CN110459250B - 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：第一电荷泵，用于延时产生一带负载能力强的输出电压；采样电路，用于对所述输出电压进行采样比较后输出一数字许可脉冲；第二电荷泵，用于以所述数字许可脉冲为输入产生一带负载能力较弱的输出电压并连接至输出电压，通过本发明，可减少闪存IP在待机状态下的峰值电流。

Description

一种电荷泵电路
技术领域
本发明涉及一种电荷泵电路，特别是涉及一种新的2.5V电荷泵电路结构。
背景技术
一般地，基于超级闪存单元(Super Flashcell)的闪存(flash)IP，读操作需要2.5v的高压。对于单电源的IP，需要一个产生2.5v电压的电荷泵。在待机(standby)或者在工作(active)模式下，2.5v电荷泵都在工作。维持这个电荷泵工作消耗的电流直接表现在待机电流(standby current)上面。
图1为现有2.5V电荷泵电路的结构示意图。如图1所示，现有2.5V电荷泵结构包括第一电荷泵10、采样电路20、滤波电路30。
其中，第一电荷泵10由振荡器(OSC)X1和第一升压电路(2.5V Charge Pump)CP1组成，用于产生一带负载能力强的输出电压VD25(目标值target，2.5V)；采样电路20由第一采样电阻R1、第二采样电阻R2和比较器CMP1组成，用于对输出电压VD25进行采样比较后输出一数字许可脉冲EN；滤波电路30由滤波电容C1和负载Iloading组成，用于滤除输出电压VD25上的杂波后给负载(用恒流源Iloading表示)供电。
振荡器(OSC)X1的输出端CLoscCLK连接至第一升压电路(2.5V Charge Pump)CP1的时钟输入端，第一升压电路(2.5V Charge Pump)CP1的输出端与第一采样电阻R1的一端、滤波电容C1的一端和负载的电源正端相连组成输出电压VD25节点；滤波电容C1的另一端和负载的电源负端接地；第一采样电阻R1的另一端与第二采样电阻R2的一端和比较器CMP1的反相输入端相连，比较器CMP1的同相输入端接参考电压Vref，比较器CMP1的输出数字许可脉冲EN连接至第一升压电路(2.5V Charge Pump)CP1的时钟输入端。
现有的电荷泵在无负载或者负载电流很小的时候，在典型(typical)的情况下平均电流可以做到小于1uA。
由于2.5v电荷泵的能力由读速度及flash IP的容量来决定，峰值(peak)电流由电荷泵的能力决定，但现有技术的峰值电流较大，不适合高速低功耗场景应用。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种电荷泵电路，以减少闪存(flash)IP在待机状态下的峰值(peak)电流。
为达上述目的，本发明提出一种电荷泵电路，包括：
第一电荷泵，用于延时产生一带负载能力强的输出电压；
采样电路，用于对所述输出电压进行采样比较后输出一数字许可脉冲；
第二电荷泵，用于以所述数字许可脉冲为输入产生一带负载能力较弱的输出电压并连接至输出电压。
优选地，所述电荷泵电路还包括滤波电路，用于滤除所述输出电压上的杂波后给负载供电。
优选地，所述第一电荷泵包括第一延时器、振荡器以及第一升压电路。
优选地，所述第一延时器的输出连接至所述振荡器的许可端，所述振荡器的时钟输出连接至所述第一升压电路的时钟输入端，所述第一升压电路的输出端连接至所述采样电路、滤波电路以及第二电荷泵的输出端。
优选地，所述采样电路包括第一采样电阻、第二采样电阻和比较器。
优选地，所述第一采样电阻的一端连接所述第一升压电路的输出端，其另一端通过第二采样电阻接地，所述第一采样电阻和第二采样电阻的中间节点连接所述比较器的一输入端，参考电压连接所述比较器的另一输入端，所述比较器的输出数字许可脉冲连接至所述第一延时器的输入端和第二电荷泵的输入端。
优选地，所述第一采样电阻和第二采样电阻的中间节点连接所述比较器的反相输入端，参考电压连接所述比较器的同相输入端。
优选地，所述第二电荷泵包括第二延时器、或非门和第二升压电路。
优选地，所述比较器的输出端连接所述第二延时器的输入端以及所述或非门的一输入端，所述第二延时器的输出端连接所述或非门的另一输入端，所述或非门的输出许可脉冲连接至所述第二升压电路的时钟输入端，所述第二升压电路的输出端与第一升压电路的输出端、第一采样电阻的一端、所述滤波电路以及负载的电源正端相连组成所述输出电压节点。
优选地，所述第一电荷泵与第二电荷泵为2.5V电荷泵。
与现有技术相比，本发明一种电荷泵电路，可减少闪存(flash)IP在待机状态下的峰值(peak)电流。
附图说明
图1为现有电荷泵结构的示意图；
图2为本发明一种电荷泵电路的结构示意图；
图3为本发明的波形示意图；
图4为本发明具体实施例仿真的平均电流波形图；
图5为现有技术仿真的平均电流波形图；
图6为本发明和现有技术的峰值电流比较示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种电荷泵电路的结构示意图。如图2所示，本发明一种电荷泵电路包括第一电荷泵10、采样电路20、滤波电路30和第二电荷泵40。
其中，第一电荷泵10由第一延时器(Tdelay)T0、振荡器(OSC)X1和第一升压电路(2.5V Charge Pump(Strong))CP1组成，用于延时产生一带负载能力强(Strong)的输出电压VD25(目标值target，2.5V)；采样电路20由第一采样电阻R1、第二采样电阻R2和比较器CMP1组成，用于对输出电压VD25进行采样比较后输出一数字许可脉冲EN；滤波电路30由滤波电容C1和负载Iloading组成，用于滤除输出电压VD25上的杂波后给负载(用恒流源Iloading表示)供电；第二电荷泵40由第二延时器(Tdelay)T1、或非门NOR1和第二升压电路(2.5V Charge Pump(Weak))CP2组成，用于以数字许可脉冲EN为输入产生一带负载能力较弱的输出电压并连接至VD25(目标值target，2.5V)。
第一延时器(Tdelay)T0的输出连接至振荡器(OSC)X1的许可端，振荡器(OSC)X1的时钟输出CLoscCLK连接至第一升压电路(2.5V Charge Pump(Strong))CP1的时钟输入端，第一升压电路(2.5V Charge Pump(Strong))CP1的输出端与第二升压电路(2.5V ChargePump(Weak))CP2的输出端、第一采样电阻R1的一端、滤波电容C1的一端和负载的电源正端相连组成输出电压VD25节点；滤波电容C1的另一端和负载的电源负端接地；第一采样电阻R1的另一端与第二采样电阻R2的一端和比较器CMP1的反相输入端相连，比较器CMP1的同相输入端连接参考电压Vref，比较器CMP1的输出数字许可脉冲EN连接至第一延时器(Tdelay)T0的输入端、第二延时器(Tdelay)T1的输入端和或非门NOR1的一输入端，第二延时器(Tdelay)T1的输出端连接至或非门NOR1的另一输入端，或非门NOR1的输出许可脉冲Pluse连接至第二升压电路(2.5V Charge Pump(Weak))CP2的时钟输入端。
图3为本发明的波形示意图。本发明将2个2.5V电荷泵并联，一个能力较弱，一个能力较强。在待机(standby)的状态下，负载电流很小，通过电荷泵自身的反馈信号即数字许可脉冲EN的下降沿触发一个脉冲，这个脉冲会充当能力较弱的第二电荷泵(2.5V Chargepump(Weak))CP2的clock.如果这一个脉冲能将Vd25顶到2.5V以上，那么数字许可脉冲EN会快速恢复成高电平的状态。低电平持续的时间很短，通过第一延时器T0的延迟时间Tdelay可以将这个短的低电平状态滤掉。这样振荡器(OSC)X1及较强的这个第一电荷泵(2.5VCharge Pump(Strong))CP1不会工作。这样可以达到减小电流及瞬态峰值(peak)电流的作用。
当一个许可脉冲Pluse到来后，较弱的第二电荷泵(2.5V Charge pump(Weak))CP2不能把Vd25顶到2.5V以上的话，振荡器(OSC)X1以及较强的电荷泵开始工作。这样可以保证负载电流较大的情况下维持Vd25在2.5V。
图4为本发明具体实施例仿真的平均电流波形图。待机电流平均值Ivdd(avg)＝762nA(Iloading＝55nA)，峰值Ivdd(Peak)＝3.2mA、时长10ns，最上面(v(vd25))为输出电压Vd25，第二副(i(rvd25))为电荷泵电流，第三幅(pluse)为许可脉冲Pluse，第四幅(v(wloscclk))为时钟输出CLoscCLK，第五幅(i(vvdd))为电源电流。
图5为现有技术仿真的平均电流波形图。待机电流平均值Ivdd(avg)＝949nA(Iloading＝55nA)，峰值电流Ivdd(Peak)＝14-16mA、时长10ns，最上面(v(vd25))为输出电压Vd25，第二副(i(rvd25))为电荷泵电流，第三幅(pluse)为许可脉冲Pluse(无信号)，第四幅(v(wloscclk))为时钟输出CLoscCLK，第五幅(i(vvdd))为电源电流。
图6为本发明和现有技术的峰值电流比较示意图。可见现有技术峰值电流(i(vvdd)sim_vd25A)可以达到14～16mA，而本发明峰值电流仅3.2mA，明显优于现有技术。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种电荷泵电路，包括：
第一电荷泵,用于延时产生一带负载能力强的输出电压，其中，所述第一电荷泵包括第一延时器、振荡器以及第一升压电路；
采样电路，用于对所述输出电压进行采样比较后输出一数字许可脉冲，其中，所述采样电路包括第一采样电阻、第二采样电阻和比较器；
第二电荷泵，用于以所述数字许可脉冲为输入产生一带负载能力较弱的输出电压并连接至输出电压，其中，所述第二电荷泵包括第二延时器、或非门和第二升压电路;
滤波电路，用于滤除所述输出电压上的杂波后给负载供电；以及，
所述比较器的输出端连接所述第二延时器的输入端以及所述或非门的一输入端，所述第二延时器的输出端连接所述或非门的另一输入端，所述或非门的输出许可脉冲连接至所述第二升压电路的时钟输入端，所述第二升压电路的输出端与所述第一升压电路的输出端、所述第一采样电阻的一端、所述滤波电路以及负载的电源正端相连组成所述输出电压的节点。
2.如权利要求1所述的一种电荷泵电路，其特征在于：所述第一延时器的输出连接至所述振荡器的许可端，所述振荡器的时钟输出连接至所述第一升压电路的时钟输入端，所述第一升压电路的输出端连接至所述采样电路、滤波电路以及第二电荷泵的输出端。
3.如权利要求1所述的一种电荷泵电路，其特征在于：所述第一采样电阻的一端连接所述第一升压电路的输出端，其另一端通过所述第二采样电阻接地，所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的中间节点连接所述比较器的一输入端，参考电压连接所述比较器的另一输入端，所述比较器的输出数字许可脉冲连接至所述第一延时器的输入端和第二电荷泵的输入端。
4.如权利要求3所述的一种电荷泵电路，其特征在于：所述第一采样电阻和所述第二采样电阻的中间节点连接所述比较器的反相输入端，所述参考电压连接所述比较器的同相输入端。
5.如权利要求1所述的一种电荷泵电路，其特征在于：所述第一电荷泵与所述第二电荷泵为2.5V电荷泵。
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