CN111800002A - 电荷泵的峰值电流控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电荷泵的峰值电流控制电路，输出端连接电荷泵的时钟输入端，包括多个分频电路和选择电路，各分频电路的输出端输出时钟信号的分频信号，各分频信号的频率依次增加；在电荷泵的输出电压上升过程中，选择电路按照频率由小到大的顺序依次选择对应频率的分频信号输入到时钟输入端，使电荷泵的峰值电流逐渐增加，分频信号的频率越大电荷泵的峰值电流越大；在电荷泵的输出电压稳定后，选择电路选择时钟信号输入到时钟输入端。本发明能在升压过程中使峰值电流逐渐增加，从而能防止升压过程中峰值电流产生突变并从而降低功耗。

Description

电荷泵的峰值电流控制电路
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种电荷泵的峰值电流控制电路。
背景技术
闪存(Flash)在非接触卡中运用时，在读写擦的时候有低功耗的要求，甚至对峰值(peak)电流每微秒的变化量都有要求，一般要求peak电流的变化要小于100μA/μs或者200μA/μs。
Flash在读写擦时都需要用到高于电源电压的高压，所以需要电荷泵将电源电压升高或者降低到负压。在正压或者负压建立的过程中会有peak电流产生。通常我们会通过降低时钟频率的方法将peak电流降下来，但是这样做的peak电流几乎是恒定的peak电流，无法克服从无到有突变的过程。
如图1所示，是现有电荷泵的电路图；反馈电路连接在所述电荷泵101的输出端和输入端之间。
所述反馈电路包括分压电路和比较电路102，所述分压电路对所述电荷泵101的输出端输出的所述输出电压进行分压形成分压信号，所述比较电路102对所述分压信号和参考信号VREF进行比较形成时钟使能信号ENb。通常，所述分压电路由电阻R101和R102串联而成，所述电阻R101和所述电阻R102的连接处形成所述输出电压的分压。在所述输出电压和地之间还连接有电容C101。
所述时钟使能信号ENb控制所述电荷泵101的时钟输入端CLKIN的信号是否输入到所述电荷泵101的输入端中并从而调节所述输出电压的大小。通常，所述比较电路102的输出端通过两个反相器103的处理后输出所述时钟使能信号ENb，所述时钟使能信号ENb的波形图用标记105标出。
所述电荷泵101为负压电荷泵，也能为正压电荷泵。通常，时钟信号CLK之间输入到所述时钟输入端CLKIN。图1中，作为一种改进电路，增加了一个分频电路105和二选一选择器104，所述分频电路105的分频数用N表示，N为正整数，所述分频电路105输出的所述时钟信号CLK的分频信号，所述分频信号的频率为f/N，f表示所述时钟信号CLK的频率。
所述二选一选择器104的两个输入端分别连接所述分频信号和所述时钟信号CLK，使能端连接使能信号EN。
如图2所示，是图1所示的现有电荷泵101的高压建立过程的曲线；曲线108为所述电荷泵的输出电压的曲线，所述输出电压会经过上升即爬坡阶段。上升到所需的高压之后所述输出电压会稳定在所需的高压，图4中用HV表示上升后的高压，HV会大于电源电压。
曲线107表示所述使能信号EN的曲线，可以看出，在所述电荷泵101的输出电压上升过程中，所述二选一选择器104保持使能，在所述电荷泵101的输出电压上升前以及稳定后所述二选一选择器104保持非使能，这样在所述电荷泵101的输出电压的上升过程中，所述二选一选择器104会选择所述分频信号输入到所述时钟输入端CLKIN，由于所述分频信号的频率比所述时钟信号CLK的频率更低，故能减少升压过程中的峰值电流。当高压建立好之后，所述二选一选择器104会选择所述时钟信号CLK输入到所述时钟输入端CLKIN，电荷泵101自身的反馈能让电荷泵101的功耗保持在较低的水平，但是这种方式不能决绝peak电流由小变大的过程，也即peak电流会产生一个突变，这对降低功耗不利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电荷泵的峰值电流控制电路，能在升压过程中使峰值电流逐渐增加，从而能防止升压过程中峰值电流产生突变并从而降低功耗。
为解决上述技术问题，本发明提供的电荷泵的峰值电流控制电路的输出端连接电荷泵的时钟输入端。
所述峰值电流控制电路包括多个分频电路和选择电路，各所述分频电路的输入端连接时钟信号，各所述分频电路的输出端输出所述时钟信号的分频信号，各所述分频信号的频率依次增加。
在所述电荷泵的输出电压上升过程中，所述选择电路按照频率由小到大的顺序依次选择对应频率的所述分频信号输入到所述时钟输入端，使所述电荷泵的峰值电流逐渐增加，所述分频信号的频率越大所述电荷泵的峰值电流越大。
在所述电荷泵的输出电压稳定后，所述选择电路选择所述时钟信号输入到所述时钟输入端。
进一步的改进是，所述分频电路将所述时钟信号的频率除以分频数得到对应的所述分频信号的频率，各所述分频电路对应的所述分频数为8的倍数且依次减少。
进一步的改进是，所述分频电路包括第一分频电路、第二分频电路、第三分频电路、第四分频电路、第五分频电路、第六分频电路和第七分频电路，对应的分频数分别为128、96、64、48、32、24和16以及对应的所述分频信号分别为第一分频信号、第二分频信号、第三分频信号、第四分频信号、第五分频信号、第六分频信号和第七分频信号。
进一步的改进是，所述选择电路包括8个二选一选择器。
第一个二选一选择器的第一输入端连接所述第七分频信号，第二输入端连接所述第一分频信号，使能端连接第一使能信号。
第二个二选一选择器的第一输入端连接所述第一个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第二分频信号，使能端连接第二使能信号。
第三个二选一选择器的第一输入端连接所述第二个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第三分频信号，使能端连接第三使能信号。
第四个二选一选择器的第一输入端连接所述第三个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第四分频信号，使能端连接第四使能信号。
第五个二选一选择器的第一输入端连接所述第四个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第五分频信号，使能端连接第五使能信号。
第六个二选一选择器的第一输入端连接所述第五个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第六分频信号，使能端连接第六使能信号。
第七个二选一选择器的第一输入端连接所述第六个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第七分频信号，使能端连接第七使能信号。
第八个二选一选择器的第二输入端连接所述第七个二选一选择器的输出信号，第一输入端连接所述时钟信号，使能端连接第八使能信号。
进一步的改进是，各所述二选一选择器中，使能端使能时所述二选一选择器的输出信号为第二输入端输入的信号；使能端非使能时所述二选一选择器的输出信号为第一输入端输入的信号。
进一步的改进是，各所述二选一选择器中，使能信号为高电平时使能端使能，使能信号为低电平时使能端非使能。
进一步的改进是，各所述二选一选择器中，使能信号为低电平时使能端使能，使能信号为高电平时使能端非使能。
进一步的改进是，在所述电荷泵的输出电压上升过程中，所述第八个二选一选择器保持使能，在所述电荷泵的输出电压上升前以及稳定后所述第八个二选一选择器保持非使能。
将所述电荷泵的输出电压上升过程分成7个时间段，按照时间的先后顺序，控制第一至第七使能信号使第一至第七个二选一选择器依次在7个所述时间段中使能，使得所述第八个二选一选择器的输出端依次输出第一至第七分频信号。
进一步的改进是，所述电荷泵的输出电压上升过程分成的7个时间段的大小相等。
进一步的改进是，所述第七分频电路包括两个，分别输出连接到所述第一个二选一选择器的所述第一分频信号和连接到所述第七个二选一选择器的所述第一分频信号。
进一步的改进是，反馈电路连接在所述电荷泵的输出端和输入端之间。
所述反馈电路包括分压电路和比较电路，所述分压电路对所述电荷泵的输出端输出的所述输出电压进行分压形成分压信号，所述比较电路对所述分压信号和参考信号进行比较形成时钟使能信号。
所述时钟使能信号控制所述电荷泵的时钟输入端的信号是否输入到所述电荷泵的输入端中并从而调节所述输出电压的大小。
进一步的改进是，所述电荷泵为正压电荷泵或为负压电荷泵。
进一步的改进是，所述电荷泵集成在闪存中，所述电荷泵的输出电压为所述闪存在读、写和擦除操作中提供高压电源电压的高压。
进一步的改进是，所述闪存作为非接触卡的组成部分。
进一步的改进是，在所述电荷泵的输出电压上升过程中，所述电荷泵的峰值电流的变化小于200μA/s或者小于100μA/s。
本发明在电荷泵中设置了峰值电流控制电路，峰值电流控制电路能在输出电压上升过程中使输入到时钟输入端信号频率逐渐增加，从而电荷泵的峰值电流逐渐增加，从而能防止升压过程中峰值电流产生突变并从而降低功耗。
本发明能应用于闪存中并在读写擦时使升压过程中峰值电流变化量不超过200μA/s或者不超过100μA/s，使得采用了本发明的电荷泵的闪存能很好的在非接触开中运用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1是现有电荷泵的电路图；
图2是图1所示的现有电荷泵的高压建立过程的曲线；
图3是本发明实施例电荷泵的峰值电流控制电路的电路图；
图4是图3所示的本发明实施例电荷泵的高压建立过程的曲线。
具体实施方式
如图3所示，是本发明实施例电荷泵1的峰值电流控制电路4的电路图；本发明实施例电荷泵1的峰值电流控制电路4的输出端连接电荷泵1的时钟输入端CLKIN。
所述峰值电流控制电路4包括多个分频电路和选择电路，各所述分频电路的输入端连接时钟信号CLK，各所述分频电路的输出端输出所述时钟信号CLK的分频信号，各所述分频信号的频率依次增加。
在所述电荷泵1的输出电压上升过程中，所述选择电路按照频率由小到大的顺序依次选择对应频率的所述分频信号输入到所述时钟输入端CLKIN，使所述电荷泵1的峰值电流逐渐增加，所述分频信号的频率越大所述电荷泵1的峰值电流越大。
在所述电荷泵1的输出电压稳定后，所述选择电路选择所述时钟信号CLK输入到所述时钟输入端CLKIN。
本发明实施例中，所述分频电路将所述时钟信号CLK的频率除以分频数得到对应的所述分频信号的频率，各所述分频电路对应的所述分频数为8的倍数且依次减少。
所述分频电路包括第一分频电路71、第二分频电路72、第三分频电路73、第四分频电路74、第五分频电路75、第六分频电路76和第七分频电路77a和77b，对应的分频数分别为128、96、64、48、32、24和16以及对应的所述分频信号分别为第一分频信号、第二分频信号、第三分频信号、第四分频信号、第五分频信号、第六分频信号和第七分频信号，对应的频率分别为f/128、f/96、f/64、f/48、f/32、f/24和f/16，其中f表示所述时钟信号CLK的频率。
所述选择电路包括8个二选一选择器。
第一个二选一选择器61的第一输入端连接所述第七分频信号，第二输入端连接所述第一分频信号，使能端连接第一使能信号EN1。
第二个二选一选择器62的第一输入端连接所述第一个二选一选择器61的输出信号，第二输入端连接所述第二分频信号，使能端连接第二使能信号EN2。
第三个二选一选择器63的第一输入端连接所述第二个二选一选择器62的输出信号，第二输入端连接所述第三分频信号，使能端连接第三使能信号EN3。
第四个二选一选择器64的第一输入端连接所述第三个二选一选择器63的输出信号，第二输入端连接所述第四分频信号，使能端连接第四使能信号EN4。
第五个二选一选择器65的第一输入端连接所述第四个二选一选择器64的输出信号，第二输入端连接所述第五分频信号，使能端连接第五使能信号EN5。
第六个二选一选择器66的第一输入端连接所述第五个二选一选择器65的输出信号，第二输入端连接所述第六分频信号，使能端连接第六使能信号EN6。
第七个二选一选择器67的第一输入端连接所述第六个二选一选择器66的输出信号，第二输入端连接所述第七分频信号，使能端连接第七使能信号EN7。
第八个二选一选择器68的第二输入端连接所述第七个二选一选择器67的输出信号，第一输入端连接所述时钟信号CLK，使能端连接第八使能信号EN。
各所述二选一选择器中，使能端使能时所述二选一选择器的输出信号为第二输入端输入的信号；使能端非使能时所述二选一选择器的输出信号为第一输入端输入的信号。各所述二选一选择器中，使能信号为高电平时使能端使能，使能信号为低电平时使能端非使能。在其他实施例中也能为：各所述二选一选择器中，使能信号为低电平时使能端使能，使能信号为高电平时使能端非使能。
如图4所示，是图3所示的本发明实施例电荷泵1的高压建立过程的曲线；曲线209为所述电荷泵的输出电压的曲线，所述输出电压会经过上升即爬坡阶段，爬坡阶段位于图4的两根虚线之间且用Rample表示。上升到所需的高压之后所述输出电压会稳定在所需的高压，图4中用HV表示上升后的高压，高压会有一定的小波纹，波纹在图4中用Ripple表示。
曲线201表示所述第八使能信号EN的曲线，可以看出，在所述电荷泵1的输出电压上升过程中，所述第八个二选一选择器68保持使能，在所述电荷泵1的输出电压上升前以及稳定后所述第八个二选一选择器68保持非使能。
将所述电荷泵1的输出电压上升过程分成7个时间段，按照时间的先后顺序，控制第一至第七使能信号EN7使第一至第七个二选一选择器67依次在7个所述时间段中使能，使得所述第八个二选一选择器68的输出端依次输出第一至第七分频信号。图4中，曲线202表示所述第一使能信号EN1的曲线，曲线203表示所述第二使能信号EN2的曲线，曲线204表示所述第三使能信号EN3的曲线，曲线205表示所述第四使能信号EN4的曲线，曲线206表示所述第五使能信号EN5的曲线，曲线207表示所述第六使能信号EN6的曲线，曲线208表示所述第七使能信号EN7的曲线；可以看出，曲线202至208中，对应的使能信号依次出现高电平，选择对应的所述分频信号输入到所述时钟输入端CLKIN。例如，在第一个时间段中，所述第一使能信号EN1为高电平时，使能信号E2至EN7都为低电平，这时所述第一个二选一选择器61选择第二输入端输入的信号即频率为f/128的所述分频信号，第二至第七个二选一选择器选择第一输入端输入的信号，这样频率为f/128的所述分频信号会依次被第二至第七个二选一选择器选择而输出到第八个二选一选择器的第二输入端，由于所述第八使能信号EN为高电平，故所述第八个二选一选择器68最后会输出频率为f/128的所述分频信号到所述时钟输入端CLKIN。其他各时间段的信号选择和第一时间段的类似，这里不再展开说明。
较佳选择为，所述电荷泵1的输出电压上升过程分成的7个时间段的大小相等。
所述第七分频电路包括两个，图4中分别用标记77a和77b表示，分别输出连接到所述第一个二选一选择器61的所述第一分频信号和连接到所述第七个二选一选择器67的所述第一分频信号。
反馈电路连接在所述电荷泵1的输出端和输入端之间。
所述反馈电路包括分压电路和比较电路2，所述分压电路对所述电荷泵1的输出端输出的所述输出电压进行分压形成分压信号，所述比较电路2对所述分压信号和参考信号VREF进行比较形成时钟使能信号ENb。本发明实施例中，所述分压电路由电阻R1和R2串联而成，所述电阻R1和所述电阻R2的连接处形成所述输出电压的分压。在所述输出电压和地之间还连接有电容C1。
所述时钟使能信号ENb控制所述电荷泵1的时钟输入端CLKIN的信号是否输入到所述电荷泵1的输入端中并从而调节所述输出电压的大小。本发明实施例中，所述比较电路2的输出端通过两个反相器3的处理后输出所述时钟使能信号ENb，所述时钟使能信号ENb的波形图用标记5标出。
所述电荷泵1为负压电荷泵。在其他实施例中，所述电荷泵1也能为正压电荷泵。
所述电荷泵1集成在闪存中，所述电荷泵1的输出电压为所述闪存在读、写和擦除操作中提供高压电源电压的高压。所述闪存作为非接触卡的组成部分。在所述电荷泵1的输出电压上升过程中，所述电荷泵1的峰值电流的变化小于200μA/s或者小于100μA/s，这样能很好的满足在非接触卡中低功耗的要求。
本发明实施例在电荷泵1中设置了峰值电流控制电路4，峰值电流控制电路4能在输出电压上升过程中使输入到时钟输入端CLKIN信号频率逐渐增加，从而电荷泵1的峰值电流逐渐增加，从而能防止升压过程中峰值电流产生突变并从而降低功耗。
本发明实施例能应用于闪存中并在读写擦时使升压过程中峰值电流变化量不超过200μA/s或者不超过100μA/s，使得采用了本发明的电荷泵1的闪存能很好的在非接触开中运用。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：峰值电流控制电路的输出端连接电荷泵的时钟输入端；
所述峰值电流控制电路包括多个分频电路和选择电路，各所述分频电路的输入端连接时钟信号，各所述分频电路的输出端输出所述时钟信号的分频信号，各所述分频信号的频率依次增加；
在所述电荷泵的输出电压上升过程中，所述选择电路按照频率由小到大的顺序依次选择对应频率的所述分频信号输入到所述时钟输入端，使所述电荷泵的峰值电流逐渐增加，所述分频信号的频率越大所述电荷泵的峰值电流越大；
在所述电荷泵的输出电压稳定后，所述选择电路选择所述时钟信号输入到所述时钟输入端。
2.如权利要求1所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述分频电路将所述时钟信号的频率除以分频数得到对应的所述分频信号的频率，各所述分频电路对应的所述分频数为8的倍数且依次减少。
3.如权利要求2所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述分频电路包括第一分频电路、第二分频电路、第三分频电路、第四分频电路、第五分频电路、第六分频电路和第七分频电路，对应的分频数分别为128、96、64、48、32、24和16以及对应的所述分频信号分别为第一分频信号、第二分频信号、第三分频信号、第四分频信号、第五分频信号、第六分频信号和第七分频信号。
4.如权利要求3所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述选择电路包括8个二选一选择器；
第一个二选一选择器的第一输入端连接所述第七分频信号，第二输入端连接所述第一分频信号，使能端连接第一使能信号；
第二个二选一选择器的第一输入端连接所述第一个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第二分频信号，使能端连接第二使能信号；
第三个二选一选择器的第一输入端连接所述第二个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第三分频信号，使能端连接第三使能信号；
第四个二选一选择器的第一输入端连接所述第三个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第四分频信号，使能端连接第四使能信号；
第五个二选一选择器的第一输入端连接所述第四个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第五分频信号，使能端连接第五使能信号；
第六个二选一选择器的第一输入端连接所述第五个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第六分频信号，使能端连接第六使能信号；
第七个二选一选择器的第一输入端连接所述第六个二选一选择器的输出信号，第二输入端连接所述第七分频信号，使能端连接第七使能信号；
第八个二选一选择器的第二输入端连接所述第七个二选一选择器的输出信号，第一输入端连接所述时钟信号，使能端连接第八使能信号。
5.如权利要求4所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：各所述二选一选择器中，使能端使能时所述二选一选择器的输出信号为第二输入端输入的信号；使能端非使能时所述二选一选择器的输出信号为第一输入端输入的信号。
6.如权利要求5所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：各所述二选一选择器中，使能信号为高电平时使能端使能，使能信号为低电平时使能端非使能。
7.如权利要求5所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：各所述二选一选择器中，使能信号为低电平时使能端使能，使能信号为高电平时使能端非使能。
8.如权利要求5或6或7所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：在所述电荷泵的输出电压上升过程中，所述第八个二选一选择器保持使能，在所述电荷泵的输出电压上升前以及稳定后所述第八个二选一选择器保持非使能；
将所述电荷泵的输出电压上升过程分成7个时间段，按照时间的先后顺序，控制第一至第七使能信号使第一至第七个二选一选择器依次在7个所述时间段中使能，使得所述第八个二选一选择器的输出端依次输出第一至第七分频信号。
9.如权利要求8所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述电荷泵的输出电压上升过程分成的7个时间段的大小相等。
10.如权利要求4所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述第七分频电路包括两个，分别输出连接到所述第一个二选一选择器的所述第一分频信号和连接到所述第七个二选一选择器的所述第一分频信号。
11.如权利要求1所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：反馈电路连接在所述电荷泵的输出端和输入端之间；
所述反馈电路包括分压电路和比较电路，所述分压电路对所述电荷泵的输出端输出的所述输出电压进行分压形成分压信号，所述比较电路对所述分压信号和参考信号进行比较形成时钟使能信号；
所述时钟使能信号控制所述电荷泵的时钟输入端的信号是否输入到所述电荷泵的输入端中并从而调节所述输出电压的大小。
12.如权利要求11所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述电荷泵为正压电荷泵或为负压电荷泵。
13.如权利要求1所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述电荷泵集成在闪存中，所述电荷泵的输出电压为所述闪存在读、写和擦除操作中提供高压电源电压的高压。
14.如权利要求13所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：所述闪存作为非接触卡的组成部分。
15.如权利要求14所述的电荷泵的峰值电流控制电路，其特征在于：在所述电荷泵的输出电压上升过程中，所述电荷泵的峰值电流的变化小于200μA/s或者小于100μA/s。
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