CN115037149B - 负压电荷泵电路 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于电力电子技术领域，提供了一种负压电荷泵电路，其中控制模块用于接收斜坡电压信号和第一参考电压信号，根据斜坡电压信号和第一参考电压信号输出第一控制信号和第一电压信号；比较模块用于根据第一电压信号和第二电压信号输出第二控制信号，第二电压信号为电荷泵模块输出的电压信号；时钟产生模块用于接收时钟信号和第二控制信号，根据时钟信号和第二控制信号输出多个时钟驱动信号；驱动模块用于根据多个时钟驱动信号和第一控制信号限制电荷泵模块的启动电流。本申请实施例提供的负压电荷泵电路，可以解决现有的负压电荷泵在启动过程中产生的大电流会对开关管造成很大的冲击，甚至会烧坏开关管的问题。

Description

负压电荷泵电路
技术领域
本申请属于电力电子技术领域，尤其涉及一种负压电荷泵电路。
背景技术
在现有的负压电荷泵的启动过程中，负压电荷泵中驱动电路的输出为高电平或低电平，即负压电荷泵中的开关管只有打开或者关闭两种状态。因此在负压电荷泵的启动过程中，由于开关管的阻抗比较小，短时间内产生的大电流会对开关管造成很大的冲击，甚至会烧坏开关管。
发明内容
本申请实施例提供了一种负压电荷泵电路，可以解决现有的负压电荷泵在启动过程中产生的大电流会对开关管造成很大的冲击，甚至会烧坏开关管的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种负压电荷泵电路，包括控制模块、比较模块、时钟产生模块、驱动模块和电荷泵模块，所述比较模块分别与所述控制模块、所述时钟产生模块和所述电荷泵模块电连接，所述驱动模块分别与所述控制模块、所述时钟产生模块和所述电荷泵模块电连接；
所述控制模块用于接收斜坡电压信号和第一参考电压信号，根据所述斜坡电压信号和所述第一参考电压信号输出第一控制信号和第一电压信号；所述比较模块用于根据所述第一电压信号和第二电压信号输出第二控制信号，所述第二电压信号为所述电荷泵模块输出的电压信号；所述时钟产生模块用于接收时钟信号和所述第二控制信号，根据所述时钟信号和所述第二控制信号输出多个时钟驱动信号；所述驱动模块用于根据多个所述时钟驱动信号和所述第一控制信号限制所述电荷泵模块的启动电流。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述控制模块包括第一比较器、第一反相器、第一开关、第二开关、第一电容和运算放大器；
所述第一比较器的正输入端与所述第二开关的第一端电连接，所述第一比较器的负输入端与所述第一开关的第一端电连接，所述第一比较器的正输入端用于接收所述斜坡电压信号，所述第一比较器的负输入端用于接收所述第一参考电压信号，所述第一比较器的输出端分别与所述第一反相器的输入端、所述第一开关的控制端和所述驱动模块电连接；所述第一反相器的输出端与所述第二开关的控制端电连接；所述第二开关的第二端分别与所述第一电容的第一端、所述第一开关的第二端和所述运算放大器的同相输入端电连接；所述第一电容的第二端接地；所述运算放大器的反相输入端分别与所述运算放大器的输出端和所述比较模块电连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述驱动模块包括第一缓冲器、第二缓冲器、第一驱动单元和第二驱动单元；
所述第一缓冲器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第一缓冲器的输出端与所述电荷泵模块电连接；所述第二缓冲器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第二缓冲器的输出端与所述电荷泵模块电连接；所述第一驱动单元分别与所述时钟产生模块、所述控制模块和所述电荷泵模块电连接；所述第二驱动单元分别与所述时钟产生模块、所述控制模块和所述电荷泵模块电连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一驱动单元包括第二反相器、与门、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述第二反相器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第二反相器的输出端分别与所述与门的第一输入端、所述第一开关管的栅极和所述第三开关管的栅极电连接；所述与门的第二输入端与所述控制模块电连接，所述与门的输出端与所述第四开关管的栅极电连接；所述第四开关管的漏极分别与所述电荷泵模块、所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的源极电连接，所述第四开关管的源极接地；所述第一开关管的源极与电源电压电连接；所述第二开关管的栅极用于接收第二参考电压信号，所述第二开关管的漏极与所述第三开关管的漏极电连接；所述第三开关管的源极接地。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二驱动单元包括第三反相器、与非门、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；
所述第三反相器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第三反相器的输出端分别与所述第七开关管的栅极、所述第五开关管的栅极和所述与非门的第一输入端电连接；所述与非门的第二输入端与所述控制模块电连接，所述与非门的输出端与所述第八开关管的栅极电连接；所述第八开关管的源极与电源电压电连接，所述第八开关管的漏极分别与所述电荷泵模块、所述第六开关管的源极和所述第七开关管的漏极电连接；所述第七开关管的源极接地；所述第六开关管的栅极用于接收第三参考电压信号，所述第六开关管的漏极与所述第五开关管的漏极电连接；所述第五开关管的源极与所述电源电压电连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电荷泵模块包括第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第二电容和第三电容；
所述第九开关管的栅极与所述第一驱动单元电连接，所述第九开关管的源极与电源电压电连接，所述第九开关管的漏极分别与所述第二电容的第一端和所述第十一开关管的漏极电连接；所述第十一开关管的栅极与所述第二驱动单元电连接，所述第十一开关管的源极接地；所述第二电容的第二端分别与所述第十开关管的源极和所述第十二开关管的源极电连接；所述第十开关管的栅极与所述第二缓冲器的输出端电连接，所述第十开关管的漏极接地；所述第十二开关管的栅极与所述第一缓冲器的输出端电连接，所述第十二开关管的漏极分别与所述第三电容的第一端和所述比较模块电连接，所述第三电容的第二端接地，所述第三电容的第一端用于输出所述第二电压信号。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述比较模块包括分压单元和比较单元；所述分压单元分别与所述比较单元、所述控制模块和所述电荷泵模块电连接，所述比较单元与所述时钟产生模块电连接；
所述分压单元用于根据所述第一电压信号和所述第二电压信号输出第三电压；所述比较单元用于根据所述第三电压信号输出所述第二控制信号。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述比较单元包括第二比较器；所述第二比较器的负输入端接地，所述第二比较器的正输入端与所述分压单元电连接，所述第二比较器的输出端与所述时钟产生模块电连接。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述负压电荷泵电路还包括斜坡电压产生模块，所述斜坡电压产生模块与所述控制模块电连接；所述斜坡电压产生模块用于产生所述斜坡电压信号。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述斜坡电压产生模块包括第四反相器、电流源、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管和第四电容；
所述第四反相器的输入端用于接收第三控制信号，所述第四反相器的输出端分别与所述第十五开关管的栅极和所述第十六开关管的栅极电连接；所述第十六开关管的漏极分别与所述第十五开关管的漏极、所述控制模块和所述第四电容的第一端电连接，所述第四电容的第一端用于输出所述斜坡电压信号，所述第十六开关管的源极和所述第四电容的第二端均接地；所述第十五开关管的源极与所述第十四开关管的漏极电连接；所述第十四开关管的栅极分别与所述第十三开关管的栅极和所述第十三开关管的漏极电连接，所述第十四开关管的源极与电源电压电连接；所述第十三开关管的源极与所述电源电压电连接，所述第十三开关管的漏极与所述电流源的正极电连接，所述电流源的负极接地。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本申请实施例提供了一种负压电荷泵电路，在负压电荷泵电路的启动过程中，控制模块接收斜坡电压信号和第一参考电压信号，根据斜坡电压信号和第一参考电压信号输出第一控制信号和第一电压信号。比较模块根据第一电压信号和第二电压信号输出第二控制信号，其中第二电压信号为电荷泵模块输出的电压信号。时钟产生模块接收时钟信号和第二控制信号，根据时钟信号和第二控制信号输出多个时钟驱动信号。驱动模块根据多个时钟驱动信号和第一控制信号限制电荷泵模块的启动电流，使电荷泵模块的启动电流不会过大，以达到保护电荷泵模块中开关管的目的。本申请实施例提供的负压电荷泵电路，解决了现有的负压电荷泵在启动过程中产生的大电流会对开关管造成很大的冲击，甚至会烧坏开关管的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一实施例提供的负压电荷泵电路的原理框图；
图2是本申请另一实施例提供的负压电荷泵电路的原理框图；
图3是本申请另一实施例提供的负压电荷泵电路的电路连接示意图；
图4是本申请另一实施例提供的负压电荷泵电路的原理框图；
图5是本申请另一实施例提供的负压电荷泵电路的电路连接示意图；
图6是本申请一实施例提供的负压电荷泵电路在启动过程中各信号的变化示意图。
图中：10、控制模块；20、比较模块；21、分压单元；22、比较单元；30、时钟产生模块；40、驱动模块；41、第一缓冲器；42、第一驱动单元；43、第二驱动单元；44、第二缓冲器；50、电荷泵模块；60、斜坡电压产生模块。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
如图1所示，本申请实施例提供了一种负压电荷泵电路，包括控制模块10、比较模块20、时钟产生模块30、驱动模块40和电荷泵模块50。比较模块20分别与控制模块10、时钟产生模块30和电荷泵模块50电连接，驱动模块40分别与控制模块10、时钟产生模块30和电荷泵模块50电连接。
具体的，在负压电荷泵电路的启动过程中，控制模块10用于接收斜坡电压信号和第一参考电压信号，根据斜坡电压信号和第一参考电压信号输出第一控制信号和第一电压信号。比较模块20用于根据第一电压信号和第二电压信号输出第二控制信号，其中第二电压信号为电荷泵模块50输出的电压信号。时钟产生模块30用于接收时钟信号和第二控制信号，根据时钟信号和第二控制信号输出多个时钟驱动信号。驱动模块40用于根据多个时钟驱动信号和第一控制信号限制电荷泵模块50的启动电流，使电荷泵模块50的启动电流不会过大，以达到保护电荷泵模块50中开关管的目的，本申请实施例提供的负压电荷泵电路，解决了现有的负压电荷泵在启动过程中产生的大电流会对开关管造成很大的冲击，甚至会烧坏开关管的问题。
驱动模块40还用根据多个时钟驱动信号和第一控制信号控制电荷泵模块50的启动时间，使电荷泵模块50的启动过程相对于现有的负压电荷泵的启动过程变得比较缓慢，以达到保护负载电路的目的，解决了现有的负压电荷泵的启动过程不可控制，可能会瞬间完成启动，会对负压电荷泵的负载电路造成很大的冲击的问题。
如图3所示，控制模块10包括第一比较器CMP1、第一反相器F1、第一开关K1、第二开关K2、第一电容C1和运算放大器EA。第一比较器CMP1的正输入端与第二开关K2的第一端电连接，第一比较器CMP1的负输入端与第一开关K1的第一端电连接，第一比较器CMP1的正输入端用于接收斜坡电压信号Vramp，第一比较器的负输入端用于接收第一参考电压信号VREF1，第一比较器CMP1的输出端分别与第一反相器F1的输入端、第一开关K1的控制端和驱动模块40电连接。第一反相器F1的输出端与第二开关K2的控制端电连接。第二开关K2的第二端分别与第一电容C1的第一端、第一开关K1的第二端和运算放大器EA的同相输入端电连接。第一电容C1的第二端接地。运算放大器EA的反相输入端分别与运算放大器EA的输出端和比较模块20电连接。运算放大器EA的输出端用于输出第一电压信号。
具体的，第一比较器CMP1对斜坡电压信号Vramp和第一参考电压信号VREF1进行比较并输出第一控制信号SS_END。在负压电荷泵电路的启动过程中，斜坡电压信号Vramp小于第一参考电压信号VREF1，则第一比较器CMP1输出的第一控制信号SS_END为低电平，第一控制信号SS_END控制第一开关K1断开，第一控制信号SS_END经过第一反相器F1后变为高电平，控制第二开关K2导通。第二开关K2导通后，将斜坡电压信号Vramp接入运算放大器EA的同相输入端，此处的运算放大器EA作为缓冲器，那么运算放大器EA输出的第一电压信号为斜坡电压信号Vramp。
当斜坡电压信号Vramp大于第一参考电压信号VREF1时，负压电荷泵电路的启动过程结束，进入正常工作状态。当斜坡电压信号Vramp大于第一参考电压信号VREF1时，第一比较器CMP1输出的第一控制信号SS_END为高电平，第一控制信号SS_END控制第一开关K1导通，第一控制信号SS_END经过第一反相器F1后变为低电平，控制第二开关K2断开。第一开关K1导通后，将第一参考电压信号VREF1接入运算放大器EA的同相输入端，此处的运算放大器EA作为缓冲器，那么运算放大器EA输出的第一电压信号为第一参考电压信号VREF1。
示例性的，第一开关K1和第二开关K2可以为场效应管。
如图2所示，比较模块20包括分压单元21和比较单元22。分压单元21分别与比较单元22、控制模块10和电荷泵模块50电连接，比较单元22与时钟产生模块30电连接。
具体的，分压单元21用于根据第一电压信号和第二电压信号输出第三电压信号。比较单元22用于根据第三电压信号输出第二控制信号。
如图3所示，分压单元21包括第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的第一端与控制模块10电连接，第一电阻R1的第二端分别与第二电阻R2的第一端和比较单元22电连接。第二电阻R2的第二端与电荷泵模块50电连接。第一电阻R1的第一端用于接收第一电压信号，第一电阻R1的第二端用于输出第三电压信号。第二电阻R2的第二端用于接收第二电压信号VNEG。
从图3中可以看出，第一电阻R1的第一端具体与控制模块10中运算放大器EA的反相输入端电连接。
具体的，根据上文分析可知，在负压电荷泵电路的启动过程中，运算放大器EA输出的第一电压信号为斜坡电压信号Vramp。斜坡电压信号Vramp和第二电压信号VNEG经过第一电阻R1和第二电阻R2分压后从第一电阻R1的第二端输出第三电压信号。在负压电荷泵电路的启动过程中，电荷泵模块50输出的第二电压信号VNEG与斜坡电压信号Vramp是同时变化的，具体如图6所示，斜坡电压信号Vramp由0开始逐渐变大，第二电压信号由0开始逐渐降低，直至斜坡电压信号Vramp大于第一参考电压信号VREF1时，第一控制信号SS_END变为高电平，具体如图6所示，此时负压电荷泵电路启动过程结束进入正常工作状态，运算放大器EA输出的第一电压信号为第一参考电压信号VREF1，第一参考电压信号VREF1和第二电压信号VNEG经过第一电阻R1和第二电阻R2分压后从第一电阻R1的第二端输出第四电压信号。当负压电荷泵电路达到平衡状态时，第四电压信号等于0，此时第二电压信号VNEG为-R2/R1*VREF1。
如图3所示，比较单元22包括第二比较器CMP2。第二比较器CMP2的负输入端接地，第二比较器CMP2的正输入端与分压单元21电连接，第二比较器CMP2的输出端与时钟产生模块30电连接。第二比较器CMP2的正输入端用于接收第三电压信号。第二比较器CMP2的输出端用于输出第二控制信号EN。
从图3中可以看出，第二比较器CMP2的正输入端具体与分压单元21中第一电阻R1的第二端电连接。
具体的，根据上文分析可知，在负压电荷泵电路的启动过程中，第一电阻R1的第二端输出第三电压信号且第三电压信号从第二比较器CMP2的正输入端输入，因此第二比较器CMP2输出的第二控制信号EN为高电平。时钟产生模块30用于接收时钟信号CLK和第二控制信号EN，当第二控制信号EN为高电平时，时钟产生模块30开始工作，根据时钟信号CLK输出多个时钟驱动信号CLK1~CLK4。其中时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3为高电平有效，时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4为低电平有效。当第二控制信号EN为低电平时，时钟产生模块30停止工作。
如图2所示，驱动模块40包括第一缓冲器41、第二缓冲器44、第一驱动单元42和第二驱动单元43。第一缓冲器41的输入端与时钟产生模块30电连接，第一缓冲器41的输出端与电荷泵模块50电连接。第二缓冲器44的输入端与时钟产生模块30电连接，第二缓冲器44的输出端与电荷泵模块50电连接。第一驱动单元42分别与时钟产生模块30、控制模块10和电荷泵模块50电连接。第二驱动单元43分别与时钟产生模块30、控制模块10和电荷泵模块50电连接。
具体的，如图3所示，第一缓冲器41用于接收时钟驱动信号CLK1，提高时钟驱动信号CLK1的驱动能力。第二缓冲器44用于接收时钟驱动信号CLK4，提高时钟驱动信号CLK4的驱动能力。第一驱动单元42用于接收时钟驱动信号CLK2和第一控制信号SS_END，根据时钟驱动信号CLK2和第一控制信号SS_END限制电荷泵模块50的启动电流和启动时间。第二驱动单元43用于接收时钟驱动信号CLK3和第一控制信号SS_END，根据时钟驱动信号CLK3和第一控制信号SS_END限制电荷泵模块50的启动电流和启动时间。
如图3所示，第一驱动单元42包括第二反相器F2、与门Y1、第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4。第二反相器F2的输入端与时钟产生模块30电连接，第二反相器F2的输出端分别与与门Y1的第一输入端、第一开关管M1的栅极和第三开关管M3的栅极电连接。与门Y1的第二输入端与控制模块10电连接，与门Y1的输出端与第四开关管M4的栅极电连接。第四开关管M4的漏极分别与电荷泵模块50、第一开关管M1的漏极和第二开关管M2的源极电连接，第四开关管M4的源极接地。第一开关管M1的源极与电源电压VDD电连接。第二开关管M2的栅极用于接收第二参考电压信号VPB，第二开关管M2的漏极与第三开关管M3的漏极电连接。第三开关管M3的源极接地。
从图3中可以看出，第二反相器F2的输入端与时钟产生模块30电连接，用于接收时钟驱动信号CLK2。与门Y1的第二输入端具体与控制模块10中第一比较器CMP1的输出端电连接，用于接收第一控制信号SS_END。
具体的，当时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4为低电平时，时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3为低电平，第一驱动单元42处于运行状态。时钟驱动信号CLK2经过第二反相器F2后变为高电平，第三开关管M3导通，第一开关管M1关断。根据上文分析可知，在负压电荷泵电路的启动过程中，第一控制信号SS_END为低电平，那么与门Y1输出低电平，第四开关管M4关断。第二开关管M2根据第二参考电压信号VPB处于饱和导通状态，则第二开关管M2的源极处的电压为VPB+Vgs_M2，其中Vgs_M2为第二开关管M2栅源之间的电压。
当第一控制信号SS_END变为高电平时，负压电荷泵电路的启动过程结束，那么与门Y1输出高电平，第四开关管M4导通，使第二开关管M2的源极通过第四开关管M4接地。第一驱动单元42根据第一控制信号SS_END控制了电荷泵模块50的启动时间，达到了保护负载电路的目的。
示例性的，第一开关管M1为PMOS管，第二开关管M2为PMOS管，第三开关管M3为NMOS管，第四开关管M4为NMOS管。
如图3所示，第二驱动单元43包括第三反相器F3、与非门Y2、第五开关管M5、第六开关管M6、第七开关管M7和第八开关管M8。第三反相器F3的输入端与时钟产生模块30电连接，第三反相器F3的输出端分别与第七开关管M7的栅极、第五开关管M5的栅极和与非门Y2的第一输入端电连接。与非门Y2的第二输入端与控制模块10电连接，与非门Y2的输出端与第八开关管M8的栅极电连接。第八开关管M8的源极与电源电压VDD电连接，第八开关管M8的漏极分别与电荷泵模块50、第六开关管M6的源极和第七开关管M7的漏极电连接。第七开关管M7的源极接地。第六开关管M6的栅极用于接收第三参考电压信号VPN，第六开关管M6的漏极与第五开关管M5的漏极电连接。第五开关管M5的源极与电源电压VDD电连接。
从图3中可以看出，第三反相器F3的输入端与时钟产生模块30电连接，用于接收时钟驱动信号CLK3。与非门Y2的第二输入端具体与控制模块10中第一比较器CMP1的输出端电连接，用于接收第一控制信号SS_END。
具体的，当时钟驱动信号CLK3和时钟驱动信号CLK1为高电平时，时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4为高电平，第二驱动单元43处于运行状态。时钟驱动信号CLK3经过第三反相器F3后变为低电平，第七开关管M7关断，第五开关管M5导通。根据上文分析可知，在负压电荷泵电路的启动过程中，第一控制信号SS_END为低电平，则与非门Y2输出高电平，第八开关管M8关断。第六开关管M6根据第三参考电压信号VPN处于导通状态，则第六开关管M6的源极处的电压为VPN-Vgs_M6，其中Vgs_M6为第六开关管M6栅源之间的电压。
当第一控制信号SS_END变为高电平时，负压电荷泵电路的启动过程结束，那么与非门Y2输出低电平，第八开关管M8导通，使第六开关管M6的源极通过第八开关管M8接至电源电压VDD。第二驱动单元43根据第一控制信号SS_END控制了电荷泵模块50的启动时间，达到了保护负载电路的目的。
示例性的，第五开关管M5为PMOS管，第六开关管M6为NMOS管，第七开关管M7为NMOS管，第八开关管M8为PMOS管。
如图3所示，电荷泵模块50包括第九开关管M9、第十开关管M10、第十一开关管M11、第十二开关管M12、第二电容C2和第三电容C3。第九开关管M9的栅极与第一驱动单元42电连接，第九开关管M9的源极与电源电压VDD电连接，第九开关管M9的漏极分别与第二电容C2的第一端和第十一开关管M11的漏极电连接。第十一开关管M11的栅极与第二驱动单元43电连接，第十一开关管M11的源极接地。第二电容C2的第二端分别与第十开关管M10的源极和第十二开关管M12的源极电连接。第十开关管M10的栅极与第二缓冲器44的输出端电连接，第十开关管M10的漏极接地。第十二开关管M12的栅极与第一缓冲器41的输出端电连接，第十二开关管M12的漏极分别与第三电容C3的第一端和比较模块20电连接，第三电容C3的第二端接地，第三电容C3的第一端用于输出第二电压信号VNEG。
从图3中可以看出，第九开关管M9的栅极具体与第一驱动单元42中第四开关管M4的漏极电连接。第十一开关管M11的栅极具体与第二驱动单元43中第八开关管M8的漏极电连接。第十二开关管M12的漏极分别与第三电容C3的第一端和比较模块20中第二电阻R2的第二端电连接。
具体的，在负压电荷泵电路的启动过程中，时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4为低电平，时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3为低电平，第一驱动单元42处于运行状态，且第二开关管M2的源极处的电压为VPB+Vgs_M2，那么第九开关管M9的栅极处的电压为VPB+Vgs_M2，第九开关管M9的栅源之间的电压为VDD-（VPB+Vgs_M2），第九开关管M9的栅源之间的电压由原来的VDD减小为VDD-（VPB+Vgs_M2），则第九开关管M9的栅源之间的电压减小，这样第九开关管M9在启动过程中会处于饱和区状态，流过第九开关管M9的电流I D9为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，C ox9 为第九开关管M9单位面积的栅极氧化层电容，W 9和L 9分别为第九开关管M9的宽和长，V TH9为第九开关管M9的阈值电压，μ eff 为工艺常数，V gs9为第九开关管M9的栅源之间的电压，V gs9=VDD-（VPB+Vgs_M2），由于V gs9减小，使得流过第九开关管M9的电流I D9也随之减小，从而限制了第九开关管M9的电流，在此阶段内流过第十开关管M10电流等于第九开关管M9的电流；使第九开关管M9和第十开关管M10的启动电流都不会很大，起到保护第九开关管M9和第十开关管M10的作用。
当时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3变为高电平时，时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4变为高电平，第二驱动单元43处于运行状态，且第六开关管M6的源极处的电压VPN-Vgs_M6，那么第十一开关管M11的栅极处的电压为VPN-Vgs_M6，第十一开关管M11的栅源之间的电压为VPN-Vgs_M6，第十一开关管M11的栅源之间的电压由原来的高电平减小为VPN-Vgs_M6，则第十一开关管M11的栅源之间的电压减小，这样第十一开关管M11在启动过程中会处于饱和区状态，流过第十一开关管M11的电流I D11为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，C ox11为第十一开关管M11单位面积的栅极氧化层电容，W 11和L 11分别为第十一开关管M11的宽和长，V TH11为第十一开关管M11的阈值电压，μ eff 为工艺常数，V gs11为第十一开关管M11的栅源之间的电压，V gs11=VPN-Vgs_M6，由于V gs11减小，使得流过第十一开关管M11的电流I D11也随之减小，从而限制了第十一开关管M11的启动电流，在此阶段内流过第十一开关管M11电流等于第十二开关管M12的电流；使第十一开关管M11和第十二开关管M12的启动电流不会很大，起到保护第十一开关管M11和第十二开关管M12的作用。
当第一控制信号SS_END变为高电平时，负压电荷泵电路的驱动过程结束，时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4为低电平，时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3为低电平，第二开关管M2的源极接地，那么第九开关管M9的栅极为低电平，第九开关管M9导通，时钟驱动信号CLK4为低电平，驱动第十开关管M10导通，由于时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3为低电平，第十一开关管M11和第十二开关管M12关断，此时电源电压VDD通过第九开关管M9和第十开关管M10为第三电容C3充电。
时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4变为高电平，时钟驱动信号CLK1和时钟驱动信号CLK3变为高电平，第六开关管M6的源极接至电源电压VDD，那么第十一开关管M11的栅极为高电平，第十一开关管M11导通，时钟驱动信号CLK1为高电平，驱动第十二开关管M12导通，由于时钟驱动信号CLK2和时钟驱动信号CLK4为高电平，第九开关管M9和第十开关管M10关断，此时将第二电容C2上的电荷转移到第三电容C3上，维持第二电压信号VNEG。
如4所示，负压电荷泵电路还包括斜坡电压产生模块60。斜坡电压产生模块60与控制模块10电连接。斜坡电压产生模块60用于产生斜坡电压信号Vramp。
如图5所示，斜坡电压产生模块60包括第四反相器F4、电流源I1、第十三开关管M13、第十四开关管M14、第十五开关管M15、第十六开关管M16和第四电容C4。第四反相器F4的输入端用于接收第三控制信号CS，第四反相器F4的输出端分别与第十五开关管M15的栅极和第十六开关管M16的栅极电连接。第十六开关管M16的漏极分别与第十五开关管M15的漏极、控制模块10和第四电容C4的第一端电连接，第四电容C4的第一端用于输出斜坡电压信号Vramp，第十六开关管M16的源极和第四电容C4的第二端均接地。第十五开关管M15的源极与第十四开关管M14的漏极电连接。第十四开关管M14的栅极分别与第十三开关管M13的栅极和第十三开关管M13的漏极电连接，第十四开关管M14的源极与电源电压VDD电连接。第十三开关管M13的源极与电源电压VDD电连接，第十三开关管M13的漏极与电流源I1的正极电连接，电流源I1的负极接地。第十三开关管M13与第十四开关管M14构成电流镜。
从图5中可以看出，第十六开关管M16的漏极分别与第十五开关管M15的漏极、控制模块10中第一比较器CMP1的正输入端和第四电容C4的第一端电连接。
具体的，当第三控制信号CS为低电平时，经过第四反相器F4之后变为高电平，第十六开关管M16导通，第十五开关管M15关断，第四电容C4的第一端通过第十六开关管M16接地，此时斜坡电压信号Vramp为0。当第三控制信号CS为高电平时，经过第四反相器F4之后变为低电平，第十六开关管M16关断，第十五开关管M15导通，电源电压VDD通过镜像电流为第四电容C4充电，斜坡电压信号Vramp由0逐步上升到电源电压VDD。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种负压电荷泵电路，其特征在于，包括控制模块、比较模块、时钟产生模块、驱动模块和电荷泵模块，所述比较模块分别与所述控制模块、所述时钟产生模块和所述电荷泵模块电连接，所述驱动模块分别与所述控制模块、所述时钟产生模块和所述电荷泵模块电连接；
所述控制模块用于接收斜坡电压信号和第一参考电压信号，根据所述斜坡电压信号和所述第一参考电压信号输出第一控制信号和第一电压信号；所述比较模块用于根据所述第一电压信号和第二电压信号输出第二控制信号，所述第二电压信号为所述电荷泵模块输出的电压信号；所述时钟产生模块用于接收时钟信号和所述第二控制信号，根据所述时钟信号和所述第二控制信号输出多个时钟驱动信号；所述驱动模块用于根据多个所述时钟驱动信号和所述第一控制信号限制所述电荷泵模块的启动电流；
所述控制模块包括第一比较器、第一反相器、第一开关、第二开关、第一电容和运算放大器；所述第一比较器的正输入端与所述第二开关的第一端电连接，所述第一比较器的负输入端与所述第一开关的第一端电连接，所述第一比较器的正输入端用于接收所述斜坡电压信号，所述第一比较器的负输入端用于接收所述第一参考电压信号，所述第一比较器的输出端分别与所述第一反相器的输入端、所述第一开关的控制端和所述驱动模块电连接；所述第一反相器的输出端与所述第二开关的控制端电连接；所述第二开关的第二端分别与所述第一电容的第一端、所述第一开关的第二端和所述运算放大器的同相输入端电连接；所述第一电容的第二端接地；所述运算放大器的反相输入端分别与所述运算放大器的输出端和所述比较模块电连接。
2.根据权利要求1所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述驱动模块包括第一缓冲器、第二缓冲器、第一驱动单元和第二驱动单元；
所述第一缓冲器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第一缓冲器的输出端与所述电荷泵模块电连接；所述第二缓冲器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第二缓冲器的输出端与所述电荷泵模块电连接；所述第一驱动单元分别与所述时钟产生模块、所述控制模块和所述电荷泵模块电连接；所述第二驱动单元分别与所述时钟产生模块、所述控制模块和所述电荷泵模块电连接。
3.根据权利要求2所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述第一驱动单元包括第二反相器、与门、第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管；
所述第二反相器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第二反相器的输出端分别与所述与门的第一输入端、所述第一开关管的栅极和所述第三开关管的栅极电连接；所述与门的第二输入端与所述控制模块电连接，所述与门的输出端与所述第四开关管的栅极电连接；所述第四开关管的漏极分别与所述电荷泵模块、所述第一开关管的漏极和所述第二开关管的源极电连接，所述第四开关管的源极接地；所述第一开关管的源极与电源电压电连接；所述第二开关管的栅极用于接收第二参考电压信号，所述第二开关管的漏极与所述第三开关管的漏极电连接；所述第三开关管的源极接地。
4.根据权利要求2所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述第二驱动单元包括第三反相器、与非门、第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；
所述第三反相器的输入端与所述时钟产生模块电连接，所述第三反相器的输出端分别与所述第七开关管的栅极、所述第五开关管的栅极和所述与非门的第一输入端电连接；所述与非门的第二输入端与所述控制模块电连接，所述与非门的输出端与所述第八开关管的栅极电连接；所述第八开关管的源极与电源电压电连接，所述第八开关管的漏极分别与所述电荷泵模块、所述第六开关管的源极和所述第七开关管的漏极电连接；所述第七开关管的源极接地；所述第六开关管的栅极用于接收第三参考电压信号，所述第六开关管的漏极与所述第五开关管的漏极电连接；所述第五开关管的源极与所述电源电压电连接。
5.根据权利要求2所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵模块包括第九开关管、第十开关管、第十一开关管、第十二开关管、第二电容和第三电容；
所述第九开关管的栅极与所述第一驱动单元电连接，所述第九开关管的源极与电源电压电连接，所述第九开关管的漏极分别与所述第二电容的第一端和所述第十一开关管的漏极电连接；所述第十一开关管的栅极与所述第二驱动单元电连接，所述第十一开关管的源极接地；所述第二电容的第二端分别与所述第十开关管的源极和所述第十二开关管的源极电连接；所述第十开关管的栅极与所述第二缓冲器的输出端电连接，所述第十开关管的漏极接地；所述第十二开关管的栅极与所述第一缓冲器的输出端电连接，所述第十二开关管的漏极分别与所述第三电容的第一端和所述比较模块电连接，所述第三电容的第二端接地，所述第三电容的第一端用于输出所述第二电压信号。
6.根据权利要求1所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述比较模块包括分压单元和比较单元；所述分压单元分别与所述比较单元、所述控制模块和所述电荷泵模块电连接，所述比较单元与所述时钟产生模块电连接；
所述分压单元用于根据所述第一电压信号和所述第二电压信号输出第三电压信号；所述比较单元用于根据所述第三电压信号输出所述第二控制信号。
7.根据权利要求6所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述比较单元包括第二比较器；所述第二比较器的负输入端接地，所述第二比较器的正输入端与所述分压单元电连接，所述第二比较器的输出端与所述时钟产生模块电连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述负压电荷泵电路还包括斜坡电压产生模块，所述斜坡电压产生模块与所述控制模块电连接；所述斜坡电压产生模块用于产生所述斜坡电压信号。
9.根据权利要求8所述的负压电荷泵电路，其特征在于，所述斜坡电压产生模块包括第四反相器、电流源、第十三开关管、第十四开关管、第十五开关管、第十六开关管和第四电容；
所述第四反相器的输入端用于接收第三控制信号，所述第四反相器的输出端分别与所述第十五开关管的栅极和所述第十六开关管的栅极电连接；所述第十六开关管的漏极分别与所述第十五开关管的漏极、所述控制模块和所述第四电容的第一端电连接，所述第四电容的第一端用于输出所述斜坡电压信号，所述第十六开关管的源极和所述第四电容的第二端均接地；所述第十五开关管的源极与所述第十四开关管的漏极电连接；所述第十四开关管的栅极分别与所述第十三开关管的栅极和所述第十三开关管的漏极电连接，所述第十四开关管的源极与电源电压电连接；所述第十三开关管的源极与所述电源电压电连接，所述第十三开关管的漏极与所述电流源的正极电连接，所述电流源的负极接地。
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