CN103872903A - 堆叠式电压发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种堆叠式电压发生器，其特征在于：包括第一输入端、第二输入端、发生器输出端、至少一个升压模块以及开关控制电路；所述升压模块包括第一电容，其具有第一端与第二端，所述第二端与模块的输入端连接；第一晶体管，其接于第一输入端与第一电容的第一端之间；第二晶体管，其接于第二输入端与第一电容的第二端之间；第三晶体管，其接于模块的输出端与第一电容的第一端之间；所述升压模块依次串接，首端的升压模块的输入端与所述第一输入端之间连接有第四晶体管；所述开关控制电路与所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管的控制端连接，控制晶体管导通或截止。本发明提供了电路结构灵活、体积小、成本低、应用广、电压平稳以及响应快的升压方案。
Description
技术领域
本发明涉及一种堆叠式电压发生器。
背景技术
集成电路中一般都设有电压发生器，其作用是为集成电路中的其它电路单元提供稳定的、不同电平值的电压，以满足各电路单元供电、源信号等的需要。电压发生器较常用到泵式结构，其方案是通过将多个并联的电容和串联的二极管的电压进行逐级叠加，具体如图5所示。上述泵式结构中，电压输出值取决于电容的个数，而电流输出值取决于每个电容容量。当需要获取一高压输出时就必须采用足够数量或容量的电容，这无疑会增加电路成本与电路体积，不利用大规模集成电路的应用。同时，泵式结构由于是逐级地对电容充放电，故其响应时间也较长，输出波动较为明显，效率低，不适合对响应速度与精度有要求的集成电路。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出一种堆叠式电压发生器，为集成电路提供电路结构灵活、电压输出平稳与响应速度快的升压方案，其采用的技术方案如下：
一种堆叠式电压发生器，包括第一输入端，其输入第一电平信号；第二输入端，其输入第二电平信号；发生器输出端；至少一个升压模块；以及开关控制电路；
所述升压模块设有一输入端与一输出端，其包括：
第一电容，其具有第一端与第二端，所述第二端与模块的输入端连接；
第一晶体管，其接于第一输入端与第一电容的第一端之间；
第二晶体管，其接于第二输入端与第一电容的第二端之间；
第三晶体管，其接于模块的输出端与第一电容的第一端之间；
所述升压模块依次串接，首端的升压模块的输入端与所述第一输入端之间连接有第四晶体管；
所述开关控制电路与所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管的控制端连接，其在半周期内控制第一晶体管与第二晶体管导通，第三晶体管与第四晶体管截止；在另一半周期内控制第一晶体管与第二晶体管截止，第三晶体管与第四晶体管导通。
在充电周期内，第一晶体管与第二晶体管导通，第三晶体管与第四晶体管截止，此时对第一电容的第一端充电；在放电周期内，第一晶体管与第二晶体管截止，第三晶体管与第四晶体管导通，此时第一电容的第二端叠加正向电压，其第一端则相当于输出两倍的电压。上述方案利用一个电容完成两倍升压，具有升压快、成本低的优点。再者，当有多个升压模块串接时，各升压模块的输出电压将直接进行叠加，生成高压输出，其电压输出平稳、响应速度快，效率高，十分适合在大规模集成电路中应用。
特别是在供压较低的情况，对于汞式结构的电压发生器，由于其中的二极管元件存在固有电压损耗，在低供压应用时损耗大或无法实现升压，具有较大的局限性。而本方案中的升压模块采用的是开关式升压，其本身并不存在明显电压损耗，故此即使在供压较低的情况下亦能有效地实现升压。本发明无论在技术上还是经济上都具有明显和领先的优越性。
本发明的技术方案进一步包括：
所述升压模块的输出端与发生器输出端之间串接有第一二极管。
进一步的，所述发生器输出端接有第二电容，实现电压的平稳输出。
进一步的，所述堆叠式电压发生器包括
第三输入端，其输入时钟信号；
所述开关控制电路包括有第五晶体管与第六晶体管；
所述第五晶体管，其接于第一输入端与第四晶体管的控制端之间；
所述第六晶体管，其接于第二输入端与第二晶体管的控制端之间；
所述第五晶体管的控制端、第六晶体管的控制端与第三输入端连接。
上述方案通过互补型电路结构，产生对晶体管的开关控制信号，以精确控制充放电流程。
进一步的，所述开关控制电路还包括第七晶体管与第八晶体管；所述第七晶体管，其接于第二晶体管的控制端与第四晶体管的控制端之间；所述第八晶体管，其接于第二晶体管的控制端与第四晶体管的控制端之间；所述第七晶体管的控制端、第八晶体管的控制端与第三输。入端连接。
上述方案消除了互补型电路结构中的短路电流，一方面节省电路能耗，另一方面避免了短路电流对信号地的冲击，保障电路的稳定。
进一步的，所述开关控制电路还包括
时延电路，其设有一输入端与一输出端，其输入端与所述第三输入端连接；
第三电容，其接于第一晶体管的控制端与时延电路的输出端之间；
第二二极管，其接于第三输入端与第一晶体管的控制端之间。
上述方案，由于时延电路的作用，第三输入端先对第三电容的第一端施加电压进行充电，经过若干时延后第三电容的第二端也施加电压进行充电，此时第一端的电压就被抬高至两倍，以满足第一晶体管的开关电压的要求。
进一步的，所述堆叠式电压发生器包括
第四输入端，其输入使能信号；
第九晶体管，其接于第一输入端与发生器输出端之间，其控制端与第四输入端连接。
上述方案为了使输出端电路更进一步的抬升，通过第九晶体管直接于发生器输出端叠加电压。
进一步的，所述堆叠式电压发生器还包括
第四电容，其设有第一端与第二端，所述第四电容的第一端与发生器输出端连接，第二端与升压模块的输出端连接；
第十晶体管，其接于第一输入端与第四电容的第一端之间；
第十一晶体管，其接于第二输入端与第四电容的第二端之间。
上述方案相当于为发生器输出再叠加一电压，其升压原理与升压模块相同。
进一步的，所述第一输入端信号连接电压源，所述第二输入端连接信号地。
进一步的，所述第一晶体管、第二晶体管、第六晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管与第十一晶体管为N型晶体管，第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管与第七晶体管为P型晶体管。
本发明的优点与有益效果包括：
1、叠加升压的方式灵活、多变，根据实际设计需求增删升压模块便可满足不同的电压输出要求；
2、电压的输出平稳、响应速度快，十分适合在大规模集成电路中应用；
3、一个电容产生两倍电压，可最大限度地减少电容元件的数量，有效降低电路成本与电路体积；
4、本方案中的升压模块采用的是开关式升压，其本身并不存在明显电压损耗，故此即便在供压较低的情况下亦能有效地完成升压。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图一。
图2为升压模块的电路结构示意图。
图3为本发明的电路结构示意图二。
图4为本发明的电路结构示意图三。
图5为现有技术中的升压电路结构示意图。
具体实施方式
如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：
如图1、图2所示，本发明的第一实施例：
一种堆叠式电压发生器，包括第一输入端101，其输入第一电平信号；第二输入端102，其输入第二电平信号；发生器输出端105；至少一个升压模块；以及开关控制电路；
所述升压模块设有一输入端与一输出端，其包括：
第一电容201，其具有第一端201a与第二端201b，所述第二端201a与模块的输入端连接；
第一晶体管301，其接于第一输入端101与第一电容201的第一端201a之间；
第二晶体管302，其接于第二输入端102与第一电容201的第二端201b之间；
第三晶体管303，其接于模块的输出端与第一电容201的第一端201a之间；
所述升压模块依次串接，首端的升压模块的输入端与所述第一输入端101之间连接有第四晶体管304；
所述开关控制电路与所述第一晶体管301、第二晶体管302、第三晶体管303、第四晶体管304的控制端连接，其在半周期内控制第一晶体管301与第二晶体管302导通，第三晶体管303与第四晶体管304截止；在另一半周期内控制第一晶体管301与第二晶体管302截止，第三晶体管303与第四晶体管304导通。
所述升压模块的输出端与发生器输出端105之间串接有第一二极管401。
所述发生器输出端105接有第二电容202。
所述堆叠式电压发生器包括
第三输入端103，其输入时钟信号，所述时钟信号由IN端输入；
所述开关控制电路包括有第五晶体管305与第六晶体管306；
所述第五晶体管305，其接于第一输入端101与第四晶体管304的控制端之间；
所述第六晶体管306，其接于第二输入端102与第二晶体管302的控制端之间；
所述第五晶体管305的控制端、第六晶体管306的控制端与第三输入端103连接。
所述开关控制电路还包括第七晶体管307与第八晶体管308；所述第七晶体管307，其接于第二晶体管302的控制端与第四晶体管304的控制端之间；所述第八晶体管308，其接于第二晶体管302的控制端与第四晶体管304的控制端之间；所述第七晶体管307的控制端、第八晶体管308的控制端与第三输入端103连接。
所述开关控制电路还包括
时延电路500，其设有一输入端与一输出端，其输入端与所述第三输入端103连接；
第三电容203，其接于第一晶体管301的控制端与时延电路500的输出端之间；
第二二极管402，其接于第三输入端103与第一晶体管301的控制端之间。
所述堆叠式电压发生器包括
第四输入端104，其输入使能信号EN；
第九晶体管309，其接于第一输入端101与发生器输出端105之间，其控制端与第四输入端104连接。
所述第一输入端101信号连接电压源VCC，所述第二输入端102连接信号地GND。
所述第一晶体管301、第二晶体管302、第六晶体管306、第八晶体管308与第九晶体管309为N型晶体管，第三晶体管303、第四晶体管304、第五晶体管305与第七晶体管307为P型晶体管。
如图3所示，本发明的第二实施例，其与第一实施例的区别在于：所述堆叠式电压发生器包括三个串接连接的升压模块，其总的电压输出相当于四倍电压源的电压。根据实际设计需求增删升压模块便可满足不同的电压输出要求。
如图4所示，本发明的第三实施，其与第一实施例的区别在于：所述堆叠式电压发生器还包括
第四电容204，其设有第一端与第二端，所述第四电容的第一端与发生器输出端105连接，第二端与升压模块的输出端连接；
第十晶体管310，其接于第一输入端与第四电容的第一端之间；
第十一晶体管311，其接于第二输入端与第四电容的第二端之间。
所述第十晶体管310与第十一晶体管311为N型晶体管。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。
Claims (10)
1.一种堆叠式电压发生器，其特征在于：包括第一输入端，其输入第一电平信号；第二输入端，其输入第二电平信号；发生器输出端；至少一个升压模块；以及开关控制电路；
所述升压模块设有一输入端与一输出端，其包括：
第一电容，其具有第一端与第二端，所述第二端与模块的输入端连接；
第一晶体管，其接于第一输入端与第一电容的第一端之间；
第二晶体管，其接于第二输入端与第一电容的第二端之间；
第三晶体管，其接于模块的输出端与第一电容的第一端之间；
所述升压模块依次串接，首端的升压模块的输入端与所述第一输入端之间连接有第四晶体管；
所述开关控制电路与所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管的控制端连接，其在半周期内控制第一晶体管与第二晶体管导通，第三晶体管与第四晶体管截止；在另一半周期内控制第一晶体管与第二晶体管截止，第三晶体管与第四晶体管导通。
2.根据权利要求1所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：所述升压模块的输出端与发生器输出端之间串接有第一二极管。
3.根据权利要求2所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：所述发生器输出端接有第二电容。
4.根据权利要求3所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：包括
第三输入端，其输入时钟信号；
所述开关控制电路包括有第五晶体管与第六晶体管；
所述第五晶体管，其接于第一输入端与第四晶体管的控制端之间；
所述第六晶体管，其接于第二输入端与第二晶体管的控制端之间；
所述第五晶体管的控制端、第六晶体管的控制端与第三输入端连接。
5.根据权利要求4所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：所述开关控制电路还包括第七晶体管与第八晶体管；所述第七晶体管，其接于第二晶体管的控制端与第四晶体管的控制端之间；所述第八晶体管，其接于第二晶体管的控制端与第四晶体管的控制端之间；所述第七晶体管的控制端、第八晶体管的控制端与第三输入端连接。
6.根据权利要求4所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：所述开关控制电路还包括
时延电路，其设有一输入端与一输出端，其输入端与所述第三输入端连接；
第三电容，其接于第一晶体管的控制端与时延电路的输出端之间；
第二二极管，其接于第三输入端与第一晶体管的控制端之间。
7.根据权利要求5或6所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：包括
第四输入端，其输入使能信号；
第九晶体管，其接于第一输入端与发生器输出端之间，其控制端与第四输入端连接。
8.根据权利要求7所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：还包括
第四电容，其设有第一端与第二端，所述第四电容的第一端与发生器输出端连接，第二端与升压模块的输出端连接；
第十晶体管，其接于第一输入端与第四电容的第一端之间；
第十一晶体管，其接于第二输入端与第四电容的第二端之间。
9.根据权利要求8所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：所述第一输入端信号连接电压源，所述第二输入端连接信号地。
10.根据权利要求9所述的堆叠式电压发生器，其特征在于：所述第一晶体管、第二晶体管、第六晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管与第十一晶体管为N型晶体管，第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管与第七晶体管为P型晶体管。
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