CN102480224B - 一种电荷泵电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的电荷泵电路，包括：十二个开关、三个电容、六个开关信号、第一时钟信号和第二时钟信号；六个开关信号控制十二个开关的闭合和断开；该电荷泵电路包括两个输入端，分别是第一输入端和第二输入端；第一时钟信号和第二时钟信号分别连接第一电容和第二电容，根据电容的电荷守恒原理，该电荷泵电路可以将输入的第一输入端的电压和第二输入端的电压分别实现倍压，将第一输入端的电压降压后在第一输出端输出，将第二输入端的电压升高后在第二输出端输出，同时实现了升压和降压，并且仅用了三个电容。因此，该电荷泵电路可以减小电路板的面积和体积。
Description
技术领域
本发明涉及电压转换技术领域，特别涉及一种电荷泵电路。
背景技术
电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种DC-DC变换器.它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。目前的电荷泵电路包括升压电荷泵和降压电荷泵，升压电荷泵和降压电荷泵是分开单独设计的，并且通常不论是哪种电荷泵电路，每个电荷泵电路均需要两个或两个以上的电容。
由于电容自身的体积比较大，因此电容的个数太多将造成电荷泵电路的电路板面积和体积随之增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电荷泵电路，既能作为升压电荷泵，又能作为降压电荷泵，并且电容个数少。
本发明实施例提供一种电荷泵电路，包括：十二个开关、三个电容、六个开关信号、第一时钟信号和第二时钟信号；
第一开关连接于第一节点和第一输入端之间；
第二开关和第三开关串联后连接于第一节点和第二节点之间；
第四开关连接于第二节点和第一输入端之间；
第五开关连接于第一节点和第一输出端之间；
第六开关连接于第二节点和第一输出端之间；
第七开关连接于第二输入端和第三节点之间；
第八开关和第九开关串联后连接于第三节点和第四节点之间；
第十开关连接于第二输入端和第四节点之间；
第十一开关连接于第三节点和第二输出端之间；
第十二开关连接于第四节点和第二输出端之间；
第一电容的一端连接第四节点，另一端连接第一时钟信号；
第二电容连接于第二节点和第三节点之间；
第三电容的一端连接第一节点，另一端连接第二时钟信号；
第一开关信号用于控制第十二开关和第九开关；
第二开关信号用于控制第四开关和第八开关；
第三开关信号用于控制第一开关和第六开关；
第四开关信号用于控制第十开关和第十一开关；
第五开关信号用于控制第三开关和第七开关；
第六开关信号用于控制第二开关和第五开关；
其中，第一开关信号和第四开关信号是一对共轭开关信号；第二开关信号和第五开关信号是一对共轭开关信号；第三开关信号和第六开关信号是一对共轭开关信号；
第一时钟信号的前3/4周期为高电平，后1/4周期为低电平；
第二时钟信号的第二个1/4周期为高电平，其余为低电平；
第二开关信号的前1/2周期为低电平，后1/2周期为高电平；
第一开关信号与第一时钟信号相同，第三开关信号与第二时钟信号相同。
优选地，所述第一输出端的电压为第二输入端的电压与第一时钟信号的高电平之和。
优选地，所述第二输出端的电压为第一输入端的电压减去第二时钟信号的高电平之差。
优选地，所述第二输入端的电压为5V，所述第一时钟信号的高电平为5V。
优选地，所述第一输入端的电压为0V，所述第二时钟信号的高电平为5V。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的电荷泵电路包括：十二个开关、三个电容、六个开关信号、第一时钟信号和第二时钟信号；六个开关信号控制十二个开关的闭合和断开；该电荷泵电路包括两个输入端，分别是第一输入端和第二输入端；第一时钟信号和第二时钟信号分别连接第一电容和第二电容，根据电容的电荷守恒原理，该电荷泵电路可以将输入的第一输入端的电压和第二输入端的电压分别实现倍压，将第一输入端的电压降压后在第一输出端输出，将第二输入端的电压升高后在第二输出端输出，同时实现了升压和降压，并且仅用了三个电容。因此，该电荷泵电路可以减小电路板的面积和体积。
附图说明
图1是本发明提供的电荷泵电路的结构图；
图2是各个信号的波形图；
图3是T1时间段图1对应的示意图；
图4是T2时间段图1对应的示意图；
图5是T3时间段图1对应的示意图；
图6是T4时间段图1对应的示意图；
图7是T5时间段图1对应的示意图；
图8是T6时间段图1对应的示意图；
图9是T7时间段图1对应的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为本发明提供的电荷泵电路的结构图。
本实施例提供的电荷泵电路，包括：十二个开关、三个电容、第一时钟信号CK1和第二时钟信号CK2；
第一开关W1连接于第一节点N1和第一输入端XVSS之间；
第二开关W2和第三开关W3串联后连接于第一节点N1和第二节点N2之间；
第四开关W4连接于第二节点N2和第一输入端XVSS之间；
第五开关W5连接于第一节点N1和第一输出端VEE之间；
第六开关W6连接于第二节点N2和第一输出端VEE之间；
第七开关W7连接于第二输入端XVDD和第三节点N3之间；
第八开关W8和第九开关W9串联后连接于第三节点N3和第四节点N4之间；
第十开关W10连接于第二输入端XVDD和第四节点N4之间；
第十一开关W11连接于第三节点N3和第二输出端VDD之间；
第十二开关W12连接于第四节点N4和第二输出端VDD之间；
第一电容C1的一端连接第四节点N4，另一端连接第一时钟信号CK1；
第二电容C2连接于第二节点N2和第三节点N3之间；
第三电容C3的一端连接第一节点N1，另一端连接第二时钟信号CK2；
第一时钟信号CK1的前3/4周期为高电平，后1/4周期为低电平；
第二时钟信号CK2的第二个1/4周期为高电平，其余为低电平；
第二开关信号的前1/2周期为低电平，后1/2周期为高电平；
第一开关信号与第一时钟信号CK1相同，第三开关信号与第二时钟信号CK2相同。
本发明提供的电荷泵电路包括可同时实现了升压和降压，并且仅用了三个电容减小电路板的面积和体积。
本发明提供的电荷泵电路可以使第一输出端的电压为第一输入端的电压减去第二时钟信号的高电平之差，第二输出端的电压为第二输入端的电压与第一时钟信号的高电平之和。
以上介绍了本实施例提供的电荷泵电路的结构，下面结合图2所示的波形图介绍图1所示电荷泵电路的工作原理。
参见图2，该图为图1中各个信号对应的波形图。
图1所示的电荷泵电路中用多个开关信号控制各个开关的闭合和断开，其中，第一开关信号为SW1，第二开关信号为SW2，第三开关信号为SW3，第四开关信号为XSW1，第五开关信号为XSW2，第六开关信号为XSW3，具体的：
第一开关信号SW1用于控制第十二开关W12和第九开关W9；
第二开关信号SW2用于控制第四开关W4和第八开关W8；
第三开关信号SW3用于控制第一开关W1和第六开关W6；
第四开关信号XSW1用于控制第十开关W10和第十一开关W11；
第五开关信号XSW2用于控制第三开关W3和第七开关W7；
第六开关信号XSW3用于控制第二开关W2和第五开关W5；
其中，第一开关信号SW1和第四开关信号XSW1是一对共轭开关信号；第二开关信号SW2和第五开关信号XSW2是一对共轭开关信号；第三开关信号SW3和第六开关信号XSW3是一对共轭开关信号。一对共轭开关信号即其中一个开关信号为开，另一个开关信号为关，反之亦然。
图2所示的各开关信号的波形图中当波形为高电平时，开关信号控制的开关闭合；当波形为低电平时，开关信号控制的开关断开。
下面分为七个不同的时间段来介绍，分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7。其中，T2～T5为一个完整的周期。假设第二输入端XVDD的电压为5V，第一输入端XVSS的电压为0V；CK1和CK2的高电平均为5V。
T1时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图3所示，此时，W1、W3、W6、W7、W9和W12断开，W2、W4、W5、W8、W10和W11闭合。由于CK1为低电平，W10闭合，XVDD为5V，因此，C1两端的电位分别为0V和5V。由于W7和W9断开，W4闭合，因此，C2两端的电位均为0V。由于CK2为低电平，W1和W3均断开，因此，C3两端的电位均为0V。因此，VDD和VEE均为0V。
T2时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图4所示，此时，W1、W4、W6、W8、W10和W11均断开，W2、W3、W5、W7、W9和W12均闭合。由于T2时间段内，CK1变为高电平，CK2继续保持低电平。因此，C1因为电荷守恒原理，一端的CK1变为5V，另一端立刻跳变到10V，由于W12闭合，因此VDD为10V。由于W7闭合，W4断开，因此C2两端分别为5V和0V。由于W3断开，CK2为低电平，因此C3两端均为0V。W5闭合，因此VEE为0V。
T3时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图5所示，此时，W1、W3、W6、W7、W9和W12均闭合；W2、W4、W5、W8、W10和W11均断开。由于T3时间段内，CK2变为高电平，CK1继续保持高电平。因此，C1两端继续保持5V和10V的状态不变。由于W7闭合，因此C2两端分别为5V和0V保持不变。由于CK2变为高电平，W1闭合，因此，C3两端的电位分别为5V和0V。由于W5断开，W6闭合，因此VEE为0V。
T4时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图6所示，此时，W1、W3、W6、W7、W10和W11均断开；W2、W4、W5、W8、W9和W12均闭合。CK2变为低电平，CK1继续保持高电平。C1两端保持5V和10V不变，由于W12闭合，因此VDD为10V。由于W8和W9闭合，因此，C1上端的10V电压为C2充电。由于W7断开，因此C2两端的电位分别为10V和0V。由于CK2变为低电平0V，C3由于电荷守恒原理，C3两端的电位分别变为0V和-5V。由于W5闭合，因此VEE为-5V。
到T4时间段，该电荷泵电路完成了倍压过程，由于输入的电源为5V和地0V，到此输出的信号为10V和-5V，实现了将5V电压升高至10V的升压和将0V降低到-5V的降压。
T5时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图7所示，CK1变为低电平，CK2继续保持低电平。此时，W1、W3、W6、W7、W9和W12均断开；W2、W4、W5、W8、W10和W11均闭合。此时，由于CK1变为低电平，W10闭合，因此C1恢复到最初的状态，两端的电位分别为0V和5V。C2作为存储电容，两端的电位分别为10V和0V。由于W11闭合，因此VDD为10V。C3保持不变，两端的电位分别为0V和-5V。由于W5闭合，因此VEE为-5V。
T6时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图8所示，CK1变为高电平，CK2为低电平。此时，W1、W4、W6、W8、W10和W11均断开，W2、W3、W5、W7、W9和W12均闭合。由于CK1为5V，因此由于电荷守恒原理，C1的另一端变为10V，由于W12闭合，因此VDD为10V。C2的一端由于W7闭合连接XVDD，另一端由于W2和W3闭合连接C3，因此，C2的两端的电位分别为5V和-5V。由于CK2保持低电平，因此C3两端的电位保持不变，分别为0V和-5V。由于W5闭合，因此VEE为-5V。
T7时间段，对应的电荷泵电路的示意图如图9所示，CK1保持高电平，CK2变为高电平。此时，W1、W3、W6、W7、W9和W12均闭合，W2、W4、W5、W8、W10和W11均断开。由于CK1保持高电平，因此C1两端保持10V和5V不变，由于W12闭合，因此VDD为10V。C2作为存储电容，其两端的电位保持5V和-5V不变，由于W6闭合，因此VEE为-5V。C3恢复到最初状态，两端的电位分别为0V和5V。
到时间段T7，该电荷泵电路完成一个完整的倍压过程。自此以后的时间段，重复T1～T7时间段的过程，同时保持VDD为10V，VEE为-5V。
需要说明的是，以上实施例仅是以XVDD为5V，CK1的高电平为5V，CK2的高电平为5V为例进行说明的，即将XVDD的电压升高为2倍即10V进行输出，将XVEE的电压降压为-1倍即-5V进行输出。可以理解的是，改变XVDD、XVEE或者CK1和CK2的幅值，均可以改变输出电压。例如，XVDD为5V，CK1的高电平为10V，则VDD为15V。同理，XVEE为0V，CK2的高电平为10V，则VEE为-10V。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (5)
1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括：十二个开关、三个电容、六个开关信号、第一时钟信号和第二时钟信号；
第一开关连接于第一节点和第一输入端之间；
第二开关和第三开关串联后连接于第一节点和第二节点之间；
第四开关连接于第二节点和第一输入端之间；
第五开关连接于第一节点和第一输出端之间；
第六开关连接于第二节点和第一输出端之间；
第七开关连接于第二输入端和第三节点之间；
第八开关和第九开关串联后连接于第三节点和第四节点之间；
第十开关连接于第二输入端和第四节点之间；
第十一开关连接于第三节点和第二输出端之间；
第十二开关连接于第四节点和第二输出端之间；
第一电容的一端连接第四节点，另一端连接第一时钟信号；
第二电容连接于第二节点和第三节点之间；
第三电容的一端连接第一节点，另一端连接第二时钟信号；
第一开关信号用于控制第十二开关和第九开关；
第二开关信号用于控制第四开关和第八开关；
第三开关信号用于控制第一开关和第六开关；
第四开关信号用于控制第十开关和第十一开关；
第五开关信号用于控制第三开关和第七开关；
第六开关信号用于控制第二开关和第五开关；
其中，第一开关信号和第四开关信号是一对共轭开关信号；第二开关信号和第五开关信号是一对共轭开关信号；第三开关信号和第六开关信号是一对共轭开关信号；
第一时钟信号的前3/4周期为高电平，后1/4周期为低电平；
第二时钟信号的第二个1/4周期为高电平，其余为低电平；
第二开关信号的前1/2周期为低电平，后1/2周期为高电平；
第一开关信号与第一时钟信号相同，第三开关信号与第二时钟信号相同。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一输出端的电压为第二输入端的电压与第一时钟信号的高电平之和。
3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第二输出端的电压为第一输入端的电压与第二时钟信号的高电平之差。
4.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第二输入端的电压为5V，所述第一时钟信号的高电平为5V。
5.根据权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一输入端的电压为0V，所述第二时钟信号的高电平为5V。
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