本發(fā)明涉及電壓轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電荷泵電路。

背景技術(shù)：

電荷泵也稱為開關(guān)電容式電壓變換器，是一種直流-直流變化器。1976年，j.f.dickson首次提出二極管連接形式的nmos管代替二極管，成功實現(xiàn)了可以芯片集成的dickson電荷泵。但是由于nmos管閾值電壓和體效應的影響，使得在低輸入電壓下，升壓效率低。j.twu和k.lchang提出一種動態(tài)開關(guān)管（cts）來代替二極管連接的nmos管，使得nmos完全開啟來消除閾值電壓。但是在多級電荷泵電路中，最后的輸出級仍然存在著二極管接法的mos管，這也會導致一定的閾值損耗問題，同時依然存在襯底效應。四相時鐘升壓電路，通過時鐘信號使級間電荷傳輸更加徹底，通過引入額外的自舉電路，電荷傳輸開關(guān)的柵端電壓可以被抬高至漏端電壓以上，消除閾值電壓消耗。電荷泵利用其內(nèi)部的場效應晶體管（fieldeffecttransistor，fet）開關(guān)陣列以一定的方式控制電容上電荷的傳輸，從而使輸入電壓以一定的方式升高，以達到所欲要的輸出電壓。

電荷泵電路作為電子器件閃存中的重要組成部分，隨著電子器件趨于小型化，高度精密化，電荷泵電路很大程度上決定了閃存的初始編程、擦除和讀寫速度。閃存中這些過程往往需要高的電壓完成，這使得電荷泵電路在閃存中地位越來越重要。各種高性能電荷泵的研究逐漸成為當前研究的熱點之一。同時電荷泵電路在能量收集領(lǐng)域也逐漸成為研究的熱點之一。便于集成化，小型化，成為其在特殊環(huán)境下的優(yōu)勢點。

參見圖1（a），該圖為現(xiàn)有技術(shù)中的一種coms電荷泵的電路拓撲圖。1976年j。dickson提出了用二極管連接的mos管代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二極管。其基本思想是利用一系列串聯(lián)的二極管連接的nmos管，限制電荷的單向流動，并通過電容對電荷的積累效應產(chǎn)生高壓。但該電荷泵在一個時鐘周期中只有半個周期進行電荷傳輸，單級輸出電壓較低，升壓速度慢，同時在低電壓轉(zhuǎn)化過程中由于閾值電壓和體效應的存在，導致升壓效率低，無法滿足現(xiàn)有技術(shù)需求。

隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，交叉耦合式電荷泵結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，彌補了閾值電壓的消耗和只有半個周期進行電荷傳輸?shù)娜秉c。參見圖1（b），該圖為現(xiàn)有技術(shù)中一種交叉耦合式電荷泵的電路拓撲圖?，F(xiàn)有的交叉耦合電荷泵有兩個nmos管和兩個pmos管構(gòu)成，兩個電容，兩個交叉互補時鐘信號。

因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員需要提供一種電荷泵電路，能夠消除反向電荷和閾值電壓，同時減小襯底偏置效應，減小電壓損失，提高輸出電壓，提升電荷泵效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種電荷泵電路，能夠消除反向電荷和閾值電壓，減小襯底偏置效益，降低制作工藝要求，提高輸出電壓，提升電荷泵電路的整體效率。

本發(fā)明實施提供的電荷泵電路，包括至少一個電荷泵電路。所述第二電荷泵模塊，包括六個開關(guān)管（4個nmos管、2個pmos管）、四個電容、四個時鐘信號和八個電阻：第一n開關(guān)管、第二n開關(guān)管、第三n開關(guān)管、第四n開關(guān)管、第一p開關(guān)管、第二p開關(guān)管、第一電容、第二電容、第三電容、第四電容和第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第七電阻、第八電阻、第一時鐘信號、第二時鐘信號、第三時鐘信號、第四時鐘信號。

所述第一n開關(guān)管的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第一n開關(guān)管第二端連接所述第一p開關(guān)管的第一端及經(jīng)所述第三電容連接所述第三時鐘信號，所述第一n開關(guān)管的控制端連接所述第二n開關(guān)管的控制端和經(jīng)所述第二電容連接所述第二時鐘信號。

所述第二n開關(guān)管的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第二n開關(guān)管第二端連接經(jīng)所述第一電容連接所述第一時鐘信號和所述第一電阻的第一端及所述第一n、第二n開關(guān)管的控制端，所述第二n開關(guān)管的控制端連接所述第一n開關(guān)管的控制端和經(jīng)所述第二電容連接所述第二時鐘信號。

所述第三n開關(guān)管的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第三n開關(guān)管第二端連接經(jīng)所述第二電容連接所述第二時鐘信號和所述第二電阻的第一端及所述第三n、第四n開關(guān)管的控制端，所述第三n開關(guān)管的控制端連接所述第四n開關(guān)管的控制端和經(jīng)所述第一電容連接連接所述第一時鐘信號。

所述第四n開關(guān)管的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第四n開關(guān)管第二端連接所述第二p開關(guān)管的第一端及經(jīng)所述第四電容連接所述第四時鐘信號，所述第四n開關(guān)管的控制端連接所述第三n開關(guān)管的控制端和經(jīng)所述第一電容連接所述第一時鐘信號。

所述第一p開關(guān)管的第二端連接所述第二電荷泵的第二端，所述第一p開關(guān)管控制端連接所述第一電阻的第二端。

所述第二p開關(guān)管的第二端連接所述第二電荷泵的第二端，所述第一p開關(guān)管控制端連接所述第二電阻的第二端。

所述第一電容的第一端連接所述第二n開關(guān)管的第二端和所述第三n、第四n開關(guān)管的控制端及所述第二電阻的第二端，所述第一電容的第二端連接所述第一時鐘信號。

所述第二電容的第一端連接所述第三n開關(guān)管的第二端和所述第一n、第二n開關(guān)管的控制端及所述第一電阻的第二端，所述第二電容的第二端連接所述第二時鐘信號。

所述第三電容的第一端連接所述第一n開關(guān)管的第二端和第一p開關(guān)管的第一端，所述第三電容的第二端連接所述第三時鐘信號。

所述第四電容的第一端連接所述第四n開關(guān)管的第二端和第二p開關(guān)管的第一端，所述第四電容的第二端連接所述第四時鐘信號。

所述第三、第四、第五、第六、第七、第八電阻的第一端連接開關(guān)管的體端，所述第三、第五、第七、第八電阻的第二端連接電荷泵的前級輸入電壓，所述第四、第六電阻的第二端連接后級輸出電壓。

所述第一n、第二n、第三n、第四n開關(guān)管為nmos開關(guān)管，第一p、第二p開關(guān)管為pmos開關(guān)管。

所述時鐘信號的最大電壓大于所述開關(guān)管閾值電壓的絕對值。

所述時鐘信號，同一周期內(nèi)，所述第二時鐘信號的上跳沿早于第一時鐘信號的上跳沿早于所述第四時鐘信號的下跳沿與第三時鐘信號的下跳沿時間相等。

所述時鐘信號，同一周期內(nèi)，所述第三時鐘信號的下跳沿早于第一時鐘信號的上跳沿早于所述第四時鐘信號的下跳沿與第二時鐘信號的下跳沿時間相等。

所述時鐘電路模塊用于升壓，所述第一端為輸入端，第二端為輸出端。

所述時鐘信號的幅值為0v-1.5v。

所述時鐘頻率小于100k。

所述時鐘信號的周期為50us。

所述第二電荷泵模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所述第一電荷泵模塊結(jié)構(gòu)基本相同，所述第一電荷泵的所有nmos管體端直接連接輸入端。

所述第二電荷泵模塊的控制方法與所述第一電荷泵模塊的控制方法相同。

所述第二電荷泵模塊的第一端連接所述第一電荷泵模塊的第二端。

所述第三電荷泵模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所述第一電荷泵模塊結(jié)構(gòu)基本相同，所述第三電荷泵的所有pmos管體端直接連接輸出端。

所述第三電荷泵模塊的控制方法與所述第一電荷泵模塊的控制方法相同。

所述第三電荷泵模塊的第一端連接所述第一電荷泵模塊的第二端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施提供的電荷泵電路，通過四相不交疊始終能夠控制四個nmos管和兩個pmos管的導通與斷開。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例。

圖1（a）為現(xiàn)有技術(shù)中的一種cmos電荷泵的電路拓撲圖。

圖1（b）為現(xiàn)有技術(shù)中一種交叉耦合式電荷泵的電路拓撲圖。

圖2為本發(fā)明提供的電荷泵電路的實施例一的結(jié)構(gòu)圖（第二電荷泵）。

圖3為本發(fā)明提供的電荷泵電路的控制時鐘信號的示意圖。

圖4為本發(fā)明提供的電荷泵電路的實施例二的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

為使本發(fā)明的上述目的，特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

實施例一：

本實施例提供的電荷泵電路，包括至少電一個電荷泵電路模塊。第二電荷泵模塊。所述第二電荷泵模塊，包括至少六個開關(guān)管、四個電容和四個時鐘信號、八個電阻：第一n開關(guān)管mn1、第二n開關(guān)管mn2、第三n開關(guān)管mn3、第一n開關(guān)管mn4、第一p開關(guān)管mp1、第一p開關(guān)管mp2、第一電容c1、第二電容c2、第三電容c3、第四電容c4、第一電阻r1、第二電阻r2、第三電阻r3、第四電阻r4、第五電阻r5、第六電阻r6、第七電阻r7、第八電阻r8、第一時鐘信號ck1、第二時鐘信號ck2、第三時鐘信號ck3、第四時鐘信號ck4。

所述第一n開關(guān)管mn1的第一端連接所述第一電荷泵模塊的第一端，所述第一n開關(guān)管mn1第二端連接所述第一p開關(guān)管mp1的第一端及經(jīng)所述第三電容連接所述第三時鐘信號，所述第一n開關(guān)管mn1的控制端連接所述第二n開關(guān)管mn2的控制端和經(jīng)所述第二電容c2連接所述第二時鐘信號ck2。

所述第二n開關(guān)管mn2的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第二n開關(guān)管mn2第二端連接經(jīng)所述第一電容c1連接所述第一時鐘信號ck1和所述第一電阻r1的第一端及所述第一n、第二n開關(guān)管mn1、mn2的控制端，所述第二n開關(guān)管mn2的控制端連接所述第一n開關(guān)管mn1的控制端和經(jīng)所述第二電容c2連接所述第二時鐘信號ck2。

所述第三n開關(guān)管mn3的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第三n開關(guān)管mn3第二端連接經(jīng)所述第二電容c2連接所述第二時鐘信號ck2和所述第二電阻r2的第一端及所述第三n、第四n開關(guān)管mn3、mn4的控制端，所述第三n開關(guān)管mn3的控制端連接所述第四n開關(guān)管mn4的控制端和經(jīng)所述第一電容c1連接所述第一時鐘信號ck1。

所述第四n開關(guān)管mn4的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第一端，所述第四n開關(guān)管第二端mn4連接所述第二p開關(guān)管mp2的第一端及經(jīng)所述第四電容c4連接所述第四時鐘信號ck4，所述第四n開關(guān)管mn4的控制端連接所述第三n開關(guān)管mn3的控制端和經(jīng)所述第一電容c1連接所述第一時鐘信號ck1。

所述第一p開關(guān)管mp1的第二端連接所述第二電荷泵c1的第二端，所述第一p開關(guān)管mp1控制端連接所述第一電阻r1的第二端。

所述第二p開關(guān)管mp2的第二端連接所述第二電荷泵的第二端，所述第一p開關(guān)管mp1控制端連接所述第二電阻r2的第二端。

所述第一電容c1的第一端連接所述第二n開關(guān)管mn2的第二端和所述第三n、第四n開關(guān)管mn3、mn4的控制端及所述第二電阻r2的第二端，所述第一電容c1的第二端連接所述第一時鐘信號ck1。

所述第二電容c2的第一端連接所述第三n開關(guān)管mn3的第二端和所述第一n、第二n開關(guān)管mn1、mn2的控制端及所述第一電阻r1的第二端，所述第二電容c2的第二端連接所述第二時鐘信號ck2。

所述第三電容c3的第一端連接所述第一n開關(guān)管mn1的第二端和第一p開關(guān)管mp1的第一端，所述第三電容c3的第二端連接所述第三時鐘信號clk3。

所述第四電容c4的第一端連接所述第四n開關(guān)管mn4的第二端和第二p開關(guān)管mp2的第一端，所述第四電容c4的第二端連接所述第四時鐘信號clk4。

所述第三、第四、第五、第六、第七、第八電阻r3、r4、r5、r6、r7、r8的第一端連接開關(guān)管的體端，所述第三、第五、第七、第八電阻r3、r5、r7、r8的第二端連接電荷泵的前級輸入電壓，所述第四、第六電阻r4、r6的第二端連接后級輸出電壓。

所述第一n、第二n、第三n、第四n開關(guān)管mn1、mn2、mn3、mn4為nmos開關(guān)管，第一p、第二p開關(guān)管mp1、mp2為pmos開關(guān)管，可以理解的是nmos管電壓高的一段為漏端，另一端為源端，控制端為柵端。pmos管電壓高的一段為源端，另一端為源端，控制端為柵端。

參見圖3，該圖為本發(fā)明提供的電荷泵電路的控制時鐘信號的示意圖。

為使本實驗例中的電荷泵完成升壓功能，其控制時鐘信號，所述第一時鐘信號ck1、所述第二時鐘信號ck2、所述第三時鐘信號ck3、所述第四時鐘信號ck4需滿足下列條件。

所述時鐘信號的最大電壓大于所述開關(guān)管閾值電壓的絕對值。

需要說明的是，開關(guān)管的閾值電壓一般為0-0.7v。

同一周期內(nèi)，所述第二時鐘信號ck2的上跳沿早于第一時鐘信號ck1的上跳沿早于所述第四時鐘信號ck4的下跳沿與第三時鐘信號ck3的下跳沿時間相等。

同一周期內(nèi)，所述第三時鐘信號ck3的下跳沿早于第一時鐘信號ck1的上跳沿早于所述第四時鐘信號ck4的下跳沿與第二時鐘信號ck2的下跳沿時間相等。

第一時鐘信號ck1、第二時鐘信號ck2、第三時鐘信號ck3、第四時鐘信號ck4為四相不交疊時鐘信號，可以理解的是四相時鐘信號的幅值可以相同也可以不同：其周期可以相同也可以不同。

需要說明的是，當電荷泵用于升壓時，所述第二電荷泵的第一端為所述電荷泵的輸入端，所述第二電荷泵的第二端為所述電荷泵的輸出端。

下面將結(jié)合圖1和圖3，以時鐘信號狀態(tài)位于t之間為初始狀態(tài)，詳細介紹本實施例提供的電荷泵電路升壓的具體工作過程。

升壓過程，第二電荷泵的第一端為輸入端，所述第二電荷泵的第二端輸出端，輸入電壓大于零。

第一階段第二時鐘信號ck2，第四時鐘信號ck4為高電平，第一時鐘信號ck1，第三時鐘信號ck3為低電平。此時第一n開關(guān)管mn1，第二n開關(guān)管mn2的控制單為高電平，第一端電壓高于第二端電壓，第一n開關(guān)管mn1和第二n開關(guān)管mn2導通。第三n，第四n開關(guān)管關(guān)段。第一p開關(guān)管mp1的控制端為高電平，第一p開關(guān)管mp1關(guān)段。第二p開關(guān)管mp2控制端為低電平，第二p開關(guān)管mp2導通。節(jié)點m的電壓vm=vin，節(jié)點p點電壓vp=vck4。

第二階段第一時鐘信號ck1，第二時鐘信號ck2為低電平，第三時鐘信號ck1，第四時鐘信號ck4為高電平。此時第一n開關(guān)管mn1，第二n開關(guān)管mn2，第三n，第四n開關(guān)管關(guān)段mn3，mn4的控制端為低電平。第一n，第二n，第三n，第四n開關(guān)管mn1，mn2，mn3，mn4關(guān)段。第一p開關(guān)管mp1，第二p開關(guān)管mp2的控制端為低電平，第一p開關(guān)管mp1，第二p開關(guān)管mp2導通。節(jié)點m的電壓vm=vin+vck3，節(jié)點p點電壓vp=vck4。

第三階段第一時鐘信號ck1，第三時鐘信號ck3為高電平，第二時鐘信號ck2，第四時鐘信號ck4為高電平。此時第三n開關(guān)管mn1，第四n開關(guān)管mn2的控制單為高電平，第一端電壓高于第二端電壓，第三n開關(guān)管mn3和第四n開關(guān)管mn4導通。第一n，第二n開關(guān)管關(guān)段。第二p開關(guān)管mp2的控制端為高電平，第二p開關(guān)管mp2關(guān)段。第一p開關(guān)管mp1控制端為低電平，第一p開關(guān)管mp1導通。節(jié)點m的電壓vm=vck3，節(jié)點p點電壓vp=vin。

最好第二時鐘信號ck2，第四時鐘信號ck4變?yōu)楦唠娖?，時鐘信號狀態(tài)的狀態(tài)與第一階段相同，因此具體升壓過程與上述各階段相同，在此不再贅述。

為了達到理想升壓效果和速率，時鐘信號的頻率小于100mhz。例如，時鐘信號的周期為50納秒。可以理解的是，時鐘信號的周期不僅可以為50納秒，其周期還可以為其他能達到所需控制結(jié)果的時長，在此不一一列舉。

需要說明的是，在標準的集成電路工藝中，隨著級數(shù)的增加，使得mos管作為開關(guān)管，存在嚴重的襯底偏置效應，pmos管存在襯底pn的反向偏置問題，本發(fā)明采用新的偏置方法，很好的克服了mos管作為開關(guān)管時的襯底偏置效應，顯著減小了電壓傳輸過程中由于開關(guān)引起的電壓損失。

本實施提供的電荷泵電路，通過四相時鐘不交疊時鐘控制六個mos管的導通與斷開。一個時鐘周期中，第一階段，第一n，第二n開關(guān)管導通，通過給第一p開關(guān)控制端足夠搞得電壓，防止反向電荷的產(chǎn)生。第二階段第一p，第二p開關(guān)管導通，最后一個階段第三n，第四n開關(guān)管導通，通過增加柵端的控制電壓，防止反向電荷的產(chǎn)生。同時pmos管柵端串聯(lián)一個小電阻，降低柵端的電壓，使得pmos管迅速關(guān)段。本實施例提供的電荷泵電路在全部時鐘周期中都有電荷的傳輸，彌補原有的cmos電荷泵模型在一個時鐘周期中只有一個周期進行電荷傳輸?shù)娜秉c。

實施例二：

參見圖4，該圖為本發(fā)明提供的電荷泵電路的實施例二的結(jié)構(gòu)圖。相較于圖2，本實施例提供了一種三個電荷泵模塊組成，并可以將多個與第二電荷泵模塊相同的電荷泵串聯(lián)，逐漸升壓，以得到所需高壓。本發(fā)明實施例二采用三級電荷泵，可以理解的是，所需電荷泵模塊可以根據(jù)實際需求選取。同時本實施例增加了克服襯底效應的偏置電路。

襯底偏置電路，包括十二個電阻，除了第一級的nmos管體端連接輸入端，其余所有nmos管的體端串聯(lián)電阻連接上一級輸入端。除了最后一級pmos管的體端連接輸出端，其余所有的pmos管的體端串聯(lián)電阻連接下一級的輸出。

本實施例提供的電荷泵電路，通過襯底偏置電路使nmos開關(guān)管的襯底電壓連接至低電壓節(jié)點。pmos管的襯底電壓始終連接在高電壓節(jié)點，減小了開關(guān)管的襯底效應造成的閾值電壓升高。提高了電荷泵的電壓增益。

由于一個電荷泵模塊的電壓增值與時鐘信號的幅值有關(guān)。

當n個電荷泵模塊串聯(lián)時，最終的輸出電壓為vout=vin+n*vclk。

本實施例提供的電荷泵電路，還包括：第一電荷泵模塊。

所述第一電荷泵模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所述第二電荷泵模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致相同，僅所述第一電荷泵的所有nmos管體端直接連接輸入端。

所述第一電荷泵模塊的控制方法與所述第二電荷泵模塊的控制方法相同。

所述第一電荷泵模塊的第二端連接所述第二電荷泵模塊的第一端。

本實施例提供的電荷泵電路，還包括：第三電荷泵模塊。

所述第三電荷泵模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與所述第二電荷泵模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)大致相同，僅所述第三電荷泵的所有pmos管體端直接連接輸出端。

所述第三電荷泵模塊的控制方法與所述第二電荷泵模塊的控制方法相同。

所述第三電荷泵模塊的第一端連接所述第二電荷泵模塊的第二端。

根據(jù)所述高壓的不同，可將多個電荷泵模塊串聯(lián)，前一電荷泵模塊的第二端連接后一電荷泵的第一端。升壓時，第一個電荷泵的第一端為輸入端，最后一個電荷泵的第二端為輸出端。

級聯(lián)電荷泵中只需將多個相同的第二電荷泵模塊級聯(lián)，增大輸出電壓的幅值。

可以理解的是，本實施例提供的電荷泵電路不僅僅可以應用于集成電路的升壓，還可以應用于其他升壓的應用中，在此不再一一列舉。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖

然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人

員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明

技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離

本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同

變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。