CN113489314B - 用于调整电荷泵输出电压的装置、电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电路集成技术领域，公开一种用于调整电荷泵输出电压的装置，包括：带隙基准电路，用于生成基准电流；参考电压生成电路，与带隙基准电路电连接，参考电压生成电路用于对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压；稳压电路，与参考电压生成电路电连接，稳压电路用于使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内。通过对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压，来扩大参考电压的修调范围，能够使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，以提高将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。本申请还公开一种电子设备。

Description

用于调整电荷泵输出电压的装置、电子设备

技术领域

本申请涉及电路集成技术领域，例如涉及一种用于调整电荷泵输出电压的装置、电子设备。

背景技术

电荷泵是一种电容式电压变换器，可用以提升或降低电压，也可用以产生负电压。由于其电路简单且效率较高，广泛应用于单电源供电的集成电路中。例如，在分栅式闪存或EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，电可擦写可编程只读存储器）中，电荷泵将供电电压转换为高于供电电压的高电压信号，来驱动负载如分栅式闪存或EEPROM的读写操作。工艺的偏差会导致电荷泵输出的驱动电压与目标值有偏差，最终影响电子设备的可靠性，为了保证电子设备具有较好的可靠性，电子设备在生产测试过程中需要对电荷泵输出的驱动电压进行修调，使得电荷泵输出的驱动电压在目标值范围之内。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

现有技术中修调电荷泵输出的驱动电压通过更改参考电压生成电路中的分压的电阻，这种修调方式受限于分压电阻的数量，难以将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供一种用于调整电荷泵输出电压的装置、电子设备，以提高将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

在一些实施例中，所述用于调整电荷泵输出电压的装置包括：带隙基准电路，用于生成基准电流；参考电压生成电路，与带隙基准电路电连接，参考电压生成电路用于对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压；稳压电路，与参考电压生成电路电连接，稳压电路用于根据所述参考电压使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内。

在一些实施例中，所述电子设备包括上述的用于调整电荷泵输出电压的装置。

本公开实施例提供的用于调整电荷泵输出电压的装置和电子设备，可以实现以下技术效果：通过对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压，来扩大参考电压的修调范围，能够使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，以提高将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一个用于调整电荷泵输出电压的装置的结构示意图；

图2是本公开实施例提供的另一个用于调整电荷泵输出电压的装置的结构示意图。

附图标记：

1：第一PMOS管(positive channel Metal Oxide Semiconductor, P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)；2：第二PMOS管；3：运算放大器；4：第一电阻；5：第一双极性晶体管；6：第二电阻；7：第二双极性晶体管；8：第三电阻；9：比较器；10：分压电路；11：第一个第三PMOS管；12：第二个第三PMOS管；13：第N个第三PMOS管；14：第一个第一开关；15：第二个第一开关；16：第N个第一开关；17：第一个第四电阻；18：第二个第四电阻；19：第三个第四电阻；20：第四个第四电阻；21：第M-1个第四电阻；22：第M个第四电阻；23：第一个第二开关；24：第二个第二开关；25：第三个第二开关；26：第M-1个第二开关开关；27：电荷泵电路；28：带隙基准电路；29：参考电压生成电路；30：稳压电路；31：振荡器。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

本公开实施例中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本公开实施例及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本公开实施例中的具体含义。

另外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开实施例中的具体含义。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

结合图1所示，本公开实施例提供一种用于调整电荷泵输出电压的装置，包括带隙基准电路28、参考电压生成电路29和稳压电路30。带隙基准电路28，用于生成基准电流；参考电压生成电路29，与带隙基准电路28电连接，参考电压生成电路29用于对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压；稳压电路30，与参考电压生成电路29电连接，稳压电路30用于根据参考电压使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内。

采用本公开实施例提供的用于调整电荷泵输出电压的装置，通过对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压，来扩大参考电压的修调范围，能够使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，以提高将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

可选地，参考电压生成电路包括：电流修调模块和电压修调模块。电流修调模块的一端与带隙基准电路电连接，电流修调模块的另一端与电压修调模块的输入端电连接，电流修调模块用于放大基准电流，获得加载在电压修调模块的初始参考电压；电压修调模块的输出端与稳压电路电连接，电压修调模块用于对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压并将参考电压输出给稳压电路。

通过带隙基准电路生成的基准电流与绝对温度成正比，并将该基准电流输出给电流修调模块，电流修调模块通过放大基准电流来实现对基准电流的修调，从而获得加载在电压修调模块的初始参考电压，电压修调模块对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压，来扩大参考电压的修调范围，从而使得电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，提高了将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

可选地，电流修调模块包括：N个并联的第三PMOS管，各第三PMOS管的栅极均与带隙基准电路电连接，各第三PMOS管的源极分别连接电源，各第三PMOS管的漏极分别通过N个第一开关与电压修调模块的输入端电连接。其中，N＞1，且为正整数。各并联的第三PMOS管按照各自预设倍数增大输入的基准电流，来实现对基准电流的修调，从而改变流过参考电压生成电路的电流，从而获得加载在电压修调模块的初始参考电压，使得电流修调模块对初始参考电压进行不同倍数的增大，扩大了初始参考电压的修调范围，进而能够扩大参考电压的修调范围，从而使得电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，提高了将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

可选地，电压修调模块包括：电阻模块；电阻模块的一端与电流修调模块电连接，电阻模块的另一端接地，电阻模块包括M个一一串联的第四电阻，各相邻第四电阻之间的节点分别通过第二开关与稳压电路的输入端连接。其中，M＞1，且为正整数。电压修调模块包括M-1个第二开关。可选地，第四电阻为定值电阻。通过串联多个第四电阻将初始参考电压均分给每个第四电阻，通过选择不同的第二开关开启，实现对初始参考电压的修调，以生成不同的参考电压，从而扩大了参考电压修调的范围，并提高了参考电压的修调精度，从而使得电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，提高了将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

与现有技术相比，参考电压生成电路不需要误差放大器，减小了参考电压生成电路的功耗。

结合图2所示，可选地，带隙基准电路28包括：运算放大器3、第一PMOS管1、第二PMOS管2、第一电阻4、第二电阻6、第三电阻8、第一双极性晶体管5、第二双极性晶体管7。运算放大器3的第一输入端分别连接第一电阻4的一端、第一双极性晶体管5的发射极和第一PMOS管1的漏极，运算放大器3的第二输入端分别连接第二电阻6的一端、第三电阻8的一端和第二PMOS管2的漏极，运算放大器3的输出端分别连接第一PMOS管1的栅极、第二PMOS管2的栅极和参考电压生成电路29；第一PMOS管1的源极连接电源；第二PMOS管的源极连接电源；第一电阻4的另一端接地；第二电阻6的另一端与第二双极性晶体管7的发射极电连接；第一双极性晶体管5的基极和集电极接地；第二双极性晶体管的基极和集电极接地；第三电阻的另一端接地。带隙基准电路减少了产生VREF（基准电压，Reference voltage）的支路，从而降低了带隙基准电路的功耗。

可选地，电流修调模块包括：并联的第一个第三PMOS管11、第二个第三PMOS管12、……、第N个第三PMOS管13，第一个第一开关14、第二个第一开关15、……、第N个第一开关16。电压修调模块包括：电阻模块、开关模块。电阻模块包括依次串联的第一个第四电阻17、第二个第四电阻18、第三个第四电阻19、第四个第四电阻20、……、第M-1个第四电阻21、第M个第四电阻22。开关模块包括：第一个第二开关23、第二个第二开关24、第三个第二开关25、……、第M-1个第二开关开关26。

第一个第三PMOS管11、第二个第三PMOS管12、……、第N个第三PMOS管13的栅极均与运算放大器3的输出端、第一PMOS管1的栅极、第二PMOS管2的栅极连接；第一个第三PMOS管11、第二个第三PMOS管12、……、第N个第三PMOS管13的源极分别连接电源；第一个第三PMOS管11的漏极连接第一个第一开关14的一端，第二个第三PMOS管12的漏极连接第二个第一开关15的一端，……，第N个第三PMOS管13的漏极连接第N个第一开关16的一端；第一个第一开关14的另一端、第二个第一开关15的另一端、……、第N个第一开关16的另一端连接第一个第四电阻17的一端；第一个第四电阻17的另一端连接第二个第四电阻18的一端，第二个第四电阻18的另一端连接第三个第四电阻19的一端，第三个第四电阻的另一端连接第四个第四电阻20的一端，……，第M-1个第四电阻21的另一端连接第M个第四电阻22的一端，第M个第四电阻22的另一端接地；第一个第二开关23的一端、第二个第二开关24的一端、第三个第二开关25的一端、……、第M-1个第二开关开关26的一端连接稳压电路30的输入端，第一个第二开关23的另一端连接第一个第四电阻17和第二个第四电阻18之间的节点，第二个第二开关24的另一端连接第二个第四电阻18和第三个第四电阻19之间的节点，第三个第二开关25的另一端连接第三个第四电阻19和第四个第四电阻20之间的节点，……，第M-1个第二开关开关26的另一端连接第M-1个第四电阻21和第M个第四电阻22之间的节点。

可选地，稳压电路30包括：驱动电路和电荷泵电路27。驱动电路，第一输入端连接电荷泵电路27的输出端，驱动电路的第二输入端连接参考电压生成电路29，驱动电路的输出端连接电荷泵电路27的第一输入端，驱动电路用于接收参考电压，并根据参考电压生成驱动电荷泵电路的驱动信号并将驱动信号发送给电荷泵电路27；电荷泵电路27用于接收驱动信号，并根据驱动信号输出驱动电压。

可选地，驱动电路包括：分压电路10和比较器9。分压电路10的输入端与电荷泵电路27电连接，分压电路10的输入端与比较器9的第二输入端电连接，分压电路10用于对电荷泵电路27输出的驱动电压进行分压以生成采样电压；比较器9的第一输入端与参考电压生成电路29电连接，比较器9的输出端与电荷泵电路27的输入端电连接，比较器用于将参考电压和采样电压进行比较后，生成驱动信号并将驱动信号发送给电荷泵电路27。

比较器的第一输入端分别连接第一个第二开关23的一端、第二个第二开关24的一端、第三个第二开关25的一端、……、第M-1个第二开关开关26的一端。参考电压生成电路输出参考电压给比较器，比较器通过对采样电压和参考电压进行比较后，生成驱动信号。电荷泵电路根据驱动信号输出驱动电压。由于扩大了参考电压修调的范围，使得电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，提高了将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

可选地，稳压电路30还包括：振荡器31。振荡器31连接电荷泵电路27的第二输入端，振荡器用于输出时钟信号给电荷泵电路。

在一些实施例中，电荷泵在高压建立过程中，参考电压小于采样电压，电荷泵使能信号，即比较器输出始终为高电平，当电荷泵的输出电压达到目标高压时，参考电压大于或等于采样电压，电荷泵使能信号变为低电平。在电荷泵输出电压稳定的情况下，由于输出的目标高压有电荷泄放导致高压变低，电荷泵会频繁打开来维持高压。例如，分压电路为K分压电路，其中，K＞1，且为正整数，即采样电压=电荷泵输出电压/K，因此电荷泵输出电压=K*采样电压=K*参考电压。通过电流修调模块对基准电流进行粗调生成初始参考电压，通过电压修调模块对初始参考电压进行细调生成参考电压，扩大了参考电压的修调范围。再根据参考电压和采样电压的比较结果来调节电荷泵电路输出的驱动电压，能够增加电荷泵输出的驱动电压的可修调范围，从而提高将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。可选地，大于预设值的电压为高压。可选地，在电荷泵使能信号为高电平的情况下，振荡器输出时钟信号给电荷泵电路，电荷泵电路在接收到时钟信号的情况下开始工作。

在一些实施例中，电流修调模块包括：3个并联的第三PMOS管、3个第一开关，即第一个第一开关T0、第二个第一开关T1、第三个第一开关T2，则电流修调模块有3档可以修调，确定每一档步长为10%；第一个第三PMOS管为可增大9倍电流的PMOS管，第二个第三PMOS管为可增大10倍电流的PMOS管，第三个第三PMOS管为可增大11倍电流的PMOS管，将处于并联中间的第二个第三PMOS管支路确定为默认档，则电流修调模块的3个档位的修调步长依次分别为：-10%，0%，+10%。电阻模块包括依次串联的10个第四电阻；电压修调模块包括10个第二开关，即第一个第二开关S1、第二个第二开关S2……第十个第二开关S10，即电压修调模块有10档可以修调，确定每一档步长为2%，确定第6档为默认档；由于流过每个电阻的电流相等，每个电阻两端的电压相等，则电压修调模块的各档位的修调步长依次分别为：-8%、-6%、-4%、-2%、0%、+2%、+4%、+6%、+8%、+10%。

通过选择不同的第一开关Tn开启，使得流过参考电压生成电路的电流发生改变，由欧姆定律可知，第四电阻两端的电压发生改变。对于初始参考电压V1，在第二个第一开关T1开启的情况下，T1为默认档，V1=1.1V；而当第一个第一开关T0开启时，电流下调了10%，因此V1=0.99V。此时通过选择不同的第二开关Sm开启，电压修调模块根据不同档位的电压值生成对应的参考电压Vr，再通过采样电压Vdet与参考电压Vr比较的结果，来调节电荷泵电路输出的驱动电压，使得驱动电压稳定在目标值范围之内。通过修调参考电压Vr实现对电荷泵输出电压Vout的修调，其中，0≤n<N，1≤m<M，m和n均为整数。

例如，电荷泵中的分压电路为8分压，在电荷泵输出电压的目标值为8V的情况下，参考电压Vr为1V。如表1所示，表1为电荷泵的输出电压档位分布示例表，参考电压的可修调范围为-17.2%~+21%，T0和Sm共同对应的每一档步长为1.8%，T1和Sm共同对应的每一档步长为2%，T2和Sm共同对应的每一档步长为2.2%：

表1

如表1所示，在第三个第一开关T2闭合，第一个第二开关S1闭合的情况下，T2修调步长为10%，S1修调步长为+10%，参考电压为1.21V，电荷泵输出电压为9.68V；在第二个第一开关T1闭合，第二个第二开关S2闭合的情况下，T1修调步长为0%，S2修调步长为+8%，参考电压为1.08V，电荷泵输出电压为8.64V；在第一个第一开关T0闭合，第三个第二开关S3闭合的情况下，T0修调步长为-10%，S3修调步长为+6%，参考电压为0.954V，电荷泵输出电压为7.632V。

带隙基准电路将生成的与绝对温度成正比的基准电流输出给电流修调模块，通过电流修调模块对基准电流进行粗调生成初始参考电压，扩大了初始参考电压的修调范围。电压修调模块对初始参考电压进行细调生成参考电压，进而扩大了参考电压的修调范围。根据参考电压和采样电压的比较结果来调节电荷泵电路输出的驱动电压，增加了电荷泵输出电压的可修调范围，并且大大降低了对第四电阻，即分压电阻的数量的受限程度，提高了将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。同时，本公开实施例提供的用于调整电荷泵输出电压的装置减少了产生基准电压的支路和误差放大器，降低了待机功耗。

本公开实施例提供一种电子设备，包括上述的用于调整电荷泵输出电压的装置。

采用本公开实施例提供的电子设备，通过对基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对初始参考电压进行电压修调以生成参考电压，来扩大参考电压的修调范围，能够使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内，以提高将电荷泵输出的驱动电压修调到目标值范围之内的可能性。

可选地，电子设备为电可擦写可编程只读存储器EEPROM。

可选地，电子设备为分栅式闪存。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种用于调整电荷泵输出电压的装置，其特征在于，包括：

带隙基准电路，用于生成基准电流；

参考电压生成电路，与所述带隙基准电路电连接，所述参考电压生成电路用于对所述基准电流进行电流修调以生成初始参考电压，并对所述初始参考电压进行电压修调以生成参考电压；

稳压电路，与所述参考电压生成电路电连接，所述稳压电路用于根据所述参考电压使电荷泵输出的驱动电压处于预设范围内；

所述带隙基准电路包括：

运算放大器，第一输入端分别连接第一电阻的一端、第一双极性晶体管的发射极和第一PMOS管的漏极，所述运算放大器的第二输入端分别连接第二电阻的一端、第三电阻的一端和第二PMOS管的漏极，所述运算放大器的输出端分别连接所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极和所述参考电压生成电路；

所述第一PMOS管，源极连接电源；

所述第二PMOS管，源极连接电源；

所述第一电阻，另一端接地；

所述第二电阻，另一端与第二双极性晶体管的发射极电连接；

所述第一双极性晶体管，基极和集电极接地；

所述第二双极性晶体管，基极和集电极接地；

所述第三电阻，另一端接地；

所述参考电压生成电路包括：

电流修调模块，一端与所述带隙基准电路电连接，所述电流修调模块的另一端与电压修调模块的输入端电连接，所述电流修调模块用于放大所述基准电流，获得加载在所述电压修调模块的初始参考电压；

所述电压修调模块，输出端与所述输出电压稳定电路电连接，所述电压修调模块用于对所述初始参考电压进行电压修调以生成参考电压并将所述参考电压输出给所述稳压电路。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流修调模块包括：

N个并联的PMOS管，各所述PMOS管的栅极均与所述带隙基准电路电连接，各所述PMOS管的源极分别连接电源，各所述PMOS管的漏极分别通过N个开关与电压修调模块的输入端电连接，其中，N＞1，且为正整数。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，电压修调模块包括：

电阻模块，一端与所述电流修调模块电连接，另一端接地，所述电阻模块包括M个一一串联的电阻，各相邻电阻之间的节点分别通过开关与所述稳压电路的输入端连接，其中，M＞1，且为正整数。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述稳压电路包括：

驱动电路，第一输入端连接电荷泵电路的输出端，所述驱动电路的第二输入端连接所述参考电压生成电路，所述驱动电路的输出端连接所述电荷泵电路的输入端，所述驱动电路用于根据所述参考电压生成驱动所述电荷泵电路的驱动信号并将所述驱动信号发送给所述电荷泵电路；

所述电荷泵电路，用于接收所述驱动信号，并根据所述驱动信号输出驱动电压。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述驱动电路包括：

分压电路，输入端与所述电荷泵电路电连接，所述分压电路的输入端与比较器的第二输入端电连接，所述分压电路用于对所述电荷泵电路输出的驱动电压进行分压以生成采样电压；

所述比较器，第一输入端与所述参考电压生成电路电连接，所述比较器的输出端与所述电荷泵电路的输入端电连接，所述比较器用于将所述参考电压和所述采样电压进行比较后，生成所述驱动信号并将所述驱动信号发送给所述电荷泵电路。

6.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至5任一项所述的用于调整电荷泵输出电压的装置。

7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为电可擦写可编程只读存储器EEPROM。

8.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为分栅式闪存。

Images