CN105048802A - 分时复用的正负电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分时复用的正负电荷泵电路，包括一个正电荷泵和一个负电荷泵，所述正电荷泵和负电荷泵通过公用的电容进行结合，并配置开关控制，使得两个电荷泵组合成为分时复用的正负电荷泵。通过对电荷泵电路开关的控制，使电荷泵电路既能工作在正电荷泵模式，又能工作在负电荷泵模式，满足电路对正负电压的需求，但却能将两个电荷泵合并为一个电荷泵电路，缩减电路版图资源，减少成本。

Description

分时复用的正负电荷泵电路

技术领域

本发明涉及一种电荷泵电路，特别是涉及一种正负电荷泵电路。

背景技术

电荷泵是其中电荷在多个电容器之间运动以产生具有期望极性和电平的电压DC/DC转换器，电荷泵电路常被应用于电子产品的驱动电路中，使用广泛。现有电荷泵电路都为单一方向的电荷泵，如正电荷泵电路或负电荷泵电路，但由于现在电路电源系统的复杂，多数电路中都需要使用到正高压和负高压，尤其在显示驱动电路中，正负高压的使用非常常见，这就导致一个电路需要使用正负高压时，必须设计正负两个电荷泵电路才能满足使用需求，两个电荷泵电路的同时使用，必然导致电路版图资源的增多，不利于电路的成本降低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种分时复用的正负电荷泵电路，通过对电荷泵电路开关的控制，使电荷泵电路既能工作在正电荷泵模式，又能工作在负电荷泵模式，满足电路对正负电压的需求，但却能将两个电荷泵合并为一个电荷泵电路，缩减电路版图资源，减少成本。本发明采用的技术方案是：

一种分时复用的正负电荷泵电路，包括一个正电荷泵和一个负电荷泵，所述正电荷泵和负电荷泵通过公用的电容进行结合，并配置开关控制，使得两个电荷泵组合成为分时复用的正负电荷泵。

具体地，

所述正电荷泵包括：开关管PMOS1、PMOS2、PMOS3，开关K11、K12、K13、K14、K15、K16、K17、K18、K19；

所述负电荷泵包括：开关管NMOS1、NMOS2、NMOS3，开关K21、K22、K23、K24、K25、K26、K27、K28、K29、；

所述公用的电容包括电容C1、C2和C3；

PMOS1的漏极接正电压VDD，栅极接开关K11的动端，开关K11的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK1；PMOS1的源极接开关K17的第二静端；开关K17的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS1的衬底；

开关K12的一端接时钟CK1，另一端接PMOS1的源极和PMOS2的漏极，以及电容C1的一端；

PMOS2的栅极接开关K13的动端，开关K13的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK2；PMOS2的源极接开关K18的第二静端；开关K18的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS2的衬底；

开关K14的一端接时钟CK2，另一端接PMOS2的源极和PMOS3的漏极，以及电容C2的一端；

PMOS3的栅极接开关K15的动端，开关K15的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK1；PMOS3的源极接开关K19的第二静端；开关K19的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS3的衬底；

开关K16的一端接正电压VDD，另一端接PMOS3的源极，电容C3的一端，以及输出端V0；

NMOS1的漏极接地GND，栅极接开关K21的动端，开关K21的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK1；NMOS1的源极接开关K27的第二静端；开关K27的第一静端接地GND，动端接NMOS1的衬底；

开关K22的一端接时钟CK1，另一端接NMOS1的源极和NMOS2的漏极，以及电容C1的另一端；

NMOS2的栅极接开关K23的动端，开关K23的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK2；NMOS2的源极接开关K28的第二静端；开关K28的第一静端接地GND，动端接NMOS2的衬底；

开关K24的一端接时钟CK2，另一端接NMOS2的源极和NMOS3的漏极，以及电容C2的另一端；

NMOS3的栅极接开关K25的动端，开关K25的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK1；NMOS3的源极接开关K29的第二静端；开关K29的第一静端接地GND，动端接NMOS3的衬底；

开关K26的一端接地GND，另一端接NMOS3的源极，电容C3的另一端，以及输出端XV0；

时钟CK1和时钟CK2的信号相反。

本发明的优点在于：当电路需要使用到正负高压时，采用分时复用的正负电荷泵电路结构，仅需设计一个电荷泵电路，既能满足电路内部对正负高压的需求，并且由于正负电荷泵公用一组电容，缩减电路版图资源，降低电路成本。

附图说明

图1为本发明的正负电荷泵电路原理图。

图2为本发明工作在正电荷泵模式时的开关切换示意图。

图3为本发明工作在负电荷泵模式时的开关切换示意图。

图4为本发明中正电荷泵模式时电路简化示意图。

图5为本发明中使用的单刀双掷开关结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

正负电荷泵电路线路图如图1所示，它将上半部分的正电荷泵，以及下半部分的负电荷泵，通过公用的电容进行结合，并配置开关控制，使得两个电荷泵组合成为分时复用的正负电荷泵。正负电荷泵分别工作时的开关切换如图2和图3所示，CK1、CK2为两个相反的时钟信号。

所述正电荷泵包括：开关管PMOS1、PMOS2、PMOS3，开关K11、K12、K13、K14、K15、K16、K17、K18、K19；

所述负电荷泵包括：开关管NMOS1、NMOS2、NMOS3，开关K21、K22、K23、K24、K25、K26、K27、K28、K29、；

所述公用的电容包括电容C1、C2和C3；

PMOS1的漏极接正电压VDD，栅极接开关K11的动端，开关K11的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK1；PMOS1的源极接开关K17的第二静端；开关K17的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS1的衬底；

开关K12的一端接时钟CK1，另一端接PMOS1的源极和PMOS2的漏极，以及电容C1的一端；

PMOS2的栅极接开关K13的动端，开关K13的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK2；PMOS2的源极接开关K18的第二静端；开关K18的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS2的衬底；

开关K14的一端接时钟CK2，另一端接PMOS2的源极和PMOS3的漏极，以及电容C2的一端；

PMOS3的栅极接开关K15的动端，开关K15的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK1；PMOS3的源极接开关K19的第二静端；开关K19的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS3的衬底；

开关K16的一端接正电压VDD，另一端接PMOS3的源极，电容C3的一端，以及输出端V0；

NMOS1的漏极接地GND，栅极接开关K21的动端，开关K21的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK1；NMOS1的源极接开关K27的第二静端；开关K27的第一静端接地GND，动端接NMOS1的衬底；

开关K22的一端接时钟CK1，另一端接NMOS1的源极和NMOS2的漏极，以及电容C1的另一端；

NMOS2的栅极接开关K23的动端，开关K23的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK2；NMOS2的源极接开关K28的第二静端；开关K28的第一静端接地GND，动端接NMOS2的衬底；

开关K24的一端接时钟CK2，另一端接NMOS2的源极和NMOS3的漏极，以及电容C2的另一端；

NMOS3的栅极接开关K25的动端，开关K25的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK1；NMOS3的源极接开关K29的第二静端；开关K29的第一静端接地GND，动端接NMOS3的衬底；

开关K26的一端接地GND，另一端接NMOS3的源极，电容C3的另一端，以及输出端XV0。

当电路工作在正电荷泵模式时，负电荷泵的MOS管处于关闭状态，电容一端与时钟相连，最后一级电容与地相连，通过交替的时钟切换，使V0端输出正高压。

当电路工作在负电荷泵模式时，正电荷泵的MOS管处于关闭状态，电容一端与时钟相连，最后一级电容与电源相连，通过交替的时钟切换，使XV0端输出负高压。

下面举例说明正电荷泵模式。当正电荷泵工作模式时，开关切换如图2所示，开关管NMOS1、NMOS2、NMOS3处于关闭状态。CK1、CK2为完全相反的两个时钟信号。正电荷泵模式的电路简化图如图4所示。

1）CK1为低电平GND，CK2为高电平VDD时；

PMOS1管导通，C1电容下极板为GND，正电压VDD经PMOS1管对C1电容上极板进行充电，存储电量；PMOS2管关闭，C1、C2电容之间无电流通路；

2）CK1为高电平VDD，CK2为低电平GND时；

PMOS1管关闭，C1电容下极板由GND翻转为VDD，由于上一时钟周期，C1电容上存储有电量，C1电容上极板电压会被抬高到2倍VDD电压，而C2电容下极板由VDD翻转为GND，导致C1、C2电容上极板存在电压差，C1电容上极板电量经PMOS2对C2电容上极板进行转移；

循环往复，C1电容电量转移到C2电容，C2电容电量转移到C3电容，最终实现电荷泵的功能。

负电荷泵模式的工作原理和正电荷泵模式原理类似，不再赘述。负电荷泵模式时的开关切换见图3。

本发明的开关中，有些是单刀单掷开关，比如K12、K14等，用一个MOS管即可实现，有些是单刀双掷开关，比如K11、K13、K15等，可以用图5所示的双MOS管实现。

A为高，AN为低时，W1---W3开关导通；

A为低，AN为高时，W2---W3开关导通。

Claims (2)

1.一种分时复用的正负电荷泵电路，其特征在于，包括一个正电荷泵和一个负电荷泵，所述正电荷泵和负电荷泵通过公用的电容进行结合，并配置开关控制，使得两个电荷泵组合成为分时复用的正负电荷泵。

2.如权利要求1所述的分时复用的正负电荷泵电路，其特征在于：

所述正电荷泵包括：开关管PMOS1、PMOS2、PMOS3，开关K11、K12、K13、K14、K15、K16、K17、K18、K19；

所述负电荷泵包括：开关管NMOS1、NMOS2、NMOS3，开关K21、K22、K23、K24、K25、K26、K27、K28、K29、；

所述公用的电容包括电容C1、C2和C3；

PMOS1的漏极接正电压VDD，栅极接开关K11的动端，开关K11的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK1；PMOS1的源极接开关K17的第二静端；开关K17的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS1的衬底；

开关K12的一端接时钟CK1，另一端接PMOS1的源极和PMOS2的漏极，以及电容C1的一端；

PMOS2的栅极接开关K13的动端，开关K13的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK2；PMOS2的源极接开关K18的第二静端；开关K18的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS2的衬底；

开关K14的一端接时钟CK2，另一端接PMOS2的源极和PMOS3的漏极，以及电容C2的一端；

PMOS3的栅极接开关K15的动端，开关K15的第一静端接正电压VDD，第二静端接时钟CK1；PMOS3的源极接开关K19的第二静端；开关K19的第一静端接正电压VDD，动端接PMOS3的衬底；

开关K16的一端接正电压VDD，另一端接PMOS3的源极，电容C3的一端，以及输出端V0；

NMOS1的漏极接地GND，栅极接开关K21的动端，开关K21的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK1；NMOS1的源极接开关K27的第二静端；开关K27的第一静端接地GND，动端接NMOS1的衬底；

开关K22的一端接时钟CK1，另一端接NMOS1的源极和NMOS2的漏极，以及电容C1的另一端；

NMOS2的栅极接开关K23的动端，开关K23的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK2；NMOS2的源极接开关K28的第二静端；开关K28的第一静端接地GND，动端接NMOS2的衬底；

开关K24的一端接时钟CK2，另一端接NMOS2的源极和NMOS3的漏极，以及电容C2的另一端；

NMOS3的栅极接开关K25的动端，开关K25的第一静端接地GND，第二静端接时钟CK1；NMOS3的源极接开关K29的第二静端；开关K29的第一静端接地GND，动端接NMOS3的衬底；

开关K26的一端接地GND，另一端接NMOS3的源极，电容C3的另一端，以及输出端XV0；

时钟CK1和时钟CK2的信号相反。