CN108448890B - 电荷泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电荷泵，包括：依次相连接的多个电荷泵子单元；多个第一开关，每个所述第一开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输出端之间；多个第二开关，每个所述第二开关的一端连接前一个所述电荷泵子单元的输出端，另一端连接后一个所述电荷泵子单元的输入端；多个第三开关，每个所述第三开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输入端之间；通过闭合或断开所述第一开关、所述第二开关或第三开关，以形成不同的电荷泵级联结构，调节所述输出电压和所述驱动电流；所述电荷泵级联结构串联的所述电荷泵子单元的级数越多输出电压越高，所述电荷泵级联结构并联的所述电荷泵子单元的级数越多驱动电流越大。

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
电荷泵一般均为数级级联以达到所需的电压和驱动能力，现有电荷泵包括电荷泵级联结构和电压调整器，电荷泵级联结构由多个电荷泵子单元串联而成，例如5级电荷泵子单元的级联结构，第一级电荷泵子单元的输入端接电源电压，第五级电荷泵子单元的输出端输出高压。
电压调整器用于实现电压钳位功能，包括比较器、串联于第五级电荷泵子单元的输出端和地之间的两个电阻。两个电阻的连接点处取出反馈电压并连接到比较器的反相输入端，比较器的正相输入端接参考电压。
采用现有的电荷泵结构可以较容易地实现输出7V～8V高压，10μA～30μA驱动力的设计目标，而在实际的应用中，对电荷泵可能有更高的要求，以在EEPROM中的应用为例，7V的高压可以满足编程的电压需求，但在读取数据时需要一个相对较低即比编程电压低而又大于电源电压的高压，如2V～3V，驱动能力要求200μA～300μA，所以驱动能力的要求较高，此时为了满足大驱动力的要求，现有方法是通过增加电容和级数来实现，这样电荷泵的面积将大为增加。如上所述，当需要提供较低的高压和大的驱动力时，现有结构将很难实现，如果通过增加电容和级数以达到设计目标，不仅会浪费电荷泵的效率，而且也会使面积大为增加。
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级联结构不灵活的问题。
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：
依次相连接的多个电荷泵子单元；
多个第一开关，每个所述第一开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输出端之间；
多个第二开关，每个所述第二开关的一端连接前一个所述电荷泵子单元的输出端，另一端连接后一个所述电荷泵子单元的输入端；
多个第三开关，每个所述第三开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输入端之间；
通过闭合或断开所述第一开关、所述第二开关或第三开关，以形成不同的电荷泵级联结构，调节所述输出电压和所述驱动电流；
所述电荷泵级联结构串联的所述电荷泵子单元的级数越多输出电压越高，所述电荷泵级联结构并联的所述电荷泵子单元的级数越多驱动电流越大。
可选的，在所述的电荷泵中，在依次相连接的多个电荷泵子单元中，首端的所述电荷泵子单元的输入端为所述所述电荷泵级联结构的输入端，末端的所述电荷泵子单元的输出端为所述所述电荷泵级联结构的输出端。
可选的，在所述的电荷泵中，所述所述电荷泵级联结构的输入端耦合至电源电压，所述所述所述电荷泵级联结构的输出端耦合至负载。
可选的，在所述的电荷泵中，所述第一开关的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
可选的，在所述的电荷泵中，所述第二开关的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
可选的，在所述的电荷泵中，所述第三开关的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
可选的，在所述的电荷泵中，闭合所述第一开关和所述第三开关，断开所述第二开关，以使所述所述电荷泵子单元并联形成所述电荷泵级联结构。
可选的，在所述的电荷泵中，断开所述第一开关和所述第三开关，闭合所述第二开关，以使所述所述电荷泵子单元串联形成所述电荷泵级联结构。
可选的，在所述的电荷泵中，每个所述电荷泵子单元包括两个子级，两个子级串联，其中一个子级的输入端为所述电荷泵子单元的输入端，另一个子级的输出端为所述电荷泵子单元的输出端。
可选的，在所述的电荷泵中，在每个所述电荷泵子单元中，两个子级之间的端点通过第四开关连接电源电压，每个子级分别连接一时钟信号。
在本发明提供的电荷泵中，通过多个第一开关、第二开关和第三开关的设置，以及闭合或断开的所述第一开关、所述第二开关或第三开关，能够对各电荷泵子单元的连接关系进行切换，形成不同的荷泵级联结构(串联或并联)，能够使电荷泵的输出在不同的电压和驱动电流能力之间切换，从而能应用于对驱动力有不同要求的电路中，本发明并不需要增加电容和级数就能实现大的驱动电流，故能大大节省面积以及节约成本。
附图说明
图1是本发明一实施例电荷泵的结构示意图；
图2是本发明另一实施例电荷泵级联结构并联时的连接示意图；
图3是本发明另一实施例电荷泵级联结构串联时的连接示意图；
图4是本发明另一实施例电荷泵子单元的结构示意图。
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级联结构不灵活的问题。
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：依次相连接的多个电荷泵子单元；多个第一开关，每个所述第一开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输出端之间；多个第二开关，每个所述第二开关的一端连接前一个所述电荷泵子单元的输出端，另一端连接后一个所述电荷泵子单元的输入端；多个第三开关，每个所述第三开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输入端之间；通过闭合或断开所述第一开关、所述第二开关或第三开关，以形成不同的电荷泵级联结构，调节所述输出电压和所述驱动电流；所述电荷泵级联结构串联的所述电荷泵子单元的级数越多输出电压越高，所述电荷泵级联结构并联的所述电荷泵子单元的级数越多驱动电流越大。
如图1所示，本实施例提供一种电荷泵，所述电荷泵包括：依次相连接的多个电荷泵子单元；本发明实施例中以4级电荷泵子单元为例进行说明，4级电荷泵子单元分别为第一级电荷泵子单元1a、第二级电荷泵子单元1b、第三级电荷泵子单元1c和第四级电荷泵子单元1d。多个第一开关K1，每个所述第一开关K1连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输出端之间；多个第二开关K2，每个所述第二开关K2的一端连接前一个所述电荷泵子单元的输出端，另一端连接后一个所述电荷泵子单元的输入端(例如一端连接1a的输出端，另一端连接1b的输入端)；多个第三开关K3，每个所述第三开关K3连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输入端之间；通过闭合或断开的所述第一开关K1、所述第二开关K2或第三开关K3，以形成不同的电荷泵级联结构，调节所述输出电压和所述驱动电流；所述电荷泵级联结构串联的所述电荷泵子单元的级数越多输出电压越高，所述电荷泵级联结构并联的所述电荷泵子单元的级数越多驱动电流越大。
电荷泵还包括一电压调整器，用于实现电压箝位；所述电压调整器包括：比较器2、第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1一端连接电荷泵级联结构的输出端，另一端连接第二电阻R2，第二电阻R2另一端接地，比较器2的正输入端连接参考电压Vref，负输入端连接由所述第一电阻和所述第二电阻的连接点处提供的反馈电压Vfb，比较器2的输出端输出时钟信号clken。
具体的，在所述的电荷泵中，在依次相连接的多个电荷泵子单元中，首端的所述电荷泵子单元(即1a)的输入端为所述所述电荷泵级联结构的输入端，末端的所述电荷泵子单元(即1d)的输出端为所述所述电荷泵级联结构的输出端。所述所述电荷泵级联结构的输入端耦合至电源电压VCC，所述所述所述电荷泵级联结构的输出端耦合至负载，负载单元为Vppi。
优选的，所述第一开关K1的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。所述第二开关K2的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。所述第三开关K3的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
具体的，若把图1中的所有K2关断，所有K1和K3闭合，就形成了图2所示的并联结构，该结构能够提供3倍于一个电荷泵子单元输出的驱动电流，但电压输出只能维持在一个电荷泵子单元的输出值上，如果把图1中的所有K1和K3关断，所有K2闭合，就形成了图3所示的串联结构，该结构能够提供3倍于一个电荷泵子单元输出的电压值，但驱动能力只相当于一个电荷泵子单元的驱动能力。
如图2所示，闭合所述第一开关K1和所述第三开关K3，断开所述第二开关K2，以使所述所述电荷泵子单元并联形成所述电荷泵级联结构。虽然输出电压只相当于VCC，但所述并联结构的电流驱动能力为各电荷泵子单元的电流驱动能力的叠加。此时，还可以根据驱动电流的需要，适应性的增加或减少电荷泵子单元的并联数量，例如只闭合两个第一开关K1(此时第三开关全部闭合)，或只闭合两个第三开关K3(此时第一开关全部闭合)，则驱动电流是各个电荷泵子单元驱动电流的2倍。
或者，如图3所示，断开所述第一开关K1和所述第三开关K3，闭合所述第二开关K2，以使所述所述电荷泵子单元串联形成另一种所述电荷泵级联结构。此时，由于负载无需较大的驱动电流，因此驱动电流只取决于每个电荷泵子单元的驱动能力，但输出电压为多个电荷泵子单元的输出电压之和。
如图4所示，在所述的电荷泵中，每个所述电荷泵子单元包括两个子级11和12，两个子级串联，其中一个子级11的输入端13为所述电荷泵子单元的输入端，另一个子级12的输出端14为所述电荷泵子单元的输出端。在每个所述电荷泵子单元中，两个子级之间的端点通过第四开关K4连接电源电压VCC，每个子级分别连接一时钟信号，子级11连接clk1，子级12连接clk2。
在本发明提供的电荷泵中，通过多个第一开关K1、第二开关K2和第三开关K3的设置，以及闭合或断开的所述第一开关K1、所述第二开关K2或第三开关K3，能够对各电荷泵子单元的连接关系进行切换，形成不同的电荷泵级联结构，能够使电荷泵的输出在不同的电压和驱动电流能力之间切换，从而能应用于对驱动力有不同要求的电路中，本发明并不需要增加电容和级数就能实现大的驱动电流，故能大大节省面积以及节约成本。
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：
依次相连接的四个或四个以上电荷泵子单元；
三个或三个以上第一开关，每个所述第一开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输出端之间；
三个或三个以上第二开关，每个所述第二开关的一端连接前一个所述电荷泵子单元的输出端，另一端连接后一个所述电荷泵子单元的输入端；
三个或三个以上第三开关，每个所述第三开关连接在一个所述电荷泵子单元的输出端和所述电荷泵的输入端之间；
通过闭合或断开所述第一开关、所述第二开关或第三开关，以形成不同的电荷泵级联结构，调节输出电压和驱动电流；
所述电荷泵级联结构串联的所述电荷泵子单元的级数越多输出电压越高，所述电荷泵级联结构并联的所述电荷泵子单元的级数越多驱动电流越大；
电荷泵还包括一电压调整器，用于实现电压箝位；所述电压调整器包括：比较器、第一电阻和第二电阻，第一电阻一端连接电荷泵级联结构的输出端，另一端连接第二电阻，第二电阻另一端接地，比较器的正输入端连接参考电压，负输入端连接由所述第一电阻和所述第二电阻的连接点处提供的反馈电压，比较器的输出端输出时钟信号。
2.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，在依次相连接的多个电荷泵子单元中，首端的所述电荷泵子单元的输入端为所述电荷泵级联结构的输入端，末端的所述电荷泵子单元的输出端为所述电荷泵级联结构的输出端。
3.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵级联结构的输入端耦合至电源电压，所述电荷泵级联结构的输出端耦合至负载。
4.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述第一开关的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
5.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述第二开关的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
6.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，所述第三开关的数量比所述电荷泵子单元的数量少一个。
7.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，闭合所述第一开关和所述第三开关，断开所述第二开关，以使所述电荷泵子单元并联形成所述电荷泵级联结构。
8.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，断开所述第一开关和所述第三开关，闭合所述第二开关，以使所述电荷泵子单元串联形成所述电荷泵级联结构。
9.如权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，每个所述电荷泵子单元包括两个子级，两个子级串联，其中一个子级的输入端为所述电荷泵子单元的输入端，另一个子级的输出端为所述电荷泵子单元的输出端。
10.如权利要求9所述的电荷泵，其特征在于，在每个所述电荷泵子单元中，两个子级之间的端点通过第四开关连接电源电压，每个子级分别连接所述时钟信号。
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