CN102231597B - 电荷泵及电荷泵工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电荷泵及其工作方法，包括：包括多个第一受控开关、第二受控开关、及至少两个电荷转移电容的电荷转移电路；连接在所述电荷转移电路输出端的稳压电容；用于根据输入的模式信号输出相应的参考电压的参考电压发生电路；用于比较参考电压与一个电荷转移电容的端电压，以输出控制第二受控开关开闭的控制信号的比较电路；以及控制信号产生电路，用于根据输入的模式信号提供相应多个分别用于控制一个第一受控开关开闭的控制信号，以使包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容在不同模式下通过第一受控开关与第二受控开关的开闭来重复工作在充电与向所述稳压电容转移电荷的工作状态，从而使所述稳压电容输出期望电压。

Description

电荷泵及电荷泵工作方法

技术领域

本发明涉电路领域，特别涉及一种电荷泵及工作方法。

背景技术

电荷泵是一种基于单一供应电压而输出不同电压的电路，一般可涉及提供两倍于输入电压的电压。电荷泵经常用于存储电路中，特别是需要多个电压以适当读取和写入的闪存或相变存储器中。

如图1所示，图1为一个现有的产生高压Vout的电荷泵电路，主要通过设定参考电压Vref的大小，来控制输出电压Vout。当输出电压Vout低于Vref·（R1+R2）/R2,则电压比较器11输出高电平，时钟发生电路10正常工作输出非交叠时钟信号如图2所示的CLK1与CLK2，电荷转移电路12处于工作状态；当输出电压Vout高于Vref·（R1+R2）/R2,则电压比较器11输出低电平，将时钟发生电路10关闭，非交叠时钟信号CLK1与CLK2保持原状态，电荷转移电路12暂停工作。

图3为电荷转移电路12的结构示意图,其中Cf是电荷转移电容。S1、S2、S3、S4均为开关，例如由MOS管、双极型晶体管或是由其他器件或电路构成的开关等。开关S1与S3由时钟CLK1控制，当时钟CLK1为高电平时开关S1与S3导通，否则断开；开关S2与S4由时钟CLK2信号控制，当时钟CLK2为高电平时开关S2与S4导通，否则断开。

上述电荷转移电路12的工作过程如下：当时钟CLK1=“1”、CLK2=“0”时，开关S1与S3导通，开关S2与S4断开，电容Cf上的电压充至电源电压Vin，而后当时钟CLK1=“0”、CLK2=“1”，开关S2与S4导通，开关S1与S3断开，由于电容Cf两端的电压不能跳变，所以输出电压Vout理论上被提升为2Vin,电容Cf上的电荷转移到电容Cout上，此过程为电荷转移电路的一个工作周期。

但此种电荷泵存在一个问题如果2Vin大于Vout，当电容Cf连接至输出电压Vout时则会与输出电容Cout进行电荷分享，造成输出电压Vout较大的纹波，同时电荷分享本身也会影响电荷泵工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电荷泵及电荷泵的工作方法。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的电荷泵，包括：

包括多个第一受控开关、第二受控开关、及至少两个电荷转移电容的电荷转移电路；

连接在所述电荷转移电路输出端的稳压电容；

参考电压发生电路，用于根据输入的模式信号输出相应的参考电压，其中，当模式信号为第一信号时，所述参考电压为Vo–Vin，当模式信号为第二信号时，所述参考电压为2·（Vo–Vin）；或者，当模式信号为第一信号时，所述参考电压发生电路连接所述稳压电容，以输出参考电压Vo-Vin+k·(Vo-Vout)，当模式信号为第二信号时，所述参考电压为2·（Vo–Vin），其中，Vin为电源电压，Vo为所述期望电压，Vout为电荷泵输出端的实际输出电压，k为比例系数，其值大于等于1；

比较电路，一个输入端连接所述参考电压发生电路输出端、另一输入端连接一个电荷转移电容的一端、输出端连接所述第二受控开关，用于比较所述参考电压与所述一个电荷转移电容的端电压，以输出控制所述第二受控开关开闭的控制信号；

控制信号产生电路，用于根据输入的模式信号提供相应多个分别用于控制一个第一受控开关开闭的控制信号，以使包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容在不同模式下通过第一受控开关与第二受控开关的开闭来重复工作在充电与向所述稳压电容转移电荷的工作状态，从而使所述稳压电容输出期望电压。

本发明提供的电荷泵工作方法，包括步骤：

1）参考电压发生电路根据输入的模式信号输出相应的参考电压，当与比较电路连接的电荷转移电容的端电压低于所述参考电压时所述比较电路输出控制信号使第二受控开关闭合；控制信号产生电路根据输入的模式信号输出相应的各控制信号使电荷转移电路包含的第一受控开关分别闭合或断开，从而电荷转移电路中包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容通过相应闭合的各第一受控开关及第二受控开关与电源连接，进入充电状态；

2）当与比较电路连接的电荷转移电容的端电压高于所述参考电压时所述比较电路输出控制信号使第二受控开关断开；

3）控制信号产生电路输出的相应各控制信号使电荷转移电路包含的第一受控开关分别断开或闭合，从而电荷转移电路中包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容通过相应闭合的各第一受控开关与稳压电容连接，进入向稳压电容转移电荷的状态；

5）重复前述步骤1）至3），从而稳压电容输出的电压将稳定在预期值Vo。

综上所述，本发明的电荷泵能工作在不同的模式，通过对电荷转移电容充电，并将充电完毕的电荷转移电容上的电荷转移到电荷泵输出端上，输出高于输入电压的电平，而且，每次对电荷转移电容器充电时，并未将其充满，只是充到特定的电压后停止充电，可减小电荷泵电路的输出电压纹波。通过调节电荷泵的升压倍数，可增加电荷泵电路的转换效率。

附图说明

图1为现有的电荷泵电路图；。

图2为图1所示的电荷泵的内部信号示意图；

图3为图1所示的电荷泵的电荷转移电路的电路图；

图4为本发明的一个优选实施例的电荷泵示意图；

图5为图4所示的电荷泵的电荷转移电路的一个优选电路图；

图6为图4所示的电荷泵的参考电压发生电路的一个优选电路图；

图7为本发明的另一个优选实施例的电荷泵示意图；

图8为图7所示的电荷泵的参考电压发生电路的一个优选电路图；

图9为本发明的又一个优选实施例的电荷泵示意图；

图10为图9所示的电荷泵的电荷转移电路的一个优选电路图；

图11为图9所示的电荷泵的电源选择电路的工作波形图；

图12为本发明的再一个优选实施例的电荷泵示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的电荷泵及工作方法进行详细描述。

实施例一：

如图4所示，所述电荷泵包括电荷转移电路41、稳压电容Cout、参考电压发生电路42、比较电路43及控制信号产生电路44。

所述电荷转移电路41包括多个第一受控开关、第二受控开关、及至少两个电荷转移电容。

例如，如图5所示，其为一个优选电荷转移电路示意图。该电荷转移电路包括第一受控开关S1至S6及S8、第二受控开关S7、及电荷转移电容Cf1、Cf2。其中，第一受控开关S1一端接地、另一端接电荷转移电容Cf1的下极板；第一受控开关S2一端接输入电源Vin、另一端接电荷转移电容Cf1下极板；第一受控开关S3一端接电荷泵输出端（即稳压电容Cout的一端）、另一端接电荷转移电容Cf1的上极板；第一受控开关S4一端接输入电源Vin、另一端接电荷转移电容Cf2的下极板；第一受控开关S5一端接地、另一端接电荷转移电容Cf2的下极板；第一受控开关S6一端接电荷泵输出端（即稳压电容Cout的一端）、另一端接电荷转移电容Cf2的上极板；第一受控开关S7一端接输入电源Vin、另一端接电荷转移电容Cf2的上极板；第一受控开关S8一端接电荷转移电容Cf1的上极板、另一端接电荷转移电容Cf2的下极板。

其中，所述电荷转移电容Cf1的容抗与电荷转移电容Cf2相等；第一受控开关S1至S6、S8及第二受控开关可采用CMOS管、晶体三极管或传输门等。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所示电荷转移电路仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，电荷转移电路包含电荷转移电容的数量可以为3个或3个以上，相应地，第一受控开关的数量也可为7个以上等等。

所述稳压电容Cout一端（例如上极板）接电荷泵输出端、另一端（例如下极板）接地。

所述参考电压发生电路42用于根据输入的模式信号输出相应的参考电压。

例如，当输入的模式信号为第一信号，例如为“1”时，也就是电荷泵工作2倍升压模式时，所述参考电压Vpump’为Vo–Vin；当输入的模式信号为第二信号，例如为“0”时，也就是电荷泵工作1.5倍升压模式时，所述参考电压Vpump’为2·（Vo–Vin）；其中，Vin为电源电压，Vo为所述期望电压。

如图6所示，其为一个优选的参考电压发生电路示意图。所述参考电压发生电路包括带隙基准电路81’，电阻R1’R2’至R6’，运算放大器82’与83’、CMOS传输门TG1’与TG2’，反相器84’。

Vbg为带隙基准电压，大约为1.25V。当MODE=1，也就是电荷转移电路工作在2倍升压模式时，CMOS传输门TG2导通、TG1断开，参考电压Vpump’等于Vo-Vin，当MODE=0,也就是电荷转移电路工作在1.5倍升压模式时，CMOS传输门TG1导通、TG2断开，参考电压Vpump’等于2·（Vo–Vin）。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述参考电压发生电路仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，参考电压发生电路也可采用其他电路来实现。

所述比较电路43的一个输入端连接所述参考电压发生电路输出端、另一输入端连接一个电荷转移电容的一端、输出端连接所述第二受控开关，用于比较所述参考电压与所述一个电荷转移电容的端电压，以输出控制所述第二受控开关开闭的控制信号。

例如，如图5所示，所述比较电路43包括比较器51，该比较器51的一输入端接入参考电压发生电路输出的参考电压Vpump’、另一输入端连接电荷转移电容Cf2的上极板c2p、输出端连接第二受控开关S7，以输出控制信号vc7来控制第二受控开关S7的开闭。

所述控制信号产生电路44用于根据输入的模式信号提供相应多个分别用于控制一个第一受控开关开闭的控制信号，以使包括与比较电路连接的充电电容在内的至少一电荷转移电容在不同模式下通过第一受控开关与第二受控开关的开闭来重复工作在充电与向所述稳压电容转移电荷的工作状态，从而使所述稳压电容输出期望电压。

例如，所述控制信号产生电路44分别输出控制第一受控开关S1的控制信号vc1、控制第一受控开关S2的控制信号vc2、控制第一受控开关S3的控制信号vc3、控制第一受控开关S4的控制信号vc4、控制第一受控开关S5的控制信号vc5、控制第一受控开关S6的控制信号vc6、控制第一受控开关S8的控制信号vc8。

上述电荷泵具体工作过程如下：

第一种情形：当输入的模式信号为第一信号，例如，“1”时：

步骤11：所述参考电压发生电路42根据输入的第一信号输出相应的参考电压Vpump’=Vo-Vin，当与比较电路43连接的电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）低于所述参考电压Vpump’=Vo-Vin时，所述比较器51输出控制信号vc7使第二受控开关S7闭合；制信号产生电路44根据输入的模式信号输出相应的各控制信号使第一受控开关S5闭合、S1、S2、S3、S4、S6和S8断开，此时电荷转移电容Cf2下极板c2n被拉至地，故电源电压Vin通过闭合的第二受控开关S7向电荷转移电容Cf2充电。

步骤12，随着充电的进行，电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）逐步升高，当电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）高于所述参考电压Vpump’=Vo-Vin时，所述比较器51输出控制信号使第二受控开关S7断开。

步骤13，控制信号产生电路44输出的相应各控制信号使第一受控开关S4和S6闭合、S1、S2、S3、S5和S8断开，从而电荷转移电容Cf2下极板c2n的电压提升至电源电压Vin，由于电荷转移电容Cf2两端电压不能跳变，则电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压等于Vo，由于第二受控开关S7此时处于断开状态，故电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压通过第一受控开关S6接至电荷泵输出端Vout，电荷从电荷转移电容Cf2转移至稳压电容Cout。

随着控制信号产生电路44输出的相应各控制信号对第一受控开关S1至S6及S8的控制及比较器51对第二受控开关S7的控制，电荷转移电路重复步骤11至13，从而稳压电容cout输出的电压将稳定在预期值Vo。

第二种情形：当输入的模式信号为第二信号，例如，“0”时：

步骤21：所述参考电压发生电路42根据输入的第二信号输出相应的参考电压Vpump’=2·（Vo-Vin），当与比较电路43连接的电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）低于所述参考电压Vpump’=2·（Vo-Vin）时，所述比较器51输出控制信号vc7使第二受控开关S7闭合；控制信号产生电路44根据输入的模式信号输出相应的各控制信号使第一受控开关S1和S8闭合、S2、S3、S4、S5和S6断开，此时电荷转移电容Cf1与Cf2通过闭合的第一受控开关S1、S8和S7串联在输入电源Vin与地之间，电荷转移电容Cf1与Cf2进入充电状态。

步骤22，随着充电的进行，电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）逐步升高，当电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）高于所述参考电压Vpump’=2·（Vo-Vin）时，所述比较器51输出控制信号使第二受控开关S7断开，电荷转移电容Cf1与Cf2充电停止电荷转移电容Cf1和Cf2被分别充电至Vo-Vin。

步骤23，随着控制信号产生电路44输出的相应各控制信号使第一受控开关S2、S3、S4和S6闭合、S1、S5和S8断开，从而电荷转移电容Cf1的下极板与电荷转移电容Cf2的下极板c2n的电压均提升至电源电压Vin，由于电荷转移电容Cf1与Cf2两端电压均不能跳变，则电荷转移电容Cf1上极板c1p的电压与电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压均等于Vo，由于第二受控开关S7此时处于断开状态，故电荷转移电容Cf1上极板c1p通过第一受控开关S3接至电荷泵输出端Vout、电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压通过第一受控开关S6接至电荷泵输出端Vout，电荷从电荷转移电容Cf1与Cf2转移至稳压电容Cout。

随着控制信号产生电路44输出的相应各控制信号对第一受控开关S1至S6及S8的控制及比较器51对第二受控开关S7的控制，电荷转移电路重复步骤21至24，从而稳压电容Cout输出的电压将稳定在预期值Vo。

基于上述对电荷泵电路工作过程的描述，本领域技术人员应能理解控制信号发生电路的实现方式，在此不再详述。

实施例二

如图7所示，其为本发明另一个优选电荷泵的示意图。所述电荷泵包括电荷转移电路41’、稳压电容Cout、参考电压发生电路42’、比较电路43’及控制信号产生电路44’。

所述电荷转移电路41’、稳压电容Cout、比较电路43’及控制信号产生电路44’分别与实施例一中的电荷转移电路41、稳压电容Cout、比较电路43及控制信号产生电路44相同或相似，在此以引用的方式包含于此，不再赘述。

所述参考电压发生电路42’连接稳压电容Cout的一端，在输入的模式信号为第一信号，例如为“1”时，也就是电荷泵工作2倍升压模式时，所述参考电压Vpump为Vo-Vin+k·(Vo-Vout)；当输入的模式信号为第二信号，例如为“0”时，也就是电荷泵工作1.5倍升压模式时，所述参考电压Vpump为2·（Vo–Vin）+2·k·(Vo-Vout)；其中，Vin为电源电压，Vo为所述期望电压，Vout为电荷泵输出端的实际输出电压，k为比例系数，其值大于等于1。

例如，如图8所示，其为一个优选参考电压发生电路42’的电路示意图。其中，所述参考电压发生电路42’包括带隙基准电路81、电阻R0至R6、运算放大器82与83、CMOS传输门TG1与TG2、以及反相器84。各电阻比值如下所示：

Vo/Vbg=n

R1/R0=k

R0/R3=(n-1)·(k+1)/k

(R4+R5+R6)/R5=2·R1/R3

R5=R6

Vbg为带隙基准电压，大约为1.25V。当模式信号MODE=1，电荷转移电路工作在2倍升压模式时，CMOS传输门TG2导通、TG1断开，参考电压Vpump等于Vo-Vin+k·(Vo-Vout)，当模式信号MODE=0,电荷转移电路工作在1.5倍升压模式时，CMOS传输门TG1导通、TG2断开，参考电压Vpump等于2·（Vo–Vin）+2·k·(Vo-Vout)。

将修正因子k·(Vo-Vout)加入到原有参考电压Vin-Vo中，可有效的减小由于电荷转移电路存在的固有内阻所造成输出电压Vout随负载电流增大而下降的情况。此外，应当说明的是，参考电压发生电路42’的实现方式并非以所示为限。

本实施例的电荷泵的工作过程与实施例一所示的电荷泵的工作过程相同或相似，在此不再重述。

实施例三

图9示出了本发明又一个优选电荷泵示意图。该电荷泵包括：电荷转移电路61、稳压电容Cout、参考电压发生电路62、比较电路63、控制信号产生电路64、电源选择电路65及电平转换电路。

所述电荷转移电路61包括7个第一受控开关M1至M6及TG、第二受控开关M7、及两个电荷转移电容Cf1与Cf2。其中，第一受控开关M1和M5为NMOS管，第一受控开关M2、M3、M4、M6与第二受控开关M7为PMOS管，第一受控开关TG为传输门。

如图10所示，其为电荷转移电路61的一个优选实施例示意图。其中，第一受控开关M1一端接地、另一端接电荷转移电容Cf1的下极板；第一受控开关M2一端接输入电源Vin、另一端接电荷转移电容Cf1下极板；第一受控开关M3一端接电荷泵输出端（即稳压电容Cout的一端）、另一端接电荷转移电容Cf1的上极板；第一受控开关M4一端接输入电源Vin、另一端接电荷转移电容Cf2的下极板；第一受控开关M5一端接地、另一端接电荷转移电容Cf2的下极板；第一受控开关M6一端接电荷泵输出端（即稳压电容Cout的一端）、另一端接电荷转移电容Cf2的上极板；第一受控开关M7一端接输入电源Vin、另一端接电荷转移电容Cf2的上极板；第一受控开关TG一端接电荷转移电容Cf1的上极板、另一端接电荷转移电容Cf2的下极板。

其中，电荷转移电容Cf1的容抗与电荷转移电容Cf2的容抗相等。

所述稳压电容Cout连接在所述电荷转移电路61输出端。

所述参考电压发生电路62用于根据输入的模式信号输出相应的参考电压。所述参考电压发生电路62的电路结构与实施例一中所示的参考电压的电路结构相同或相似，并以引用的方式包含于此，不再赘述。

所述比较电路63的一个输入端连接所述参考电压发生电路62输出端、另一输入端连接电荷转移电容Cf2的一端（例如，上极板c2p）、输出端连接所述第二受控开关M7，用于比较所述参考电压与所述电荷转移电容Cf2的端电压，以输出控制所述第二受控开关M7开闭的控制信号。

优选地，所述比较电路63包括比较器75，其输出控制信号vc7。

所述控制信号产生电路64用于根据输入的模式信号提供相应多个控制信号vc1至vc6以及vc8。其中，控制信号vc1用于控制第一受控开关M1；控制信号vc2用于控制第一受控开关M2；控制信号vc5用于控制第一受控开关M5；控制信号vc8用于控制第一受控开关TG。

所述电源选择电路65用于在接入的电源电压Vin与电荷泵输出端输出的实际输出电压Vout中选择较大者作为输出。

例如，如图11所示，其为电源选择电路65的工作波形图，其中，所述电源选择电路65输出电压VH。本技术领域人员根据以上所述，应能理解电源选择电路的内部结构，故在此不再详述。

所述电平转换电路增设在所述控制信号产生电路64与由高电平来控制断开的第一受控开关之间，其与所述电源选择电路65输出端相连接，用于将所述控制信号产生电路64输出的高电平转换为所述电源选择电路65输出端所输出的电压以控制各第一受控开关断开，将所述控制信号产生电路64输出的低电平直接输出。

例如，如图10所示，电平转换电路71连接在所述控制信号产生电路64输出端与第一受控开关M3之间，用于将所述控制信号产生电路64输出的控制信号vc3的高电平转换为所述电源选择电路65输出电压VH；电平转换电路72连接在所述控制信号产生电路64输出端与第一受控开关M4之间，用于将所述控制信号产生电路64输出的控制信号vc4的高电平转换为所述电源选择电路65输出电压VH；电平转换电路73连接在所述控制信号产生电路64输出端与第一受控开关M6之间，用于将所述控制信号产生电路64输出的控制信号vc6的高电平转换为所述电源选择电路65输出电压VH。

此外，当第二受控开关M7也由高电平控制其断开时，还可在所述比较电路64与所述第二受控开关M7之间也增设一电平转换电路，例如，如图10所示的电平转换电路74，用于将比较电路75输出的控制信号vc7的高电平转换为电源选择电路65输出电压VH。

本实施例的电荷泵的工作过程如下：

第一种情形：当输入的模式信号为第一信号，例如，“1”时：

步骤31：所述参考电压发生电路62根据输入的第一信号输出相应的参考电压Vpump’=Vo-Vin，当与比较电路75连接的电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）低于所述参考电压Vpump’=Vo-Vin时，所述比较器75输出低电平控制信号vc7，通过电平转换电路74使第二受控开关M7闭合；控制信号产生电路64根据输入的模式信号输出相应的控制信号vc5使第一受控开关M5闭合、控制信号vc1、vc2、vc8分别使第一受控开关M1、M2、和TG断开、控制信号vc3、vc4、vc6分别通过电平转换电路71、72与73的电平转换后控制第一受控开关M3、M4、M6断开，此时电荷转移电容Cf2下极板c2n被拉至地，故电源电压Vin通过闭合的第二受控开关M7向电荷转移电容Cf2充电。

步骤32，随着充电的进行，电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）逐步升高，当电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）高于所述参考电压Vpump’=Vo-Vin时，所述比较器75输出的高电平控制信号通过电平转换电路74使第二受控开关M7断开。

步骤33，控制信号产生电路44输出的相应低电平控制信号vc4与vc6，分别通过电平转换电路72与73后，使第一受控开关M4和M6闭合、低电平控制信号vc1、高电平控制信号vc2、低电平控制信号vc5及低电平控制信号vc8使第一受控开关M1、M2、M5及TG断开、高电平控制信号vc3通过电平转换电路71使第一受控开关M3断开，从而电荷转移电容Cf2下极板c2n的电压提升至电源电压Vin，由于电荷转移电容Cf2两端电压不能跳变，则电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压等于Vo，由于第二受控开关M7此时处于断开状态，故电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压通过第一受控开关M6接至电荷泵输出端Vout，电荷从电荷转移电容Cf2转移至稳压电容Cout。

随着控制信号产生电路44输出的相应各控制信号电平的变换，第一受控开关M1至M6及TG的开闭发生相应改变，此外，随着比较器75对第二受控开关M7的控制，电荷转移电路重复步骤31至33，从而稳压电容cout输出的电压将稳定在预期值Vo。

第二种情形：当输入的模式信号为第二信号，例如，“0”时：

步骤41：所述参考电压发生电路62根据输入的第二信号输出相应的参考电压Vpump’=2·（Vo-Vin），当与比较电路75连接的电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）低于所述参考电压Vpump’=2·（Vo-Vin）时，所述比较器75输出低电平控制信号vc7，通过电平转换电路74后使第二受控开关M7闭合；控制信号产生电路64根据输入的模式信号的输出相应高电平控制信号vc1与低电平控制信号vc8使第一受控开关M1和TG闭合、高电平控制信号vc2使第一受控开关M2断开、高电平控制信号vc3通过电平转换电路71、高电平控制信号vc4通过电平转换电路72及高电平控制信号vc6通过电平转换电路73分别使第一受控开关M3、M4和M6断开，此时电荷转移电容Cf1与Cf2通过闭合的第一受控开关M1、TG和M7串联在输入电源Vin与地之间，电荷转移电容Cf1与Cf2进入充电状态。

步骤42，随着充电的进行，电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）逐步升高，当电荷转移电容Cf2的端电压（即上极板c2p电压）高于所述参考电压Vpump’=2·（Vo-Vin）时，所述比较器75输出控制信号使第二受控开关M7断开，电荷转移电容Cf1与Cf2充电停止，电荷转移电容Cf1和Cf2被分别充电至Vo-Vin。

步骤43，随着控制信号产生电路64输出的相应低电平控制信号vc2使第一受控开关M2闭合、低电平控制信号vc3通过电平转换电路71、低电平控制信号vc4通过电平转换电路72及低电平控制信号vc6通过电平转换电路73分别使第一受控开关M3、M4和M6闭合、低电平控制信号vc1、低电平控制信号vc5及低电平控制信号vc8分别使第一受控开关M1、M5和TG断开，从而电荷转移电容Cf1的下极板与电荷转移电容Cf2的下极板c2n的电压均提升至电源电压Vin，由于电荷转移电容Cf1与Cf2两端电压均不能跳变，则电荷转移电容Cf1上极板c1p的电压与电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压均等于Vo，由于第二受控开关M7此时处于断开状态，故电荷转移电容Cf1上极板c1p通过第一受控开关M3接至电荷泵输出端Vout、电荷转移电容Cf2上极板c2p的电压通过第一受控开关M6接至电荷泵输出端Vout，电荷从电荷转移电容Cf1与Cf2转移至稳压电容Cout。

随着控制信号产生电路64输出的相应各控制信号对第一受控开关M1至M6及M8的控制及比较器75对第二受控开关M7的控制，电荷转移电路重复步骤41至43，从而稳压电容Cout输出的电压将稳定在预期值Vo。

实施例四：

如图12所示，其为本发明另一个优选电荷泵的示意图。所述电荷泵包括电荷转移电路61’、稳压电容Cout、参考电压发生电路62’、比较电路63’、控制信号产生电路64’、电源选择电路65’及电平转换电路。

所述电荷转移电路61’、稳压电容Cout、比较电路63’、控制信号产生电路64’及电源选择电路65’及电平转换电路分别与实施例三中的电荷转移电路61、稳压电容Cout、比较电路63、控制信号产生电路64、电源选择电路65及电平转换电路相同或相似，在此以引用的方式包含于此，不再赘述。

所述参考电压发生电路62’与实施例二中的参考电压发生电路42’相同或相似，在此以引用的方式包含于此，不再赘述。

本实施例中的电荷泵的工作过程与实施例三的电荷泵的工作过程相同或相似，在此不再详述。

综上所述，本发明的电荷泵通过对电荷转移电容充电，并将充电完毕的电荷转移电容上的电荷转移到电荷泵输出端上，输出高于输入电压的电平，每次对电荷转移电容器充电时，并未将其充满，只是充到特定的电压后停止充电，可减小电荷泵电路的输出电压纹波。通过调节电荷泵的升压倍数，可增加电荷泵电路的转换效率。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种电荷泵，其特征在于包括：

包括多个第一受控开关、第二受控开关、及至少两个电荷转移电容的电荷转移电路；连接在所述电荷转移电路输出端的稳压电容；

参考电压发生电路，用于根据输入的模式信号输出相应的参考电压，其中，当模式信号为第一信号时，所述参考电压为Vo–Vin，当模式信号为第二信号时，所述参考电压为2·（Vo–Vin）；或者，当模式信号为第一信号时，所述参考电压发生电路连接所述稳压电容，以输出参考电压Vo-Vin+k·(Vo-Vout)，当模式信号为第二信号时，所述参考电压为2·（Vo–Vin），其中，Vin为电源电压，Vo为期望电压，Vout为电荷泵输出端的实际输出电压，k为比例系数，其值大于等于1；比较电路，一个输入端连接所述参考电压发生电路输出端、另一输入端连接一个电荷转移电容的一端、输出端连接所述第二受控开关，用于比较所述参考电压与所述一个电荷转移电容的端电压，以输出控制所述第二受控开关开闭的控制信号；

控制信号产生电路，用于根据输入的模式信号提供相应多个分别用于控制一个第一受控开关开闭的控制信号，以使包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容在不同模式下通过第一受控开关与第二受控开关的开闭来重复工作在充电与向所述稳压电容转移电荷的工作状态，从而使所述稳压电容输出期望电压。

2.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于：当至少一个第一受控开关是由高电平来控制其断开时，所述电荷泵电路还包括：电源选择电路，用于在接入的电源电压与电荷泵输出端输出的实际输出电压中选择较大者作为输出；以及分别增设在所述控制信号产生电路与每一个由高电平来控制断开的第一受控开关之间的至少一个电平转换电路，每一个电平转换电路与所述电源选择电路输出端相连接，用于将所述控制信号产生电路输出的高电平转换为所述电源选择电路输出端所输出的电压以控制第一受控开关断开。

3.如权利要求2所述的电荷泵，其特征在于：当第二受控开关是由高电平来控制其断开时，所述电荷泵电路还包括：增设在所述比较电路与第二受控开关之间、且与所述电源选择电路输出端相连接的电平转换电路，用于将所述比较电路输出的高电平转换为所述电源选择电路输出端所输出的电压以控制第二受控开关断开。

4.一种电荷泵工作方法，其特征在于包括步骤：

1）参考电压发生电路根据输入的模式信号输出相应的参考电压，当与比较电路连接的电荷转移电容的端电压低于所述参考电压时所述比较电路输出控制信号使第二受控开关闭合；控制信号产生电路根据输入的模式信号输出相应的各控制信号使电荷转移电路包含的第一受控开关分别闭合或断开，从而电荷转移电路中包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容通过相应闭合的各第一受控开关及第二受控开关与电源连接，进入充电状态；

2）当与比较电路连接的电荷转移电容的端电压高于所述参考电压时所述比较电路输出控制信号使第二受控开关断开；

3）控制信号产生电路输出的相应各控制信号使电荷转移电路包含的第一受控开关分别断开或闭合，从而电荷转移电路中包括与比较电路连接的电荷转移电容在内的至少一电荷转移电容通过相应闭合的各第一受控开关与稳压电容连接，进入向稳压电容转移电荷的状态；

4）重复步骤1）至3），从而稳压电容输出的电压将稳定在预期值Vo。

5.如权利要求4所述的电荷泵工作方法，其特征在于：当所述电荷泵还包括电源选择电路与电平转换电路时，所述电荷泵工作方法还包括步骤：所述电源选择电路在接入的电源电压与电荷泵输出端的实际输出电压中选择较大者以提供给电平转换电路，所述电平转换电路将所述电源选择电路输出的电压作为控制信号来控制由高电平控制断开的各第一受控开关。

6.如权利要求5所述的电荷泵工作方法，其特征在于：当所述第二受控开关由高电平控制断开时，所述电荷泵工作方法还包括步骤：连接第二受控开关的电平转换电路将所述电源选择电路输出的电压作为控制信号来控制第二受控开关断开。

Images