本發(fā)明涉及電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及無線充電，具體是指一種應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路。
背景技術(shù)：
：無線充接收芯片是一款適用于便攜式應(yīng)用無線電源傳輸?shù)碾娐废到y(tǒng)，其不但提供AC/DC電源轉(zhuǎn)換，同時還集成符合WPCV1.1.2通信協(xié)議標準所需的數(shù)字控制功能。與發(fā)送控制器相結(jié)合，可為無線充電實現(xiàn)完整的電磁感應(yīng)式電源傳輸系統(tǒng)。它的根本原理是：利用電磁感應(yīng)原理進行充電的設(shè)備，類似于變壓器。在發(fā)送和接收端各有一個線圈，發(fā)送端線圈連接有線電源產(chǎn)生電磁信號，接收端線圈感應(yīng)發(fā)送端的電磁信號從而產(chǎn)生電流給設(shè)備充電。功能結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。其中，與Boost相關(guān)模塊主要包括SyncRectifier、RectPower和DigitalPower模塊：接收線圈感應(yīng)發(fā)送端電磁信號產(chǎn)生的感應(yīng)電流經(jīng)AC端送入同步整流器產(chǎn)生RECT電壓，RECT電壓送入RECTPower產(chǎn)生多路內(nèi)部5V電源，其中一路送入DigitalPower產(chǎn)生2.5V內(nèi)部數(shù)字電源，一路送入Boost產(chǎn)生芯片內(nèi)部所需多個高壓。升壓電路Boost其中一個升壓泵線路結(jié)構(gòu)如圖2所示。如圖2所示，芯片Boost升壓模塊主要是依靠10MHz脈沖信號經(jīng)過RS觸發(fā)器后作用于自舉電容mimcap_2p0和crtmom進行升壓，使得基礎(chǔ)電壓5V經(jīng)過1-4級升壓后獲得高電平，并最終受齊納二極管箝位輸出理想電平11.2V，仿真曲線如圖3所示。其中，設(shè)置RECT＝5V。無線充接收芯片是基于TSMC025BCD工藝，其中mimcap_2p0和crtmom電容耐壓分別是6V和40V，那么在電荷泵升壓電路中，由于自舉電容耐壓問題，部分電容就需要采用crtmom的結(jié)構(gòu)來避免因耐壓可能導(dǎo)致的電容擊穿問題，如圖4所示，crtmom電容極板間壓差超過10V，超出mimcap_2p0最大耐壓。但是，在相同電容值的前提下，采用crtmom電容所需面積比mimcap_2p0增大不少，如圖5所示。電容對比數(shù)據(jù)說明如表1所示。表1電容參數(shù)對比從上表1可以看出，在現(xiàn)有電荷泵升壓電路中，由于需要兼顧自舉升壓電容的耐壓特性，將使得電路版圖面積增大，成本提高。那么，在保證電荷泵輸出電壓性能的前提下，兼顧電容耐壓與版圖面積，就顯得尤為重要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是克服了上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種在保證電荷泵輸出電壓性能的前提下、降低電容耐壓與版圖面積的應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路具有如下構(gòu)成：該應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路，其主要特點是，所述的電路包括：開關(guān)信號產(chǎn)生模塊，用以根據(jù)芯片內(nèi)部電源產(chǎn)生dickson電荷泵模塊的開關(guān)信號；dickson電荷泵模塊，用以將輸入的基準電壓升壓；電壓箝位模塊，用以箝位升壓后的基準電壓，所述的電壓箝位模塊包括箝位齊納管，所述的箝位齊納管為基于TSMC025BICMOS工藝的反偏箝位電壓為5.5V的五端箝位齊納管；輸出模塊，用以輸出所述的電壓箝位模塊所輸出的電壓。進一步地，所述的電壓箝位模塊包括第一齊納管和第二齊納管，所述的第一齊納管的正向輸出端接同步整流器產(chǎn)生的RECT電壓，所述的第一齊納管的正向輸入端與所述的第二齊納管的正向輸入端相連接，所述的第二齊納管的正向輸出端與所述的輸出模塊和所述的dickson電荷泵模塊相連接。更進一步地，所述的dickson電荷泵模塊與所述的電壓箝位模塊之間還包括第一MOS管以及第一電容，所述的第一MOS管的源極、所述的第一MOS管的柵極、所述的第一MOS管的NBL端、所述的dickson電荷泵模塊的輸出端相連接，所述的第一MOS管的漏極、所述的第一電容的第一端以及所述的第二齊納管的正向輸出端相連接，所述的第一電容的第二端接地。再進一步地，所述的開關(guān)信號產(chǎn)生模塊包括電壓跟隨器、第二MOS管以及開關(guān)信號產(chǎn)生單元；所述的電壓跟隨器的輸入端與所述的芯片內(nèi)部電源相連接，所述的電壓跟隨器的輸出端與第二MOS管的源極相連接，所述的第二MOS管的漏極、所述的第二MOS管的柵極以及所述的開關(guān)信號產(chǎn)生單元的電源端相連接。再進一步地，所述的dickson電荷泵模塊包括第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第二電容、第三電容、第四電容以及第五電容，所述的第三NMOS管的源極接輸入的基準電壓，所述的第三NMOS管的柵極、所述的第三NMOS管的漏極、所述的第四NMOS管的源極以及所述的第二電容的第一端相連接；所述的第四NMOS管的柵極、所述的第四NMOS管的漏極、所述的第五NMOS管的源極以及所述的第三電容的第一端相連接；所述的第五NMOS管的柵極、所述的第五NMOS管的漏極、所述的第六NMOS管的源極以及所述的第四電容的第一端相連接；所述的第六NMOS管的柵極、所述的第六NMOS管的漏極、所述的第五電容的第一端以及所述的第一MOS管的源極相連接；所述的第二電容的第二端以及所述的第四電容的第二端與所述的開關(guān)信號產(chǎn)生單元的第一輸出端相連接，所述的第三電容的第二端以及所述的第五電容的第二端與所述的開關(guān)信號產(chǎn)生單元的第二輸出端相連接。采用了該發(fā)明中的應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路，采用dickson結(jié)構(gòu)電荷泵代替現(xiàn)有升壓泵線路，基準電壓利用芯片內(nèi)部電源，版圖變動小，且每級升壓自舉電容極板間壓差可控，基于工藝要求，可以兼顧耐壓與版圖面積，同時對輸出箝位齊納管在工藝上進行了選擇優(yōu)化，平衡了dickson結(jié)構(gòu)輸出能力較弱與齊納管反向箝位耐壓易漏電特性之間的矛盾，使得線路在保證性能的前提下，縮小版圖面積，降低成本。附圖說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的無線充接收芯片的功能結(jié)構(gòu)框圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的升壓泵線路結(jié)構(gòu)圖。圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的電荷泵升壓仿真曲線的曲線圖。圖4為現(xiàn)有技術(shù)中的crtmom極板電壓瞬態(tài)仿真圖。圖5為現(xiàn)有技術(shù)中的相同電容值下mimcap_2p0和crtmom面積對比圖。圖6為本發(fā)明中的五級dickson電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明中的開關(guān)信號產(chǎn)生模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明中的應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本發(fā)明中的一正接一反接的兩個反偏箝位電壓為6.2V的四端箝位齊納管的I-V曲線圖。圖10為本發(fā)明中的兩正接一反接的三個反偏箝位電壓為5.5V的五端箝位齊納管的I-V曲線圖。圖11為本發(fā)明中的反偏箝位電壓為6.2V的四端箝位齊納管的剖面圖。圖12為本發(fā)明中的反偏箝位電壓為5.5V的五端箝位齊納管的剖面圖。圖13為本發(fā)明中的dickson結(jié)構(gòu)的電荷泵輸出仿真曲線。圖14為本發(fā)明中的電荷泵兩種結(jié)構(gòu)版圖面積第一對比圖。圖15為本發(fā)明中的電荷泵兩種結(jié)構(gòu)版圖面積第二對比圖。具體實施方式為了能夠更清楚地描述本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合具體實施例來進行進一步的描述?；赥SMC025BCD工藝，本發(fā)明通過將無線充接收芯片內(nèi)部電荷泵電路設(shè)計成dickson結(jié)構(gòu)，使得每級升壓自舉電容極板間壓差可控，電容選擇兼顧耐壓與面積，脈沖電壓基于內(nèi)部現(xiàn)有電壓及線路結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，在保證電荷泵性能不變的前提下，減小了電荷泵版圖面積，降低了成本。本發(fā)明中的應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路包括：開關(guān)信號產(chǎn)生模塊，用以根據(jù)芯片內(nèi)部電源產(chǎn)生dickson電荷泵模塊的開關(guān)信號；dickson電荷泵模塊，用以將輸入的基準電壓升壓；電壓箝位模塊，用以箝位升壓后的基準電壓，所述的電壓箝位模塊包括箝位齊納管，所述的箝位齊納管為基于TSMC025BICMOS工藝的反偏箝位電壓為5.5V的五端箝位齊納管；輸出模塊，用以輸出所述的電壓箝位模塊所輸出的電壓。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述的電壓箝位模塊包括第一齊納管和第二齊納管，所述的第一齊納管的正向輸出端接同步整流器產(chǎn)生RECT電壓，所述的第一齊納管的正向輸入端與所述的第二齊納管的正向輸入端相連接，所述的第二齊納管的正向輸出端與所述的輸出模塊和所述的dickson電荷泵模塊相連接。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述的dickson電荷泵模塊與所述的電壓箝位模塊之間還包括第一MOS管以及第一電容，所述的第一MOS管的源極、所述的第一MOS管的柵極、所述的第一MOS管的NBL端(MOS管隔離環(huán)在工藝層次中定義為N+buriedlayer，即為MOS管的NBL端)、所述的dickson電荷泵模塊的輸出端相連接，所述的第一MOS管的漏極、所述的第一電容的第一端以及所述的第二齊納管的正向輸出端相連接，所述的第一電容的第二端接地。由于半導(dǎo)體物理中空穴的遷移率是電子的1/2到1/4，那么PMOS管的電流驅(qū)動能力要弱于NMOS管，即在相同驅(qū)動能力下，PMOS管所需面積要大于NMOS管。那么我們考慮采用NMOS管做dickson電荷泵結(jié)構(gòu)，如圖6所示，其中輸入信號A為升壓基準電平，a1、a2為兩相不交迭開關(guān)信號，相位差180度；在開關(guān)信號作用下，基準電平被逐級抬高，經(jīng)過5級升壓后從輸出端Y端輸出。具體信號描述過程如表2所示。表2dickson電荷泵信號說明信號電平低電平高電平信號描述AVref升壓基準電平a10Vref開關(guān)信號a20Vref開關(guān)信號(與a1反向)b1Vref-VtVref-Vt+Vref第一級升壓后電平b22Vref-2Vt2Vref-2Vt+Vref第二級升壓后電平b33Vref-3Vt3Vref-3Vt+Vref第三級升壓后電平b44Vref-4Vt4Vref-4Vt+Vref第四級升壓后電平b55Vref-5Vt5Vref-5Vt+Vref第五級升壓后電平…………從上表可以看出，升壓電平每經(jīng)過一級升壓后，輸出電平均增大Vref-Vt；那么對于最終輸出值Y，可以通過三種方法進行調(diào)整：1、調(diào)整Vref值；2、調(diào)整MOS管閾值電壓Vt；3、調(diào)整升壓泵脈沖級數(shù)。其中，NMOS管閾值電壓Vt公式為：式中由此可見Vt容易受到溫度的影響，進而影響到dickson電荷泵輸出電壓。那么我們可以考慮使得a1、a2高電平為Vref+Vt，具體方法如圖7所示。如圖7所示，在芯片內(nèi)部利用現(xiàn)有跟隨器，僅增加NMOS管M6及恒流源，盡可能減少線路改動帶來的版圖面積增加，那么輸入電平Vref經(jīng)過跟隨器及M6后，獲得輸出電平Vref+Vt作為a1、a2的開關(guān)電平，其中M6與電荷泵中M1～M5管子類型尺寸保持一致；這樣在dickson電荷泵中即可消除NMOS管Vt的影響，如下表3所示。表3優(yōu)化后的dickson電荷泵信號說明從上表可以看出，修正后的dickson電荷泵輸出電壓僅與輸入基準電平和升壓級數(shù)有關(guān)，第n級升壓自舉電容極板壓差為nVref-Vt，可根據(jù)不同極板壓差選擇相應(yīng)耐壓能力的自舉電容。根據(jù)TSMC025BICMOS工藝，mimcap_2p0耐壓6V，crtmom耐壓40V，那么以前述Boost模塊升壓電路為例，其受齊納二極管箝位輸出11.2V，升壓結(jié)構(gòu)若采用Dickson結(jié)構(gòu)如圖8所示。如圖8所示，在一種優(yōu)選的實施方式中，所述的開關(guān)信號產(chǎn)生模塊包括電壓跟隨器、第二MOS管以及開關(guān)信號產(chǎn)生單元；所述的電壓跟隨器的輸入端與所述的芯片內(nèi)部電源相連接，所述的電壓跟隨器的輸出端與第二MOS管的源極相連接，所述的第二MOS管的漏極、所述的第二MOS管的柵極以及所述的開關(guān)信號產(chǎn)生單元的電源端相連接。在一種優(yōu)選的實施方式中，所述的dickson電荷泵模塊包括第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第二電容、第三電容、第四電容以及第五電容，所述的第三NMOS管的源極接輸入的基準電壓，所述的第三NMOS管的柵極、所述的第三NMOS管的漏極、所述的第四NMOS管的源極以及所述的第二電容的第一端相連接；所述的第四NMOS管的柵極、所述的第四NMOS管的漏極、所述的第五NMOS管的源極以及所述的第三電容的第一端相連接；所述的第五NMOS管的柵極、所述的第五NMOS管的漏極、所述的第六NMOS管的源極以及所述的第四電容的第一端相連接；所述的第六NMOS管的柵極、所述的第六NMOS管的漏極、所述的第五電容的第一端以及所述的第一MOS管的源極相連接；所述的第二電容的第二端以及所述的第四電容的第二端與所述的開關(guān)信號產(chǎn)生單元的第一輸出端相連接，所述的第三電容的第二端以及所述的第五電容的第二端與所述的開關(guān)信號產(chǎn)生單元的第二輸出端相連接。輸入端基準電平Vref＝2.5V，由內(nèi)部數(shù)字電源digpower直接提供，開關(guān)電平a1、a2為Vref+Vt，升壓級數(shù)為4級((n+1)×Vref>11.2V，nmin＝4)，線路結(jié)構(gòu)簡單明了，根據(jù)推算，第三和第四級升壓自舉電容極板壓差為3Vref-Vt和4Vref-Vt，超過6V，需要采用crtmom電容。對于RECT端鉗位齊納管，TSMC025BICMOS工藝給出了zd_dio_4t(反偏箝位電壓為6.2V的四端箝位齊納管)和zd_dio_5d5_5t(反偏箝位電壓為5.5V的五端箝位齊納管)工藝兩種結(jié)構(gòu)，而齊納管存在反向?qū)ǔ^耐壓易漏電的特性，如圖9至圖10所示。從圖9可以看出，zd_dio_4t(反偏箝位電壓為6.2V的四端箝位齊納管)在反偏電壓大于6V開始漏電1uA(6.7-0.7正偏)；從圖10可以看出，zd_dio_5d5_5t(反偏箝位電壓為5.5V的五端鉗位齊納管)在反偏電壓大于約5.5V開始漏電1uA(6.7-0.7正偏×2)。由于dickson結(jié)構(gòu)輸出電壓存在驅(qū)動能力較弱的情況，而齊納管的箝位耐壓漏電特性會削弱dickson結(jié)構(gòu)輸出驅(qū)動能力，那么選擇合理的齊納管工藝就顯得尤為重要。從圖11可以看出，zd_dio_4t(反偏箝位電壓為6.2V的四端箝位齊納管)的NBL電位如果低于P+，會形成PN結(jié)導(dǎo)通漏電，說明zd_dio_4t(反偏箝位電壓為6.2V的四端鉗位齊納管)的NBL環(huán)電位對邏輯線路影響很大。而zd_dio_5d5_5t(反偏箝位電壓為5.5V的五端箝位齊納管)如圖12所示，其PN結(jié)有效區(qū)在PSUB內(nèi)，且與NBL之間多了HVPW隔離，可以避免NBL電位引起的可能漏電。因此，選用zd_dio_5d5_5t(反偏箝位電壓為5.5V的五端鉗位齊納管)的齊納管作為dickson結(jié)構(gòu)輸出鉗位，該工藝在原有boost升壓線路流片并驗證有效。如圖13所示，升壓基準電平經(jīng)過4級升壓和低通濾波后，輸出電壓(4+1)×Vref＝12.5V，并受齊納二極管箝位，輸出目標電平11.2V，符合設(shè)計需要。原有升壓泵版圖與采用dickson結(jié)構(gòu)升壓泵版圖對比如圖13所示，圖14和圖15分別是驅(qū)動電流能力2uA和50uA的兩種電荷泵改進線路面積對比圖，具體面積對比數(shù)據(jù)如下表4所示。表4不同驅(qū)動能力下兩種電荷泵面積對比從上表可以看出，在保證驅(qū)動電流能力的前提下，采用dickson結(jié)構(gòu)電荷泵可以顯著減小相關(guān)線路版圖面積，降低成本，尤其是在需要較大驅(qū)動電流能力的線路運用中，版圖面積縮小顯得尤為明顯。本發(fā)明采用NMOS管搭建的dickson結(jié)構(gòu)電荷泵用于無線充接收芯片，其輸入電平采用芯片內(nèi)建數(shù)字電源電壓，不額外增加基準模塊；基于工藝要求，自舉電容可以兼顧耐壓與版圖面積；改進的跟隨器輸出電平Vref+Vt作為不交迭時鐘電平信號，可有效消除NMOS管受溫度影響導(dǎo)致的Vt變化，穩(wěn)定電荷泵輸出；箝位齊納管在工藝上進行了選擇優(yōu)化，平衡了dickson結(jié)構(gòu)輸出能力較弱與齊納管反向箝位耐壓易漏電特性之間的矛盾；以上的幾點優(yōu)化改進使得線路在保證性能的前提下，縮小了版圖面積，降低了成本。升壓泵電路有很多種，但都是基于自舉電容升壓的原理，其中本發(fā)明dickson結(jié)構(gòu)電荷泵采用NMOS管，結(jié)構(gòu)簡單，每級自舉電容極板間壓差可控，可以兼顧工藝要求與版圖面積。當然，Dickson結(jié)構(gòu)電荷泵也可以采用PMOS管構(gòu)建，但是相同面積尺寸下其電流驅(qū)動能力要弱于NMOS管，那么為了保證驅(qū)動電流能力，勢必就需要增大MOS管面積，與本發(fā)明設(shè)計初衷相違背。另外，作為dickson結(jié)構(gòu)輸出箝位的齊納管，不同工藝下其線路連接、版圖布局也不一樣，反向箝位耐壓漏電特性也需重點關(guān)注。采用了該發(fā)明中的應(yīng)用于無線充電接收芯片的電荷泵電路，采用dickson結(jié)構(gòu)電荷泵代替現(xiàn)有升壓泵線路，基準電壓利用芯片內(nèi)部電源，版圖變動小，且每級升壓自舉電容極板間壓差可控，基于工藝要求，可以兼顧耐壓與版圖面積，同時對輸出箝位齊納管在工藝上進行了選擇優(yōu)化，平衡了dickson結(jié)構(gòu)輸出能力較弱與齊納管反向箝位耐壓易漏電特性之間的矛盾，使得線路在保證性能的前提下，縮小版圖面積，降低成本。在此說明書中，本發(fā)明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發(fā)明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應(yīng)被認為是說明性的而非限制性的。當前第1頁1 2 3