CN102111068A - 电荷泵电路的结构及电荷泵的启动方法 - Google Patents

电荷泵电路的结构及电荷泵的启动方法 Download PDF

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骆川
周平
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Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种电荷泵电路的结构及电荷泵的启动方法，包括电荷泵和电压钳位电路，所述电荷泵还包括一个反馈信号回路，该反馈信号回路以及电荷泵的电源端都连接到一个选择电路，所述选择电路还同时连接一个恒流源以及电源，当电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过恒流源为所述电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。本发明在电荷泵启动的时候用恒流源为电荷泵供电，保证了在启动过程中不会有过大的电流出现，从而使得整个电路系统的电压能够在电荷泵启动的时候保持稳定。

Description

电荷泵电路的结构及电荷泵的启动方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件所用的电荷泵电路的结构，本发明还涉及一种电荷泵的启动方法。
背景技术
在现代工业中，电荷泵在射频卡中的应用越来越多，射频卡的能量是通过电感耦合得到的，功率(P)＝电流(I)×电源电压(VDD)，由于功率P是恒定的，如果电流I过大的话，则电源电压VDD必然降低，导致芯片内其它电路不能正常工作。传统的电荷泵只适用于电源电压VDD恒定的平台，不适用于功率P恒定的平台。现有的电荷泵电路如图1所示，包括电荷泵和电压钳位电路，所述电荷泵的电源端直接连接电源，电压钳位电路根据电荷泵的输出电压是过高还是过低，通过一个反馈控制停止或者启动电荷泵。但是，在射频卡等应用的场合，由于接收到的功率却是一定的，因此传统的电荷泵已经不能适用于这些场合的应用，急需要一种能够在功率P一定的情况下，使整个半导体电路能够正常稳定工作的电荷泵的出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电荷泵电路的结构及电荷泵的启动方法，能够在快速启动电荷泵的同时，使整个电路系统在电荷泵启动时候保持稳定。
为解决上述技术问题，本发明电荷泵电路的结构的技术方案是，包括电荷泵和电压钳位电路，所述电荷泵还包括一个反馈信号回路，该反馈信号回路以及电荷泵的电源端都连接到一个选择电路，所述选择电路还同时连接一个恒流源以及电源，当电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过恒流源为所述电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。
本发明还提供了一种采用上述电荷泵电路实现的电荷泵的启动方法，其技术方案是，在电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过所述恒流源为电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。
本发明在电荷泵启动的时候用恒流源为电荷泵供电，保证了在启动过程中不会有过大的电流出现，从而使得整个电路系统的电压能够在电荷泵启动的时候保持稳定。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为现有的电荷泵电路的结构示意图；
图2为本发明电荷泵电路的结构示意图；
图3为本发明电荷泵电路一个实施例的电路图；
图4为现有技术的电荷泵与本发明的电荷泵在启动时电流变化的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种电荷泵电路的结构，如图2所示，包括电荷泵和电压钳位电路，所述电荷泵还包括一个反馈信号回路，该反馈信号回路以及电荷泵的电源端都连接到一个选择电路，所述选择电路还同时连接一个恒流源以及电源，当电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过恒流源为所述电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。
本发明还公开了一种采用上述电荷泵电路的结构实现的电荷泵的启动方法，在电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过所述恒流源为电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。
如图2所示，clk是原始的输入时钟，VDD是整个芯片的电源，恒流源的输出通过选择电路接在电荷泵与电源之间，电荷泵的输出vpph是一个较高的电压信号，pumpgood信号是电荷泵启动完成的标志信号，当vpph升到某个选定的电压(clamp voltage)时，pumpgood信号会从低电平跳变到高电平。电压嵌位电路向电荷泵输出一个反馈信号pump_en，当vpph高于clamp voltage时，也即电荷泵启动完成时，pump_en信号就从高电平变为低电平，从而将电荷泵关闭；当vpph由于漏电的原因降到低于clampvoltage时，pump_en从低电平变成高电平，电荷泵再次启动，如此循环可以将vpph维持在一个比较稳定的高压上。当电荷泵启动的时候，选择电路将电荷泵的电源端口(pump_vdd)接到恒流源的输出上，当电荷泵启动完成后将电荷泵的电源端口接到整个芯片的电源VDD上，因为电荷泵的稳定电流一般比较小，所以当电荷泵启动完成后就不需要继续接在恒流源上了。由于恒流源输出电流的大小可以设定，即可以将恒流源的输出电流设置在一个合适的值，使得电荷泵的启动电流大小就是恒流源输出电流的大小，从而降低了电荷泵启动时的电流。
传统的电荷泵电路如图1所示，只有电荷泵和电压钳位电路两部分，电荷泵电源pump_vdd也是直接连在VDD上，启动时会消耗很大的电流，不能适用于要求电源功率恒定的场合，本发明的电荷泵在启动阶段采用恒流源供电，在稳定阶段切换到VDD直接供电，大大降低了启动时的电流。
在图3所示的实施例中，M0和M1这两个NMOS晶体管和M2，M3这两个PMOS晶体管组成一个恒定电流源，M1的尺寸是M0的n倍，所以流过M1的电流也是流过M0的电流的n倍。同理M3的尺寸是M2的m倍，所以流过M3的电流是流过M2电流的m倍，最终提供给电荷泵的电流就是m×n×I。通过调整m和n值就能调整电荷泵的供电电流。M4是选择开关，当电荷泵启动完成后pumpgood会从低电平变为高电平，经过I2反相后将M4打开，此时VDD通过M4和VDD1连在了一起，将电荷泵的电源从一个电流源切换到了电压源。
CPE信号从低电平变为高电平的时候电荷泵及电压嵌位电路开始工作，当第一次上升到clamp点的时候，pump_en信号从高电平降到低电平，使得电荷泵暂停工作，当vpph由于电荷泄露而降低到clamp点以下的时候，pump_en信号又重新变为高电平，电荷泵又开始工作，如此不停往复使得vpph始终能够维持在clamp电平附近。如图4所示，与现有技术相比，本发明大大的稳定了电荷泵开启时候的电流和电压，从而保证电路系统的正常工作。
综上所述，本发明在电荷泵启动的时候用恒流源为电荷泵供电，保证了在启动过程中不会有过大的电流出现，从而使得整个电路系统的电压能够在电荷泵启动的时候保持稳定。

Claims (2)

1.一种电荷泵电路的结构，包括电荷泵和电压钳位电路，其特征在于，所述电荷泵还包括一个反馈信号回路，该反馈信号回路以及电荷泵的电源端都连接到一个选择电路，所述选择电路还同时连接一个恒流源以及电源，当电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过恒流源为所述电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。
2.一种采用如权利要求1所述的电荷泵电路的结构实现的电荷泵的启动方法，其特征在于，在电荷泵启动时，所述选择电路进行切换，使得电源通过所述恒流源为电荷泵供电；当电荷泵的输出电压达到足够高时，电荷泵通过反馈信号回路向选择电路发出反馈信号，所述选择电路使电源直接为所述电荷泵供电。
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