CN111404372B - 电荷泵电路、芯片及终端 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种电荷泵电路、芯片及终端，属于微电子技术领域，本实施例提供的电荷泵电路中，输入模块用于时钟控制信号，第一电荷泵模块能够根据第一时钟信号和时钟控制信号生成第一电源信号，第二电荷泵能够根据第二时钟信号和时钟控制信号生成第二电源信号，且第二时钟信号相较于第一时钟信号具有指定的时延，输出模块能够基于第一电源信号、第二电源信号来生成输出信号，并向输入模块提供反馈信号以使得输入模块基于该反馈信号生成时钟控制信号。由于输出信号在经过该电荷泵电路的作用后，能够有效地降低输出电位的波纹的峰峰值，因此本申请提供的电荷泵电路提高了输出的电位的稳定性，拓展了电荷泵电路应用场景。

Description

电荷泵电路、芯片及终端

技术领域

本申请实施例涉及微电子技术领域，特别涉及一种电荷泵电路、芯片及终端。

背景技术

电荷泵(英文：Charge pump)具有提供高于电源电压的功能，同时所占空间较小且具有较高的效率，因此被广泛应用于集成电路中。

在相关技术中，电荷泵电路在提供高于电源电压的场景中，由于该电路向外提供的电压是该电路中的电容提供的。因此，随着电荷泵电路中作用在电容上的时钟信号的周期的循环，电荷泵电路向外提供的电压将产生周期性的波纹(英文：ripple)的峰峰值(英文：peak to peak)。

发明内容

本申请实施例提供了一种电荷泵电路、芯片及终端。所述技术方案如下：

根据本申请的一方面内容，提供了一种电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：输入模块、第一电荷泵模块、第二电荷泵模块和输出模块；

输入模块，用于提供时钟控制信号；

第一电荷泵模块，用于根据第一时钟信号和所述时钟控制信号来生成第一电源信号；

第二电荷泵模块，用于根据第二时钟信号和所述时钟控制信号来生成第二电源信号，其中，所述第二时钟信号相较于所述第一时钟信号具有指定的时延；

输出模块，至少基于所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成输出信号，并向所述输入模块提供反馈信号以使得所述输入模块基于所述反馈信号来生成所述时钟控制信号。

根据本申请的另一方面内容，提供了一种芯片，所述芯片包括本申请实施例提供的任意一种电荷泵电路。

根据本申请的另一方面内容，提供了一种终端，所述终端包括如本申请实施提供的包括电荷泵电路的芯片。

本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果可以包括：

本实施例提供的电荷泵电路中包括输入模块、输出模块、第一电荷泵模块和第二电荷泵模块，输入模块用于时钟控制信号，第一电荷泵模块能够根据第一时钟信号和时钟控制信号生成第一电源信号，第二电荷泵能够根据第二时钟信号和时钟控制信号生成第二电源信号，且第二时钟信号相较于第一时钟信号具有指定的时延，输出模块能够基于第一电源信号、第二电源信号来生成输出信号，并向输入模块提供反馈信号以使得输入模块基于该反馈信号生成时钟控制信号。由于输出信号在经过该电荷泵电路的作用后，能够有效地降低输出电位的波纹的峰峰值，因此本申请提供的电荷泵电路提高了输出的电位的稳定性，拓展了电荷泵电路应用场景。

附图说明

为了更清楚地介绍本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本申请一个示例性实施例提供的一种电荷泵电路的示意图；

图2是本申请一个示例性实施例提供的另一种电荷泵电路的示意图；

图3是本申请一个示例性实施例提供的另一种电荷泵电路的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种核心电路的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种未加入延时单元的电荷泵电路的示意图；

图6是基于图5所示实施例提供的一种时钟信号和电路输出端的电位的波纹的示意图；

图7是基于图1所示实施例提供的一种时钟信号和电路输出端的电位的波纹的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在微电子技术领域中，电荷泵电路既能够提供高于电源电压的电压，也能够提供负电压。在不同的应用场景中，电荷泵电路的功能丰富、占用空间较小且效率较高，因此，在实际应用中，电荷泵电路被各式集成电路所采用。在一种可能的方式中，集成电路包括处理器、存储器或其它芯片。

处理器可以包括一个或者多个处理核心。处理器利用各种接口和线路连接整个终端内的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储器内的数据，执行终端的各种功能和处理数据。可选的，处理器可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器可集成中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图像处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器中，单独通过一块芯片进行实现。

存储器可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)。可选的，该存储器包括非瞬时性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。存储器可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储器可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现下述各个方法实施例的指令等；存储数据区可存储下面各个方法实施例中涉及到的数据等。

在本申请实施例中，电荷泵电路可以包括doubler-charge-pump(中文：翻倍电荷泵电路)。针对该结构的电荷泵电路，由于其向外提供的电压产生的周期性的波动幅度较大，因此，该结构的电荷泵电路的应用场景受到了制约。基于此，在视频领域和/或成像领域所使用的芯片中，doubler-charge-pump的使用受到了较大的限制。

基于上述doubler-charge-pump所存在的问题，本申请提供了一种电荷泵电路，能够有效降低向外提供的电压的波动幅度，使其能够适应对于电压的波动幅度有较高要求的应用场景中。例如，本申请提供的电荷泵电路和芯片能够使得视频领域和/或成像领域的工作广泛使用doubler-charge-pump。

为了本申请实施例所示方案易于理解，下面对本申请实施例中出现的若干名词进行介绍。

CLK1(英文：First clock，中文：第一相时钟)。

CLK2(英文：Second clock，中文：第二相时钟)。

DCDC(英文：Direct current to direct current，中文：一个直流电流到另一个直流电流的转换器，或，一个直流电压到另一个直流电压的转换器)。

Ripple(波纹)：用于指示电荷泵电路的电路输出端的电位由于数值高低变化的现象。其中，波纹中的最高值与最低值之间的差值称为峰峰值。例如，电荷泵的电路输出端的最低电位是40毫伏，电荷泵的电路输出端的最高电位是52毫伏，则该电荷泵电路的电路输出端的电位的峰峰值为12毫伏。

示例性地，本申请实施例所示的电荷泵电路，可以应用芯片中，芯片可以被设置在终端中。终端可以包括手机、平板电脑、膝上型电脑、台式电脑、电脑一体机、服务器、工作站、电视、机顶盒、智能眼镜、智能手表、数码相机、MP4播放终端、MP5播放终端、学习机、点读机、电纸书、电子词典、车载终端、虚拟现实(Virtual Reality，VR)播放终端或增强现实(Augmented Reality，AR)播放终端等。

请参见图1，图1是本申请一个示例性实施例提供的一种电荷泵电路的示意图。在图1中，包括输入模块710、第一电荷泵模块720、第二电荷泵模块730和输出模块740。

输入模块710，用于提供时钟控制信号；

第一电荷泵模块720，用于根据第一时钟信号和所述时钟控制信号来生成第一电源信号；

第二电荷泵模块730，用于根据第二时钟信号和所述时钟控制信号来生成第二电源信号，其中，所述第二时钟信号相较于所述第一时钟信号具有指定的时延；

输出模块740，基于所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成输出信号，并向所述输入模块提供反馈信号以使得所述输入模块基于所述反馈信号来生成所述时钟控制信号。

可选地，第一电荷泵模块720包括第一泵时钟单元和第一核心单元。第一泵时钟单元在时钟控制信号的影响下，对所接收到的第一时钟信号的幅值进行调整；第一核心单元在经调整的第一时钟信号的影响下，生成第一电源信号。

可选地，第二电荷泵模块730包括延时单元、第二泵时钟单元和第二核心单元。延时单元基于第一时钟信号来产生第二时钟信号，其中，指定的时延是kt，k为大于0小于等于0.5的实数，t为第一时钟信号的周期；第二泵时钟单元在时钟控制信号的影响下，对所接收到的第二时钟信号的幅值进行调整；第二核心单元在经调整的第二时钟信号的影响下，生成第二电源信号，其中，第二电源信号相较于第一电源信号具有指定的时延。

可选地，输出模块740包括所述输出支路和所述反馈支路，所述输出支路耦合至所述第一电荷泵单元的输出端和所述第二电荷泵单元的输出端，并且基于所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成输出信号；所述反馈支路耦合至所述输出支路，用于根据所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成所述反馈信号。

可选地，反馈支路包括第一电阻器和第二电阻器，第一电阻器的输入端耦合至第一电荷泵单元的输出端和第二电荷泵单元的输出端，第一电阻器的输出端耦合至第二电阻器的输入端和输入模块，第二电阻器的输出端接地。

可选地，输入模块包括电路输入端、时钟信号单元和放大器。电路输入端与放大器的同相输入端相连；放大器的输出端与第一泵时钟单元的输入端相连，放大器的输出端与第一泵时钟单元的输入端相连；第一泵时钟单元的输出端与第一核心单元的输入端相连，第一核心单元的输出端与第一电阻器的输入端相连；延时单元的输出端与第二泵时钟单元的输入端相连，第二泵时钟单元的输出端与第二核心单元的输入端相连，第二核心单元的输出端与第一电阻器的输入端相连；时钟信号单元的输出端与第一泵时钟单元的输入端相连；时钟信号单元的输出端与延时单元的输入端相连。

综上所述，本实施例提供的电荷泵电路中包括输入模块、输出模块、第一电荷泵模块和第二电荷泵模块，输入模块用于时钟控制信号，第一电荷泵模块能够根据第一时钟信号和时钟控制信号生成第一电源信号，第二电荷泵能够根据第二时钟信号和时钟控制信号生成第二电源信号，且第二时钟信号相较于第一时钟信号具有指定的时延，输出模块能够基于第一电源信号、第二电源信号来生成输出信号，并向输入模块提供反馈信号以使得输入模块基于该反馈信号生成时钟控制信号。由于输出信号在经过该电荷泵电路的作用后，能够有效地降低输出电位的波纹的峰峰值，因此本申请提供的电荷泵电路提高了输出的电位的稳定性，拓展了电荷泵电路应用场景。

请参考图2，图2是本申请一个示例性实施例提供的另一种电荷泵电路的示意图。在图2中，包括电路输入端110、放大器120、第一电荷泵模块130、第二电荷泵模块140、延时单元150、第一电阻器160、第二电阻器170、输出支路180和时钟信号单元190。

在图2所示的电荷泵电路中，电路整体包括3个向外的端口，分别为电路输入端110、输出支路180和第二电阻器170的输出端172。其中，电路输入端110用于接收输入信号，输入信号具有一个电位Vin。输出支路180用于输入经过电荷泵电路处理的输入信号，该处理后的输入信号具有一个电位Vout。在一种可能的实现方式中，Vout高于Vin，本申请实施例提供的电荷泵电路能够将输入信号的电位进行抬高。

在本申请实施例中，从电路输入端110开始介绍该电荷泵电路的结构。输入信号从电路输入端110输入电荷泵电路。该电路输入端110与放大器120的同相输入端121相连。在放大器120中，还包括反相输入端122和输出端123。

放大器120的输出端123与第一电荷泵模块130的输入端131相连。放大器120的输出端123还与第二电荷泵模块140的输入端141相连。

第一电荷泵模块130的输出端132与输出支路180相连。第一电荷泵模块130的输出端132与第一电阻器160的输入端161相连。

第二电荷泵模块140的输出端142与输出支路180相连。第二电荷泵模块140的输出端142与第一电阻器160的输入端161相连。

第一电阻器160的输出端162与第二电阻器170的输入端171相连。第一电阻器160的输出端162与放大器120的反相输入端122相连。

第二电阻器170的输出端172接地。

时钟信号单元190的输出端191与第一电荷泵模块130的输入端131相连。

时钟信号单元190的输出端191与延时单元150的输入端151相连。

延时单元150的输出端152与第二电荷泵模块140的输入端141相连。

可选地，输出支路是第一电荷泵模块130的输出端132与输出支路180的部分，反馈支路是第一电荷泵模块130的输出端132与第二电阻器170的输出端172之间的部分。

需要说明的是，由于时钟信号单元190生成时钟信号，时钟信号的周期为t，且延时单元150能够将时钟信号向后延时kt。其中，k为大于0小于等于0.5的实数。例如当k为0.25时，时钟信号向后延时1/4个周期。

可选地，第一电荷泵模块130还可以由第一泵时钟单元13A和第一核心电路13B组成。第二电荷泵模块140还可以由第二泵时钟单元14A和第二核心电路14B组成。

可选地，输出支路180与第一电荷泵模块130的输出端132之间还可以包括走线电阻R0。

由于本实施例提供的电荷泵中包括第一电荷泵模块和第二电荷泵模块，且第二电荷泵能够对时钟信号单元生成的时钟信号延时为kt，k为大于0小于等于0.5的实数，t为时钟信号的周期。目标信号在经过该电荷泵电路的作用后，能够有效地降低输出电位的波纹的峰峰值，提高了电荷泵电路输出的电位的稳定性，拓展了电荷泵电路应用场景。

在本申请中，实施例还提供一种包含n个第二电荷泵的电荷泵电路。其中，n为奇数。例如，当n＝1时，本申请实施例提供的电荷泵电路可以如图2所示。当n＝3时，本申请实施例提供的电荷泵电路可以如图3所示。图3是本申请一个示例性实施例提供的另一种电荷泵电路的示意图。

在图3中，电荷泵电路包括3个第二电荷泵，分别为第1个第二电荷泵210、第2个第二电荷泵220和第3个第二电荷泵230。与第二电荷泵210相连的延时单元240提供的参数k为0.125；与第二电荷泵220相连的延时单元250提供的参数k为0.25；与第二电荷泵230相连的延时单元260提供的参数k为0.375。在上述k的取值上，与第i个第二电荷泵相连的延时单元中的参数k为i/(2n+2)，i为小于等于n的正整数。在图3所示的实施例中，电荷泵的总数为偶数个，也即奇数个第二电荷泵加上一个第一电荷泵。

示意性的，本申请实施例还可以将第二电荷泵的数量设置为偶数个，使得电荷泵的总个数为奇数个，也即偶数个第二电荷泵加上一个第一电荷泵得到总的电荷泵。

在本申请实施例中，第一电荷泵包括泵时钟单元和核心电路，第一电荷泵的输入端是泵时钟单元的输入端，泵时钟单元的输出端与核心电路的输入端相连，第一电荷泵的输出端是核心电路的输出端。

第二电荷泵包括泵时钟单元和核心电路，第二电荷泵的输入端是泵时钟单元的输入端，泵时钟单元的输出端与核心电路的输入端相连，第二电荷泵的输出端是核心电路的输出端。

在本申请实施例中，泵时钟单元、核心电路和放大器由目标模拟电源供电。其中，目标模拟电源可以是AVDD。此外，目标模拟电源还可以是其它能够供电的模拟电源，本申请实施例对此不作限定。

在本申请实施例中，还提供一种核心电路的结构示意图，请参见图4，图4是本申请实施例提供的一种核心电路的结构示意图。在图4中，核心电路包括2个NMOS，分别为N1和N2。核心电路还包括2个PMOS，分别为P1和P2。核心电路还包括2个电容，分别为C1和C2。核心电路还包括两个时钟输入端，分别为CLK1和CLK2。其中，CLK1输入的时钟信号和CLK2输入的时钟信号是反向不交叠的时钟。N1和N2的电学参数相同，P1和P2的电学参数相同，C1和C2的电学参数相同。AVDD作为电源向N1和N2供电。其中，CLK1和CLK2可以是泵时钟单元提供的两个时钟信号。

下面介绍图4所示的核心电路的工作流程。在初始状态时，电位Va、电位Vb和电位Vout均等于0。当CLK1变为高电位(例如变为AVDD)时，由于C1上的电压不突变，Va上升，N2导通，AVDD给C2充电。其中，C2所获得的电荷量与充电时长相关。假设C2完成充电时，两端之间的电压为ΔV。此时，由于Va大于Vb，因此，P2导通，Va的值被传到Vout端。随后，当CLK2变为高电位(例如变为AVDD)时，Vb变为(AVDD+ΔV)，N1导通，C1被AVDD充电。假设C1完成充电时，两端之间的电压也为ΔV。此时，由于Va小于Vb，因此，P1导通，Vb的值被传到Vout端。然后，当CLK1变高时，C2继续充电至2ΔV，如此反复，最终Va和Vb的数值为2Vin，使得核心电路令输入信号的电位Vin变为2Vin输出到Vout端。

请参见图5，图5是本申请实施例提供的一种未加入延时单元的电荷泵电路的示意图。在图5中，第一电荷泵和第二电荷泵接收到的时钟信号的相位是相同的。请参见图6，图6是基于图5所示实施例提供的一种时钟信号和电路输出端的电位的波纹的示意图。其中，图6所示的峰峰值为ΔA。

需要说明的是，由于Vout是根据时钟信号的周期，按照AVDD对电容充电得到的电位。因此，电荷泵电路的电路输出端的电位Vout会存在在时钟信号的上升沿或下降沿的波纹。

请参见图7，图7是基于图2所示实施例提供的一种时钟信号和电路输出端的电位的波纹的示意图。其中，图7所示的峰峰值为0.5ΔA。

在图7中，一个时钟信号周期t610，可以包括第一子段611和第二子段612。其中，第一子段611中的时钟信号的电位621和第二子段612中的时钟信号的电位622不同。其中，电位621为低电位，电位622为高电位。

在另一中可能的实施方式中，若时钟信号周期t选择其他的划分方式，也可以是第一子段中的时钟信号的电位是低电位，第二子段中的时钟信号的电位是高电位。

在本申请的一种可能的实施方式中，电路输出端的电位在目标子段中持续上升或持续下降，所述目标子段是所述第一子段或所述第二子段。

在本申请的一种另可能的实施方式中，电路输出端的电位在上升沿或下降沿所在时刻执行反向变化操作，持续上升和持续下降互为反向变化操作，上升沿是周期t中低电位向高电位转变的时刻，下降沿是周期t中高电位向低电位转变的时刻。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本申请的能够实现的示例性的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括：输入模块，第一电荷泵模块、第二电荷泵模块以及输出模块；

所述输入模块包括电路输入端、时钟信号单元和放大器，所述第一电荷泵模块包括第一泵时钟单元和第一核心单元，所述第二电荷泵模块包括延时单元、第二泵时钟单元和第二核心单元；

所述电路输入端与所述放大器的同相输入端相连；所述放大器的输出端与所述第一泵时钟单元的输入端相连，所述放大器的输出端与所述第二泵时钟单元的输入端相连；所述第一泵时钟单元的输出端与所述第一核心单元的输入端相连，所述第一核心单元的输出端与所述输出模块的输入端相连；所述延时单元的输出端与所述第二泵时钟单元的输入端相连，所述第二泵时钟单元的输出端与所述第二核心单元的输入端相连，所述第二核心单元的输出端与所述输出模块的输入端相连；所述时钟信号单元的输出端与所述第一泵时钟单元的输入端相连；所述时钟信号单元的输出端与所述延时单元的输入端相连；

所述输入模块，用于提供时钟控制信号；

所述第一泵时钟单元，用于在所述时钟控制信号的影响下，对所接收到的第一时钟信号的幅值进行调整；

所述第一核心单元，用于在经调整的所述第一时钟信号的影响下，生成第一电源信号；

所述延时单元，用于基于所述第一时钟信号来产生第二时钟信号，其中，所述第二时钟信号相较于所述第一时钟信号具有指定的时延，所述指定的时延用于使输出信号的电位波动周期减小，所述指定的时延是kt，k为大于0且小于等于0.5的实数，t为所述第一时钟信号的周期；

所述第二泵时钟单元，用于在所述时钟控制信号的影响下，对所接收到的第二时钟信号的幅值进行调整；以及，

所述第二核心单元，用于在经调整的所述第二时钟信号的影响下，生成第二电源信号，其中，所述第二电源信号相较于所述第一电源信号具有所述指定的时延；

所述输出模块，用于至少基于所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成输出信号，并向所述输入模块提供反馈信号以使得所述输入模块基于所述反馈信号来生成所述时钟控制信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输出模块包括：输出支路和反馈支路，

所述输出支路耦合至所述第一电荷泵模块的输出端和所述第二电荷泵模块的输出端，并且基于所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成输出信号；

所述反馈支路耦合至所述输出支路，用于根据所述第一电源信号、所述第二电源信号来生成所述反馈信号。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述反馈支路包括：第一电阻器和第二电阻器，

所述第一电阻器的输入端耦合至所述第一电荷泵模块的输出端和所述第二电荷泵模块的输出端，所述第一电阻器的输出端耦合至所述第二电阻器的输入端和所述放大器的反相输入端；

所述第二电阻器的输出端接地。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二电荷泵模块的个数为n，n为奇数。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，与第i个所述第二电荷泵模块相连的所述延时单元中的参数k为i/(2n+2)，i为小于等于n的正整数。

6.一种芯片，其特征在于，所述芯片包含如权利要求1至权利要求5任一所述的电荷泵电路。

7.一种终端，其特征在于，所述终端包括如权利要求6所述的芯片。