CN101764519B - 一种电荷泵电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种电荷泵电路包括有多个过滤电容及多个备用电荷泵，各个备用电荷泵各自连接一个或多个过滤电容来对过滤电容充电，由于采用多个过滤电容，因此每个过滤电容的电容值均小于总过滤电容值的和，根据电容值越小，电容的电压充电至预定值所耗费的时间越小的原理，本发明提供的这种电荷泵电路能够很快将过滤电容的电压充至预定值，其上升时间很小。

Description

一种电荷泵电路
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及电荷泵电路。
背景技术
电荷泵电路广泛应用于存储器等芯片，通常为芯片的数据操作提供高电压，即将输入电荷泵电路的低电压信号转换为高电压信号。
图1所示结构是一种现有电荷泵电路10，包括顺次连接的电荷泵11、过滤电容(Cfilter)12、负载电容(Cload)13及负载电流结构(Iload)14；其中电荷泵11包括信号输入端110、控制输入端111及信号输出端112，信号输出端112连接至Cfilter12。
图2所示波形是图1电荷泵电路10的控制信号Web的波形和输出的高压信号HV的波形，结合图2及图1，电荷泵电路10的工作原理为：信号输入端110输入低压信号；当控制输入端111输入的控制信号翻转后，触发电荷泵11对Cfilter12、Cload 13及Iload 14充电；在充到预定值后，信号输出端112输出高压信号HV。
图2所示的控制信号Web翻转时间点和高压信号HV上升至高压的时间点间有一个时间段，该时间段为上升时间，上升时间越短，说明信号延迟越小，性能越高。
图2所示的高压信号HV有一段锯齿状波形，该波形称为高压信号HV的“纹波”，其产生的原因是：电荷泵11不是连续工作的，是时断时续的充电过程，因此当其停止充电时，高压信号HV的电压将发生回落现象，于是产生了“纹波”现象。“纹波”越大，则说明高压信号HV越不稳定，性能越低。
为减小“纹波”现象，所述电荷泵电路10中添加有Cfilter12，Cfilter12有稳定电压的作用，其电容值通常很大，因此能够减小高压信号HV的“纹波”，但与未添加Cfilter12的电路相比，电荷泵电路10中的电荷泵11需要耗费更长时间才能够将Cload 13及Iload 14充电至预定值输出高压信号HV，即电荷泵电路10增加了上升时间。
为减小上升时间，业界提出图3所示的电荷泵电路30，与图2所示电路相比，其增加有多个备用电荷泵31，通过增加充电能力来降低充电时间，从而降低上升时间。
但由于图3所示结构中Cfilter13的电容值通常很大，因此虽然与图2所示结构相比，图3所示结构能够进一步减小上升时间，但减小的幅度有限，并且需要很精确的控制各个备用电荷泵31的控制信号相位，使其匹配，以防止各个备用电荷泵31的控制信号不匹配而导致各个备用电荷泵31充电过程不匹配进而导致纹波加剧的问题。
发明内容
本发明提供电荷泵电路，以进一步减小上升时间，且无需通过精确控制各个备用电荷泵的控制信号相位匹配以使各个备用电荷泵充电过程匹配。
本发明提供的一种电荷泵电路包括有多个过滤电容及多个备用电荷泵，各个备用电荷泵各自连接一个或多个过滤电容来对过滤电容充电，由于采用多个过滤电容，因此每个过滤电容的电容值均小于总过滤电容值的和，根据电容值越小，电容的电压充电至预定值所耗费的时间越小的原理，本发明提供的这种电荷泵电路能够很快将过滤电容的电压充至预定值。
本发明还提供了另一种电荷泵电路，其在备用电荷泵及过滤电容之间添加有备用电荷泵控制模块，用于在备用电荷泵与过滤电容连接的连接点的电压大于或等于预定值时，将备用电荷泵从连接点断开，并在所述电压低于预定值时将备用电荷泵连接至该连接点以对过滤电容充电，因此本发明提供的另一种电荷泵电路既能在过滤电容电压未达到预定值时采用备用电荷泵对过滤电容充电，也能够避免备用电荷泵将过滤电容充电至预定值后，还连接在该连接点而加剧“纹波”现象，导致电荷泵电路输出信号稳定性降低的问题，所以本发明提供的另一种电荷泵电路降低了“纹波”现象，提高了电荷泵电路输出信号的稳定性。
附图说明
图1为一种现有电荷泵电路结构示意图；
图2为图1所示电路的输出信号和控制信号的波形图；
图3为另一种包含备用电荷泵的现有电荷泵电路结构图；
图4A为本发明实施例中一种电荷泵电路的结构示意图；
图4B为本发明实施例中另一种电荷泵电路结构示意图；
图5为本发明实施例的备用电荷泵开关控制电路结构示意图；
图6为本发明实施例的第三种电荷泵电路结构示意图。
具体实施方式
针对背景技术提及的问题，本申请发明人分析：在图1及图3所示的电荷泵电路中，过滤电容均有很高的电容值以降低“纹波”现象，这使得上升时间很大，虽然图3所示结构添加了多个备用电荷泵31有利于减小上升时间，但过滤电容的电容值毕竟很高，因此其减小的幅度有限。如果能够降低Cfilter 32的电容值则能够进一步减小上升时间，但为降低“纹波”现象，又通常需要很高的过滤电容值。
为解决这一矛盾，可以在电荷泵电路中设置多个并联的电容值较小的过滤电容，则其总过滤电容值很高，各个过滤电容的电容值较低，备用电荷泵能够很快将过滤电容充电至预定值电压，因此能够进一步减小上升时间，且与图3所示电荷泵电路结构相比，不会加剧“纹波”现象。
图4A所示是本发明实施例提供的一种电荷泵电路结构40A，该结构40A中包括多个Cfilter 41A和多个备用电荷泵42A，所有备用电荷泵42A并联，各个备用电荷泵42A各自连接有一个Cfilter 41A，以对其充电。
各个Cfilter 41A的电容值可以相同也可以不同，较佳的保持相同，一方面工艺制造及设计较为方便，另一方面能够降低整个电荷泵电路40A的噪声。
图4A所示结构中备用电荷泵42A连接有一个Cfilter 41A，实际也可以连接多个Cfilter 41A。
由于本发明实施例提供的电荷泵电路各个备用电荷泵连接有各自的过滤电容，因此各个备用电荷泵的充电过程可以不匹配，也就无需对各个控制信号进行精确控制。
本实施例还提出了图4B所示的电荷泵电路40，包括主电荷泵41、备用电荷泵42、多个过滤电容43及备用电荷泵控制模块44，其中备用电荷泵控制模块44连接在备用电荷泵42和过滤电容43之间。备用电荷泵42对过滤电容43充电即将连接点45的电压提升至预定值，因此可以通过连接点45的电压是否达到预定值来判断备用电荷泵42是否完成充电，如果完成，则可用备用电荷泵控制模块44将备用电荷泵41从连接点45断开。在备用电荷泵42对过滤电容43充电或充完电前，该连接点45的电压没有达到预定值，因此备用电荷泵控制模块44需要控制备用电荷泵42连接至连接点45。
备用电荷泵控制模块44的数目可以等于或小于备用电荷泵42的数目。
图4B所示结构可以在备用电荷泵42充完电后将其从电荷泵电路40断开，能够降低备用电荷泵40加剧“纹波”现象的问题，提高输出信号的稳定性。
备用电荷泵控制模块44可以有多种结构，图4B中备用电荷泵控制模块44的结构是采用开关来实现备用电荷泵42与连接点45的连接和断开，包括备用电荷泵开关440，连接在备用电荷泵42和过滤电容43之间；备用电荷泵开关控制电路441连接在备用电荷泵开关440上，用来控制备用电荷泵开关440的断开和闭合，其中在连接点45的电压值高于或等于预定值时，说明备用电荷泵42已经完成充电，则控制备用电荷泵开关440断开，在连接点45的电压值低于预定值时，说明需要进行充电，则控制备用电荷泵开关440闭合，将备用电荷泵42连接至连接点45上充电。
备用电荷泵开关控制电路441也可以有多种，图5所示的备用电荷泵开关控制电路441包括：相互连接的第一电阻R1及第二电阻R2，第一电阻R1的一端连接到连接点45，可以获取连接点45的电压，第二电阻R2的一端接地；第一电阻R1和第二电阻R2的连接处N的电压作为对比电压，该对比电压和连接点45的电压一一对应，用于和标准电压对比；
图5所示结构还包括比较器R，该比较器R有两个输入端和一个输出端，其中一个输入端a连接至连接处N，则输入端a输入的电压就是对比电压，另一个输入端b用于输入标准电压，标准电压和上述预定值一一对应，即对比电压对应连接点45的电压，标准电压对应预定值，因此比较对比电压和标准电压也就相当于比较连接点45的电压和预定值。输出端c输出的是比较信号通常是逻辑“1”或逻辑“0”，用来表明连接点45电压是否低于预定值，如果低于，则比较信号输入到备用电荷泵开关440时，该开关440闭合，如果高于或等于，那备用电荷泵开关440断开。其中可以用逻辑“1”控制闭合及逻辑“0”控制断开，也可以用逻辑“1”控制断开及逻辑“0”控制闭合，较佳的，通常可以采用电平移位器对输出端c输出的逻辑“1”进一步升高电压，例如升高至备用电荷泵42的输出电平，然后用升高电压后的逻辑“1”来控制备用电荷泵开关440的断开或闭合，以保证备用电荷泵开关440能顺利的断开和闭合。
图5所示的结构实际可以划分成两部分，一部分是第一电阻R1及第二电阻R2，其作用在于根据连接点45的电压获取对比电压；另一部分是比较器R，其连接至备用电荷泵开关440，用于比较对比电压与标准电压，并向所述备用电荷泵开关输出比较信号，其中所述标准电压与所述预定值唯一对应，所述比较信号能够在该连接点的电压值高于或等于预定值时控制所述备用电荷泵开关断开，并在该连接点电压值低于预定值时控制所述备用电荷泵开关闭合。这两部分除了可以用图5的结构实现外，还可以采用其它结构，例如用其它分压电路作为第一部分，稳压器作为另一部分。
图6所示的是本实施例的另一种电荷泵电路60结构，与图4B的结构区别在于其具备主电荷泵控制模块61，主电荷泵控制模块61连接在主电荷泵63和连接点62之间，能够在连接点62的电压高于或等于预定值即备用电荷泵64充完电后，将主电荷泵63和连接点62连接，并在连接点62的电压低于预定值即备用电荷泵64充电前或充完电前，保持主电荷泵63和连接点62断开。这能够保证主电荷泵63主要或只是为负载部分65充电，备用电荷泵64充完电的时间要比主电荷泵63的充完电时间短，所以与图4B结构相比，主电荷泵63主要或只是为负载部分65充电，能够缩短充电时间，上升时间要更小一些。
其中主电荷控制模块61可以与备用电荷泵的数目相同，也可以少于备用电荷泵的数目。
主电荷控制模块61的结构可以但不限于采用备用电荷控制模块的结构，能够符合上述描述的结构通常都可以实施。
本实施例中，所述主电荷泵控制模块61具体包括：
主电荷泵开关610，连接于所述主电荷泵63和该连接点62之间；
主电荷泵开关控制电路611，连接至所述主用电荷泵开关610，用于在该连接点62的电压值高于或等于预定值时控制所述主电荷泵开关610闭合；以及在该连接点62电压值低于预定值时控制所述主电荷泵开关610断开。
其中所述主电荷泵开关控制电路611可以具体包括：
主对比电压获取单元，用于根据该连接点62的电压获取主对比电压；
主比较单元，连接至所述主电荷泵开关610，用于比较所述主对比电压与主标准电压，并向所述主电荷泵开关610输出主比较信号，其中所述主标准电压与所述预定值一一对应，所述主比较信号能够在该连接点62的电压值高于或等于预定值时控制所述主电荷泵开关610闭合，并在该连接点62电压值低于预定值时控制所述主电荷泵开关610断开。
此外所述主对比电压获取单元可以具体包括相互连接的第三电阻及第四电阻；其中第三电阻连接至所述连接点62，用于获取连接点62的电压；第四电阻接地；第三电阻及第四电阻的连接处连接至主比较单元中的主电荷泵开关610，该连接处P的电压作为主对比电压。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种电荷泵电路，包括主电荷泵、过滤电容及多个并联的备用电荷泵和负载部分，该负载部分包括负载电容及负载电流结构；其特征在于，所述过滤电容有多个；以及
各个备用电荷泵各自连接有一个或多个过滤电容；
其中，所述的电荷泵电路还包括备用电荷泵控制模块，连接于备用电荷泵及过滤电容之间，用于在与所述过滤电容连接的连接点的电压大于或等于预定值时控制所述备用电荷泵从该连接点断开，以及在该连接点的电压低于预定值时控制备用电荷泵连接至所述连接点；以及
所述的电荷泵电路还包括主电荷泵控制模块，连接于该连接点与主电荷泵之间，用于在该连接点的电压值高于或等于预定值时控制主电荷泵连接至所述连接点，以及在该连接点的电压值低于预定值时控制主电荷泵从所述连接点断开，备用电荷泵对过滤电容充完电的时间要比主电荷泵为负载部分充完电的时间短，并保证主电荷泵只为负载部分充电。
2.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，全部过滤电容的电容值均相等。
3.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，部分过滤电容的电容值相等。
4.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述备用电荷泵控制模块具体包括：
备用电荷泵开关，连接于所述备用电荷泵和该连接点之间；
备用电荷泵开关控制电路，连接至所述备用电荷泵开关，用于在该连接点的电压值高于或等于预定值时控制所述备用电荷泵开关断开；以及在该连接点电压值低于预定值时控制所述备用电荷泵开关闭合。
5.如权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，所述备用电荷泵开关 控制电路具体包括：
对比电压获取单元，用于根据该连接点的电压获取对比电压；
比较单元，连接至所述备用电荷泵开关，用于比较所述对比电压与标准电压，并向所述备用电荷泵开关输出比较信号，其中所述标准电压与所述预定值唯一对应，所述比较信号能够在该连接点的电压值高于或等于预定值时控制所述备用电荷泵开关断开，并在该连接点电压值低于预定值时控制所述备用电荷泵开关闭合。
6.如权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，所述对比电压获取单元具体包括相互连接的第一电阻及第二电阻；其中
第一电阻连接至所述连接点，用于获取连接点电压；
第二电阻接地；
第一电阻及第二电阻的连接处连接至比较单元，该连接处的电压作为对比电压。
7.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述主电荷泵控制模块具体包括：
主电荷泵开关，连接于所述主电荷泵和该连接点之间；
主电荷泵开关控制电路，连接至所述主电荷泵开关，用于在该连接点的电压值高于或等于预定值时控制所述主电荷泵开关闭合；以及在该连接点电压值低于预定值时控制所述主电荷泵开关断开。
8.如权利要求7所述的电荷泵电路，其特征在于，所述主电荷泵开关控制电路具体包括：
主对比电压获取单元，用于根据该连接点的电压获取主对比电压；
主比较单元，连接至所述主电荷泵开关，用于比较所述主对比电压与主标准电压，并向所述主电荷泵开关输出主比较信号，其中所述主标准电压与所述预定值一一对应，所述主比较信号能够在该连接点的电压值高于或等于预定值时控制所述主电荷泵开关闭合，并在该连接点电压值低于预定值时控制所述主 电荷泵开关断开。
9.如权利要求8所述的电荷泵电路，其特征在于，所述主对比电压获取单元具体包括相互连接的第三电阻及第四电阻；其中
第三电阻连接至所述连接点，用于获取连接点电压；
第四电阻接地；
第三电阻及第四电阻的连接处连接至比较单元，该连接处的电压作为主对比电压。 
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