CN104539151B - Boost电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种BOOST电路,包括:第一PMOS管,源极接电源电压、漏极输出第一电压;第一反相电路,输出第一控制信号到第一PMOS管的栅极,电源端连接第一电压;输入信号通过第二反相电路形成第二反相信号,第一电容连接在第一电压和第二反相信号之间;第二PMOS管的源漏串接在第二电容的第一端和第一电压之间,第二电容的第二端接地,第二电容的第一端输出第二电压,第二电压作为电源电压的升压;输入信号通过第三延迟电路形成第三控制信号,第三控制信号连接到第二PMOS管的栅极。本发明能提高boost电压,boost效率更高。

Description

BOOST电路
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路,特别是涉及一种开关直流升压电路(BOOST电路)。
背景技术
随着工艺的发展,集成电路提供的电源电压会下降,如从1.8V下降到1.5V,但是集成电路中的有些器件的结构并没有调整,如SONOS单元结构中的选择管的结构没有调整,这时选择管所需的工作电压还是要求较高的值,而实际的电源电压降低了,如果选择管采用降低后的电源电压来工作,会对读取余量(margin)产生影响。为了读操作时,不影响margin,有必要用一个boost电路,当SONOS电路中的读取行的字线(wl)选中后,利用boost电路把wl信号的电压域从电源电压切换到boost电压。
如图1所示,是现有BOOST电路图;包括:由PMOS管101和NMOS管100组成的CMOS反相器,CMOS反相器的输入端连接输入信号IN、输出端输出控制信号control到PMOS管MP0的栅极;输入信号IN通过由3个反相器(INV)101连接形成的反相电路输出反相信号inb;PMOS管MP0的源极接电源电压VDDA,PMOS管MP0的漏极通过电容C101连接反相信号inb、通过电容Cload1接地;PMOS管MP0输出boost电压VDDA_boost并连接到PMOS管的源极。
如图2所示,是图1电路对应信号时序图;现有boost电路的工作原理为:
电容C101为升压即boost电容,在输入信号IN为高时,电容C101的inb端接地GNDA。控制PMOS管MP100的控制信号control经NMOS管MN100接地GNDA,使PMOS管MP100管开启,对电容C101以及负载电容Cload1充电,boost电压VDDA_boost电位同电源电压VDDA电位。
输入信号IN从高改为低时,控制信号control首先经MP101被上拉到电源电压VDDA电位,关闭MP100管。然后输入信号IN经3个反相器(INV)101延时和反相后,反相信号inb被置高到电源电压VDDA,从而抬高boost电压VDDA_boost的电位。同时由于PMOS管MP101管打开,使得控制信号control信号从电源电压VDDA电位上升到boost电压VDDA_boost电位,确保boost即升压后PMOS管MP100关闭,不存在boost电压的放电通路。
Boost后,VDDA_boost=VDDA+VDDA×C101/(C101+Cload1)。
其中,VDDA_boost表示boost电压,VDDA表示电源电压,C101表示电容C101的值,Cload1表示负载电容Cload1的值。
由图2可知,boost电压仅在输入信号IN切换为低电平信号后才保持升压值,在输入信号IN切换为高电平时boost电压切换回电源电压值,boost效率有待提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种BOOST电路,能提高boost电压,boost效率更高。
为解决上述技术问题,本发明提供的BOOST电路包括:
第一PMOS管,所述第一PMOS管的源极接电源电压;所述第一PMOS管的漏极输出第一电压。
第一反相电路,所述第一反相电路的输入端连接输入信号,所述第一反相电路的输出端输出第一控制信号到所述第一PMOS管的栅极,所述第一反相电路的电源端连接所述第一电压。
所述输入信号通过第二反相电路形成和所述输入信号反相的第二反相信号,第一电容连接在所述第一电压和所述第二反相信号之间。
第二PMOS管的源漏串接在第二电容的第一端和第一电压之间,所述第二电容的第二端接地,所述第二电容的第一端输出第二电压,所述第二电压作为所述电源电压的升压。
所述输入信号通过第三延迟电路形成第三控制信号,所述第三控制信号连接到所述第二PMOS管的栅极。
所述第二反相信号的高低电平在所述电源电压和地之间切换,所述第三控制信号的高低电平在所述第二电压和地之间切换。
在所述输入信号由高电平切换为低电平时,所述第一控制信号会从低电平切换到高电平、所述第二反相信号会从低电平切换到高电平,所述第三控制信号会从高电平切换到低电平,通过对所述第一反相电路的设置使所述第一控制信号的切换时间快于所述第二反相信号的切换时间,通过对所述第三延迟电路的设置使所述第三控制信号的切换时间晚于所述第二反相信号的切换时间;所述第一控制信号、所述第二反相信号和所述第三控制信号的时序设置使得BOOST电路实现:在所述输入信号由高电平切换为低电平时使所述第一PMOS管先关闭,再通过所述第二反相信号的升压使所述第一电压升压,在所述第一电压升压后再打开所述第二PMOS管使得所述第一电压和所述第二电压的端口连接并使所述第二电压升高。
在所述输入信号由低电平切换为高电平时,所述第一控制信号会从高电平切换到低电平、所述第二反相信号会从高电平切换到低电平,所述第三控制信号会从低电平切换为高电平,通过对所述第一反相电路的设置使所述第一控制信号的切换时间晚于所述第二反相信号的切换时间,通过对所述第三延迟电路的设置使所述第三控制信号的切换时间快于所述第二反相信号的切换时间;所述第一控制信号、所述第二反相信号和所述第三控制信号的时序设置使得BOOST电路实现:在所述输入信号由低电平切换为高电平时使所述第二PMOS管先关闭使得所述第一电压和所述第二电压的端口不相连并使所述第二电压得到保持,再通过所述第二反相信号的降压使所述第一电压降压,在所述第一电压降压后再打开所述第一PMOS管使所述第一电压稳定在所述电源电压。
进一步的改进是,所述第一反相电路为由第一NMOS管和第三PMOS管连接形成的CMOS反相器,所述第一NMOS管和所述第三PMOS管的栅极连接在一起作为所述第一反相电路的输入端,所述第一NMOS管和所述第三PMOS管的漏极连接在一起作为所述第一反相电路的输出端;所述第一NMOS管的源极接地,所述第三PMOS管的源极连接所述第一电压。
进一步的改进是,通过对所述第三PMOS管的设置使在所述输入信号由高电平切换为低电平时所述第一控制信号的切换时间快于所述第二反相信号的切换时间;通过对所述第一NMOS管的设置使在所述输入信号由低电平切换为高电平时所述第一控制信号的切换时间晚于所述第二反相信号的切换时间。
进一步的改进是,所述第二反相电路由3个第一反相器串联形成,3个所述第一反相器的工作电源都接所述电源电压。
进一步的改进是,所述第三延迟电路由第二反相器和第三反相器串联形成,所述第二反相器的输入端连接所述输入信号,所述第二反相器的输出端连接所述第三反相器的输入端,所述第三反相器的输出端输出所述第三控制信号;所述第三反相器的工作电源连接所述第二电压,所述第二反相器的工作电源连接所述第一电压。
进一步的改进是,通过对所述第二反相器设置来调节所述第三控制信号在所述输入信号进行切换时切换延时。
本发明通过在boost电路的升压端即第一电压端和输出端即第二电压端之间设置一个PMOS管即第二PMOS管,并通过对第一反相电路和第三延迟电路的设置使得boost电路在第一电压上升后才打开第二PMOS管使第二电压上升,以及在第二PMOS管断开后才使第一电压下降,这样能使得第一电压在较低值时不会对第二电压造成影响,从而使得第二电压能保持较高值,所以本发明能提高boost电压,boost效率更高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
图1是现有BOOST电路图;
图2是图1电路对应信号时序图;
图3是本发明实施例BOOST电路图;
图4是本发明较佳实施例BOOST电路图;
图5是图3电路对应信号时序图;
图6是图3电路对应信号不考虑信号大小的时序图。
具体实施方式
如图3所示,是本发明实施例BOOST电路图;本发明实施例BOOST电路包括:
第一PMOS管MP0,所述第一PMOS管MP0的源极接电源电压VDDA;所述第一PMOS管MP0的漏极输出第一电压VDDA_b。
第一反相电路1,所述第一反相电路1的输入端连接输入信号IN,所述第一反相电路1的输出端输出第一控制信号control到所述第一PMOS管MP0的栅极,所述第一反相电路1的电源端连接所述第一电压VDDA_b。
所述输入信号IN通过第二反相电路2形成和所述输入信号IN反相的第二反相信号inb,第一电容C1连接在所述第一电压VDDA_b和所述第二反相信号inb之间。第一电容C1作为boost电容。
第二PMOS管MP1的源漏串接在第二电容Cload的第一端和第一电压VDDA_b之间,所述第二电容Cload的第二端接地GNDA,所述第二电容Cload的第一端输出第二电压VDDA_boost,所述第二电压VDDA_boost作为所述电源电压VDDA的升压即boost电压,所述第二电容Cload为负载电容。
所述输入信号IN通过第三延迟电路3形成第三控制信号cb,所述第三控制信号cb连接到所述第二PMOS管MP1的栅极。
所述第二反相信号inb的高低电平在所述电源电压VDDA和地GNDA之间切换,所述第三控制信号cb的高低电平在所述第二电压VDDA_boost和地GNDA之间切换。
如图5所示,是图3电路对应信号时序图;在所述输入信号IN由高电平切换为低电平时,所述第一控制信号control会从低电平切换到高电平、所述第二反相信号inb会从低电平切换到高电平,所述第三控制信号cb会从高电平切换到低电平,通过对所述第一反相电路1的设置使所述第一控制信号control的切换时间快于所述第二反相信号inb的切换时间,通过对所述第三延迟电路3的设置使所述第三控制信号cb的切换时间晚于所述第二反相信号inb的切换时间;所述第一控制信号control、所述第二反相信号inb和所述第三控制信号cb的时序设置使得BOOST电路实现:在所述输入信号IN由高电平切换为低电平时使所述第一PMOS管MP0先关闭,再通过所述第二反相信号inb的升压使所述第一电压VDDA_b升压,在所述第一电压VDDA_b升压后再打开所述第二PMOS管MP1使得所述第一电压VDDA_b和所述第二电压VDDA_boost的端口连接并使所述第二电压VDDA_boost升高。
在所述输入信号IN由低电平切换为高电平时,所述第一控制信号control会从高电平切换到低电平、所述第二反相信号inb会从高电平切换到低电平,所述第三控制信号cb会从低电平切换为高电平,通过对所述第一反相电路1的设置使所述第一控制信号control的切换时间晚于所述第二反相信号inb的切换时间,通过对所述第三延迟电路3的设置使所述第三控制信号cb的切换时间快于所述第二反相信号inb的切换时间;所述第一控制信号control、所述第二反相信号inb和所述第三控制信号cb的时序设置使得BOOST电路实现:在所述输入信号IN由低电平切换为高电平时使所述第二PMOS管MP1先关闭使得所述第一电压VDDA_b和所述第二电压VDDA_boost的端口不相连并使所述第二电压VDDA_boost得到保持,再通过所述第二反相信号inb的降压使所述第一电压VDDA_b降压,在所述第一电压VDDA_b降压后再打开所述第一PMOS管MP0使所述第一电压VDDA_b稳定在所述电源电压VDDA。
如图4所示,是本发明较佳实施例BOOST电路图;在图3所示的本发明实施例基础上,本发明较佳实施例做了如下改进:
所述第一反相电路1为由第一NMOS管MN0和第三PMOS管MP2连接形成的CMOS反相器,所述第一NMOS管MN0和所述第三PMOS管MP2的栅极连接在一起作为所述第一反相电路1的输入端,所述第一NMOS管MN0和所述第三PMOS管MP2的漏极连接在一起作为所述第一反相电路1的输出端;所述第一NMOS管MN0的源极接地GNDA,所述第三PMOS管MP2的源极连接所述第一电压VDDA_b。
通过对所述第三PMOS管MP2的设置使在所述输入信号IN由高电平切换为低电平时所述第一控制信号control的切换时间快于所述第二反相信号inb的切换时间;通过对所述第一NMOS管MN0的设置使在所述输入信号IN由低电平切换为高电平时所述第一控制信号control的切换时间晚于所述第二反相信号inb的切换时间。
所述第二反相电路2由3个第一反相器(INV1)4串联形成,3个所述第一反相器4的工作电源都接所述电源电压VDDA。
所述第三延迟电路3由第二反相器(INV2)5和第三反相器(INV3)6串联形成,所述第二反相器5的输入端连接所述输入信号IN,所述第二反相器5的输出端连接所述第三反相器6的输入端,所述第三反相器6的输出端输出所述第三控制信号cb;所述第三反相器6的工作电源连接所述第二电压VDDA_boost,所述第二反相器5的工作电源连接所述第一电压VDDA_b。
通过对所述第二反相器5设置来调节所述第三控制信号cb在所述输入信号IN进行切换时切换延时。
结合图5来说明书本发明较佳实施例的原理如下:
在输入信号IN为高时,第三控制信号cb置高到第二电压VDDA_boost,关闭第二PMOS管MP1。然后第二反相信号inb拉到地GNDA,第一控制信号control信号被置低,打开第一PMOS管MP0。第一电压VDDA_b的电位最终会经第一PMOS管MP0,稳定在电源电影台VDDA电位。
在输入信号IN为低时,第一控制信号control接第一电压VDDA_b,关闭第一PMOS管MP0,然后由于第二反相信号inb从地GNDA变到电源电压VDDA,使第一电压VDDA_b电压抬升。第三控制信号cb接地GNDA,打开第二PMOS管MP1,使第一电压VDDA_b和第二电压VDDA_boost相通,即第二电压VDDA_boost得到台升。
等输入信号IN再次置高时,第三控制信号cb信号置高,关闭第二PMOS管MP1,然后第二反相信号inb下拉到地GNDA,使得第一电压VDDA_b电位下降的时候,第二电压VDDA_boost电位被保持住。
由于第二PMOS管MP1管的作用,电压只会从第一电压VDDA_b向第二电压VDDA_boost走,所以在负载再次被boost时,第二电压VDDA_boost得到更高的电压。Boost更加高效。
如图6所示,是图3电路对应信号不考虑信号大小的时序图。为了更好的达到boost效果,在时序上可以增加延迟(delay)控制。各关键节点的时序如下,该图6只列了信号的先后顺序,没有信号的幅度大小变化说明。
在输入信号IN从高到低,第一控制信号control从低置高,关闭第一PMOS管确保boost的第一电压VDDA_b没有泄放通路。第二反相信号inb从低置高,来抬升第一电压VDDA_b。最后第三控制信号cb信号从高置低,打开第二PMOS管MP1,使第二电压VDDA_boost抬升。
在输入信号IN从低到高,第三控制信号cb由低置高,先关闭第二PMOS管MP1,保持第二电压VDDA_boost电位。第二反相信号inb信号从高置低,下拉第一电压VDDA_b的电位,最后,置低第一控制信号control,把第一电压VDDA_b连通到电源电压VDDA上。由于第二PMOS管MP1关闭,不会影响第二电压VDDA_boost的电位。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下,本领域的技术人员还可做出许多变形和改进,这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种BOOST电路,其特征在于,包括:
第一PMOS管,所述第一PMOS管的源极接电源电压;所述第一PMOS管的漏极输出第一电压;
第一反相电路,所述第一反相电路的输入端连接输入信号,所述第一反相电路的输出端输出第一控制信号到所述第一PMOS管的栅极,所述第一反相电路的电源端连接所述第一电压;
所述输入信号通过第二反相电路形成和所述输入信号反相的第二反相信号,第一电容连接在所述第一电压和所述第二反相信号之间;
第二PMOS管的漏极连接第二电容的第一端,所述第二PMOS管的源极连接和第一电压,所述第二电容的第二端接地,所述第二电容的第一端输出第二电压,所述第二电压作为所述电源电压的升压;
所述输入信号通过第三延迟电路形成第三控制信号,所述第三控制信号连接到所述第二PMOS管的栅极;
所述第二反相信号的高低电平在所述电源电压和地之间切换,所述第三控制信号的高低电平在所述第二电压和地之间切换;
在所述输入信号由高电平切换为低电平时,所述第一控制信号会从低电平切换到高电平、所述第二反相信号会从低电平切换到高电平,所述第三控制信号会从高电平切换到低电平,通过对所述第一反相电路的设置使所述第一控制信号的切换时间快于所述第二反相信号的切换时间,通过对所述第三延迟电路的设置使所述第三控制信号的切换时间晚于所述第二反相信号的切换时间;所述第一控制信号、所述第二反相信号和所述第三控制信号的时序设置使得BOOST电路实现:在所述输入信号由高电平切换为低电平时使所述第一PMOS管先关闭,再通过所述第二反相信号的升压使所述第一电压升压,在所述第一电压升压后再打开所述第二PMOS管使得所述第一电压和所述第二电压的端口连接并使所述第二电压升高;
在所述输入信号由低电平切换为高电平时,所述第一控制信号会从高电平切换到低电平、所述第二反相信号会从高电平切换到低电平,所述第三控制信号会从低电平切换为高电平,通过对所述第一反相电路的设置使所述第一控制信号的切换时间晚于所述第二反相信号的切换时间,通过对所述第三延迟电路的设置使所述第三控制信号的切换时间快于所述第二反相信号的切换时间;所述第一控制信号、所述第二反相信号和所述第三控制信号的时序设置使得BOOST电路实现:在所述输入信号由低电平切换为高电平时使所述第二PMOS管先关闭使得所述第一电压和所述第二电压的端口不相连并使所述第二电压得到保持,再通过所述第二反相信号的降压使所述第一电压降压,在所述第一电压降压后再打开所述第一PMOS管使所述第一电压稳定在所述电源电压。
2.如权利要求1所述的BOOST电路,其特征在于:所述第一反相电路为由第一NMOS管和第三PMOS管连接形成的CMOS反相器,所述第一NMOS管和所述第三PMOS管的栅极连接在一起作为所述第一反相电路的输入端,所述第一NMOS管和所述第三PMOS管的漏极连接在一起作为所述第一反相电路的输出端;所述第一NMOS管的源极接地,所述第三PMOS管的源极连接所述第一电压。
3.如权利要求2所述的BOOST电路,其特征在于:通过对所述第三PMOS管的设置使在所述输入信号由高电平切换为低电平时所述第一控制信号的切换时间快于所述第二反相信号的切换时间;通过对所述第一NMOS管的设置使在所述输入信号由低电平切换为高电平时所述第一控制信号的切换时间晚于所述第二反相信号的切换时间。
4.如权利要求1所述的BOOST电路,其特征在于:所述第二反相电路由3个第一反相器串联形成,3个所述第一反相器的工作电源都接所述电源电压。
5.如权利要求1所述的BOOST电路,其特征在于:所述第三延迟电路由第二反相器和第三反相器串联形成,所述第二反相器的输入端连接所述输入信号,所述第二反相器的输出端连接所述第三反相器的输入端,所述第三反相器的输出端输出所述第三控制信号;所述第三反相器的工作电源连接所述第二电压,所述第二反相器的工作电源连接所述第一电压。
6.如权利要求5所述的BOOST电路,其特征在于:通过对所述第二反相器设置来调节所述第三控制信号在所述输入信号进行切换时切换延时。
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