CN112152437A - 一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵 - Google Patents

一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵，对电荷泵的输出信号进行低通滤波，将进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器内，使得电压跟随器输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制；通过本技术方案，可以有效降低电荷泵输出的纹波，提高电荷泵输出电压的稳定性，提高电荷泵的性能。

Description

一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵
技术领域
本发明涉及电荷泵技术领域，尤其涉及的是一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵。
背景技术
在快闪存储器中，对存储器进行读取、编程和擦除时，通常需要大于电源电压的操作电压。随着近些年移动端设备的普及，对于快闪存储器提出了低电压、低功耗等更高的要求。目前的快闪存储器一般为单电源供电，为了得到远大于电源电压的操作电压，通常会使用电荷泵结构。电荷泵是通过电容充放电将电压抬升的结构，它需要在周期性时钟的控制下不断地对电容充电和放电，最终输出高于电源电压的高压。
在传统的电荷泵结构中，由于周期性时钟的作用，输出电压会存在与时钟周期相关的纹波，而纹波的存在会降低输出电压的稳定性，影响电荷泵的性能。
因此，现有的技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵，旨在解决现有的电荷泵输出电压会存在与时钟周期相关的纹波，纹波会降低输出电压稳定性和影响电荷泵性能的问题。
本发明的技术方案如下：一种用于抑制纹波的方法，其中，具体包括以下步骤：
对电荷泵的输出信号进行低通滤波；
将进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器内，使得电压跟随器输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制。
一种用于抑制纹波的电路，其中，包括低通滤波器和电压跟随器，通过低通滤波器对电荷泵的输出信号进行低通滤波，进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器内，使电压跟随器输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述低通滤波器采用一阶低通滤波器。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述低通滤波器采用一阶的RC低通滤波器。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述低通滤波器包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接至输入端，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；电阻R1的一端与电压跟随器M1连接，电阻R1的另一端与电压跟随器M1连接。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述电压跟随器M1采用MOS管。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述电压跟随器M1采用低阈值电压的N型金属氧化物场效应晶体管NMOS。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述电阻R1的另一端与N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的栅极连接，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的源极连接至输入端，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的DNW、TPW和源极连接在一起后连接至输出端，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的DNW、TPW和源极连接在一起后与输出负载ZL一端连接，输出负载ZL另一端接地。
所述的用于抑制纹波的电路，其中，所述电压跟随器M1输出电压与输入电压的传递函数如下：
Figure 228588DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 348991DEST_PATH_IMAGE002
为电压跟随器M1输出电压,
Figure 331991DEST_PATH_IMAGE003
为电压跟随器M1输入电压,
Figure 179730DEST_PATH_IMAGE004
为电阻R1的阻值，
Figure 931785DEST_PATH_IMAGE005
为电容C1的容值，s为信号的复数频率，
Figure 206777DEST_PATH_IMAGE006
为电压跟随器M1的跨导，
Figure 677073DEST_PATH_IMAGE007
为输出负载ZL的阻抗。
一种电荷泵，其中，包括如上述任一项所述的用于抑制纹波的电路。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种用于抑制纹波的方法、电路及电荷泵，对电荷泵的输出信号进行低通滤波，将进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器内，使得电压跟随器输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制；通过本技术方案，可以有效降低电荷泵输出的纹波，提高电荷泵输出电压的稳定性，提高电荷泵的性能。
附图说明
图1是本发明中用于抑制纹波的方法的步骤流程图。
图2是本发明中用于抑制纹波的电路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，一种用于抑制纹波的（纹波是由于直流稳定电源的电压波动而造成的一种现象，因为直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流稳定量中多少带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量就称之为纹波）方法，具体包括以下步骤：
S1：对电荷泵的输出信号进行低通滤波；
S2：将进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器M1内，使得电压跟随器M1输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制。
如图2所示，一种用于抑制纹波的电路，包括低通滤波器和电压跟随器M1，通过低通滤波器实现低通滤波，使电压跟随器M1输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制。
在某些具体实施例中，所述低通滤波器采用一阶低通滤波器。作为一种优选实施例，所述低通滤波器采用一阶的RC低通滤波器。
本实施例中，所述低通滤波器包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接至输入端，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；电阻R1的一端与电压跟随器M1连接，电阻R1的另一端与电压跟随器M1连接。
在某些具体实施例中，所述电压跟随器M1采用MOS管。作为一种优选实施例，所述电压跟随器M1采用低阈值电压的N型金属氧化物场效应晶体管NMOS，可以减小电压跟随器M1上的电压损失。
本实施例中，所述电阻R1的另一端与N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的栅极连接，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的源极连接至输入端，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的DNW、TPW和源极连接在一起后连接至输出端，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的DNW、TPW和源极连接在一起后与输出负载ZL一端连接，输出负载ZL另一端接地。
其中，所述输入端一般为电荷泵的电压输出端，用于电荷泵输出电压的抑制纹波；但也可根据实际需要将本用于抑制纹波的电路应用于需要滤波、抑制纹波的其他场景，这里不做限制。
在某些具体实施例中，所述电压跟随器M1输出电压与输入电压的传递函数如下：
Figure 79236DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，式中
Figure 200644DEST_PATH_IMAGE002
为电压跟随器M1输出电压,
Figure 397270DEST_PATH_IMAGE003
为电压跟随器M1输入电压,
Figure 604130DEST_PATH_IMAGE004
为电阻R1的阻值，
Figure 544404DEST_PATH_IMAGE005
为电容C1的容值，s为信号的复数频率（表征信号变化的快慢），
Figure 271051DEST_PATH_IMAGE006
为电压跟随器M1的跨导，
Figure 159285DEST_PATH_IMAGE007
为输出负载ZL的阻抗。
当
Figure 869752DEST_PATH_IMAGE008
时，
Figure 613717DEST_PATH_IMAGE009
,等效于一个一阶的RC低通滤波器，可以实现对高频信号的衰减，达到纹波抑制的功能；其中R1C1为RC的时间常数，可以针对电荷泵的时钟周期进行设计。
从大信号的角度考虑，电压跟随器M1是一个电压跟随器的结构，输出电压Vout等于电压跟随器M1的栅极电压Vg减电压跟随器M1的阈值电压Vth，电压跟随器M1使用低阈值电压的N型金属氧化物场效应晶体管NMOS可以减小电压跟随器M1上的电压损失，使得输出电压Vout近似等于电压跟随器M1的栅极电压Vg。当输入电压产生快速的电压变动时，电阻R1与电容C1对输入电压进行低通滤波，使得电压跟随器M1的栅极电压变化慢于漏极电压变化，而电压跟随器M1的源极电压跟随栅极电压的变化，最终使得输出电压的变动小于输入电压。
从小信号的角度考虑，输出与输入的传递函数
Figure 709718DEST_PATH_IMAGE010
；当
Figure 513726DEST_PATH_IMAGE011
时，
Figure 445910DEST_PATH_IMAGE012
,等效于一个一阶的RC低通滤波器，可以实现对高频信号的衰减，达到纹波抑制的功能。
本用于抑制纹波的电路一般连接在电荷泵的电压输出端，但也可以应用于需要滤波的其他场景，这里不做限制。
本技术方案还包括一种电荷泵，包括如上述所述的用于抑制纹波的电路。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种用于抑制纹波的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
对电荷泵的输出信号进行低通滤波；
将进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器内，使得电压跟随器输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制。
2.一种用于抑制纹波的电路，其特征在于，包括低通滤波器和电压跟随器，通过低通滤波器对电荷泵的输出信号进行低通滤波，进行低通滤波后的信号输入至电压跟随器内，使电压跟随器输出电压的变动小于输入电压的变动，以实现纹波抑制。
3.根据权利要求2所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述低通滤波器采用一阶低通滤波器。
4.根据权利要求3所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述低通滤波器采用一阶的RC低通滤波器。
5.根据权利要求4所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻R1和电容C1，所述电阻R1的一端连接至输入端，电阻R1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地；电阻R1的一端与电压跟随器M1连接，电阻R1的另一端与电压跟随器M1连接。
6.根据权利要求5所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述电压跟随器M1采用MOS管。
7.根据权利要求6所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述电压跟随器M1采用低阈值电压的N型金属氧化物场效应晶体管NMOS。
8.根据权利要求7所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述电阻R1的另一端与N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的栅极连接，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的源极连接至输入端，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的DNW、TPW和源极连接在一起后连接至输出端，N型金属氧化物场效应晶体管NMOS的DNW、TPW和源极连接在一起后与输出负载ZL一端连接，输出负载ZL另一端接地。
9.根据权利要求8所述的用于抑制纹波的电路，其特征在于，所述电压跟随器M1输出电压与输入电压的传递函数如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
其中，
Figure 819051DEST_PATH_IMAGE002
为电压跟随器M1输出电压,
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为电压跟随器M1输入电压,
Figure 723553DEST_PATH_IMAGE004
为电阻R1的阻值，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为电容C1的容值，s为信号的复数频率，
Figure 416571DEST_PATH_IMAGE006
为电压跟随器M1的跨导，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为输出负载ZL的阻抗。
10.一种电荷泵，其特征在于，包括如权利要求2至9任一项所述的用于抑制纹波的电路。
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