CN105119484B - 一种电荷泵电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电荷泵电路，包括：输出电压监测模块，用于实时监测电荷泵的输出电压并调整脉冲发生器的参考电压；脉冲发生器，用于产生与所述参考电压成正比例变化的脉冲信号到电压检测模块；电压检测模块，用于在所述脉冲信号的控制下对电荷泵的输出电压进行检测，并输出使能信号到电荷泵模块，启动电荷泵开始工作；电荷泵模块，在所述使能信号的控制下输出目标电压；刷新频率控制开关，用于每次刷新时设置脉冲发生器的参考电压为初始参考电压。本发明实施例根据输出电压监测结果调整脉冲发生器的脉冲频率，进而对电压检测模块的检测频率进行刷新自调整，在保证输出电压稳定的前提下，最大程度地减少功耗的浪费。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电路技术领域，尤其涉及一种电荷泵电路。
背景技术
电荷泵电路作为Flash存储器的基本模块，很大程度上决定了Flash的编程/擦除速度。随着集成电路的不断发展，基于低功耗、低成本的考虑，电荷泵电路在集成电路中的应用越来越广泛。
电荷泵的基本工作原理是通过电容对电荷的积累效应而抬升电荷泵的输出电压。由于漏电流的存在，电荷泵需要检测电路对输出电压进行检测，当输出电压低于目标电压时电荷泵开始工作，将输出电压抬升到目标电压。每对输出电压检测一次都会从输出电压端抽取电流，如果频繁地对输出电压进行检测就会造成很大功耗的浪费，但是如果每隔很长时间才对输出电压进行检测一次，输出电压就会偏离目标电压很大，使得输出电压很不稳定。
综上所述，为了在保证输出电压稳定的前提下，最大程度地减少功耗的浪费，需要对检测电路的检测频率进行控制。
发明内容
本发明提供一种电荷泵电路，以实现在保证输出电压稳定的前提下，最大程度地减少功耗的浪费。
本发明实施例提供一种电荷泵电路，包括：输出电压监测模块，用于实时监测电荷泵的输出电压并调整脉冲发生器的参考电压；脉冲发生器，用于产生与所述参考电压成正比例变化的脉冲信号到电压检测模块；电压检测模块，用于在所述脉冲信号的控制下对电荷泵的输出电压进行检测，并输出使能信号到电荷泵模块，启动电荷泵开始工作；电荷泵模块，在所述使能信号的控制下输出目标电压；刷新频率控制开关，用于每次刷新时设置脉冲发生器的参考电压为初始参考电压。
所述电荷泵为正电压电荷泵。
所述输出电压监测模块由第一电容和第二电容组成，所述第一电容和第二电容串联后一端接地，另一端与所述电荷泵模块的输出端相连。
所述脉冲发生器包括一环型振荡器和一计数器，所述环型振荡器与所述计数器通过一反相器相连；其中，所述环型振荡器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第十三PMOS管、第十四PMOS管和第十五PMOS管；
其中所述第八PMOS管的栅极为所述脉冲发生器参考电压输入端，与所述输出电压监测模块相连，源极与电源端相连，漏极与所述第五NMOS管的漏极相连；所述第五NMOS管的源极接地，栅极与所述第六NMOS管的栅极相连；所述第六NMOS管的源极接地；所述第九PMOS管与所述第八PMOS管成镜像连接，漏极与所述第六NMOS管的漏极相连；所述第十PMOS管与所述第九PMOS管镜像连接，并依次与所述第十三PMOS管、第七NMOS管和第十NMOS管串联连接；其中第十三PMOS管的栅极与第七NMOS管的栅极相连，第十NMOS管的源极接地；所述第十一PMOS管与所述第十PMOS管并联，并依次与所述第十四PMOS管、第八NMOS管和第十一NMOS管串联连接；其中第十四PMOS管的栅极与第八NMOS管的栅极相连，第十一NMOS管的源极接地；所述第十二PMOS管与所述第十一PMOS管并联，并依次与所述第十五PMOS管、第九NMOS管和第十二NMOS管串联连接；其中第十五PMOS管的栅极与第九NMOS管的栅极相连，第十二NMOS管的源极接地；其中第十五PMOS管的漏极为环型振荡器的输出端，通过一反相器与所述计数器相连。
本发明实施例提供的电荷泵电路，增加了刷新频率控制电路，输出电压监测模块通过电容对输出电压进行实时监测，并根据监测结果调整脉冲发生器的脉冲频率，进而对电压检测模块的检测频率进行刷新自调整，在保证输出电压稳定的前提下，最大程度地减少功耗的浪费。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种电荷泵电路框图；
图2是本发明实施例一提供的参考电压PBIAS和输出电压Vout以及对应的脉冲信号RF_EN和PUMP_EN的波形变化图；
图3是本发明实施例二提供的脉冲发生器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种电荷泵电路框图，本实施例适用于低功耗的集成电路中。本实施例提供的一种电荷泵电路框图，如图1所示，包括：输出电压监测模块110，用于实时监测电荷泵的输出电压并调整脉冲发生器的参考电压；脉冲发生器120，用于产生与所述参考电压成正比例变化的脉冲信号到电压检测模块；电压检测模块130，用于在所述脉冲信号的控制下对电荷泵的输出电压进行检测，并输出使能信号到电荷泵模块，启动电荷泵开始工作；电荷泵模块140，在所述使能信号的控制下输出目标电压；刷新频率控制开关150，用于每次刷新时设置脉冲发生器的参考电压为初始参考电压。
其中，所述电荷泵优选为正电压电荷泵。
所述输出电压监测模块优选为如图1所示110的电路结构，所述输出电压监测模块110由第一电容C0和第二电容C1组成，所述第一电容C0和第二电容C1串联后一端接地，另一端与所述电荷泵模块的输出端相连，NET与脉冲发生器的输入端PBIAS相连。这样设计电路的好处是一方面NET处的电压变化表征了电荷泵输出端Vout的电压变化情况，两者的关系是NET＝C0*Vout/(C0+C1)，另一方面通过电容对输出电压进行监测不会造成电荷的流失。
所述电荷泵的具体工作过程为：设置初始刷新频率f0，每隔t0刷新一次，即每隔t0脉冲发生器产生一个脉冲信号RF_EN到电压检测电路，启动电压检测电路对电荷泵的输出电压进行检测一次，同时电压检测电路每隔t0发出一个使能信号PUMP_EN到所述电荷泵电路，启动电荷泵工作，将输出电压抬升至目标电压。对应的脉冲发生器的初始参考电压为PBIAS0，每次刷新时将开关KM闭合，将PBIAS0传到PBIAS上，完成本次刷新后，开关打开，PBIAS下降斜率与Vout下降斜率成一定比例，该比例为NET1＝C0*Vout/(C0+C1)。泄漏电流Ileak越大，Vout下降越快，PBIAS下降越快，脉冲发生器产生RF_EN脉冲的频率越快，启动电荷泵工作的使能信号PUMP_EN频率越快，从而避免了输出电压Vout偏离目标电压过大，实现了检测频率刷新自调整。图2给出了参考电压PBIAS和输出电压Vout以及对应的脉冲信号RF_EN和PUMP_EN的波形变化图，图中V0代表输出电压Vout偏离目标电压的值，t1代表使能信号PUMP_EN的脉宽。
需要说明的是，脉冲发生器的初始参考电压PBIAS0根据实际需要自行设定。图1中，Cld代表电荷泵提供电荷的能力，Ileak代表电荷泵内部晶体管的漏电流，所述漏电流无法消除，所以会导致电荷泵输出电压偏离目标电压。
本实施例的技术方案为，输出电压监测模块通过电容对输出电压进行实时监测，并根据监测结果调整脉冲发生器的脉冲频率，进而对电压检测模块的检测频率进行刷新自调整，在保证输出电压稳定的前提下，最大程度地减少功耗的浪费。
实施例二
在上述实施例的基础上，为了更加清楚地描述所述脉冲发生器的工作过程，作为一个优选实施例，图3给出了所述脉冲发生器的具体电路图，如图3所示：脉冲发生器包括一环型振荡器和一计数器，所述环型振荡器与所述计数器通过一反相器相连；
其中，所述环型振荡器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第十三PMOS管、第十四PMOS管和第十五PMOS管；
其中所述第八PMOS管的栅极为所述脉冲发生器参考电压输入端，与所述输出电压监测模块相连，源极与电源端相连，漏极与所述第五NMOS管的漏极相连；所述第五NMOS管的源极接地，栅极与所述第六NMOS管的栅极相连；所述第六NMOS管的源极接地；所述第九PMOS管与所述第八PMOS管成镜像连接，漏极与所述第六NMOS管的漏极相连；所述第十PMOS管与所述第九PMOS管镜像连接，并依次与所述第十三PMOS管、第七NMOS管和第十NMOS管串联连接；其中第十三PMOS管的栅极与第七NMOS管的栅极相连，第十NMOS管的源极接地；所述第十一PMOS管与所述第十PMOS管并联，并依次与所述第十四PMOS管、第八NMOS管和第十一NMOS管串联连接；其中第十四PMOS管的栅极与第八NMOS管的栅极相连，第十一NMOS管的源极接地；所述第十二PMOS管与所述第十一PMOS管并联，并依次与所述第十五PMOS管、第九NMOS管和第十二NMOS管串联连接；其中第十五PMOS管的栅极与第九NMOS管的栅极相连，第十二NMOS管的源极接地；其中第十五PMOS管的漏极为环型振荡器的输出端，通过一反相器与所述计数器相连。
为了清楚地描述上述脉冲发生器的工作过程，假设当PBIAS降低时(该过程中环型振荡器的电源VDD是保持不变的)，如图3所示，此时P10的导通能力增强，N10的导通能力减弱，对net5的充电速度变快，同样的道理net6和net7的电位变化速度也变快，那么环型振荡器的输出信号的频率就跟随PBIAS的降低而升高了。当net5充电至发生正跳变时，net6发生负跳变，net7发生正跳变，又导致net5发生负跳变，周而复始使得环型振荡器输出一定频率的时钟信号。PBIAS降低的越多，对net5的充电速度越快，net6和net7的电位变化速度也越快，振荡器的振荡频率也越快，通过计数器产生RF_EN脉冲的频率也越快。所述计数器的计数频率可以根据实际需要进行设定。当PBIAS升高时与上述工作过程相反。
需要说明的是P10、P11、P12、N10、N11以及N12如上所述，是限流管限制对节点net5、net6和net7的充放电速度，对节点net5、net6和net7的充放电速度越快环型振荡器的振荡频率越快。
本实施例的技术方案，通过PBIAS的电压变化来控制对节点net5、net6和net7的充放电速度，进而控制脉冲发生器产生脉冲的频率。通过将PBIAS端与输出电压监测模块相连，实现了根据监测结果调整脉冲发生器的脉冲频率，进而对电压检测模块的检测频率进行刷新自调整，在保证输出电压稳定的前提下，最大程度地减少功耗的浪费。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (4)
1.一种电荷泵电路，其特征在于，该电路包括：
输出电压监测模块，用于实时监测电荷泵的输出电压并调整脉冲发生器的参考电压；
脉冲发生器，用于产生与所述参考电压成正比例变化的脉冲信号到电压检测模块；
电压检测模块，用于在所述脉冲信号的控制下对电荷泵的输出电压进行检测，并输出使能信号到电荷泵模块，启动电荷泵开始工作；
电荷泵模块，在所述使能信号的控制下输出目标电压；
刷新频率控制开关，用于每次刷新时设置脉冲发生器的参考电压为初始参考电压。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电荷泵为正电压电荷泵。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出电压监测模块由第一电容和第二电容组成，所述第一电容和第二电容串联后一端接地，另一端与所述电荷泵模块的输出端相连。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述脉冲发生器包括一环型振荡器和一计数器，所述环型振荡器与所述计数器通过一反相器相连；
其中，所述环型振荡器包括第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、第十一NMOS管、第十二NMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第十二PMOS管、第十三PMOS管、第十四PMOS管和第十五PMOS管；
其中所述第八PMOS管的栅极为所述脉冲发生器参考电压输入端，与所述输出电压监测模块相连，源极与电源端相连，漏极与所述第五NMOS管的漏极相连；
所述第五NMOS管的源极接地，栅极与所述第六NMOS管的栅极相连；
所述第六NMOS管的源极接地；
所述第九PMOS管与所述第八PMOS管成镜像连接，漏极与所述第六NMOS管的漏极相连；
所述第十PMOS管与所述第九PMOS管镜像连接，所述第十PMOS管的漏极依次与所述第十三PMOS管、第七NMOS管和第十NMOS管串联连接；其中第十三PMOS管的栅极与第七NMOS管的栅极相连，第十NMOS管的源极接地；
所述第十一PMOS管与所述第十PMOS管源极相连，所述第十一PMOS管的漏极依次与所述第十四PMOS管、第八NMOS管和第十一NMOS管串联连接；其中第十四PMOS管的栅极与第八NMOS管的栅极相连，第十一NMOS管的源极接地；
所述第十二PMOS管与所述第十一PMOS管源极相连，所述第十二PMOS管的漏极依次与所述第十五PMOS管、第九NMOS管和第十二NMOS管串联连接；其中第十五PMOS管的栅极与第九NMOS管的栅极相连，第十二NMOS管的源极接地；其中第十五PMOS管的漏极为环型振荡器的输出端，通过一反相器与所述计数器相连。
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