(nèi)，才通過(guò)時(shí)鐘所述級(jí)S1、S2、S3降低由電荷栗電路 100消耗的功率。在來(lái)自電荷栗電路100的低功率系統(tǒng)和/或間歇地消耗功率的系統(tǒng)中，功 率控制電路102能夠基本上降低由電荷泵電路1〇〇消耗的功率。
[0038]上面的討論意在描述本公開(kāi)的原理和各種實(shí)施方式。一旦上述公開(kāi)被充分理解， 若干變化和修改對(duì)于本領(lǐng)技術(shù)人員將變的顯而易見(jiàn)。例如，盡管本文所公開(kāi)的原理已經(jīng)通 過(guò)三級(jí)負(fù)電荷泵電路的方式解釋，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解所公開(kāi)的原理可以應(yīng)用于包括 各種數(shù)量的級(jí)的正或負(fù)電荷泵。下面的權(quán)利要求應(yīng)被解釋為包括所有這樣的變化和修改。
【權(quán)利要求】
1. 一種電荷泵電路，其包括： 串聯(lián)耦合的若干級(jí)，其中所述若干級(jí)的第一個(gè)的電壓輸出連接到所述若干級(jí)的第二個(gè) 的電壓輸入，并且所述若干級(jí)的所述第二個(gè)的電壓輸出相對(duì)于所述若干級(jí)的所述第二個(gè)的 電壓輸入升壓，所述級(jí)的每一個(gè)包括： 互補(bǔ)的電荷泵，所述電荷泵的每一個(gè)包括： 在所述級(jí)中存儲(chǔ)電荷的泵電容器；以及 若干時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，其中所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器中的每一個(gè)將時(shí)鐘信號(hào)驅(qū)動(dòng)到所述若干級(jí)的至 少一個(gè)的所述泵電容器，并且其中提供至所述若干級(jí)的所述第二個(gè)的所述時(shí)鐘信號(hào)的電壓 源自所述若干級(jí)的所述第二個(gè)的所述電壓輸入。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其中所述若干級(jí)包括不超過(guò)三個(gè)級(jí)，并且所述 若干級(jí)的第三個(gè)的電壓輸出相對(duì)于所述若干級(jí)的所述第一個(gè)的所述電壓輸出大約增加到 五倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其中所述若干級(jí)結(jié)合以增加到大約至少五倍的 電壓輸出，并且沒(méi)有跨過(guò)所述若干級(jí)的任何一個(gè)的所述泵電容器的電壓超過(guò)驅(qū)動(dòng)所述若干 級(jí)的所述第一個(gè)的所述時(shí)鐘信號(hào)的四倍電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其中所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的至少一個(gè)包括控制所述 時(shí)鐘信號(hào)的電壓的調(diào)節(jié)電路，所述調(diào)節(jié)電路經(jīng)配置以調(diào)節(jié)提供至所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電荷泵電路，其中所述調(diào)節(jié)電路經(jīng)配置以調(diào)節(jié)提供至所述時(shí) 鐘驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)電源電壓中的較高電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電荷泵電路，其中所述調(diào)節(jié)電路包括多路復(fù)用電路，其經(jīng)配 置以通過(guò)選擇所述若干級(jí)的第一個(gè)的所述電壓輸出和預(yù)定義的基準(zhǔn)電壓中的一個(gè)而將提 供至所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)電壓中的較低電壓調(diào)節(jié)為所述兩個(gè)電壓中的所述較低電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，進(jìn)一步包括功率控制電路，所述功率控制電路 經(jīng)配置以： 監(jiān)測(cè)所述若干級(jí)的最后一個(gè)的電壓輸出； 基于所述若干級(jí)的所述最后一個(gè)的所述電壓輸出在預(yù)定義的范圍內(nèi)，停止到所述若干 級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)的供給； 基于所述若干級(jí)的所述最后一個(gè)的所述電壓輸出在預(yù)定義的范圍外，允許對(duì)所述若干 級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)的供給。
8. -種電容式電壓轉(zhuǎn)換器，其包括： 第一電荷泵；和 第二電荷泵，其耦合到所述第一電荷泵，并且經(jīng)配置以增加所述第一電荷泵的電壓輸 出； 時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，其耦合到所述第二電荷泵，并且經(jīng)配置以基于所述第一電荷泵的所述電 壓輸出產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)； 其中所述第二電荷泵根據(jù)所述時(shí)鐘信號(hào)電壓增加所述第一電荷泵的所述電壓輸出。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述第二電荷泵經(jīng)配置增加所述第 一電荷泵的所述電壓輸出到大約三倍。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括： 第三電荷泵，其耦合到所述第二電荷泵，并且經(jīng)配置以增加所述第二電荷泵的電壓輸 出；其中所述第三電荷泵經(jīng)配置增加所述第一電荷泵的所述電壓輸出到大約五倍。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述電荷泵中的每一個(gè)包括泵電 容器，并且沒(méi)有跨過(guò)所述電荷泵的任何一個(gè)的所述泵電容器的電壓超過(guò)驅(qū)動(dòng)所述第一電荷 泵的所述時(shí)鐘信號(hào)的四倍電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器包括控制所述時(shí) 鐘信號(hào)的電壓的調(diào)節(jié)電路，所述調(diào)節(jié)電路經(jīng)配置以調(diào)節(jié)提供至所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的電壓。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述調(diào)節(jié)電路經(jīng)配置以通過(guò)選擇 所述第一電荷泵的所述電壓輸出和預(yù)定義的基準(zhǔn)電壓中的一個(gè)而將提供至所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng) 器的兩個(gè)電壓中的較低電壓調(diào)節(jié)為所述兩個(gè)電壓中的所述較低電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，其中所述調(diào)節(jié)電路經(jīng)配置以調(diào)節(jié)提供 至所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)電壓中的較高電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容式電壓轉(zhuǎn)換器，進(jìn)一步包括： 比較器，其經(jīng)配置以比較所述電容式電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與預(yù)定義的電荷泵閾值電 壓；和 時(shí)鐘電路，其配置以： 基于所述輸出電壓小于所述預(yù)定義的電荷泵閾值電壓，允許對(duì)所述電荷泵的時(shí)鐘信號(hào) 的供給；以及 基于所述輸出電壓不小于所述預(yù)定義的電荷閾值電壓，停止對(duì)所述電荷泵的時(shí)鐘信號(hào) 的供給。
16. -種電壓升壓設(shè)備，其包括： 三個(gè)順序耦合的電荷泵級(jí)，所述級(jí)的每一個(gè)包括： 第一電荷泵和第二電荷泵，所述電荷泵的每一個(gè)包括： 一對(duì)互補(bǔ)的晶體管；和 泵電容器，其耦合到晶體管的每一個(gè)的漏極； 其中所述第一電荷泵的每一個(gè)晶體管的基極耦合到所述第二電荷泵的每一個(gè)晶體管 的漏極； 第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，其將具有第一相位的時(shí)鐘信號(hào)提供至所述順序耦合的級(jí)的第一個(gè)的 所述第一電荷泵的所述泵電容器，并將具有第二相位的時(shí)鐘信號(hào)提供至所述順序耦合的級(jí) 的所述第一個(gè)的所述第二電荷泵的所述泵電容器；和 第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，其將具有第一相位的時(shí)鐘信號(hào)提供至所述順序耦合的級(jí)的第二個(gè)的 所述第一電荷泵的所述泵電容器，并將具有第二相位的時(shí)鐘信號(hào)提供至所述順序耦合的級(jí) 的所述第二個(gè)的所述第二電荷泵的所述泵電容器； 其中所述順序耦合的級(jí)的所述第一個(gè)的電壓輸出給所述第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器供電，并且由 所述第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供的所述時(shí)鐘信號(hào)具有比由所述第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供的所述時(shí)鐘 信號(hào)更大的電壓擺幅。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電壓升壓設(shè)備，其中所述第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路進(jìn)一步包括 調(diào)節(jié)電路，所述調(diào)節(jié)電路控制由所述第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供的所述時(shí)鐘信號(hào)的電壓，所述調(diào) 節(jié)電路經(jīng)配置以調(diào)節(jié)提供至所述時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的電源電壓。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電壓升壓設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)電路包括多路復(fù)用電路，所 述調(diào)節(jié)電路經(jīng)配置以通過(guò)選擇所述順序耦合的級(jí)的第一個(gè)的所述電壓輸出和預(yù)定義的基 準(zhǔn)電壓中的一個(gè)而將提供至所述第二時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器的兩個(gè)電壓中的較低電壓調(diào)節(jié)為所述兩 個(gè)電壓中的所述較低電壓。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的電壓升壓設(shè)備，進(jìn)一步包括： 比較器，其經(jīng)配置以比較所述順序耦合的級(jí)的第三個(gè)的輸出電壓與預(yù)定義的電荷泵閾 值電壓； 時(shí)鐘控制電路，其經(jīng)配置以： 基于所述輸出電壓小于所述預(yù)定義的電荷泵閾值電壓，允許對(duì)所述順序耦合的級(jí)的時(shí) 鐘信號(hào)供給；以及 基于所述輸出電壓不小于所述預(yù)定義的電荷泵閾值電壓，停止對(duì)所述順序耦合的級(jí)的 時(shí)鐘信號(hào)的供給。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的電壓升壓設(shè)備，其中所述順序耦合的級(jí)的所述第三個(gè)的所 述輸出電壓增加到由所述第一時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器提供的所述時(shí)鐘信號(hào)的所述電壓擺動(dòng)的相對(duì)振 幅的五倍。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK104300782SQ201410335137
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月15日
【發(fā)明者】A·拉赫曼, J·W·戴 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司