CN101119064A - 半导体集成电路以及包括其的电子设备 - Google Patents

Abstract

一种半导体集成电路，与第一至第四电容器电气相连，且包括第一至第十一开关。第十开关的第一端子与第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与第三电容器的第一端子电气相连。第十一开关的第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与第三电容器的第一端子电气相连。第三电容器的第二端子与固定电势的节点相连。

Description

半导体集成电路以及包括其的电子设备

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路和一种包括该半导体集成电路的电子设备，具体涉及一种包括电荷泵的半导体集成电路和一种包括该半导体集成电路的电子设备。

背景技术

例如移动电话或数码相机的由电池驱动的电子设备包括电荷泵，该电荷泵对例如来自电池的电压进行升压。电荷泵以预定的电压升压因子对输入电压进行升压，并输出升压后的电压。对于电压升压因子，实现了例如1、1.5和2的因子(参见日本专利待审公开No.2005-80395(专利文献1))。

例如，当在电荷泵中设置电压升压因子为1.5时，需要向电荷泵提供为输出电流1.5倍的电流。因此，需要使电荷泵输出等于或稍大于希望获得的电压值的电压作为输出电压，以减小功耗。期望以各种不同的方式实现电压升压因子。

图10是示出了实现电压升压因子1、1.5和2的典型电荷泵的配置图。参考图10，该电荷泵包括开关SW1-SW9、外部端子T1-T4、外部端子TOUT、电容器C1和C2以及电容器COUT。开关SW1-SW9形成于半导体集成电路内。每一个电容器位于半导体集成电路外，并通过外部端子与半导体集成电路中的开关相连。

图11是示出了实现电压升压因子1、1.33、1.5和2的典型电荷泵的配置图。参考图11，该电荷泵包括开关SW1-SW14、外部端子T1-T6、外部端子TOUT、电容器C1-C3以及电容器COUT。如同图10所示的电荷泵，开关SW1-SW14形成于半导体集成电路内。每一个电容器位于半导体集成电路外，并通过外部端子与半导体集成电路中的开关相连。

同样，如果典型电荷泵还意在实现1.33的电压升压因子，例如除了电压升压因子1、1.5和2之外，则需要半导体集成电路还包括5个开关和两个外部端子，导致半导体集成电路的芯片面积增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体集成电路，该电路能够提供更多的电压升压因子并能够防止芯片面积的增大，还提供了一种包括该半导体集成电路的电子设备。

根据本发明一方面的半导体集成电路是与第一电容器、第二电容器、第三电容器以及第四电容器电气相连的半导体集成电路，包括：第一开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第一电容器的第一端子电气相连；第二开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第一电容器的第二端子电气相连；第三开关，其第一端子与第一电容器的第一端子电气相连，第二端子与第四电容器的第一端子电气相连；第四开关，其第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与小于第一电势的第二电势的节点相连；第五开关，其第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与第二电容器的第一端子电气相连；第六开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第二电容器的第一端子电气相连；第七开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第二电容器的第二端子电气相连；第八开关，其第一端子与第二电容器的第一端子电气相连，第二端子与第四电容器的第一端子电气相连；第九开关，其第一端子与第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与第二电势的节点相连；第十开关，其第一端子与第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与第三电容器的第一端子电气相连；以及第十一开关，其第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与第三电容器的第一端子电气相连。第三电容器的第二端子与第二电势的节点相连。

优选地，所述半导体集成电路还包括在第一状态和第二状态之间交替切换的控制电路，其中，在第一状态中，第一开关、第五开关和第十开关中的每一个处于导通状态，而第二开关、第三开关、第四开关、第六开关、第七开关、第八开关、第九开关和第十一开关中的每一个处于断开状态；在第二状态中，第二开关、第三开关、第七开关和第八开关中的每一个处于导通状态，而第一开关、第四开关、第五开关、第六开关、第九开关、第十开关和第十一开关中的每一个处于断开状态。

优选地，所述半导体集成电路还包括在第一状态和第二状态之间交替切换的控制电路，其中，在第一状态中，第二开关、第三开关、第六开关和第十开关中的每一个处于导通状态，而第一开关、第四开关、第五开关、第七开关、第八开关、第九开关和第十一开关中的每一个处于断开状态；在第二状态中，第一开关、第七开关、第八开关和第十一开关中的每一个处于导通状态，而第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第九开关和第十开关中的每一个处于断开状态。

根据本发明一方面的电子设备包括：第一电容器；第二电容器；第三电容器；第四电容器；以及半导体集成电路。所述半导体集成电路包括：第一开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第一电容器的第一端子电气相连；第二开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第一电容器的第二端子电气相连；第三开关，其第一端子与第一电容器的第一端子电气相连，第二端子与第四电容器的第一端子电气相连；第四开关，其第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与小于第一电势的第二电势的节点相连；第五开关，其第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与第二电容器的第一端子电气相连；第六开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第二电容器的第一端子电气相连；第七开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与第二电容器的第二端子电气相连；第八开关，其第一端子与第二电容器的第一端子电气相连，第二端子与第四电容器的第一端子电气相连；第九开关，其第一端子与第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与第二电势的节点相连；第十开关，其第一端子与第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与第三电容器的第一端子电气相连；以及第十一开关，其第一端子与第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与第三电容器的第一端子电气相连。第三电容器的第二端子与第二电势的节点相连。

根据本发明，能够实现更多电压升压因子且防止芯片面积增大。

根据下文结合附图对本发明的详细描述，本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点将会变得更加明显。

附图说明

图1是示出了根据本发明实施例的电子设备的配置图。

图2是示出了根据本发明实施例的电荷泵的配置图。

图3是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.33倍时开关的第一状态图。

图4是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.33倍时开关的第二状态图。

图5是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.5倍时开关的第一状态图。

图6是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.5倍时开关的第二状态图。

图7是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的2.0倍时开关的第一状态图。

图8是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的2.0倍时开关的第二状态图。

图9是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.0倍时开关的状态图。

图10是示出了实现电压升压因子1、1.5、2的典型电荷泵的配置图。

图11是示出了实现电压升压因子1、1.33、1.5、2的典型电荷泵的配置图。

具体实施方式

后文将参考附图描述本发明的实施例。需要指出，附图中相同或相应的部分具有相同的附图标记，并且不重复对此的描述。

[配置和基本操作]

图1是示出了根据本发明实施例的电子设备的配置图。参考图1，电子设备201包括半导体集成电路101、电容器(第一至第三电容器)C1-C3以及电容器(第四电容器)COUT。半导体集成电路101包括控制电路51、开关部分52、外部端子T1-T5以及外部端子TOUT。电容器C1-C3、电容器COUT以及开关部分52形成了电荷泵301。

半导体集成电路101与电容器C1、电容器C2、电容器C3和电容器COUT电气相连。注意，可以采纳电容器C1-C3包括在半导体集成电路101中这种配置。

控制电路51根据设置的电压升压因子，控制开关部分52中包括的多个开关中每一个开关的导通和断开状态，由此以电压升压因子对从电势为VIN的节点提供的输入电压VIN进行升压，以产生输出电压VOUT。

图2是示出了根据本发明实施例的电荷泵的配置图。参考图2，开关部分52包括开关(第一至第十一开关)SW1-SW11。例如，开关SW1-SW11中的每一个是MOS(金属氧化物半导体)晶体管。可以采纳电势VIN由半导体集成电路101产生的配置，或是电势VIN在半导体集成电路101外产生的配置。

开关SW1的第一端子与电势VIN的节点相连，第二端子与电容器C1的第一端子电气相连。开关SW2的第一端子与电势VIN的节点相连，第二端子与电容器C1的第二端子电气相连。开关SW3的第一端子与电容器C1的第一端子电气相连，第二端子与电容器COUT的第一端子电气相连。开关SW4的第一端子与电容器C1的第二端子电气相连，第二端子与小于电势VIN的地电势的节点相连。开关SW5的第一端子与电容器C1的第二端子电气相连，第二端子与电容器C2的第一端子电气相连。开关SW6的第一端子与电势VIN的节点相连，第二端子与电容器C2的第一端子电气相连。开关SW7的第一端子与电势VIN的节点相连，第二端子与电容器C2的第二端子电气相连。开关SW8的第一端子与电容器C2的第一端子电气相连，第二端子与电容器COUT的第一端子电气相连。开关SW9的第一端子与电容器C2的第二端子电气相连，第二端子与地电势的节点相连。开关SW10的第一端子与电容器C2的第二端子电气相连，第二端子与电容器C3的第一端子电气相连。开关SW11的第一端子与电容器C1的第二端子电气相连，第二端子与电容器C3的第一端子电气相连。电容器C3的第二端子以及电容器COUT的第二端子均与地电势的节点相连。

[操作]

下文对根据本发明实施例的电荷泵输出电压时的操作进行描述。

图3是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.33倍时开关的第一状态图。

参考图3，控制电路51维持开关部分52处于第一状态。换句话说，控制电路51维持开关SW1、开关SW5和开关SW10中的每一个处于导通状态，而维持开关SW2、开关SW3、开关SW4、开关SW6、开关SW7、开关SW8、开关SW9和开关SW11中的每一个处于断开状态。

控制电路51维持开关部分52处于第一状态，由此把输入电压VIN×1/3施加到电容器C1-C3中的每一个，以对电容器C1-C3进行充电。

图4是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.33倍时开关的第二状态图。

参考图4，控制电路51维持开关部分52处于第二状态。换句话说，控制电路51维持开关SW2、开关SW3、开关SW7以及开关SW8中的每一个处于导通状态，而维持开关SW1、开关SW4、开关SW5、开关SW6、开关SW9、开关SW10以及开关SW11中的每一个处于断开状态。

控制电路51维持开关部分52处于第二状态，由此把电容器C1和C2并联，以相对于充电时相反的方向施加输入电压VIN，从而释放电容器C1和C2中存储的电荷。因此，输出电压VOUT等于输入电压VIN×4/3，这通过把输入电压VIN×1/3与输入电压VIN相加而获得，即大约为输入电压的1.33倍。

控制电路51在开关部分52的第一状态和第二状态之间交替切换，由此重复对电容器C1和C2进行充电，并对电容器C1和C2进行放电，从而从电荷泵301输出大约是输入电压VIN的1.33倍的电压作为输出电压VOUT。

图5是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.5倍时开关的第一状态图。

参考图5，控制电路51维持开关部分52处于第一状态。换句话说，控制电路51维持开关SW2、开关SW3、开关SW6和开关SW10中的每一个处于导通状态，而维持开关SW1、开关SW4、开关SW5、开关SW7、开关SW8、开关SW9和开关SW11中的每一个处于断开状态。

控制电路51维持开关部分52处于第一状态，由此把输入电压VIN×1/2施加到电容器C2和C3中的每一个，以对电容器C2和C3进行充电。

图6是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.5倍时开关的第二状态图。

参考图6，控制电路51维持开关部分52处于第二状态。换句话说，控制电路51维持开关SW1、开关SW7、开关SW8以及开关SW11中的每一个处于导通状态，而维持开关SW2、开关SW3、开关SW4、开关SW5、开关SW6、开关SW9以及开关SW10中的每一个处于断开状态。

控制电路51维持开关部分52处于第二状态，由此把输入电压VIN×1/2施加到电容器C1和C3中的每一个，并对电容器C1和C3进行充电，另外，把输入电压VIN以相对于充电时相反的方向施加到电容器C2，从而释放电容器C2中存储的电荷。因此，输出电压VOUT等于输入电压VIN×1.5，这通过把输入电压VIN×1/2与输入电压VIN相加而获得。

控制电路51在开关部分52的第一状态和第二状态之间交替切换，由此重复电容器C1的放电和电容器C2的充电，以及电容器C1的充电和电容器C2的放电，从而从电荷泵301输出输入电压VIN的1.5倍的电压作为输出电压VOUT。

换句话说，控制电路51使开关部分52再次进入第一状态，由此把输入电压VIN×1/2施加到电容器C2和C3中的每一个，对电容器C2和C3进行充电，另外，把输入电压VIN以相对于充电时相反的方向施加到电容器C1，从而释放电容器C1中存储的电荷。因此，输出电压VOUT等于输入电压VIN×1.5，这通过把输入电压VIN×1/2与输入电压VIN相加而获得。

利用这种配置，能够对电容器C1和C2中的一个进行充电，同时对电容器C1和C2中的另一个进行放电，因此可以防止输出电压VOUT在负载消耗大功率时或其他情况下降低。

图7是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的2.0倍时开关的第一状态图。

参考图7，控制电路51维持开关部分52处于第一状态。换句话说，控制电路51维持开关SW1、开关SW4、开关SW7和开关SW8中的每一个处于导通状态，而维持开关SW2、开关SW3、开关SW5、开关SW6、开关SW9、开关SW10和开关SW11中的每一个处于断开状态。

控制电路51维持开关部分52处于第一状态，由此把输入电压VIN施加到电容器C1，以对电容器C1进行充电。

图8是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的2.0倍时开关的第二状态图。

参考图8，控制电路51维持开关部分52处于第二状态。换句话说，控制电路51维持开关SW2、开关SW3、开关SW6以及开关SW9中的每一个处于导通状态，而维持开关SW1、开关SW4、开关SW5、开关SW7、开关SW8、开关SW10以及开关SW11中的每一个处于断开状态。

控制电路51维持开关部分52处于第二状态，由此把输入电压VIN施加到电容器C2，以对电容器C2进行充电，另外，把输入电压VIN以相对于充电时相反的方向施加到电容器C1，从而释放电容器C1中存储的电荷。因此，输出电压VOUT等于输入电压VIN×2.0，这通过把输入电压VIN与输入电压VIN相加而获得。

控制电路51在开关部分52的第一状态和第二状态之间交替切换，由此重复电容器C1的充电和电容器C2的放电，以及电容器C1的放电和电容器C2的充电，从而从电荷泵30 1输出输入电压2.0倍的电压作为输出电压VOUT。

换句话说，控制电路51使开关部分52再次进入第一状态，由此把输入电压VIN施加到电容器C1，对电容器C1进行充电，另外，把输入电压VIN以相对于充电时相反的方向施加到电容器C2，从而释放电容器C2中存储的电荷。因此，输出电压VOUT等于输入电压VIN×2.0，这通过把输入电压VIN与输入电压VIN相加而获得。

利用这种配置，能够对电容器C1和C2中的一个进行充电，同时对电容器C1和C2中的另一个进行放电，因此可以防止输出电压VOUT在负载消耗大功率时或其他情况下降低。

图9是示出了当根据本发明实施例的电荷泵的输出电压为输入电压的1.0倍时开关的状态图。

参考图9，控制电路51维持开关SW1、开关SW2、开关SW3、开关SW5、开关SW6、开关SW7以及开关SW8中的每一个处于导通状态，而维持开关SW4、开关SW9、开关SW10以及开关SW11中的每一个处于断开状态。在这种状态下，输出电压VOUT等于输入电压VIN×1.0。

如果典型的电荷泵还意欲实现1.33的电压升压因子，例如除了电压升压因子1、1.5和2之外，则电荷泵包括14个开关、7个外部端子和4个电容器。换句话说，包括在电荷泵中的半导体集成电路还需要包括5个开关SW10-SW14以及2个外部端子T5和T6，这导致了半导体集成电路的芯片面积增大的问题。相反，根据本发明实施例的电荷泵包括11个开关、4个电容器和6个外部端子，以便在除了电压升压因子1、1.5和2之外实现电压升压因子1.33。换句话说，半导体集成电路101可以实现除了电压升压因子1、1.5和2之外的电压升压因子1.33，而这仅仅是向图10所示的电荷泵中所包括的半导体集成电路增加2个开关SW10和SW11以及1个外部端子T5。

这里，作为形成于半导体集成电路中的开关的MOS晶体管趋向于具有大的尺寸，以减小导通态电阻。因此，通过防止开关个数的增加，可以有效地防止半导体集成电路的芯片面积的增大。此外，通过减小与电容器相连的外部端子的个数，能够有助于安装半导体集成电路的基板的图案设计。因此，在根据本发明实施例的半导体集成电路中，能够实现更多的电压升压因子，并防止芯片面积的增大。

尽管已经详细描述并示出了本发明，可以理解的是，所做的描述和示出仅作为示例而不是限制，本发明的精神和范围仅由所附权利要求中的权项来限制。

Claims (4)

1.一种半导体集成电路，与第一电容器、第二电容器、第三电容器以及第四电容器电气相连，包括：

第一开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与所述第一电容器的第一端子电气相连；

第二开关，其第一端子与所述第一电势的节点相连，第二端子与所述第一电容器的第二端子电气相连；

第三开关，其第一端子与所述第一电容器的第一端子电气相连，第二端子与所述第四电容器的第一端子电气相连；

第四开关，其第一端子与所述第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与小于所述第一电势的第二电势的节点相连；

第五开关，其第一端子与所述第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第二电容器的第一端子电气相连；

第六开关，其第一端子与所述第一电势的节点相连，第二端子与所述第二电容器的第一端子电气相连；

第七开关，其第一端子与所述第一电势的节点相连，第二端子与所述第二电容器的第二端子电气相连；

第八开关，其第一端子与所述第二电容器的第一端子电气相连，第二端子与所述第四电容器的第一端子电气相连；

第九开关，其第一端子与所述第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第二电势的节点相连；

第十开关，其第一端子与所述第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第三电容器的第一端子电气相连；以及

第十一开关，其第一端子与所述第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第三电容器的第一端子电气相连，其中

所述第三电容器的第二端子与所述第二电势的节点相连。

2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括在第一状态和第二状态之间交替切换的控制电路，其中，在所述第一状态中，所述第一开关、所述第五开关和所述第十开关中的每一个处于导通状态，而所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第六开关、所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关和所述第十一开关中的每一个处于断开状态；在所述第二状态中，所述第二开关、所述第三开关、所述第七开关和所述第八开关中的每一个处于导通状态，而所述第一开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第九开关、所述第十开关和所述第十一开关中的每一个处于断开状态。

3.根据权利要求1所述的半导体集成电路，还包括在第一状态和第二状态之间交替切换的控制电路，其中，在所述第一状态中，所述第二开关、所述第三开关、所述第六开关和所述第十开关中的每一个处于导通状态，而所述第一开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第七开关、所述第八开关、所述第九开关和所述第十一开关中的每一个处于断开状态；在所述第二状态中，所述第一开关、所述第七开关、所述第八开关和所述第十一开关中的每一个处于导通状态，而所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关、所述第九开关和所述第十开关中的每一个处于断开状态。

4.一种电子设备，包括：

第一电容器；

第二电容器；

第三电容器；

第四电容器；以及

半导体集成电路，其中

所述半导体集成电路包括：

第一开关，其第一端子与第一电势的节点相连，第二端子与所述第一电容器的第一端子电气相连；

第二开关，其第一端子与所述第一电势的节点相连，第二端子与所述第一电容器的第二端子电气相连；

第三开关，其第一端子与所述第一电容器的第一端子电气相连，第二端子与所述第四电容器的第一端子电气相连；

第四开关，其第一端子与所述第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与小于所述第一电势的第二电势的节点相连；

第五开关，其第一端子与所述第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第二电容器的第一端子电气相连；

第六开关，其第一端子与所述第一电势的节点相连，第二端子与所述第二电容器的第一端子电气相连；

第七开关，其第一端子与所述第一电势的节点相连，第二端子与所述第二电容器的第二端子电气相连；

第八开关，其第一端子与所述第二电容器的第一端子电气相连，第二端子与所述第四电容器的第一端子电气相连；

第九开关，其第一端子与所述第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第二电势的节点相连；

第十开关，其第一端子与所述第二电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第三电容器的第一端子电气相连；以及

第十一开关，其第一端子与所述第一电容器的第二端子电气相连，第二端子与所述第三电容器的第一端子电气相连，其中

所述第三电容器的第二端子与所述第二电势的节点相连。

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