CN116961407A - 电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备 - Google Patents

电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN116961407A
CN116961407A CN202310533199.3A CN202310533199A CN116961407A CN 116961407 A CN116961407 A CN 116961407A CN 202310533199 A CN202310533199 A CN 202310533199A CN 116961407 A CN116961407 A CN 116961407A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power tube
switch
bootstrap
circuit
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310533199.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王锡陆
李汇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Awinic Technology Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Awinic Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Awinic Technology Co Ltd filed Critical Shanghai Awinic Technology Co Ltd
Priority to CN202310533199.3A priority Critical patent/CN116961407A/zh
Publication of CN116961407A publication Critical patent/CN116961407A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
    • H02M3/073—Charge pumps of the Schenkel-type
    • H02M3/077—Charge pumps of the Schenkel-type with parallel connected charge pump stages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本申请涉及模拟集成电路技术领域，公开了一种电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备。电荷泵系统，包括：时钟脉冲发生器，自举电路，第一缓冲器，第二缓冲器，第一充电电路和第二充电电路。本申请实施例提供的电荷泵系统中的两条充电电路共用一个自举电路，通过一个自举电路产生驱动第一充电电路和第二充电电路中的设定功率管的栅极驱动电压，即，自举电压。一个自举电路仅包括一个自举电容，从而减少了电荷泵系统的占用面积，节约了成本。

Description

电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备
技术领域
本申请涉及模拟集成电路技术领域，特别涉及一种电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备。
背景技术
电荷泵(charge pump)，又称为开关电容DC-DC变换器(switched-capacitor DC–DC converter)，是利用电容存储能量的开关变换器。电荷泵利用MOS管开关电路使得电容在充电和放电状态之间切换，电容充电期间由输入电源供电，放电期间向电荷泵的输出端连接的待充电电路放电。通常，需要通过自举电路(bootstrap circuit)控制电荷泵中的MOS管开关的导通。
现有的电荷泵系统中，以具有两条充电电路的电荷泵系统为例，每一条充电电路的自举电路都需要设置一个自举电容，占用面积较大，成本较高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备。
本申请的第一方面提供了一种电荷泵系统，包括：时钟脉冲发生器，包括第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出第一时钟信号，第二输出端用于输出第二时钟信号；其中，第一时钟信号与第二时钟信号是互为反相的时钟信号；自举电路，包括相互连接的开关电路和自举电容，开关电路用于控制自举电容周期性地充放电；其中，当自举电容放电时，自举电路的输出电压大于第一阈值；第一缓冲器，第一缓冲器的控制端用于接收第一时钟信号，输入端用于接收自举电路的输出电压；当第一时钟信号为高电平信号时，第一缓冲器的输出端输出其输入端接收到的电压；第二缓冲器，第二缓冲器的控制端用于接收第二时钟信号，输入端用于接收自举电路的输出电压；当第二时钟信号为高电平信号时，第二缓冲器的输出端输出其输入端接收到的电压；第一充电电路，第一充电电路的控制端与第一缓冲器的输出端相连；当第一充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，第一充电电路处于充电状态；第二充电电路，第二充电电路的控制端与第二缓冲器的输出端相连；当第二充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，第二充电电路处于充电状态；其中，第一时钟信号或第二时钟信号的信号周期为自举电路的充放电周期的两倍。
在上述第一方面的一种可能的实现中，第一时钟信号或第二时钟信号的信号周期与自举电路的充放电周期错相，以使得，
第一时钟信号由高电平信号变化至低电平信号时，或第一时钟信号由低电平信号变化至高电平信号时，自举电容处于放电状态；或者，
第二时钟信号由高电平信号变化至低电平信号时，或第二时钟信号由低电平信号变化至高电平信号时，自举电容处于放电状态。
在上述第一方面的一种可能的实现中，第一充电电路包括：第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管和第一泵送电容；第一功率管的源极与第二功率管的漏极、第一泵送电容的一端连接，漏极与电荷泵系统的供电电源连接；第二功率管的源极与第三功率管的漏极、第一充电电路的输出端连接，漏极与第一功率管的源极、第一泵送电容的一端连接；第三功率管的源极与第四功率管的漏极、第一泵送电容的一端连接，漏极与第二功率管的源极、第一充电电路的输出端连接；第四功率管的源极接地，漏极与第三功率管的源极、第一泵送电容的一端连接；第一泵送电容的一端与第一功率管的源极、第二功率管的漏极连接，另一端与第三功率管的源极、第四功率管的漏极连接；第一功率管的栅极和第三功率管的栅极为第一充电电路的控制端，当第一充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，第一功率管和第三功率管打开，以使得，电荷泵系统的供电电源向第一泵送电容充电。
在上述第一方面的一种可能的实现中，第二充电电路包括：第五功率管、第六功率管、第七功率管、第八功率管和第二泵送电容；第五功率管的源极与第六功率管的漏极、第二泵送电容的一端连接，漏极与电荷泵系统的供电电源连接；第六功率管的源极与第七功率管的漏极、第二充电电路的输出端连接，漏极与第五功率管的源极、第二泵送电容的一端连接；第七功率管的源极与第八功率管的漏极、第二泵送电容的一端连接，漏极与第六功率管的源极、第二充电电路的输出端连接；第八功率管的源极接地，漏极与第七功率管的源极、第二泵送电容的一端连接；第二泵送电容的一端与第五功率管的源极、第六功率管的漏极连接，另一端与第七功率管的源极、第八功率管的漏极连接；第五功率管的栅极和第七功率管的栅极为第二充电电路的控制端，当第二充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，第五功率管和第七功率管打开，以使得电荷泵系统的供电电源向第二泵送电容充电。
本申请的第二方面提供了一种自举电路，包括：相互连接的开关电路和自举电容；开关电路，用于控制自举电容周期性地充放电；其中，当自举电容放电时，自举电路的输出电压大于第一阈值。
在上述第二方面的一种可能的实现中，自举电路还包括：与开关电路连接的稳压电源，用于向自举电容充电。
在上述第二方面的一种可能的实现中，开关电路包括：第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；第一开关的一端与电荷泵系统的供电电源连接，另一端与自举电容的一端连接；第二开关的一端与自举电容的一端连接，另一端接地；第三开关的一端与自举电容的一端连接，另一端输出自举电路的输出电压；第四开关的一端与稳压电源连接，另一端与自举电容的一端连接；自举电容的一端与第一开关的一端、第三开关的一端连接，另一端与第二开关的一端、第四开关的一端连接；第一开关和第二开关控制自举电容周期性地放电，第三开关和第四开关控制自举电容周期性地充电。
在上述第二方面的一种可能的实现中，第一开关和第二开关控制自举电容周期性地放电，第三开关和第四开关控制自举电容周期性地充电，包括：第一开关和第二开关闭合时，第三开关和第四开关断开，自举电容放电；第三开关和第四开关闭合时，第一开关和第二开关断开，自举电容充电。
在上述第二方面的一种可能的实现中，当自举电容放电时，自举电路的输出电压为自举电容放电产生的电压与电荷泵系统的供电电源的电压值之和；当自举电容充电时，自举电路的输出电压为电荷泵系统的供电电源的电压值，并且，电荷泵系统的供电电源的电压值小于第一阈值。
本申请的第三方面提供了一种芯片，芯片中形成第一方面中的任意一种电荷泵系统。
本申请的第四方面提供了一种电子设备，电子设备包括芯片，芯片中形成第一方面中的任意一种电荷泵系统。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1根据本申请的实施例示出了一种2：1电荷泵的结构示意图；
图2根据本申请的实施例示出了一种电荷泵系统的结构示意图；
图3根据本申请的实施例示出了另一种用于电荷泵系统的结构示意图；
图4根据本申请的实施例示出了一种用于电荷泵系统的时序逻辑示意图。
具体实施方式
本申请的说明性实施例包括但不限于一种电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备。
本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
在介绍本申请实施例涉及的技术方案之前，先对部分本申请实施例中的包含的术语进行解释。
(1)电荷泵
电荷泵(charge pump)，又称为开关电容DC-DC变换器(switched-capacitor DC–DC converter)，是利用“快速”或“泵送”电容(flying capacitor)存储能量的开关变换器。电荷泵的基本原理是通过供电电源向泵送电容充电，在完成一次充电后，将泵送电容与供电电源断开以在泵送电容中存储充进的电荷。然后，将泵送电容连接到待充电电路上，以将泵送电容中存储的电荷传递至待充电电路中。在重复几次上述过程后，电荷泵能使待充电电路的输入电压升高或降低。
(2)自举电路
自举电路(bootstrap circuit)，又称为升压电路，通过控制自举电路中的自举电容放电产生的电压和供电电源的电压叠加，从而使自举电路输出的自举电压高于供电电源的电压。例如，自举电路的供电电源的电压为12V，对应于需要15V的驱动电压的器件，可以通过设置一个自举电容和一个二极管的自举电路，控制自举电容存储电荷以及二极管防止电流回流，实现自举电路的输出电压等于供电电源的电压加上自举电容放电产生的电压，使得自举电路的输出电压提高至15V，起到升压的作用。
以下介绍本申请实施例的具体技术方案。
电荷泵中可以包括多条充电电路，例如，当电荷泵为2：1电荷泵时，其可以包括两条充电电路；当电荷泵为4：2电荷泵时，其可以包括4条充电电路。下文以2：1电荷泵为例对本申请实施例的技术方案进行说明，但可以理解，本申请不限于此。
图1根据本申请的实施例示出了一种2：1电荷泵的结构示意图，其包括两条充电电路，分别为充电电路11和充电电路12。
如图1所示，充电电路11包括：四个功率管——功率管101、功率管102、功率管103、功率管104，泵送电容105。功率管101的源极与功率管102的漏极、泵送电容105的一端连接，漏极与供电电源的输出端(PMID引脚)连接。功率管102的源极与功率管103的漏极、充电电路11的输出端(VOUT1引脚)连接，漏极与功率管101的源极、泵送电容105的一端连接。功率管103的源极与功率管104的漏极、泵送电容105的一端连接，漏极与功率管102的源极、充电电路11的输出端(VOUT1引脚)连接。功率管104的源极接地，漏极与功率管103的源极、泵送电容105的一端连接。泵送电容105的一端与功率管101的源极、功率管102的漏极连接，另一端与功率管103的源极、功率管104的漏极连接。充电电路12可以参考充电电路11的相关描述，此处不做赘述。下面仍以图1所示的充电电路11和充电电路12为例，介绍电荷泵的工作原理。电荷泵工作时分为两个阶段，具体如下：
第一阶段：功率管101和功率管103打开，功率管102和功率管104关闭，泵送电容105处于充电状态，泵送电容105的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路11输出端电压的差值，即VC105＝VPMID-VOUT1。同时，功率管202和功率管204打开，功率管201和功率管203关闭，泵送电容205处于放电状态，下极板拉至GND，上极板向充电电路12的输出端VOUT2放电，泵送电容105的上级板和下级板之间的电压等于充电电路12的输出端VOUT2的电压，即VC205＝VOUT2。
第二阶段：功率管102和功率管104打开，功率管101和功率管103关闭，泵送电容105处于放电状态，下极板拉至GND，上极板向充电电路11的输出端VOUT1放电，泵送电容105的上级板和下级板之间的电压等于充电电路11的输出端VOUT1的电压，即VC105＝VOUT1。同时，功率管201和功率管203打开，功率管202和功率管204关闭，泵送电容205处于充电状态，泵送电容205的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路12输出端电压的差值，即VC205＝VPMID-VOUT2。
可以理解，泵送电容105放电时，VOUT1＝VPMID-VOUT1，即，VOUT1＝VPMID/2。泵送电容205放电时，VOUT2＝VPMID-VOUT2，即，VOUT2＝VPMID/2。假设电路无损耗，那么输入功率与输出功率相等，VOUT1·IOUT1＝VPMID·IPMID，即IOUT1＝2·IPMID。同理可得，IOUT2＝2·IPMID。
可以理解，充电电路11和充电电路12的输出端相互连接，构成电荷泵的输出端，与待充电电路连接后，向待充电电路放电。充电电路11处于充电状态时，充电电路12处于放电状态；充点电路11处于放电状态时，充电电路11处于充电状态，两条电路交替对待充电电路放电，放电时输出端的电流为供电电源电流的两倍，从而实现对待充电电路进行两倍速率充电。
为了实现充电电路中设定功率管(例如，功率管101，功率管103，功率管201，功率管203)的开启，该部分功率管栅极的驱动电压需要首先使用到自举电路升压至功率管的驱动电压需求值。下面仍以图1所示的充电电路为例，介绍用于提供充电电路中设定功率管栅极的驱动电压的自举电路。示例性地，参考图2，图2根据本申请的实施例示出了一种电荷泵系统的结构示意图。
如图2所示，的电荷泵系统100包括：时钟脉冲发生器(图中未示出)、自举电路21、自举电路22、缓冲器108、缓冲器208、充电电路11和充电电路12。其中，自举电路21用于提供充电电路11的功率管101和功率管103的栅极驱动电压，自举电路22用于提供充电电路12的功率管201和功率管203的栅极驱动电压。可以理解，在图2所示的自举电路中，每一条自举电路包括一个自举电容，即自举电容109和自举电容209。可以理解，充电电路11和充电电路12的交替充放电可以通过向缓冲器108的控制端和缓冲器208的控制端接入互为反相的时钟信号实现。下面以自举电路21为例介绍图2所示电荷泵系统100的自举电路的工作原理。
自举电路21包括：二极管106、钳压管107、和自举电容109。
当输入缓冲器108的控制端的时钟脉冲信号为高电平信号时，钳压管107的栅极接入高电平信号，无法导通，即，钳压管107关闭，自举电容109处于放电状态，自举电路21的输出端向缓冲器108的输入端放电，自举电路的输出端电压为供电电源的电压与自举电容109放电产生的电压之和。缓冲器108的输出端向充电电路11的输入端(功率管101和功率管103的栅极)输出缓冲器108输入端接收到的电压，驱动功率管101和功率管103打开。此时，功率管102和104关闭(时钟脉冲信号为高电平信号时关闭)；泵送电容105处于充电状态。
当输入缓冲器108的控制端的时钟脉冲信号为低电平信号时，钳压管107的栅极接入低电平信号，，钳压管207打开(导通)，供电电源通过二极管106和钳压管107后，对自举电容109充电。此时，功率管101和功率管103关闭；功率管102和104打开(时钟脉冲信号为低电平信号时打开)；泵送电容105处于放电状态。
因此，现有的电荷泵系统中，以2：1电荷泵为例，一共有两条自举电路，每一条自举电路中都需要设置一个自举电容，分别通过两个自举电路中的钳压管的打开和关闭控制自举电容的充放电，自举电容放电时，自举电路的输出端向对应的充电电路输出自举电压，实现对应充电电路的设定功率管的开启。每条充电电路对应的自举电路都需要一个自举电容，导致电荷泵系统中器件较多，进而造成电荷泵系统的占用面积较大，成本较高。
为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种电荷泵系统，包括：
时钟脉冲发生器，包括第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出第一时钟信号，第二输出端用于输出第二时钟信号；其中，第一时钟信号与第二时钟信号是互为反相的时钟信号。
自举电路，包括相互连接的开关电路和自举电容，开关电路用于控制自举电容周期性地充放电；其中，当自举电容放电时，自举电路的输出电压大于第一阈值。
第一缓冲器，第一缓冲器的控制端用于接收第一时钟信号，输入端用于接收自举电路的输出电压；当第一时钟信号为高电平信号时，第一缓冲器的输出端输出其输入端接收到的电压。
第二缓冲器，第二缓冲器的控制端用于接收第二时钟信号，输入端用于接收自举电路的输出电压；当第二时钟信号为高电平信号时，第二缓冲器的输出端输出其输入端接收到的电压。
第一充电电路，第一充电电路的控制端与第一缓冲器的输出端相连；当第一充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，第一充电电路处于充电状态。
第二充电电路，第二充电电路的控制端与第二缓冲器的输出端相连；当第二充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，第二充电电路处于充电状态。
其中，第一时钟信号或第二时钟信号的信号周期为自举电路的充放电周期的两倍。
可以理解，本申请实施例提供的电荷泵系统中的两条充电电路共用一个自举电路，通过一个自举电路产生驱动第一充电电路和第二充电电路中的设定功率管的栅极驱动电压，即，自举电压。一个自举电路仅包括一个自举电容，从而减少了电荷泵系统的占用面积，节约了成本。
在一些实施例中，第一时钟信号或第二时钟信号的信号周期为自举电路的充放电周期的两倍，并且第一时钟信号或第二时钟信号的信号周期与自举电路的充放电周期错相，以使得，第一时钟信号由高电平信号变化至低电平信号时，或第一时钟信号由低电平信号变化至高电平信号时，自举电容处于放电状态；或者，第二时钟信号由高电平信号变化至低电平信号时，或第二时钟信号由低电平信号变化至高电平信号时，自举电容处于放电状态。以实现自举电容可以正常充放电且不掉电的效果。
为了更好地理解本申请实施例的技术方案，下面仍以图1的电荷泵为例，对本申请的一些技术方案进行详细介绍。
示例性地，参考图3，图3根据本申请的实施例示出了另一种电荷泵系统的结构示意图。
如图3所示，电荷泵系统200包括：时钟脉冲发生器(图中未示出)、自举电路30、缓冲器108(作为第一缓冲器)、缓冲器208(作为第二缓冲器)、充电电路11(作为第一充电电路)和充电电路12(作为第二充电电路)。
在一些实施例中，时钟脉冲发生器包括第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出CLK信号(作为第一时钟信号)，第二输出端用于输出信号(作为第二时钟信号)；其中，CLK信号与/>信号是互为反相的时钟信号。
在一些实施例中，自举电路30包括相互连接的开关电路和自举电容111，开关电路用于控制自举电容111周期性地充放电；其中，当自举电容111放电时，自举电路30的输出电压VBST大于第一阈值。可以理解，第一阈值大于或等于充电电路的设定功率管的栅极驱动电压的需求值，设定功率管例如可以是功率管101(作为第一功率管)、功率管103(作为第三功率管)、功率管201(作为第五功率管)和功率管203(作为第七功率管)。
在一些实施例中，缓冲器108的控制端用于接收CLK信号，输入端用于接收自举电路30的输出电压VBST；当CLK信号为高电平信号时，缓冲器108的输出端输出其输入端接收到的电压，即电压VBST。
在一些实施例中，缓冲器208的控制端用于接收信号，输入端用于接收自举电路30的输出电压VBST；当/>信号为高电平信号时，缓冲器208的输出端输出其输入端接收到的电压，即电压VBST。
在一些实施例中，充电电路11的控制端(即功率管101和功率管103的栅极)与缓冲器108的输出端连接；当充电电路11的控制端的电压高于第一阈值时，充电电路11处于充电状态。可以理解，当功率管101和功率管103的栅极电压高于其栅极驱动电压的需求值时，功率管101和功率管103打开(导通)，泵送电容105(作为第一泵送电容)处于充电状态。
在一些实施例中，充电电路12的控制端(即功率管201和功率管203的栅极)与缓冲器208的输出端连接；当充电电路12的控制端的电压高于第一阈值时，充电电路12处于充电状态。可以理解，当功率管201和功率管203的栅极电压高于其栅极驱动电压的需求值时，功率管201和功率管203打开(导通)，泵送电容205(作为第二泵送电容)处于充电状态。
在一些实施例中，CLK信号或信号的信号周期为自举电路30的充放电周期的两倍。
在一些实施例中，CLK信号或信号的信号周期与自举电路30的充放电周期错相，以使得，CLK信号由高电平信号变化至低电平信号时，或CLK信号由低电平信号变化至高电平信号时，自举电容111处于放电状态。或者，/>信号由高电平信号变化至低电平信号时，或/>信号由低电平信号变化至高电平信号时，自举电容111处于放电状态。
继续参考图3，充电电路11包括：功率管101、功率管102(作为第二功率管)、功率管103、功率管104(作为第四功率管)和泵送电容105。
在一些实施例中，功率管101的源极与功率管102的漏极、泵送电容105的一端连接，漏极与电荷泵系统200的供电电源(供电电源的输出端PMID引脚)连接。功率管102的源极与功率管103的漏极、充电电路11的输出端VOUT1连接，漏极与功率管101的源极、泵送电容105的一端连接。功率管103的源极与功率管104的漏极、泵送电容105的一端连接，漏极与功率管102的源极、充电电路11的输出端VOUT1连接。功率管104的源极接地，漏极与功率管103的源极、泵送电容105的一端连接。泵送电容105的一端与功率管101的源极、功率管102的漏极连接，另一端与功率管103的源极、功率管104的漏极连接。
在一些实施例中，功率管101的栅极和功率管103的栅极为充电电路11的控制端，当充电电路11的控制端的电压高于第一阈值时，功率管101和功率管103打开，以使得，电荷泵系统200的供电电源向泵送电容105充电。
在一些实施例中，充电电路12包括：功率管201、功率管202(作为第六功率管)、功率管203、功率管204(作为第八功率管)和泵送电容205。
在一些实施例中，功率管201的源极与功率管202的漏极、泵送电容205的一端连接，漏极与电荷泵系统200的供电电源(供电电源的输出端PMID引脚)连接。功率管202的源极与功率管203的漏极、充电电路12的输出端VOUT2连接，漏极与功率管201的源极、泵送电容205的一端连接。功率管203的源极与功率管204的漏极、泵送电容205的一端连接，漏极与功率管202的源极、充电电路12的输出端VOUT2连接。功率管204的源极接地，漏极与功率管203的源极、泵送电容205的一端连接。泵送电容205的一端与功率管201的源极、功率管202的漏极连接，另一端与功率管203的源极、功率管204的漏极连接。
在一些实施例中，功率管201的栅极和功率管203的栅极为充电电路12的控制端，当充电电路12的控制端的电压高于第一阈值时，功率管201和功率管203打开，以使得，电荷泵系统200的供电电源向泵送电容205充电。
继续参考图3，自举电路30包括：相互连接的开关电路和自举电容111，以及与开关电路连接的稳压电源。开关电路，用于控制自举电容111周期性地充放电；其中，当自举电容111放电时，自举电路30的输出电压VBST大于第一阈值。稳压电源用于向自举电容111充电。
其中，开关电路包括：开关112a(作为第一开关)、开关112b(作为第二开关)、开关113a(作为第三开关)和开关113b(作为第四开关)。
在一些实施例中，开关112a的一端与电荷泵系统200的供电电源连接(供电电源的输出端PMID引脚)，另一端与自举电容111的一端连接；开关112b的一端与自举电容111的一端连接，另一端接地；开关113a的一端与自举电容111的一端连接，另一端输出自举电路30的输出电压VBST；开关113b的一端与稳压电源(稳压电源的输出端REGN引脚)连接，另一端与自举电容111的一端连接；自举电容111的一端与开关112a的一端、开关113a的一端连接，另一端与开关112b的一端、开关113b的一端连接；开关112a和开关112b控制自举电容111周期性地放电，开关113a和开关113b控制自举电容111周期性地充电。
在一些实施例中，开关112a和开关112b闭合时，开关113a和开关113b断开，自举电容111放电；开关113a和开关113b闭合时，开关112a和开关112b断开，自举电容111充电。
在一些实施例中，当自举电容111放电时，自举电路30的输出电压VBST为自举电容放电产生的电压与电荷泵系统200的供电电源的电压值之和；当自举电容111充电时，自举电路的输出电压VBST为电荷泵系统200的供电电源的电压值，并且，电荷泵系统200的供电电源的电压值小于第一阈值。
可以理解，开关112a与开关112b可以为两个完全相同的开关，开关113a与开关113b可以为两个完全相同的开关。
下面以CLK信号或信号的信号周期为自举电路30的充放电周期的两倍，并且CLK信号或/>信号的信号周期与自举电路30的充放电周期错相90度为例，对电荷泵系统200的工作过程进行介绍。
图4根据本申请的实施例示出了一种用于电荷泵系统的时序逻辑示意图。参考图4，电荷泵系统的两条充电电路共用一路时钟脉冲(clock pause，CP)。
可以理解，图4所示S1表示开关112a和开关112b，图4所示S2表示开关113a和开关113b。
如图4所示，t0时刻开关112a和开关112b断开，开关113a和开关113b闭合，CLK信号此时处于低电平状态；t1时刻是CLK信号的上升沿，此时开关112a和开关112b的状态保持断开，开关113a和开关113b的状态保持闭合；t2时刻开关112a和开关112b闭合，开关113a和开关113b断开，CLK信号此时处于高电平状态；t3时刻再次断开开关112a和开关112b，闭合开关113a和开关113b，CLK信号此时处于高电平状态；t4时刻是CLK的下降沿，此时开关112a和开关112b的状态保持断开，开关113a和开关113b的状态保持闭合；t5时刻再次闭合开关112a和开关112b，断开开关113a和开关113b，CLK信号此时处于低电平状态；t6时刻再次断开开关112a和开关112b，闭合开关113a和开关113b，CLK信号此时处于低电平状态。可以理解，t0时刻到t6时刻对应为CLK信号的信号周期，t0时刻到t3时刻或者t3时刻到t6时刻对应为自举电路30的充放电周期。。
可以理解，因为CLK信号和信号是互为反相的时钟信号，当输入缓冲器108的控制端的CLK信号为高电平信号时，输入缓冲器208的控制端的/>信号为低电平信号；反之，当输入缓冲器108的控制端的CLK信号为低电平信号时，输入缓冲器208的控制端的/>信号为高电平信号。
如图4所示，在t0时刻，开关112a和开关112b断开，开关113a和开关113b闭合，此时CLK信号处于低电平状态，则信号处于高电平状态，自举电容111处于放电状态。自举电路30的输出端向缓冲器208的输入端输入自举电压VBST，缓冲器208的输出端输出电压VBST至充电电路12的控制端，充电电路12的功率管201和功率管203打开，泵送电容205处于充电状态，泵送电容205的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路12输出端电压的差值，即VC205＝VPMID-VOUT2。
在t1时刻，开关112a和开关112b断开，开关113a和开关113b闭合，此时CLK信号处于上升沿，则信号处于下降沿，自举电容111处于放电状态。自举电路30的输出端向缓冲器108的输入端输入自举电压VBST，缓冲器108的输出端输出电压VBST至充电电路11的控制端，充电电路11的功率管101和功率管103打开，泵送电容105处于充电状态，泵送电容105的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路11输出端电压的差值，即VC105＝VPMID-VOUT1。
在t2时刻，开关112a和开关112b闭合，开关113a和开关113b断开，此时CLK处于高电平状态，则信号处于低电平状态，稳压电源向自举电容111充电。
在t3时刻，开关112a和开关112b断开，开关113a和开关113b闭合，此时CLK处于高电平状态，则信号处于低电平状态，自举电容111处于放电状态。自举电路30的输出端向缓冲器108的输入端输入自举电压VBST，缓冲器108的输出端输出电压VBST至充电电路11的控制端，充电电路11的功率管101和功率管103打开，泵送电容105处于充电状态，泵送电容105的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路11输出端电压的差值，即VC105＝VPMID-VOUT1。
在t4时刻，开关112a和开关112b断开，开关113a和开关113b闭合，此时CLK信号处于下降沿，则信号处于上升沿，自举电容111处于放电状态。自举电路30的输出端向缓冲器208的输入端输入自举电压VBST，缓冲器208的输出端输出电压VBST至充电电路12的控制端，充电电路12的功率管201和功率管203打开，泵送电容205处于充电状态，泵送电容205的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路12输出端电压的差值，即VC205＝VPMID-VOUT2。
在t5时刻，开关112a和开关112b闭合，开关113a和开关113b断开，此时CLK处于低电平状态，则信号处于高电平状态，稳压电源向自举电容111充电。
在t6时刻，开关112a和开关112b断开，开关113a和开关113b闭合，此时CLK处于低电平状态，则信号处于高电平状态，自举电容111处于放电状态。自举电路30的输出端向缓冲器208的输入端输入自举电压VBST，缓冲器208的输出端输出电压VBST至充电电路12的控制端，充电电路12的功率管201和功率管203打开，泵送电容205处于充电状态，泵送电容205的上级板和下级板之间的电压等于供电电源的电压与充电电路12输出端电压的差值，即VC205＝VPMID-VOUT2。
本申请的实施例还提供了一种芯片，芯片中形成有电荷泵系统。
本申请的实施例还提供了一种电子设备，电子设备包括芯片，芯片中形成有电荷泵系统。
其中，电荷泵系统的结构和工作原理可以参考上述实施例中的相关描述，此处不做赘述。
在附图中，可以以特定布置示出一些结构特征。然而，应该理解，可能不需要这样的特定布置。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式来布置。另外，在特定图中包括结构特征并不意味着暗示在所有实施例中都需要这样的特征，并且在一些实施例中，可以不包括这些特征或者可以与其他特征组合。
需要说明的是，在本专利的示例和说明书中，术语“包括”使得包括一系列要素的方法或者电路不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种方法或者电路所固有的要素。
虽然通过参照本申请的某些优选实施例，已经对本申请进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本申请的精神和范围。

Claims (11)

1.一种电荷泵系统，其特征在于，包括：
时钟脉冲发生器，包括第一输出端和第二输出端，所述第一输出端用于输出第一时钟信号，所述第二输出端用于输出第二时钟信号；其中，所述第一时钟信号与所述第二时钟信号是互为反相的时钟信号；
自举电路，包括相互连接的开关电路和自举电容，所述开关电路用于控制所述自举电容周期性地充放电；其中，当所述自举电容放电时，所述自举电路的输出电压大于第一阈值；
第一缓冲器，所述第一缓冲器的控制端用于接收所述第一时钟信号，输入端用于接收所述自举电路的输出电压；当所述第一时钟信号为高电平信号时，所述第一缓冲器的输出端输出其输入端接收到的电压；
第二缓冲器，所述第二缓冲器的控制端用于接收所述第二时钟信号，输入端用于接收所述自举电路的输出电压；当所述第二时钟信号为高电平信号时，所述第二缓冲器的输出端输出其输入端接收到的电压；
第一充电电路，所述第一充电电路的控制端与所述第一缓冲器的输出端相连；当所述第一充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，所述第一充电电路处于充电状态；
第二充电电路，所述第二充电电路的控制端与所述第二缓冲器的输出端相连；当所述第二充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，所述第二充电电路处于充电状态；
其中，所述第一时钟信号或所述第二时钟信号的信号周期为所述自举电路的充放电周期的两倍。
2.根据权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，
所述第一时钟信号或所述第二时钟信号的信号周期与所述自举电路的充放电周期错相，以使得，
所述第一时钟信号由高电平信号变化至低电平信号时，或所述第一时钟信号由低电平信号变化至高电平信号时，所述自举电容处于放电状态；或者，
所述第二时钟信号由高电平信号变化至低电平信号时，或所述第二时钟信号由低电平信号变化至高电平信号时，所述自举电容处于放电状态。
3.根据权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述第一充电电路包括：
第一功率管、第二功率管、第三功率管、第四功率管和第一泵送电容；
所述第一功率管的源极与所述第二功率管的漏极、所述第一泵送电容的一端连接，漏极与所述电荷泵系统的供电电源连接；
所述第二功率管的源极与所述第三功率管的漏极、所述第一充电电路的输出端连接，漏极与所述第一功率管的源极、所述第一泵送电容的一端连接；
所述第三功率管的源极与所述第四功率管的漏极、所述第一泵送电容的一端连接，漏极与所述第二功率管的源极、所述第一充电电路的输出端连接；
所述第四功率管的源极接地，漏极与所述第三功率管的源极、所述第一泵送电容的一端连接；
所述第一泵送电容的一端与所述第一功率管的源极、所述第二功率管的漏极连接，另一端与所述第三功率管的源极、所述第四功率管的漏极连接；
所述第一功率管的栅极和所述第三功率管的栅极为所述第一充电电路的控制端，当所述第一充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，所述第一功率管和所述第三功率管打开，以使得，所述电荷泵系统的供电电源向所述第一泵送电容充电。
4.根据权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述第二充电电路包括：
第五功率管、第六功率管、第七功率管、第八功率管和第二泵送电容；
所述第五功率管的源极与所述第六功率管的漏极、所述第二泵送电容的一端连接，漏极与所述电荷泵系统的供电电源连接；
所述第六功率管的源极与所述第七功率管的漏极、所述第二充电电路的输出端连接，漏极与所述第五功率管的源极、所述第二泵送电容的一端连接；
所述第七功率管的源极与所述第八功率管的漏极、所述第二泵送电容的一端连接，漏极与所述第六功率管的源极、所述第二充电电路的输出端连接；
所述第八功率管的源极接地，漏极与所述第七功率管的源极、所述第二泵送电容的一端连接；
所述第二泵送电容的一端与所述第五功率管的源极、所述第六功率管的漏极连接，另一端与所述第七功率管的源极、所述第八功率管的漏极连接；
所述第五功率管的栅极和所述第七功率管的栅极为所述第二充电电路的控制端，当所述第二充电电路的控制端的电压高于第一阈值时，所述第五功率管和所述第七功率管打开，以使得所述电荷泵系统的供电电源向所述第二泵送电容充电。
5.一种自举电路，其特征在于，包括：
相互连接的开关电路和自举电容；
所述开关电路，用于控制所述自举电容周期性地充放电；其中，当所述自举电容放电时，所述自举电路的输出电压大于第一阈值。
6.根据权利要求5所述的自举电路，其特征在于，所述自举电路还包括：
与所述开关电路连接的稳压电源，用于向所述自举电容充电。
7.根据权利要求6所述的自举电路，其特征在于，所述开关电路包括：
第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；
所述第一开关的一端与电荷泵系统的供电电源连接，另一端与所述自举电容的一端连接；
所述第二开关的一端与所述自举电容的一端连接，另一端接地；
所述第三开关的一端与所述自举电容的一端连接，另一端输出所述自举电路的输出电压；
所述第四开关的一端与所述稳压电源连接，另一端与所述自举电容的一端连接；
所述自举电容的一端与所述第一开关的一端、所述第三开关的一端连接，另一端与所述第二开关的一端、所述第四开关的一端连接；
所述第一开关和所述第二开关控制所述自举电容周期性地放电，所述第三开关和所述第四开关控制所述自举电容周期性地充电。
8.根据权利要求7所述的自举电路，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关控制所述自举电容周期性地放电，所述第三开关和所述第四开关控制所述自举电容周期性地充电，包括：
所述第一开关和所述第二开关闭合时，所述第三开关和所述第四开关断开，所述自举电容放电；
所述第三开关和所述第四开关闭合时，所述第一开关和所述第二开关断开，所述自举电容充电。
9.根据权利要求8所述的自举电路，其特征在于，
当所述自举电容放电时，所述自举电路的输出电压为所述自举电容放电产生的电压与所述电荷泵系统的供电电源的电压值之和；
当所述自举电容充电时，所述自举电路的输出电压为所述电荷泵系统的供电电源的电压值，并且，所述电荷泵系统的供电电源的电压值小于所述第一阈值。
10.一种芯片，其特征在于，所述芯片中形成有如权利要求1至4任一项所述的电荷泵系统。
11.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括芯片，所述芯片中形成有如权利要求1至4任一项所述的电荷泵系统。
CN202310533199.3A 2023-05-11 2023-05-11 电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备 Pending CN116961407A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310533199.3A CN116961407A (zh) 2023-05-11 2023-05-11 电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310533199.3A CN116961407A (zh) 2023-05-11 2023-05-11 电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116961407A true CN116961407A (zh) 2023-10-27

Family

ID=88460825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310533199.3A Pending CN116961407A (zh) 2023-05-11 2023-05-11 电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116961407A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7116156B2 (en) Charge pump circuit
US7030683B2 (en) Four phase charge pump operable without phase overlap with improved efficiency
US6545529B2 (en) High voltage generating circuit
US6359798B1 (en) Charge pump voltage converter
US9806616B2 (en) Control circuit for multiple high side switches
CN101159412A (zh) 包含升压电路的电子器件
WO2005065138A2 (en) High efficiency, low cost, charge pump circuit
US20070285150A1 (en) Method and system for providing a charge pump very low voltage applications
US10541606B1 (en) Serial-parallel switch negative charge pump
CN101212176A (zh) 升压电路
US6650172B1 (en) Boost circuit with sequentially delayed activation of pump circuit stages
US20110102069A1 (en) Charge pump circuit and driving method thereof
US7595683B1 (en) Low-input-voltage charge pump
US6605985B2 (en) High-efficiency power charge pump supplying high DC output currents
JP5260142B2 (ja) チャージポンプ回路ならびにそれを利用した過電圧保護回路および電子機器
CN110601528B (zh) 电荷泵及存储设备
US20090309650A1 (en) Booster circuit
KR102279558B1 (ko) 엘리멘터리 셀 및 그러한 엘리멘터리 셀을 포함하는 전하 펌프들
CN114189147B (zh) 电荷泵电路及存储器
CN116961407A (zh) 电荷泵系统、自举电路、芯片及电子设备
US20020153939A1 (en) Boosting circuit with high voltage generated at high speed
CN107453602B (zh) 电荷泵和存储装置
Peng et al. A 16-phase 8-branch charge pump with advanced charge recycling strategy
CN113746327B (zh) 电荷泵电路、电荷泵系统及集成电路芯片
CN103684380A (zh) 一种开关电容电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination