CN102723859B - 一种基于倍压器级联的电荷泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于倍压器级联的电荷泵，由N个倍压单元级联而成，倍压单元接收外部设备提供的一对相位互补的时钟信号；其中，前K级倍压单元均采用倍压电路，其余倍压单元均采用倍压器，倍压器由倍压电路、开关电路和电平传输电路组成。本发明电荷泵可以克服宽输入电压范围引起的过大过冲电压及输出纹波电压，应用于闪存中，可使得闪存单元的读、写、擦除操作更精确，并且可以减轻过冲和纹波对闪存单元造成的损伤，延长闪存单元的使用寿命；本发明电荷泵可在不增加电路面积的前提下大幅度减小过冲和纹波，结构简单，只需要增添一些电平传输电路及开关电路就可以实现，有利于降低成本，具有较高的实用价值。

Description

一种基于倍压器级联的电荷泵

技术领域

本发明属于DC-DC升压技术领域，具体涉及一种基于倍压器级联的电荷泵。

背景技术

现今，Flash Memory(闪存)已经成为我们非常重要的存储装置，闪存具有非易失性，对硬盘有很好的冲击阻值，并且与传统的CMOS技术能够整合。这些优点使得闪存能够广泛应用于很多领域。

闪存单元的读、写、擦除都需要在其各端口加一定的偏置电压，而随着功耗的降低，电源电压越来越低，这使得闪存中记忆单元的读写操作无法进行，由此电荷泵应运而生。电荷泵是一种DC-DC升压转换电路，广泛应用于各种需要由低电源电压产生小电流和高电压的电压源电路系统中。随着便携式电子产品的飞速发展，低功耗，微面积，高效率的片上电荷泵成为设计的主流。随着90nmCMOS工艺的不断成熟和完善，半导体存储器产品的工作电压、工作功耗和生产成本也随之快速降低。

电荷泵主要有以下几种类型：

1、Dickson电荷泵，结构简单，但阈值压降大，不适合负载电流大的电路；

2、多相位时钟电荷泵，需要复杂时钟产生电路，需要消耗额外的面积，目前较少被采用；

3、基于倍压器电荷泵，纹波小，效率高，适合低压工艺，目前被广泛应用；

4、基于CTS(电荷传递开关)电荷泵，消除了阈值压降，只需较为简单的两相时钟，也较为常用。

在低压工艺下，当所需的输出电压及输出电流较大时，我们一般选用基于倍压器电荷泵。一种倍压电路结构如图1所示，其通过两反相互补时钟Φ1和Φ2及两对交叉耦合管M1、M2和M3、M4来实现。当Φ1为高电平时，M2管和M3管的栅端电压被抬高到2倍的V_IN，此时M2管导通使得M4管的栅端电位为V_IN，这样开关管M3处于关断状态而开关管M4则处于导通状态，因此在这半个周期内通过M4管这条通路来给负载供电。同理可以得到当Φ1为低电平时，通过M3管这条通路来给负载供电。此外，M5、M6采用栅交叉耦合方式为M3、M4提供衬底偏置，使M3、M4的衬底始终偏置在源漏之间电位较高的一端，从而达到消除衬底偏置效应的效果。

将图1的倍压电路结构级联而成的电荷泵如图2所示，该电荷泵通过倍压电路级联将输入电压V_IN放大至所需的输出电压V_OUT，

以达到升压的效果；其中：N为级联个数，f为时钟Φ1的频率，I_OUT为电荷泵的输出电流，C_pump为倍压电路中电容C1的容值，V_IN为电荷泵的输入电压。

由于存在负载电阻R_OUT，在负载电容C_OUT两端产生的纹波V_Ripple将对V_OUT进行贡献，

当我们需要一个固定输出高压时，我们必须先在最差工艺角，最差输入电压和最差温度条件下达到要求，而在其他极限的工艺角，输入电压和温度条件下，特别是当输入电压范围较宽时，该电路将导致很大的过冲和纹波，这些不利因素可能使电路非正常工作甚至损毁器件。在实际情况下，一般可选取C_OUT的量足够大，此时C_OUT两端瞬时电压变化速率放慢，纹波效应减弱，然而这将耗费大量的面积和成本。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于倍压器级联的电荷泵，能够克服宽输入电压范围引起过冲电压及纹波电压过高的情况。

一种基于倍压器级联的电荷泵，由N个倍压单元级联而成，所述的倍压单元接收外部设备提供的一对相位互补的时钟信号；其中，前K级倍压单元均采用倍压电路，其余倍压单元均采用倍压器，第一级倍压单元的输入端接收外部设备提供的输入电压，最后一级倍压单元的输出端产生输出电压；N和K均为大于0的自然数，且1≤K≤N；

所述的倍压器由倍压电路、开关电路和电平传输电路组成；

所述的倍压电路由六个MOS管和两个电容组成；其中，MOS管M1的漏极与MOS管M1的衬底、MOS管M2的衬底和MOS管M2的漏极相连并为倍压电路的输入端，MOS管M1的栅极与MOS管M2的源极、电容C2的一端、MOS管M5的漏极、MOS管M3的漏极、MOS管M4的栅极和MOS管M6的栅极相连，MOS管M1的源极与MOS管M2的栅极、电容C1的一端、MOS管M4的漏极、MOS管M6的漏极、MOS管M3的栅极和MOS管M5的栅极相连，MOS管M5的源极与MOS管M5的衬底、MOS管M3的衬底、MOS管M4的衬底、MOS管M6的衬底和MOS管M6的源极相连，MOS管M3的源极与MOS管M4的源极相连并为倍压电路的输出端，电容C1的另一端和电容C2的另一端分别为倍压电路的第一时钟端和第二时钟端。

其中，MOS管M1～M2均为NMOS管，MOS管M3～M6为PMOS管，电容C1与电容C2容值相等。

所述的K的确定方法如下：

(1)使M＝N-1代入式1中，求得对应的V_IN，判断V_IN是否小于V_N：若是，进入步骤(2)；若否，则使K＝N；

$V_{\mathrm{IN}}=\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{M+1}+\frac{M*I_{\mathrm{OUT}}}{2(M+1)*C_{\mathrm{pump}}*f}---\left(1\right)$

(2)使M＝N-2代入式1中，求得对应的V_IN，判断V_IN是否小于V_N：若是，进入步骤(3)；若否，则使K＝N-1；

(3)使M＝N-3代入式1中，根据步骤(1)和(2)进行相应判断操作；直到当M＝N-i代入式1中，求得对应的V_IN大于等于V_N，则使K＝N-i+1；其中：V_N为输入电压的额定上限，V_out为额定输出电压，I_out为输出电流，C_pump为倍压电路中电容C1的容值，f为时钟信号的频率，i为自然数且3≤i≤N。

所述的倍压器由一倍压电路、一开关电路和一电平传输电路组成；其中，电平传输电路的输入端与倍压电路的输入端相连并为倍压器的输入端，电平传输电路的输出端与倍压电路的输出端相连并为倍压器的输出端，开关电路的第一输出端与倍压电路的第一时钟端相连，开关电路的第二输出端与倍压电路的第二时钟端相连，开关电路的第一时钟端和第二时钟端分别为倍压器的第一时钟端和第二时钟端。

优选地，所述的倍压器由一倍压电路、一开关电路和三电平传输电路组成；其中，第一电平传输电路的输入端与倍压电路的输入端相连并为倍压器的输入端，第一电平传输电路的输出端与第二电平传输电路的输入端和倍压电路中电容C1的一端相连，第二电平传输电路的输出端与第三电平传输电路的输入端和倍压电路中电容C2的一端相连，第三电平传输电路的输出端与倍压电路的输出端相连并为倍压器的输出端，开关电路的第一输出端与倍压电路的第一时钟端相连，开关电路的第二输出端与倍压电路的第二时钟端相连，开关电路的第一时钟端和第二时钟端分别为倍压器的第一时钟端和第二时钟端。

采用该优选的技术方案，倍压单元的输出电压通过在倍压电路中的泵电容处进行滤波，能够进一步降低电荷泵的纹波电压。

所述的电平传输电路由三个MOS管组成；其中，MOS管P1的源极与MOS管P2的漏极和MOS管P3的栅极相连并为电平传输电路的输入端，MOS管P1的漏极与MOS管P2的栅极和MOS管P3的漏极相连并为电平传输电路的输出端，MOS管P2的源极与MOS管P3的源极、MOS管P1的衬底、MOS管P2的衬底和MOS管P3的衬底相连，MOS管P1的栅极接收外部设备提供的开关信号。

其中，MOS管P1～P3均为高压PMOS管。

所述的开关电路由四个MOS管组成；其中，MOS管H1的漏极与MOS管H1的衬底和MOS管H2的漏极相连并为开关电路的第一输出端，MOS管H2的源极与MOS管H2的衬底相连并接地，MOS管H1的栅极和MOS管H2的栅极分别接收外部设备提供的开关信号和反相开关信号，MOS管H3的漏极与MOS管H3的衬底和MOS管H4的漏极相连并为开关电路的第二输出端，MOS管H4的源极与MOS管H4的衬底相连并接地，MOS管H3的栅极和MOS管H4的栅极分别接收所述的开关信号和反相开关信号，MOS管H1的源极和MOS管H3的源极分别为开关电路的第一时钟端和第二时钟端。

其中，MOS管H1～H4均为高压NMOS管，开关信号与反相开关信号相位互补。

本发明的工作原理为：将一个宽输入电压额定范围(V₁～V_N)划分成i个电压范围，{(V₁～V₂)，(V₂～V₃)，......，(V_i～V_N)}，这i个电压范围分别需要{N，N-1，......，N-i+1}级倍压电路以达到输出电压。其中前K＝N-i+1级倍压单元均采用传统倍压器，其余倍压单元均采用改进倍压器。当输入一任意电压时，若该电压属于电压范围(V₁～V₂)，则电荷泵采用N级倍压单元倍压；若属于电压范围(V₂～V₃)，则电荷泵断开最后1级倍压单元，采用前N-1级倍压单元倍压；......；若属于电压范围(V_i～V_N)，则电荷泵断开后i-1级倍压单元，采用前N-i+1级倍压单元倍压；输出电压通过稳压可使其固定在某一输出值，故本发明可以有效减小过冲，避免由于高的输入电压使得输出电压过大，损坏器件。

而对于倍压器采用优选的技术方案结构，将一个宽输入电压额定范围(V₁～V_N)划分成i个电压范围，{(V₁～V₂)，(V₂～V₃)，......，(V_i～V_N)}，这i个电压范围分别需要{N，N-1，......，N-i+1}级倍压电路以达到输出电压。其中前K＝N-i+1级倍压单元均采用传统倍压电路，其余倍压单元均采用优选的倍压器结构。若输入电压属于电压范围(V₁～V₂)，则电荷泵采用N级倍压单元倍压；若属于电压范围(V₂～V₃)，则电荷泵断开最后1级倍压单元，采用前N-1级倍压单元倍压，使前N-1级的输出电压经过一个电平传输电路传输至第N级的泵电容，经过一次滤波后再经过电平传输电路传输至第N级的另外一个泵电容，经过两次滤波后经过电平传输电路传至输出；......；若属于电压范围(V_i～V_N)，则电荷泵断开后i-1级倍压单元，采用前N-i+1级倍压单元倍压。使前N-i+1级的输出电压经过电平传输电路，分别至剩余的i-1级倍压电路的泵电容处进行2(i-1)次滤波，再经过电平传输电路传至输出；输出电压通过稳压可使其固定在某一输出值，故该优选技术方案可进一步减小纹波。

本发明电荷泵可以克服宽输入电压范围引起的过大过冲电压及输出纹波电压，应用于闪存中，可使得闪存单元的读、写、擦除操作更精确，并且可以减轻过冲和纹波对闪存单元造成的损伤，延长闪存单元的使用寿命；本发明电荷泵可在不增加电路面积的前提下大幅度减小过冲和纹波，结构简单，只需要增添一些电平传输电路及开关电路就可以实现，有利于降低成本，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为倍压电路的结构示意图。

图2为传统基于倍压电路级联的电荷泵的结构示意图。

图3为一种倍压器的结构示意图。

图4为本发明基于图3倍压器结构级联的电荷泵的结构示意图。

图5为另一种倍压器的结构示意图。

图6为本发明基于图5倍压器结构级联的电荷泵的结构示意图。

图7为图4的电荷泵结构与传统电荷泵的过冲电压波形示意图。

图8为本发明两种实例的电荷泵结构与传统电荷泵的纹波电压波形示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。

实施例1：

如图4所示，一种基于倍压器级联的电荷泵，由N个倍压单元级联而成，倍压单元接收外部设备提供的一对相位互补的时钟信号Φ1～Φ2；其中，前K级倍压单元均采用倍压电路，其余倍压单元均采用倍压器，第一级倍压单元的输入端接收外部设备提供的输入电压V_IN，最后一级倍压单元的输出端产生输出电压V_OUT；N和K均为大于0的自然数，且1≤K≤N；

本实施方式的输入电压额定范围为1.5V～2.1V，额定输出电压为6.75V。输入电压与输出电压满足以下关系式：

$V_{\mathrm{IN}}=\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{N+1}+\frac{N*I_{\mathrm{OUT}}}{2(N+1)*C_{\mathrm{pump}}*f}$

其中：V_N为输入电压的额定上限，V_out为额定输出电压，V_IN为输入电压，I_out为输出电流，C_pump为倍压电路中电容C1的容值，f为时钟信号的频率；本实施方式中，I_out＝1.6mA，C_pump＝80pF，f＝25MHz。

将输入电压的额定下限(1.5V)和额定输出电压(6.75V)代入上式中，可算得N＝5(若算得的N为非整数，则进位取整)。

确定K值需采用以下步骤：

(1)对于一个宽输入电压额定范围(1.5V～2.1V)，使M＝N-1代入式1中，求得对应的V₂(1.8V)，判断V₂是否小于V_N(2.1V)：若是，进入步骤(2)；若否，则使K＝N；

$V_{\mathrm{IN}}=\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{M+1}+\frac{M*I_{\mathrm{OUT}}}{2(M+1)*C_{\mathrm{pump}}*f}---\left(1\right)$

(2)使M＝N-2代入式1中，求得对应的V₃(2V)，判断V₃是否小于V_N(2.1V)：若是，进入步骤(3)；若否，则使K＝N-1；

(3)使M＝N-3代入式1中，根据步骤(1)和(2)进行相应判断操作；直到当M＝N-i代入式1中，求得对应的V_i+1大于等于V_N，则使K＝N-i+1；

本实施方式中，当M＝N-3＝2代入式1中，求得对应的V₄(2.4V)才开始大于V_N(2.1V)；则可确定K＝N-2＝3，可将宽输入电压额定范围(1.5V～2.1V)划分成3个电压范围，{(1.5V～1.8V)，(1.8V～2V)，(2V～2.1V)}，这3个电压范围分别需要{5，4，3}级倍压电路以达到输出电压。

故电荷泵前三级倍压单元均采用倍压电路，后两级倍压单元均采用倍压器，而前三级倍压单元采用的倍压电路的第一时钟端和第二时钟端分别接收时钟信号Φ1～Φ2。

如图3所示，倍压器由一倍压电路CP、一开关电路Q和一电平传输电路T组成；其中，电平传输电路的输入端与倍压电路的输入端相连并为倍压器的输入端，电平传输电路的输出端与倍压电路的输出端相连并为倍压器的输出端，开关电路的第一输出端与倍压电路的第一时钟端相连，开关电路的第二输出端与倍压电路的第二时钟端相连，开关电路的第一时钟端和第二时钟端分别为倍压器的第一时钟端和第二时钟端并分别接收时钟信号Φ1～Φ2。

倍压电路CP由六个MOS管和两个电容组成；其中，MOS管M1的漏极与MOS管M1的衬底、MOS管M2的衬底和MOS管M2的漏极相连并为倍压电路的输入端，MOS管M1的栅极与MOS管M2的源极、电容C2的一端、MOS管M5的漏极、MOS管M3的漏极、MOS管M4的栅极和MOS管M6的栅极相连，MOS管M1的源极与MOS管M2的栅极、电容C1的一端、MOS管M4的漏极、MOS管M6的漏极、MOS管M3的栅极和MOS管M5的栅极相连，MOS管M5的源极与MOS管M5的衬底、MOS管M3的衬底、MOS管M4的衬底、MOS管M6的衬底和MOS管M6的源极相连，MOS管M3的源极与MOS管M4的源极相连并为倍压电路的输出端，电容C1的另一端和电容C2的另一端分别为倍压电路的第一时钟端和第二时钟端；其中，MOS管M1～M2均为NMOS管，MOS管M3～M6为PMOS管，电容C1与电容C2容值相等。

电平传输电路T由三个MOS管组成；其中，MOS管P1的源极与MOS管P2的漏极和MOS管P3的栅极相连并为电平传输电路的输入端，MOS管P1的漏极与MOS管P2的栅极和MOS管P3的漏极相连并为电平传输电路的输出端，MOS管P2的源极与MOS管P3的源极、MOS管P1的衬底、MOS管P2的衬底和MOS管P3的衬底相连，MOS管P1的栅极接收外部设备提供的开关信号CTR；其中，MOS管P1～P3均为高压PMOS管。

开关电路Q由四个MOS管组成；其中，MOS管H1的漏极与MOS管H1的衬底和MOS管H2的漏极相连并为开关电路的第一输出端，MOS管H2的源极与MOS管H2的衬底相连并接地，MOS管H1的栅极和MOS管H2的栅极分别接收外部设备提供的开关信号和反相开关信号，MOS管H3的漏极与MOS管H3的衬底和MOS管H4的漏极相连并为开关电路的第二输出端，MOS管H4的源极与MOS管H4的衬底相连并接地，MOS管H3的栅极和MOS管H4的栅极分别接收开关信号CTR和反相开关信号

MOS管H1的源极和MOS管H3的源极分别为开关电路的第一时钟端和第二时钟端。其中，MOS管H1～H4均为NMOS管，开关信号CTR与反相开关信号

相位互补。

当CTR为高电平，为低电平时，倍压器导通，时钟传到充电电容C1和C2进行升压操作，此时，电平传输电路T断开；当CTR为低电平，

为高电平时，充电电容接到地端，倍压器断开，此时，电平传输电路T导通，将倍压器输入与输出短路，即输入直接接到输出。

本实施方式中，后两级倍压单元所需的开关信号是利用输入电压V_IN分别通过两个比较器与两个参考电压(1.8V、2V)进行比较，输出的比较信号再分别通过一个电平移位电路产生两对互补的开关信号CTR1和

以及CTR2和

若输入电压属于个电压范围(1.5V～1.8V)，两个比较器输出比较信号都为高电平，两个比较信号通过电平移位电路产生两个高电平的CTR1和CTR2，最后两级倍压器都导通，此时最后两级倍压器的电平传输电路都断开；若输入电压属于电压范围(1.8V～2V)，则第一个比较器输出低电平比较信号，第二个比较器输出高电平比较信号，低电平比较信号通过电平移位电路使得CTR2为低电平，高电平比较信号通过电平移位电路使得CTR1为高电平，最后一级倍压器中的充电电容接到地端，即最后一级倍压器断开，电荷泵采用4级倍压单元工作，此时最后一级倍压器的电平传输电路导通，即第5级倍压器的输入短路到输出；若输入电压属于电压范围(2V～2.1V)，则两个比较器输出比较信号都为低电平，两个比较信号通过电平移位电路使得CTR1和CTR2都为低电平，最后两级倍压器断开，则电荷泵采用3级倍压单元工作，此时最后两级倍压器的电平传输电路都导通，即最后两级倍压器的输入均短路到输出。

如图7所示，本实施方式与基于传统倍压器级联的电荷泵相比，其过冲电压得到显著的降低；其中，横坐标为输入电压(V)，纵坐标为过冲电压(V)。

实施例2：

如图6所示，一种基于倍压器级联的电荷泵，输入电压额定范围为1.5V～2.1V，指定需要的输出电压为6.75V；故其由五个倍压单元级联而成，倍压单元接收外部设备提供的一对相位互补的时钟信号Φ1～Φ2；其中，前三级倍压单元均采用倍压电路，后两级倍压单元均采用倍压器，第一级倍压单元的输入端接收外部设备提供的输入电压V_IN，最后一级倍压单元的输出端产生输出电压V_OUT；前三级倍压单元采用的倍压电路的第一时钟端和第二时钟端分别接收时钟信号Φ1～Φ2。

如图5所示，倍压器由一倍压电路CP、一开关电路Q和三电平传输电路T1～T3组成；其中，第一电平传输电路的输入端与倍压电路的输入端相连并为倍压器的输入端，第一电平传输电路的输出端与第二电平传输电路的输入端和倍压电路中电容C1的一端相连，第二电平传输电路的输出端与第三电平传输电路的输入端和倍压电路中电容C2的一端相连，第三电平传输电路的输出端与倍压电路的输出端相连并为倍压器的输出端，开关电路的第一输出端与倍压电路的第一时钟端相连，开关电路的第二输出端与倍压电路的第二时钟端相连，开关电路的第一时钟端和第二时钟端分别为倍压器的第一时钟端和第二时钟端并分别接收时钟信号Φ1～Φ2；本实施方式中倍压电路、开关电路和电平传输电路的结构与实施例1中的一致。

当控制信号CTR为高电平，

为低电平时，时钟信号传到充电电容进行升压操作，倍压器导通。此时，三个电平传输电路T1，T2和T3都不导通。当控制信号CTR为低电平，为高电平时，充电电容接到地端，倍压器断开。此时，三个电平传输电路都导通，上一级的输出电压首先经过电平传输电路T1传输至电容C1处进行第一次滤波，再经过电平传输电路T2传输至电容C2处进行第二次滤波，最后通过电平传输电路T3传至输出，这样经历两次滤波，输出电压的纹波可以大幅降低。

本实施方式中输入电压为1.5V～2.1V，额定输出电压为6.75V。将这个宽输入电压范围利用断点判据划分成3段(1.5V～1.8V)、(1.8V～2V)、(2V～2.1V)；当输入一任意电压时，该电压将分别通过2个比较器同时与2个参考电压(1.8V和2V)进行比较，若该电压属于第一个电压范围(1.5V～1.8V)，两个比较器输出都为高电平的比较信号，两个比较信号通过电平移位电路产生两个高电平的CTR1和CTR2，使得后两级倍压器都导通，5级倍压单元均工作，此时最后两级倍压器的电平传输电路T3都断开；若输入电压属于第二个电压范围(1.8V～2V)，则第一个比较器输出低电平比较信号，第二个比较器输出高电平比较信号，低电平比较信号通过电平移位电路使得CTR2为低电平，高电平比较信号通过电平移位电路使得CTR1为高电平，即最后一级倍压器断开，前4级倍压单元工作，此时最后一级倍压器的三个电平传输电路都导通，第4级倍压单元的输出电压首先经过最后一级倍压器的电平传输电路T1传输至电容C1处进行第一次滤波，再经过电平传输电路T2传输至电容C2处进行第二次滤波，最后通过电平传输电路T3传至输出，这样第四级输出经历两次滤波到达电荷泵输出；若输入电压属于第三个电压范围(2V～2.1V)，则两个比较器都输出低电平的比较信号，两个比较信号通过电平移位电路使得CTR1和CTR2都为低电平，即最后两级倍压器都断开，前3级倍压单元工作，此时最后两级倍压器的所有电平传输电路都导通，第3级倍压单元的输出电压首先经过第4级倍压器的电平传输电路T1传输至电容C1处进行第一次滤波，再经过电平传输电路T2传输至电容C2处进行第二次滤波，再通过电平传输电路T3传输至第5级倍压器输入，经过第5级倍压器的电平传输电路T1传输至电容C1处进行第三次滤波，经过电平传输电路T2传输至电容C2处进行第四次滤波，最后通过电平传输电路T3传至输出，这样第3级倍压单元输出经历四次滤波到达电荷泵输出。

如图8所示，本实施方式与基于传统倍压器级联的电荷泵相比，其纹波电压得到显著的降低；相对于实施例1的电荷泵结构，其纹波电压也得到了进一步降低；其中，横坐标为输入电压(V)，纵坐标为纹波电压(mV)。

Claims (5)

1.一种基于倍压器级联的电荷泵，由N个倍压单元级联而成，所述的倍压单元接收外部设备提供的一对相位互补的时钟信号；其特征在于：前K级倍压单元均采用倍压电路，其余倍压单元均采用倍压器，第一级倍压单元的输入端接收外部设备提供的输入电压，最后一级倍压单元的输出端产生输出电压；N和K均为大于0的自然数，且1≤K≤N；所述的K的确定方法如下：

（1）使M=N-1代入式1中，求得对应的V_IN，判断V_IN是否小于V_N：若是，进入步骤（2）；若否，则使K=N；

$V_{\mathrm{IN}}=\frac{V_{\mathrm{OUT}}}{M+1}+\frac{M*I_{\mathrm{OUT}}}{2(m+1)*C_{\mathrm{pump}}*f}---\left(1\right)$

（2）使M=N-2代入式1中，求得对应的V_IN，判断V_IN是否小于V_N：若是，进入步骤（3）；若否，则使K=N-1；

（3）使M=N-3代入式1中，根据步骤（1）和（2）进行相应判断操作；直到当M=N-i代入式1中，求得对应的V_IN大于等于V_N，则使K=N-i+1；其中：V_N为输入电压的额定上限，V_out为额定输出电压，I_out为输出电流，C_pump为倍压电路中电容C1的容值，f为时钟信号的频率，i为自然数且3≤i≤N；

所述的倍压器由倍压电路、开关电路和电平传输电路组成。

2.根据权利要求1所述的基于倍压器级联的电荷泵，其特征在于：所述的倍压器由一倍压电路、一开关电路和一电平传输电路组成；其中，电平传输电路的输入端与倍压电路的输入端相连并为倍压器的输入端，电平传输电路的输出端与倍压电路的输出端相连并为倍压器的输出端，开关电路的第一输出端与倍压电路的第一时钟端相连，开关电路的第二输出端与倍压电路的第二时钟端相连，开关电路的第一时钟端和第二时钟端分别为倍压器的第一时钟端和第二时钟端。

3.根据权利要求1所述的基于倍压器级联的电荷泵，其特征在于：所述的倍压器由一倍压电路、一开关电路和三电平传输电路组成；其中，第一电平传输电路的输入端与倍压电路的输入端相连并为倍压器的输入端，第一电平传输电路的输出端与第二电平传输电路的输入端和倍压电路中电容C1的一端相连，第二电平传输电路的输出端与第三电平传输电路的输入端和倍压电路中电容C2的一端相连，第三电平传输电路的输出端与倍压电路的输出端相连并为倍压器的输出端，开关电路的第一输出端与倍压电路的第一时钟端相连，开关电路的第二输出端与倍压电路的第二时钟端相连，开关电路的第一时钟端和第二时钟端分别为倍压器的第一时钟端和第二时钟端。

4.根据权利要求1、2或3所述的基于倍压器级联的电荷泵，其特征在于：所述的电平传输电路由三个MOS管组成；其中，MOS管P1的源极与MOS管P2的漏极和MOS管P3的栅极相连并为电平传输电路的输入端，MOS管P1的漏极与MOS管P2的栅极和MOS管P3的漏极相连并为电平传输电路的输出端，MOS管P2的源极与MOS管P3的源极、MOS管P1的衬底、MOS管P2的衬底和MOS管P3的衬底相连，MOS管P1的栅极接收外部设备提供的开关信号。

5.根据权利要求1、2或3所述的基于倍压器级联的电荷泵，其特征在于：所述的开关电路由四个MOS管组成；其中，MOS管H1的漏极与MOS管H1的衬底和MOS管H2的漏极相连并为开关电路的第一输出端，MOS管H2的源极与MOS管H2的衬底相连并接地，MOS管H1的栅极和MOS管H2的栅极分别接收外部设备提供的开关信号和反相开关信号，MOS管H3的漏极与MOS管H3的衬底和MOS管H4的漏极相连并为开关电路的第二输出端，MOS管H4的源极与MOS管H4的衬底相连并接地，MOS管H3的栅极和MOS管H4的栅极分别接收所述的开关信号和反相开关信号，MOS管H1的源极和MOS管H3的源极分别为开关电路的第一时钟端和第二时钟端。

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