CN108418419A - 电荷泵 - Google Patents

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盛斌
张圣波
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Abstract

本发明提供了一种电荷泵，所述电荷泵包括多个泵充电路和输出电容，其中：一电源电压分别为每个所述泵充电路供电；多个所述泵充电路的输出端并联，耦合输出一电荷泵电压，所述输出电容的一端耦合至所述电荷泵电压，另一端接地；每个所述泵充电路输入一时钟信号，每个所述时钟信号根据所述电源电压的大小，分别控制所述泵充电路的启动和关闭，所述电源电压越大，所述时钟信号控制启动的所述泵充电路的数量越少。

Description

电荷泵
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种电荷泵。
背景技术
当电荷泵稳定输出时，输出的电荷泵电压上会有规律的输出纹波，对于衡量电荷泵电路的稳定输出来说，纹波是一个关键的参数，通常情况下要求其越小越好，但在电源电压为宽电压范围下(例如1.6V～3.6V)，为了保证电源电压等于1.6V的情况下电荷泵的负载能力，会增加电荷泵输出电流的能力，但电源电压等于3.6V时，纹波电压会变得很大，此时虽然可以通过增大对电荷泵电压滤波的输出电容的容置，但是同时会影响电荷泵的稳定时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电荷泵，以解决现有的电荷泵输出负载能力和纹波电压以及稳定时间不能同时满足要求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电荷泵，所述电荷泵包括多个泵充电路和输出电容，其中：
一电源电压分别为每个所述泵充电路供电；
多个所述泵充电路的输出端并联，耦合输出一电荷泵电压，所述输出电容的一端耦合至所述电荷泵电压，另一端接地；
每个所述泵充电路输入一时钟信号，每个所述时钟信号根据所述电源电压的大小，分别控制所述泵充电路的启动和关闭，所述电源电压越大，所述时钟信号控制启动的所述泵充电路的数量越少。
可选的，在所述的电荷泵中，所述电荷泵还包括多个延时单元，所述延时单元向所述泵充电路提供所述时钟信号。
可选的，在所述的电荷泵中，所述延时单元的数量比所述泵充电路的数量少一个，每个所述延时单元的输出端分别连接一个所述泵充电路的输入端。
可选的，在所述的电荷泵中，所述电荷泵还包括振荡器，所述振荡器的输出端连接多个所述延时单元的输入端，以及一个未连接所述延时单元的泵充电路的输入端。
可选的，在所述的电荷泵中，所述振荡器为所述未连接所述延时单元的泵充电路提供第一时钟信号，多个所述延时单元通过对所述第一时钟信号进行延时处理，形成提供至连接该所述延时单元的泵充电路的时钟信号。
可选的，在所述的电荷泵中，所述电荷泵还包括运算放大器，所述运算放大器的正输入端耦合至一参考电压，所述运算放大器的负输入端耦合至所述电荷泵电压的分压电压，所述运算放大器的输出端连接所述振荡器的输入端。
可选的，在所述的电荷泵中，所述电荷泵还包括分压电路，所述分压电路的输入端耦合至所述电荷泵电压，所述分压电路的输出端连接所述运算放大器的负输入端。
可选的，在所述的电荷泵中，所述泵充电路包括泵充电容、第一二极管和第二二极管，其中：
所述泵充电容的一端耦合至所述电源电压，所述泵充电容的另一端连接所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阳极耦合至一基准电压，所述第二二极管的阴极耦合至所述电荷泵电压。
可选的，在所述的电荷泵中，所述泵充电路包括泵充电容、第一二极管和第二二极管，其中：
所述泵充电容的一端耦合至所述电源电压，所述泵充电容的另一端连接所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极耦合至一基准电压，所述第二二极管的阳极耦合至所述电荷泵电压。
可选的，在所述的电荷泵中，在每个所述泵充电路中，当所述时钟信号为第一电平时，所述电源电压与所述泵充电容之间断开，所述泵充电容放电；当所述时钟信号为第二电平时，所述电源电压为所述泵充电容充电，所述第一电平低于所述第二电平。
在本发明提供的电荷泵中，由于电源电压越大，时钟信号控制启动的泵充电路的数量越少，因此在电源电压较大时，泵充电路启动的数量较少，输出电流较小，纹波电压也较小，若电源电压较小时，泵充电路启动的数量较多，则输出电流较大，提高了电荷泵的输出负载能力，且由于对输出电流的灵活调节，无需大的输出电容进行滤波，也无需增加电荷泵的稳定时间。
附图说明
图1是本发明一实施例电荷泵示意图；
图2～3是本发明一实施例电荷泵的泵充电路示意图；
图中所示：10-泵充电路；20-延时单元；30-振荡器；40-分压电路。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的电荷泵作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种电荷泵，以解决现有的电荷泵输出负载能力和纹波电压以及稳定时间不能同时满足要求的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种电荷泵，所述电荷泵包括多个泵充电路和输出电容，其中：一电源电压分别为每个所述泵充电路供电；多个所述泵充电路的输出端并联，耦合输出一电荷泵电压，所述输出电容的一端耦合至所述电荷泵电压，另一端接地；每个所述泵充电路输入一时钟信号，每个所述时钟信号根据所述电源电压的大小，分别控制所述泵充电路的启动和关闭，所述电源电压越大，所述时钟信号控制启动的所述泵充电路的数量越少。
本实施例提供一种电荷泵，如图1所示，所述电荷泵包括多个泵充电路10和输出电容C1，其中：一电源电压Vdd分别为每个所述泵充电路10供电；多个所述泵充电路10的输出端并联，耦合输出一电荷泵电压Vout，所述输出电容C1的一端耦合至所述电荷泵电压Vout，另一端接地；每个所述泵充电路10输入一时钟信号CLK1～n，每个所述时钟信号CLK1～n根据所述电源电压Vdd的大小，分别控制所述泵充电路10的启动和关闭，所述电源电压Vdd越大，所述时钟信号CLK1～n控制启动的所述泵充电路10的数量越少。
具体的，在所述的电荷泵中，所述电荷泵还包括多个延时单元20，所述延时单元20向所述泵充电路10提供所述时钟信号CLK2～n。所述延时单元20的数量比所述泵充电路10的数量少一个，每个所述延时单元20的输出端分别连接一个所述泵充电路10的输入端，除了一个泵充电路直接获取时钟信号CLK1。所述电荷泵还包括振荡器30，所述振荡器30的输出端连接多个所述延时单元20的输入端，以及一个未连接所述延时单元20的泵充电路10的输入端。所述振荡器30为所述未连接所述延时单元20的泵充电路10提供第一时钟信号CLK1，另外，向多个延时单元20的输入端提供CLK1，多个所述延时单元20通过对所述第一时钟信号CLK1进行延时处理，形成提供至连接该所述延时单元20的泵充电路10的时钟信号CLK2～n。
另外，在所述的电荷泵中，所述电荷泵还包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的正输入端耦合至一参考电压Vref，所述运算放大器U1的负输入端耦合至所述电荷泵电压Vout的分压电压，所述运算放大器U1的输出端连接所述振荡器30的输入端。所述电荷泵还包括分压电路40，所述分压电路40的输入端耦合至所述电荷泵电压Vout，所述分压电路40的输出端连接所述运算放大器U1的负输入端，所述分压电路优选的为电阻分压电路。当分压电压高于参考电压时，运算放大器的输出信号EN为输出低电平，使振荡器停止工作，振荡器也不再输出CLK1～n，各个泵充电路停止工作，Vout降低，直至当分压电压低于参考电压时，运算放大器的输出信号EN为输出高电平，使振荡器启动工作。
本发明列举了一种泵充电路的实施例，如图2所示，所述泵充电路10包括泵充电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中：所述泵充电容C2的一端耦合至所述电源电压Vdd，所述泵充电容C2的另一端连接所述第一二极管D1的阴极和所述第二二极管D2的阳极，所述第一二极管D1的阳极耦合至一基准电压VA，所述第二二极管D2的阴极耦合至所述电荷泵电压Vout。在这种情况下，Vout＝VA+Vdd。
而另一种泵充电路的示意图如图3所示，所述泵充电路10包括泵充电容C2、第一二极管D1和第二二极管D2，其中：所述泵充电容C2的一端耦合至所述电源电压Vdd，所述泵充电容C2的另一端连接所述第一二极管D1的阳极和所述第二二极管D2的阴极，所述第一二极管D1的阴极耦合至一基准电压VA，所述第二二极管D2的阳极耦合至所述电荷泵电压Vout。在这种情况下，Vout＝VA-Vdd。
如图1～3所示，在所述的电荷泵中，在每个所述泵充电路10中，当所述时钟信号CLK1～n为第一电平(即相当于逻辑“0”)时，所述电源电压Vdd与所述泵充电容C2之间断开，所述泵充电容C2放电；当所述时钟信号CLK1～n为第二电平(即相当于逻辑“1”)时，所述电源电压Vdd为所述泵充电容C2充电，所述第一电平低于所述第二电平。
在本发明提供的电荷泵中，原理如下列公式所示：
△V＝(Ioutput-Iload-Ishunt)*△tresponse/Cl
其中：△V为纹波电压，Ioutput为输出电流，Iload为负载电路，Ishunt为分压电路上的电流，C1为输出电容的容值，△tresponse为电荷泵的环路响应时间，与泵充电容的充放电时间相关。
由于电源电压Vdd越大，时钟信号CLK1～n控制启动的泵充电路10的数量越少，因此在电源电压Vdd较大时，泵充电路10启动的数量较少，输出电流Ioutput较小，纹波电压△V也较小，若电源电压Vdd较小时，泵充电路10启动的数量较多，则输出电流Ioutput较大，提高了电荷泵的输出负载能力，且由于对输出电流Ioutput的灵活调节，无需大的输出电容C1进行滤波，也无需增加电荷泵的稳定时间。
综上，上述实施例对电荷泵的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种电荷泵，其特征在于，所述电荷泵包括多个泵充电路和输出电容，其中：
一电源电压分别为每个所述泵充电路供电；
多个所述泵充电路的输出端并联，耦合输出一电荷泵电压，所述输出电容的一端耦合至所述电荷泵电压，另一端接地；
每个所述泵充电路输入一时钟信号，每个所述时钟信号根据所述电源电压的大小，分别控制所述泵充电路的启动和关闭，所述电源电压越大，所述时钟信号控制启动的所述泵充电路的数量越少。
2.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵还包括多个延时单元，所述延时单元向所述泵充电路提供所述时钟信号。
3.如权利要求2所述的电荷泵，其特征在于，所述延时单元的数量比所述泵充电路的数量少一个，每个所述延时单元的输出端分别连接一个所述泵充电路的输入端。
4.如权利要求3所述的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵还包括振荡器，所述振荡器的输出端连接多个所述延时单元的输入端，以及一个未连接所述延时单元的泵充电路的输入端。
5.如权利要求4所述的电荷泵，其特征在于，所述振荡器为所述未连接所述延时单元的泵充电路提供第一时钟信号，多个所述延时单元通过对所述第一时钟信号进行延时处理，形成提供至连接该所述延时单元的泵充电路的时钟信号。
6.如权利要求5所述的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵还包括运算放大器，所述运算放大器的正输入端耦合至一参考电压，所述运算放大器的负输入端耦合至所述电荷泵电压的分压电压，所述运算放大器的输出端连接所述振荡器的输入端。
7.如权利要求6所述的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵还包括分压电路，所述分压电路的输入端耦合至所述电荷泵电压，所述分压电路的输出端连接所述运算放大器的负输入端。
8.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述泵充电路包括泵充电容、第一二极管和第二二极管，其中：
所述泵充电容的一端耦合至所述电源电压，所述泵充电容的另一端连接所述第一二极管的阴极和所述第二二极管的阳极，所述第一二极管的阳极耦合至一基准电压，所述第二二极管的阴极耦合至所述电荷泵电压。
9.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述泵充电路包括泵充电容、第一二极管和第二二极管，其中：
所述泵充电容的一端耦合至所述电源电压，所述泵充电容的另一端连接所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阴极耦合至一基准电压，所述第二二极管的阳极耦合至所述电荷泵电压。
10.如权利要求8或9所述的电荷泵，其特征在于，在每个所述泵充电路中，当所述时钟信号为第一电平时，所述电源电压与所述泵充电容之间断开，所述泵充电容放电；当所述时钟信号为第二电平时，所述电源电压为所述泵充电容充电，所述第一电平低于所述第二电平。
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