CN1296630A - 包括具有减小的寄生电容的电容器的电压升压电路 - Google Patents
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Abstract
集成电路的一种电容器结构,该结构包括一个主电容器和一个寄生电容器,包括:一个第一种导电类型的衬底(2000);第一个介电层(2040);部署在第一个介电层(2040)上的第一个导电层(2010),上述第一个导电层(2010)形成主电容器的第一个板极和寄生电容器的第一个板极;部署在第一个导电层(2010)上的第二个介电层(2020);以及部署在第二个介电层(2020)上的第二个导电层(2030),第二个导电层(2030)形成主电容器的第二个板极;其特征在于,该电容器结构进一步包括部署在衬底(2000)内的一个阱(2100),该阱是与上述第一种类型相反的第二种导电类型的,第一个介电层(2040)部署在阱(2100)上,而阱(2100)形成寄生电容器的第二个极极,并与衬底(2000)形成另外一个结电容器,该构造使得寄生和结电容器相互串联,并与主电容器串联,从而减小杂散电容。
Description
本发明涉及到一种电容器结构，并涉及到一种使用了该结构的电压升压电路，以及该升压电路在滤气器，移动电话和便携式计算机中的应用。
伴随形成于集成电路中的电容器的普遍问题是电容器的板极与其他导线之间存在的杂散电容。希望能够减小这种杂散电容。
相应地，本发明提供了集成电路的一种电容器结构，该结构包括一个主电容器和一个寄生电容器，包括：一个第一种导电类型的衬底；第一个介电层；部署在第一个介电层上的第一个导电层，第一个导电层形成主电容器的第一个板极和寄生电容器的第一个板极；部署在第一个导电层上的第二个介电层；以及部署在第二个介电层上的第二个导电层，第二个导电层形成主电容器的第二个板极；其特征在于，该电容器结构进一步包括部署在衬底内的一个阱，该阱是与上述第一种类型相反的第二种导电类型的，第一个介电层部署在该阱上，而该阱形成寄生电容器的第二个板极，并与衬底形成另外一个结电容器，该构造使得寄生和结电容器相互串联，并与主电容器串联，从而减小杂散电容。
本发明也提供了一种将电压源升压的方法，包括步骤：提供上述电容器结构；相对于主电容器的第二个板极对主电容器的第一个板极充电；然后相对于第一个板极对第二个板极充电，以便在第一个板极上提供升高的电压。
本发明进一步提供一种电压升压电路，包括：上述电容器结构；配置成按照第一种和第二种模式工作的充电装置；一个用于提供升高的电压的输出节点；其中在第一种工作模式中，主电容器的第一个板极与第一电压相连接，主电容器的第二个板极与第二电压相连接；而在第二种工作模式中，第一个板极与第二电压相连接，第二板极与输出节点相连接。
以下仅结合附图通过举例来描述本发明的一个较佳实施例，其中：
图1显示的是电压升压器300；
图2a和2b显示的是第一种电容器；
图2c和2d显示的是第二种电容器；和
图3显示的是输出信号201。
参看图1，图中显示的是电压升压器300。电压升压器300与1.5V的电源电压Vdd相连接，并在一个输出节点上产生3V的电压V30。电压升压器300具有一个用于将输入时钟信号201转换为输出信号311,313,315和317的逻辑电路系统310。时钟信号207显示在图3中。它是一个脉冲化的信号，一般较低，但具有周期为28μs(频率为33kHz)的大约2到3μs的高脉冲。信号311和313是同步时钟信号。信号315和317是与信号311和313反相的同步时钟信号。时钟信号311到317的频率与输入时钟信号201相同。电路310保证信号315和317不会叠盖信号311和313。在一个正电源电压和电容器340的第一个板极341之间接入一个p-沟道场效应晶体管322作开关。p-沟道晶体管322的栅极接收输出信号313。电容器340的第一个板极341也通过用作开关的n-沟道晶体管330接地。n-沟道晶体管330的栅极与信号317相连接。电容器340的第二个板极342通过用作开关的p-沟道晶体管332与正电源电压Vdd相连接。p-沟道晶体管332的栅极与信号315相连接。电容器342的第二个板极也通过用作开关的p-沟道晶体管320与电压升压器300的输出节点360相连接。p-沟道晶体管320的栅极与信号311相连接。升压电路300的输出节点360通过电容器350接地。输出节点360提供输出信号301。在工作的第一个阶段，通过同步信号315和317将晶体管332和330接通。同步信号311和313将晶体管322和320同时断开。在这个工作阶段中，电容器340的第二个板极342充电到一个相对于第一个板极341的正电压。在工作的第二个阶段，同步信号315和317将晶体管332和330断开，同步信号311和313将晶体管322和320同时接通。在这个工作阶段，电容器340的第一个板极341大约升高到电压Vdd，这使电容器340的第二个板极342的电压升高到大约两倍于电压Vdd。由此晶体管320允许将电容器340的第二个板极上的升高的电压作为升压电路300的输出信号310提供给输出节点360。输出信号301同时将电容器350充电。当这个工作阶段结束并且第一个阶段又一次开始时，晶体管320被断开，从而将已经充电到升高的电压值的电容器350隔离。从而将升高的电压值V30连续提供给输出节点360。
在图2a，2b，2c和2d中详尽地显示出电容器340。图2a中显示了一种传统的电容器，而图2b中显示了它的等效电路图。该电容器形成于p-掺杂硅衬底2000上。介电层2040将由一层多晶硅2010形成的电容器341的第一个板极与衬底2000隔开。一个薄的介电层2020将由第二个多晶硅层2030形成的第二个电容器板极342与第一个多晶硅层2010隔开。如图2b所示，在电容器的第一个板极和接地的硅衬底2000之间形成了一个值为Cp的寄生电容器2002。在升压器电路300的工作过程中，这个寄生电容可能导致功率损失。
设计了如图2c所示的电容器以减小功率损失，并将之作为电容器340特另应用于升压器电路300。参看图2c，该电容器结构与图2a的区别在于形成于p-衬底2000内的n型阱2100。层2040,2010,2020和2030形成于阱2100之上。在该例子中，这些层没有延伸到阱的尺寸之外。n-型阱与p-型衬底形成一个反向偏置pn结二极管。这样一种二极管具有低的电容。图2d显示了如图2c所示的结构的示意等效电路。该二极管形成一个与第一个板极341和n型阱2100之间形成的电容为Cp的寄生电容器2002’串联的、具有小电容Cd的小电容器2004。电容器2002’和2004的组合电容小于Cd，也小于Cp。
最后应该理解，以上只是结合较佳实施例对本发明进行了描述，而且在附属的权利要求的范围之内可以用很多不同的方法修改本发明。
Claims (12)
1．集成电路的一种电容器结构，该结构包括一个主电容器和一个寄生电容器，包括
一个第一种导电类型的衬底2000；
第一个介电层2040；
部署在第一个介电层2040之上的第一个导电层2010，第一个导电层2010
形成主电容器的第一个板极和寄生电容器的第一个板极；
部署在第一个导电层2010之上的第二个介电层2020；和
部署在第二个介电层2020之上的第二个导电层2030，第二个导电层2030
形成主电容器的第二个板极；
其特征在于该电容器结构进一步包括部署在衬底2000内的一个阱2100，
该阱是与上述第一种类型相反的第二种导电类型的，第一个介电层2040
部署在阱2100之上，阱2100形成寄生电容器的第二个板极，并与衬底2000
形成另外一个结电容器，该构造使得寄生和结电容器相互串联，并与主电
容器串联，从而减小杂散电容。
2．权利要求1所述的电容器，其特征在于上述第一种导电类型是p-型，第二种导电类型是n-型。
3．一种升高电压源的方法，包括以下步骤：
提供如权利要求1或2所述的电容器结构；
相对于主电容器的第二个板极对主电容器的第一个板极充电；和
然后相对于第一个板极对第二个板极充电，以便在第一个板极上提供升高
的电压。
4．一种电压升压电路，包括：
如权利要求1或2所述的电容器结构；
配置为按第一种模式和第二种模式工作的充电装置；和
用于提供升高的电压的输出节点；
其中在第一种工作模式中，主电容器的第一个板极与第一电压相连接，主
电容器的第二个板极与第二电压相连接；而在第二种工作模式中，第一个
板极与第二电压相连接，第二个板极与输出节点相连接。
5．权利要求4所述的电压升压电路，其特征在于第一电压是地，而第二电压是一个正电压。
6．权利要求4或5所述的电压升压电路，其特征在于第一个板极通过第一个开关与第二电压相连接，并通过第二个开关与第一电压相连接，第一个和第二个开关安排为反相工作。
7．权利要求4到6中任何一项所述的电压升压电路，其特征在于第二个板极通过第三个开关与输出节点相连接，并通过第四个开关与第一电压相连接，第三个和第四个开关反相工作。
8．在从属于权利要求6时权利要求7所述的电压升压电路，其特征在于第一个和第三个开关是p-沟道FET，而第二个和第四个开关是p-和n-沟道FET。
9．权利要求4到8中任何一项所述的电压升压电路，进一步包括连接在输出节点与第一电压之间的第二个电容器。
10．包括权利要求4到9中任何一项所述的电压升压电路的滤气器。
11．包括权利要求4到9中任何一项所述的电压升压电路的移动电话。
12．包括权利要求4到9中任何一项所述的电压升压电路的便携式计算机。
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