CN105186860A - 电荷泵 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电荷泵，其包括：第一输出端；第二输出端；电源输入端；第一飞电容，其具有第一连接端和第二连接端；第二飞电容，其具有第三连接端和第四连接端；连接于电源输入端和第一连接端之间的第一开关；连接于第二连接端和接地端之间的第二开关；连接于电源输入端和第二连接端之间的第三开关；连接于第一连接端和第三连接端之间的第四开关；连接于第四连接端和接地端之间的第五开关；连接于第三连接端和第一输出端之间的第七开关；连接于第一输出端和第二连接端之间的第八开关；连接于第四连接端和第一连接端之间的第九开关；连接于第三连接端和第二输出端之间的第十开关。这样，只采用两个飞电容，能够实现3倍和6倍倍率的电压输出。

Description

电荷泵

【技术领域】

本发明涉及电荷泵领域，特别涉及一种用于3倍率和6倍率的电荷泵。

【背景技术】

在功率电荷泵领域，一般通过飞电容来产生不同倍率的电压输出。飞电容的个数越多，可能产生的倍率种数越多。但实际应用中，通常希望所需的飞电容个数越少越好。原因是每个飞电容至少需要占用2个芯片管脚，同时飞电容数目越多，所需成本越高，印刷电路板的体积也越大。

如何2个飞电容同时实现两个倍率，也有很大的挑战。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电荷泵，其只采用两个飞电容，能够同时实现两个倍率的电压输出。

为实现上述目的，本发明提供一种种电荷泵，其包括：第一输出端；连接于第一输出端的第一输出电容；第二输出端；连接于第二输出端的第二输出电容；电源输入端；连接于电源输入端和接地端之间的输入电压源；第一飞电容，其具有第一连接端和第二连接端；第二飞电容，其具有第三连接端和第四连接端；连接于电源输入端和第一连接端之间的第一开关；连接于第二连接端和接地端之间的第二开关；连接于电源输入端和第二连接端之间的第三开关；连接于第一连接端和第三连接端之间的第四开关；连接于第四连接端和接地端之间的第五开关；连接于第三连接端和第一输出端之间的第七开关；连接于第一输出端和第二连接端之间的第八开关；连接于第四连接端和第一连接端之间的第九开关；连接于第三连接端和第二输出端之间的第十开关。

进一步的，所述电荷泵还包括：连接于电源输入端和第四连接端之间的第六开关；在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；在第二阶段，第三开关、第四开关和第五开关导通，其余开关截止；在第三阶段，第六开关、第七开关导通，其余开关截止；在第四阶段，第八开关、第九开关和第十开关导通，其余开关截止。

进一步的，第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通或截止，在第一时钟信号为有效电平时，第一开关和第二开关的导通，在第一时钟信号为无效电平时，第一开关和第二开关的截止；第二时钟信号控制第三开关、第四开关和第五开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关、第四开关和第五开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关、第四开关和第五开关截止；第三时钟信号控制第六开关和第七开关的导通或截止，在第三时钟信号为有效电平时，第六开关和第七开关导通，在第三时钟信号为无效电平时，第六开关和第七开关截止；第四时钟信号控制第八开关、第九开关和第十开关的导通或截止，在第四时钟信号为有效电平时，第八开关、第九开关和第十开关导通，在第四时钟信号为无效电平时，第八开关、第九开关和第十开关截止；第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号是有效电平不交叠时钟，并依次跳变为有效电平。

进一步的，第一时钟信号与第一开关和第二开关的控制端相连；第二时钟信号与第三开关、第四开关和第五开关的控制端相连；第三时钟信号与第六开关和第七开关的控制端相连；第四时钟信号与第八开关、第九开关和第十开关的控制端相连，各个时钟信号的有效电平为高电平，无效电平为低电平。

进一步的，在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；在第二阶段，第三开关、第四开关和第五开关导通，其余开关截止；在第三阶段，第二开关、第七开关和第九开关导通，其余开关截止；在第四阶段，第八开关、第九开关和第十开关导通，其余开关截止。

进一步的，第一时钟信号和第三时钟信号共同控制第二开关的导通或截止，在第一时钟信号或第三时钟信号为有效电平时，第二开关的导通，在第一时钟信号或第三时钟信号为无效电平时，第二开关的截止；第三时钟信号和第四时钟信号共同控制第九开关的导通或截止，在第三时钟信号或第四时钟信号为有效电平时，第九开关的导通，在第三时钟信号或第四时钟信号为无效电平时，第九开关的截止；第一时钟信号控制第一开关的导通或截止，在第一时钟信号为有效电平时，第一开关导通，在第一时钟信号为无效电平时，第一开关截止；第二时钟信号控制第三开关、第四开关和第五开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关、第四开关和第五开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关、第四开关和第五开关截止；第三时钟信号控制第七开关的导通或截止，在第三时钟信号为有效电平时，第七开关导通，在第三时钟信号为无效电平时，第七开关截止；第四时钟信号控制第八开关和第十开关的导通或截止，在第四时钟信号为有效电平时，第八开关和第十开关导通，在第四时钟信号为无效电平时，第八开关和第十开关截止；第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号是有效电平不交叠时钟，并依次跳变为有效电平。

与现有技术相比，本发明中的电荷泵，只采用两个飞电容，能够同时实现3倍和6倍这两个倍率的电压输出。

【附图说明】

结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：

图1为本发明中的电荷泵在一个实施中的电路示意图；

图2为本发明中的电荷泵在另一个实施中的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本发明中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本发明中的“和/或”表示“和”或者“或”。

图1为本发明中的电荷泵在一个实施中的电路示意图。如图1所示的，所述电荷泵，其包括：第一输出端VO1、连接于第一输出端VO1的第一输出电容Co1、第二输出端VO2、连接于第二输出端VO2的第二输出电容Co2、电源输入端IN、连接于电源输入端IN和接地端之间的输入电压源VIN、具有第一连接端A和第二连接端B的第一飞电容C1、具有第三连接端C和第四连接端D第二飞电容C2、连接于电源输入端IN和第一连接端A之间的第一开关S11、连接于第二连接端B和接地端之间的第二开关S12、连接于电源输入端IN和第二连接端B之间的第三开关S21、连接于第一连接端A和第三连接端C之间的第四开关S22、连接于第四连接端D和接地端之间的第五开关S23、连接于电源输入端IN和第四连接端D之间的第六开关S31、连接于第三连接端C和第一输出端VO1之间的第七开关S32、连接于第一输出端VO1和第二连接端B之间的第八开关S41、连接于第四连接端D和第一连接端A之间的第九开关S42、连接于第三连接端C和第二输出端VO2之间的第十开关S43。

所述电荷泵按照如下时序来控制各个开关的导通或截止。

在第一阶段，第一开关S11和第二开关S12导通，其余开关截止。第一飞电容C1与输入电压源VIN并联，因此:VC1＝VIN，其中VC1为第一飞电容C1两端的电压值，VIN为输入电压源VIN的电压值。

在第二阶段，第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23导通，其余开关截止。第一飞电容C1与输入电压源VIN串联后与第二飞电容C2并联，因此:VC2＝VIN+VC1，其中VC2为第二飞电容C2两端的电压值。

在第三阶段，第六开关S31、第七开关S32导通，其余开关截止。第二飞电容C2与输入电压源VIN串联后与第一输出电容Co1并联，因此：VO1＝VIN+VC2，其中VO1为第一输出电容Co1两端的电压值。

在第四阶段，第八开关S41、第九开关S42和第十开关S43导通，其余开关截止。第一输出电容Co1与第一飞电容C1、第二飞电容C2串联后与第二输出电容Co2并联，因此：VO2＝VO1+VC1+VC2，其中VO2为第二输出电容Co2两端的电压值。

结合上述四个公式，可得:VC1＝VIN，VC2＝2.VIN，VO1＝3.VIN，VO2＝6.VIN，这样可以同时实现3倍和6倍的输出电压。

在一个实施例中，第一时钟信号CK1控制第一开关S11和第二开关S12的导通或截止，在第一时钟信号CK1为有效电平时，第一开关S11和第二开关S12的导通，在第一时钟信号CK1为无效电平时，第一开关S11和第二开关S12的截止。第二时钟信号CK2控制第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23的导通或截止，在第二时钟信号CK2为有效电平时，第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23导通，在第二时钟信号CK2为无效电平时，第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23截止。第三时钟信号CK3控制第六开关S31和第七开关S32的导通或截止，在第三时钟信号CK3为有效电平时，第六开关S31和第七开关S32导通，在第三时钟信号CK3为无效电平时，第六开关S31和第七开关S32截止。第四时钟信号CK4控制第八开关S41、第九开关S42和第十开关S43的导通或截止，在第四时钟信号CK4为有效电平时，第八开关S41、第九开关S42和第十开关S43导通，在第四时钟信号CK4为无效电平时，第八开关S41、第九开关S42和第十开关S43截止。第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4是有效电平不交叠时钟，并依次跳变为有效电平。

具体的，第一时钟信号CK1与第一开关S11和第二开关S12的控制端相连；第二时钟信号CK2与第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23的控制端相连；第三时钟信号CK3与第六开关S31和第七开关S32的控制端相连；第四时钟信号CK4与第八开关S41、第九开关S42和第十开关S43的控制端相连，各个时钟信号的有效电平为高电平，无效电平为低电平。

图2为本发明中的电荷泵在另一个实施中的电路示意图。如图2所示的，所述电荷泵，其包括：第一输出端VO1、连接于第一输出端VO1的第一输出电容Co1、第二输出端VO2、连接于第二输出端VO2的第二输出电容Co2、电源输入端IN、连接于电源输入端IN和接地端之间的输入电压源VIN、具有第一连接端A和第二连接端B的第一飞电容C1、具有第三连接端C和第四连接端D第二飞电容C2、连接于电源输入端IN和第一连接端A之间的第一开关S11、连接于第二连接端B和接地端之间的第二开关S12、连接于电源输入端IN和第二连接端B之间的第三开关S21、连接于第一连接端A和第三连接端C之间的第四开关S22、连接于第四连接端D和接地端之间的第五开关S23、连接于第三连接端C和第一输出端VO1之间的第七开关S32、连接于第一输出端VO1和第二连接端B之间的第八开关S41、连接于第四连接端D和第一连接端A之间的第九开关S42、连接于第三连接端C和第二输出端VO2之间的第十开关S43。

所述电荷泵按照如下时序来控制各个开关的导通或截止。

在第一阶段，第一开关S11和第二开关S12导通，其余开关截止。第一飞电容C1与输入电压源VIN并联，因此:VC1＝VIN，其中VC1为第一飞电容C1两端的电压值，VIN为输入电压源VIN的电压值。

在第二阶段，第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23导通，其余开关截止。第一飞电容C1与输入电压源VIN串联后与第二飞电容C2并联，因此:VC2＝VIN+VC1，其中VC2为第二飞电容C2两端的电压值。

在第三阶段，第二开关S12、第七开关S32和第九开关S42导通，其余开关截止。第二飞电容C2与第一飞电容C1串联后与第一输出电容Co1并联，因此：VO1＝VC1+VC2，其中VO1为第一输出电容Co1两端的电压值。

在第四阶段，第八开关S41、第九开关S42和第十开关S43导通，其余开关截止。第一输出电容Co1与第一飞电容C1、第二飞电容C2串联后与第二输出电容Co2并联，因此：VO2＝VO1+VC1+VC2，其中VO2为第二输出电容Co2两端的电压值。

结合上述四个公式，可得:VC1＝VIN，VC2＝2.VIN，VO1＝3.VIN，VO2＝6.VIN，这样可以同时实现3倍和6倍的输出电压。

与图1所示的实施例相比，图2中的电荷泵节省了一个开关S31，由于一般功率电荷泵需要提供较大的输出电流，功率开关的面积一般也较大，节省一个功率开关将节省芯片面积，能降低芯片成本。

在一个实施例中，第一时钟信号CK1和第三时钟信号CK3共同控制第二开关S12的导通或截止，在第一时钟信号CK1或第三时钟信号CK3为有效电平时，第二开关S12的导通，在第一时钟信号CK1或第三时钟信号CK3为无效电平时，第二开关S12的截止。第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4共同控制第九开关S42的导通或截止，在第三时钟信号CK3或第四时钟信号CK4为有效电平时，第九开关S42的导通，在第三时钟信号CK3或第四时钟信号CK4为无效电平时，第九开关S42的截止。第一时钟信号CK1控制第一开关S11的导通或截止，在第一时钟信号CK1为有效电平时，第一开关S11导通，在第一时钟信号CK1为无效电平时，第一开关S11截止。

第二时钟信号CK2控制第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23导通，在第二时钟信号CK2为无效电平时，第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23截止。第三时钟信号CK3控制第七开关S32的导通或截止，在第三时钟信号CK3为有效电平时，第七开关S32导通，在第三时钟信号CK3为无效电平时，第七开关S32截止。第四时钟信号CK4控制第八开关S41和第十开关S43的导通或截止，在第四时钟信号CK4为有效电平时，第八开关S41和第十开关S43导通，在第四时钟信号CK4为无效电平时，第八开关S41和第十开关S43截止；第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4是有效电平不交叠时钟，并依次跳变为有效电平。

优选的，所述电荷泵第一或门OR1和第二或门OR2。第一时钟信号CK1与第一开关S12的控制端相连。第二时钟信号CK2与第三开关S21、第四开关S22和第五开关S23的控制端相连。第三时钟信号CK3与第七开关S32的控制端相连。第四时钟信号CK4与第八开关S41和第十开关S43的控制端相连。第一时钟信号CK1与第三时钟信号CK3分别与第一或门OR1的两个输入端相连，第一或门OR1的输出端与第二开关S12的控制端相连。第三时钟信号CK3与第四时钟信号CK4分别与第二或门OR2的两个输入端相连，第二或门OR的输出端与第九开关S42的控制端相连，各个时钟信号的有效电平为高电平，无效电平为低电平。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于所述具体实施方式。

Claims (7)

1.一种电荷泵，其特征在于，其包括：

第一输出端；

连接于第一输出端的第一输出电容；

第二输出端；

连接于第二输出端的第二输出电容；

电源输入端；

连接于电源输入端和接地端之间的输入电压源；

第一飞电容，其具有第一连接端和第二连接端；

第二飞电容，其具有第三连接端和第四连接端；

连接于电源输入端和第一连接端之间的第一开关；

连接于第二连接端和接地端之间的第二开关；

连接于电源输入端和第二连接端之间的第三开关；

连接于第一连接端和第三连接端之间的第四开关；

连接于第四连接端和接地端之间的第五开关；

连接于第三连接端和第一输出端之间的第七开关；

连接于第一输出端和第二连接端之间的第八开关；

连接于第四连接端和第一连接端之间的第九开关；

连接于第三连接端和第二输出端之间的第十开关。

2.根据权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，其还包括：连接于电源输入端和第四连接端之间的第六开关；

在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；

在第二阶段，第三开关、第四开关和第五开关导通，其余开关截止；

在第三阶段，第六开关、第七开关导通，其余开关截止；

在第四阶段，第八开关、第九开关和第十开关导通，其余开关截止。

3.根据权利要求2所述的电荷泵，其特征在于，

第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通或截止，在第一时钟信号为有效电平时，第一开关和第二开关的导通，在第一时钟信号为无效电平时，第一开关和第二开关的截止；

第二时钟信号控制第三开关、第四开关和第五开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关、第四开关和第五开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关、第四开关和第五开关截止；

第三时钟信号控制第六开关和第七开关的导通或截止，在第三时钟信号为有效电平时，第六开关和第七开关导通，在第三时钟信号为无效电平时，第六开关和第七开关截止；

第四时钟信号控制第八开关、第九开关和第十开关的导通或截止，在第四时钟信号为有效电平时，第八开关、第九开关和第十开关导通，在第四时钟信号为无效电平时，第八开关、第九开关和第十开关截止；

第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号是有效电平不交叠时钟，并依次跳变为有效电平。

4.根据权利要求3所述的电荷泵，其特征在于，

第一时钟信号与第一开关和第二开关的控制端相连；

第二时钟信号与第三开关、第四开关和第五开关的控制端相连；

第三时钟信号与第六开关和第七开关的控制端相连；

第四时钟信号与第八开关、第九开关和第十开关的控制端相连，

各个时钟信号的有效电平为高电平，无效电平为低电平。

5.根据权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，

在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；

在第二阶段，第三开关、第四开关和第五开关导通，其余开关截止；

在第三阶段，第二开关、第七开关和第九开关导通，其余开关截止；

在第四阶段，第八开关、第九开关和第十开关导通，其余开关截止。

6.根据权利要求5所述的电荷泵，其特征在于，

第一时钟信号和第三时钟信号共同控制第二开关的导通或截止，在第一时钟信号或第三时钟信号为有效电平时，第二开关的导通，在第一时钟信号或第三时钟信号为无效电平时，第二开关的截止；

第三时钟信号和第四时钟信号共同控制第九开关的导通或截止，在第三时钟信号或第四时钟信号为有效电平时，第九开关的导通，在第三时钟信号或第四时钟信号为无效电平时，第九开关的截止；

第一时钟信号控制第一开关的导通或截止，在第一时钟信号为有效电平时，第一开关导通，在第一时钟信号为无效电平时，第一开关截止；

第二时钟信号控制第三开关、第四开关和第五开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关、第四开关和第五开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关、第四开关和第五开关截止；

第三时钟信号控制第七开关的导通或截止，在第三时钟信号为有效电平时，第七开关导通，在第三时钟信号为无效电平时，第七开关截止；

第四时钟信号控制第八开关和第十开关的导通或截止，在第四时钟信号为有效电平时，第八开关和第十开关导通，在第四时钟信号为无效电平时，第八开关和第十开关截止；

第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号是有效电平不交叠时钟，并依次跳变为有效电平。

7.根据权利要求6所述的电荷泵，其特征在于，其还包括还有第一或门和第二或门，

第一时钟信号与第一开关的控制端相连；

第二时钟信号与第三开关、第四开关和第五开关的控制端相连；

第三时钟信号与第七开关的控制端相连；

第四时钟信号与第八开关和第十开关的控制端相连，

第一时钟信号与第三时钟信号分别与第一或门的两个输入端相连，第一或门的输出端与第二开关的控制端相连，

第三时钟信号与第四时钟信号分别与第二或门的两个输入端相连，第二或门的输出端与第九开关的控制端相连，

各个时钟信号的有效电平为高电平，无效电平为低电平。