CN107689728A - 电荷泵控制环路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电荷泵控制环路，包括：输出电压监测模块，用于实时监测电荷泵输出的增强电压，所述电荷泵包括至少一电荷泵子单元阵列；使能控制模块，用于调整所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，以使得所述增强电压高于电源电压。本发明能够弥补现有技术中难以提供高于电源电源的增强电压的缺陷，提供稳定的高于电源电压的增强电压，保证模拟电路的性能。

Description

电荷泵控制环路
技术领域
本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电荷泵控制环路。
背景技术
由于现代CMOS(互补金属氧化物半导体)工艺沟道长度不断的减小，为保证MOS(金属氧化物半导体)管正常工作不被击穿，电源电压也必须随之减小。电源电压减小对CMOS模拟电路设计带来了诸多困难，例如MOS开关的开启电压不足，运算放大器输出摆幅受限等等。为保证模拟电路性能，在芯片内部通常需要一个高于电源电压的增强电压，但是现有技术中往往难以提供这样具有稳定输出的增强电压。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术中难以提供高于电源电源的增强电压的缺陷，提供一种能够提供稳定的高于电源电压的增强电压的电荷泵控制环路。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种电荷泵控制环路，包括：
输出电压监测模块，用于实时监测电荷泵输出的增强电压，所述电荷泵包括至少一电荷泵子单元阵列；
使能控制模块，用于调整所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，以使得所述增强电压高于电源电压。
较佳地，所述输出电压监测模块还用于将所述增强电压与预设电压作比较，并根据比较结果输出指示信号至所述使能控制模块；
所述使能控制模块还用于根据所述指示信号调整所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，以使得所述增强电压高于电源电压。
较佳地，所述预设电压等于所述电源电压加参考电压；
所述输出电压监测模块还用于在比较结果为所述增强电压小于所述预设电压时输出第一指示信号至所述使能控制模块，在比较结果为所述增强电压大于或等于所述预设电压时输出第二指示信号至所述使能控制模块；
所述使能控制模块还用于在接收到所述第一指示信号时，增加所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，在接收到所述第二指示信号时，保持所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目不变。
较佳地，所述输出电压监测模块包括：
第一电容；
第二电容；
比较器；
所述比较器的正输入端与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端通过第一开关接地且还通过第二开关接入所述参考电压；
所述比较器的正输入端还与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端通过第三开关接入所述增强电压且还通过第四开关接入电源电压；
所述比较器的正输入端还通过第五开关接入共模电压；
所述第一开关、第三开关和所述第五开关由采样相控制，所述第二开关和所述第四开关由保持相控制；
所述比较器的负输入端输入所述共模电压；
所述比较器的输出端输出所述第一指示信号或所述第二指示信号。
较佳地，在所述采样相有效时，所述第一开关、第三开关和所述第五开关闭合；
在所述保持相有效时，所述第二开关和所述第四开关闭合。
较佳地，所述电荷泵子单元阵列中子单元包括：
时钟产生电路，用于由时钟信号产生两相不交叠的第一时钟和第二时钟；
充电自举电路，用于依据所述第一时钟对第三电容充电或自举，以及依据所述第二时钟对第四电容充电或自举。
较佳地，所述电荷泵控制环路还包括：
退耦电容，所述退耦电容的一端与所述电荷泵用于输出所述增强电压的输出端连接，所述退耦电容的另一端接地。
较佳地，所述电荷泵用于输出所述增强电压的输出端还与负载连接。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够提供稳定的高于电源电压得增强电压，保证模拟电路性能。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的电荷泵控制环路的框图。
图2为本发明一较佳实施例的电荷泵控制环路的电荷泵子单元阵列中子单元的电路图。
图3为本发明一较佳实施例的电荷泵控制环路的输出电压监测模块的电路图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例
一种电荷泵控制环路，如图1所示，包括：输出电压监测模块01和使能控制模块02。所述输出电压监测模块01的输入端与电荷泵的输出端连接，所述输出电压监测模块01的输出端与所述使能控制模块02的输入端连接，所述使能控制模块02的输出端与所述电荷泵的输入端连接，形成一个环路。
所述输出电压监测模块01，用于实时监测电荷泵输出的增强电压VBST，以及将所述增强电压VBST与预设电压作比较，并根据比较结果输出指示信号VFLAG至使能控制模块02。所述电荷泵包括至少一电荷泵子单元阵列，所述电荷泵子单元阵列能够提供可调的输出电压，各电荷泵子单元阵列的输出电压构成了所述电荷泵输出的增强电压VBST。
所述使能控制模块02，用于根据所述指示信号VFLAG调整所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，以使得所述增强电压VBST高于电源电压VDD。
所述电荷泵控制环路还包括退耦电容Cdecap，所述退耦电容Cdecap的一端与所述电荷泵用于输出所述增强电压VBST的输出端连接，如图1示出的连接于所述电荷泵子单元阵列的输出端与所述输出电压监测模块01的输入端之间)，所述退耦电容Cdecap的另一端接地。所述电荷泵用于输出所述增强电压VBST的输出端还与负载连接，所述负载的一端接地，图1中标注了负载电流Iload。所述退耦电容Cdecap可以起到稳定所述增强电压VBST的作用。
本实施例中，所述电荷泵子单元阵列中子单元的电路如图2所示，包括：
时钟产生电路11，用于由时钟信号ck产生两相不交叠的第一时钟ckp和第二时钟ckn；
充电自举电路12，用于依据所述第一时钟ckp对第三电容C3充电或自举，以及依据所述第二时钟ckn对第四电容C4充电或自举。
所述第一时钟ckp和所述第二时钟ckn对电容C3/C4进行轮流充电/自举。对于第三电容C3而言，当所述第一时钟ckp为高时，第三电容C3充电至VDD；当所述第一时钟ckp为低时，由于电荷守恒，第三电容C3上极板被自举到2*VDD；无输出负载时，Vout＝2*VDD；由于输出负载变化，输出电压Vout会低于2*VDD。对于第四电容C4而言，当第二时钟ckn为高时，第四电容C4充电至VDD；当第二时钟ckn为低时，由于电荷守恒，第四电容C4上极板被自举到2*VDD；无输出负载时，Vout＝2*VDD；由于输出负载变化，输出电压Vout会低于2*VDD。
本实施例中，所述预设电压等于所述电源电压VDD加参考电压VREF，即等于(VREF+VDD)。其中参考电压VREF由芯片内提供，即所述预设电压为大于所述电源电压VDD的电压。若所述增强电压VBST小于所述预设电压，则表明所述增强电压VBST不大于所述电源电压VDD或所述增强电压VBST大于所述电源电压VDD的幅度未达到预设的需求；若所述增强电压VBST大于或等于所述预设电压，则表明所述增强电压VBST高于电源电压VDD且所述增强电压VBST大于所述电源电压VDD的幅度达到了预设的需求。
具体地，所述输出电压监测模块根据比较结果输出指示信号至所述使能控制模块包括：
在所述增强电压VBST与所述预设电压的比较结果为所述增强电压VBST小于所述预设电压时输出第一指示信号至所述使能控制模块02，所述第一指示信号用于指示所述使能控制模块02增加所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目；
在所述增强电压VBST与所述预设电压的比较结果为所述增强电压VBST大于或等于所述预设电压时输出第二指示信号至所述使能控制模块02，所述第二指示信号用于指示所述使能控制模块02保持所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目不变。
所述使能控制模块02还用于在接收到所述第一指示信号时，增加所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，在接收到所述第二指示信号时，保持所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目不变。
所述输出电压监测模块01的电路如图3所示，所述输出电压监测模块01包括：
第一电容C1；
第二电容C2；
比较器comp；
所述比较器comp的正输入端与所述第一电容C1的一端连接，所述第一电容C1的另一端通过第一开关S1接地且还通过第二开关S2接入所述参考电压VREF；
所述比较器comp的正输入端还与第二电容C2的一端连接，所述第二电容C2的另一端通过第三开关S3接入所述增强电压VBST且还通过第四开关S4接入电源电压VDD；
所述比较器comp的正输入端还通过第五开关S5接入共模电压VCM；
所述比较器comp的负输入端输入所述共模电压VCM；
所述比较器comp的输出端输出所述第一指示信号或所述第二指示信号。
其中，所述第一开关S1、第三开关S3和所述第五开关S5由采样相cks控制，所述第二开关S2和所述第四开关S4由保持相ckh控制，其中采样相cks和保持相ckh为两相不交叠时钟，可由与图2中时钟产生电路11类似的模块产生：
在所述采样相cks有效时，所述第一开关S1、第三开关S3和所述第五开关S5闭合，此时，所述比较器comp的正输入端的电荷量为：
Q1＝C1·(Vx-Vss)+C2·(Vx-VBST)；
Vx＝VCM；
在所述保持相ckh有效时，所述第二开关S2和所述第四开关S4闭合，此时，所述比较器comp的正输入端的电荷量为：
Q2＝C1·(Vx-VREF)+C2·(Vx-VDD)；
由于电荷守恒，有Q1＝Q2，取C1＝C2，Vss＝0，得到在保持相有效时，所述比较器comp的正输入端的电压
若VBST＜VREF+VDD，则所述输出电压监测模块01输出所述第一指示信号，如输出VFLAG为高，以指示所述使能控制模块02增加所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，从而使得所述增强电压VBST升高；
若VBST≥VREF+VDD，则所述输出电压监测模块01输出所述第二指示信号，如输出VFLAG为低，以指示所述使能控制模块02保持所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目不变，从而使得所述增强电压VBST不变，持续高于VREF+VDD。
本实施例中，所述使能控制模块可以包括加法器，接收所述第一指示信号增加所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目的具体实现方式采用现有技术即可实现，故在此不再赘述。
通过本实施例的电荷泵控制环路可以为芯片提供一个稳定的高于电源电压的增强电压，保证模拟电路性能。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电荷泵控制环路，其特征在于，包括：
输出电压监测模块，用于实时监测电荷泵输出的增强电压，所述电荷泵包括至少一电荷泵子单元阵列；
使能控制模块，用于调整所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，以使得所述增强电压高于电源电压。
2.如权利要求1所述的电荷泵控制环路，其特征在于，所述输出电压监测模块还用于将所述增强电压与预设电压作比较，并根据比较结果输出指示信号至所述使能控制模块；
所述使能控制模块还用于根据所述指示信号调整所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，以使得所述增强电压高于电源电压。
3.如权利要求2所述的电荷泵控制环路，其特征在于，所述预设电压等于所述电源电压加参考电压；
所述输出电压监测模块还用于在比较结果为所述增强电压小于所述预设电压时输出第一指示信号至所述使能控制模块，在比较结果为所述增强电压大于或等于所述预设电压时输出第二指示信号至所述使能控制模块；
所述使能控制模块还用于在接收到所述第一指示信号时，增加所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目，在接收到所述第二指示信号时，保持所述电荷泵子单元阵列中子单元使能数目不变。
4.如权利要求3所述的电荷泵控制环路，其特征在于，所述输出电压监测模块包括：
第一电容；
第二电容；
比较器；
所述比较器的正输入端与第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端通过第一开关接地且还通过第二开关接入所述参考电压；
所述比较器的正输入端还与第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端通过第三开关接入所述增强电压且还通过第四开关接入电源电压；
所述比较器的正输入端还通过第五开关接入共模电压；
所述第一开关、第三开关和所述第五开关由采样相控制，所述第二开关和所述第四开关由保持相控制；
所述比较器的负输入端输入所述共模电压；
所述比较器的输出端输出所述第一指示信号或所述第二指示信号。
5.如权利要求4所述的电荷泵控制环路，其特征在于，在所述采样相有效时，所述第一开关、第三开关和所述第五开关闭合；
在所述保持相有效时，所述第二开关和所述第四开关闭合。
6.如权利要求1所述的电荷泵控制环路，其特征在于，所述电荷泵子单元阵列中子单元包括：
时钟产生电路，用于由时钟信号产生两相不交叠的第一时钟和第二时钟；
充电自举电路，用于依据所述第一时钟对第三电容充电或自举，以及依据所述第二时钟对第四电容充电或自举。
7.如权利要求1所述的电荷泵控制环路，其特征在于，所述电荷泵控制环路还包括：
退耦电容，所述退耦电容的一端与所述电荷泵用于输出所述增强电压的输出端连接，所述退耦电容的另一端接地。
8.如权利要求1所述的电荷泵控制环路，其特征在于，所述电荷泵用于输出所述增强电压的输出端还与负载连接。
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