CN206878701U - 差分电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种差分电荷泵电路，包括输入电压端、第一时钟信号输入端、第二时钟信号输入端、分别与输入电压端相连的第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管、与第一时钟信号输入端相连的第一电容和第三电容、与第二时钟信号输入端相连的第二电容和第四电容、第五场效应管、第六场效应管、输出电容及输出电压端，第一时钟信号输入端和第二时钟信号输入端输入一对差分时钟信号，差分电荷泵电路通过驱动第一场效应管和第二场效应管的栅极，减小寄生电容的大小，同时为第五场效应管和第六场效应管提供稳定的驱动电压，提高输出电压端的输出电压、输出电流及转换效率。本实用新型可以输出更大的电压、电流和更高的转换效率。

Description

差分电荷泵电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路领域，特别是涉及一种差分电荷泵电路。

背景技术

电荷泵电路常用来产生高于输入电压的输出电压，或者用于提供负电压。电荷泵电路结构简单、面积较小，效率较高。如今，如何提高输出电压、输出电流及转换效率是电荷泵电路设计的发展方向。

从最基本的电荷泵电路发展到差分电荷泵电路，其电流驱动能力提高了一倍。现有的差分电荷泵电路往往寄生电容较大、电荷有较多损失且控制开关管电压有变化，从而导致降低了输出电压、输出电流和转换效率。特别是在负电压电荷泵电路中，如果从输入电压端进来第一个开关是用P型场效应管(PMOS)来实现，通常其宽长比(W/L)都比较大，因此对输出电压、输出电流和转换效率有更大的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种差分电荷泵电路。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种差分电荷泵电路，包括输入电压端、第一时钟信号输入端、第二时钟信号输入端、分别与所述输入电压端相连的第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管、与所述第一时钟信号输入端相连的第一电容和第三电容、与所述第二时钟信号输入端相连的第二电容和第四电容、与所述第一电容相连的第五场效应管、与所述第二电容相连的第六场效应管、与所述第五场效应管和所述第六场效应管相连的输出电容及输出电压端，所述第一时钟信号输入端和所述第二时钟信号输入端输入一对差分时钟信号，所述差分电荷泵电路通过驱动所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极，减小寄生电容的大小，为所述第五场效应管和所述第六场效应管提供稳定的驱动电压，提高输出电压端的输出电压、输出电流及更高的转换效率。

所述第一时钟信号输入端与所述第一电容的一端及所述第三电容的一端相连，所述第二时钟信号输入端与所述第二电容的一端及所述第四电容的一端相连。

所述第一电容的另一端与所述第一场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极及所述第六场效应管的栅极相连；所述第二电容的另一端与所述第二场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极及所述第六场效应管的漏极相连。

所述第三电容的另一端与所述第二场效应管的栅极、所述第三场效应管的漏极、所述第四场效应管的栅极相连；所述第四电容的另一端与所述第一场效应管的栅极、所述第三场效应管的栅极及所述第四场效应管的漏极相连。

所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极、所述第三场效应管的源极及所述第四场效应管的源极共同连接所述输入电压端；所述第五场效应管的源极与所述第六场效应管的源极及所述输出电容的一端共同连接所述输出电压端，所述输出电容的另一端接地。

所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管与所述第四场效应管为P型场效应管，所述第五场效应管与所述第六场效应管为N型场效应管。

本实用新型的有益效果是：可以明显降低主驱动路径上节点寄生电容的影响，速度更快，同时开关管的控制电压不会跌落，使得开关管的阻抗一直保持在最小值，在相同条件下可以输出更大的电压、电流和转换效率。

附图说明

图1为本实用新型差分电荷泵电路的具体电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，本实用新型差分电荷泵电路包括输入电压端VIN、第一时钟信号输入端CLK、第二时钟信号输入端CLKB、分别与输入电压端VIN相连的第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3和第四场效应管M4、与第一时钟信号输入端CLK相连的第一电容C1和第三电容C3、与第二时钟信号输入端CLKB相连的第二电容C2和第四电容C4、与第一电容C1相连的第五场效应管M5、与第二电容C2相连的第六场效应管M6、与第五场效应管M5和第六场效应管M6相连的输出电容C5及输出电压端VOUT。其中，第一时钟信号输入端CLK和第二时钟信号输入端CLKB输入一对差分时钟信号。

本实用新型差分电荷泵电路的具体电路连接关系如下：第一时钟信号输入端CLK与第一电容C1的一端及第三电容C3的一端相连，第二时钟信号输入端CLKB与第二电容C2的一端及第四电容C4的一端相连；第一电容C1的另一端与第一场效应管M1的漏极、第五场效应管M5的漏极及第六场效应管M6的栅极相连，连接点为节点n1；第二电容C2的另一端与第二场效应管M2的漏极、第五场效应管M5的栅极及第六场效应管M6的漏极相连，连接点为节点n2；第三电容C3的另一端与第二场效应管M2的栅极、第三场效应管M3的漏极、第四场效应管M4的栅极相连，连接点为节点n3；第四电容C4的另一端与第一场效应管M1的栅极、第三场效应管M3的栅极及第四场效应管M4的漏极相连，连接点为节点n4；第一场效应管M1的源极与第二场效应管M2的源极、第三场效应管M3的源极及第四场效应管M4的源极共同连接输入电压端VIN；第五场效应管M5的源极与第六场效应管M6的源极及输出电容C5的一端共同连接输出电压端VOUT，输出电容C5的另一端接地。

其中，在本实施例中，第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3与第四场效应管M4为P型场效应管，第五场效应管M5与第六场效应管M6为N型场效应管，在其他实施例中，上述场效应管可以为其他结构可以实现相同功能的元器件，并不限于此。

本实用新型差分电荷泵电路的工作原理如下：

在初始状态，第一时钟信号输入端CLK输入低电平时钟信号，第二时钟信号输入端CLKB输入高电平时钟信号，此时，输入电压端VIN、输出电压端VOUT、节点n1、n2、n3、n4处的电压相同，初始电压均为0V。

当第一时钟信号输入端CLK的时钟信号电压上升时，第二时钟信号输入端CLKB的时钟信号的电压下降，由于第二电容C2与第四电容C4两端的电压不能瞬态变化，当第二时钟信号输入端CLKB的电压被驱动到0V时，迫使节点n2、n4处的电压下降为负的时钟电源电压-VCC；由于节点n2处的寄生电容减小了，其电压值会更接近-VCC，而且节点n4处的寄生电容较小，会更快到达负的电源电压-VDD，使得第一场效应管M1快速导通，把节点n1处的电压拉到输入电压端VIN电平；使得第六场效应管M6快速且稳定的导通，从而把节点n2处的负电荷转移到输出电容C5；输出电压端VOUT的负电压逐渐升高，节点n2处的负电压逐渐降低，直到节点n2处的电压与输出电压端VOUT的电压相等；同时由于节点n4处的电压不会跟随节点n2处的电压降低，能够一直保持第一场效应管M1与第六场效应管M6的导通阻抗在最小值不变。

当第一时钟信号输入端CLK的时钟信号电压下降时，第二时钟信号输入端CLKB的时钟信号的电压上升，由于第一电容C1与第三电容C3两端的电压不能瞬态变化，当第一时钟信号输入端CLK的电压被驱动到0V时，迫使节点n1、n3处的电压下降为-VCC；由于节点n1处的寄生电容减小了，其电压值会更接近-VCC，而且节点n3处的寄生电容较小，会更快到达-VCC，使得第二场效应管M2快速导通，把节点n2处的电压拉到输入电压端VIN电平；使得第五场效应管M5快速且稳定的导通，从而把节点n1处的负电荷转移到输出电容C5；输出电压端VOUT的负电压逐渐升高，节点n1处的负电压逐渐降低，直到节点n1处的电压与输出电压端VOUT的电压相等；同时由于节点n3处的电压不会跟随节点n1处的电压降低，能够一直保持第二场效应管M2与第五场效应管M5的导通阻抗在最小值不变。当下一个时钟周期到来时又重复以上步骤。

从以上分析可以看出，本实用新型差分电荷泵电路降低了节点n1、n2处的寄生电容，每一个时钟周期转移的电荷为：

其中，C1代表第一电容C1的电容值，C2代表第一电容C2的电容值，VCC代表时钟电源电压，Cn1代表节点n1处的寄生电容值，Cn2代表节点n2处的寄生电容值。由此可以看出，降低节点n1、n2处的寄生电容值后，一个时钟周期转移的电荷更多了。

且在本实用新型差分电荷泵电路中，节点n3、n4处的电压不会随输出电压端VOUT的电压变化而变化，从而给第一场效应管M1与第二场效应管M2提供稳定的驱动电压，使得节点n1、n2处的电压都与输入电压端VIN的电压相等，进而给第五场效应管M5与第六场效应管M6提供稳定的驱动电压。

本实用新型差分电荷泵电路通过增加一条辅助支路，驱动第一场效应管M1与第二场效应管M2的栅极，减小主驱动路径节点n1、n2处寄生电容的大小，节点n3、n4处的电压不会跌落，保持第一场效应管M1和第二场效应管M2的导通阻抗一直都是最小值，从而提高输出电压、输出电流与转换效率。

综上所述，本实用新型差分电荷泵电路可以明显降低寄生电容的影响，速度更快，同时开关管的控制电压不会跌落，使得开关管的阻抗一直保持在最小值，在相同条件下可以输出更大的电压、电流和转换效率。

Claims (6)

1.一种差分电荷泵电路，其特征在于：所述差分电荷泵电路包括输入电压端、第一时钟信号输入端、第二时钟信号输入端、分别与所述输入电压端相连的第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管、与所述第一时钟信号输入端相连的第一电容和第三电容、与所述第二时钟信号输入端相连的第二电容和第四电容、与所述第一电容相连的第五场效应管、与所述第二电容相连的第六场效应管、与所述第五场效应管和所述第六场效应管相连的输出电容及输出电压端，所述第一时钟信号输入端和所述第二时钟信号输入端输入一对差分时钟信号，所述差分电荷泵电路通过驱动所述第一场效应管和所述第二场效应管的栅极，减小寄生电容的大小，为所述第五场效应管和所述第六场效应管提供稳定的驱动电压，提高输出电压端的输出电压、输出电流及更高的转换效率。

2.根据权利要求1所述的差分电荷泵电路，其特征在于：所述第一时钟信号输入端与所述第一电容的一端及所述第三电容的一端相连，所述第二时钟信号输入端与所述第二电容的一端及所述第四电容的一端相连。

3.根据权利要求2所述的差分电荷泵电路，其特征在于：所述第一电容的另一端与所述第一场效应管的漏极、所述第五场效应管的漏极及所述第六场效应管的栅极相连；所述第二电容的另一端与所述第二场效应管的漏极、所述第五场效应管的栅极及所述第六场效应管的漏极相连。

4.根据权利要求3所述的差分电荷泵电路，其特征在于：所述第三电容的另一端与所述第二场效应管的栅极、所述第三场效应管的漏极、所述第四场效应管的栅极相连；所述第四电容的另一端与所述第一场效应管的栅极、所述第三场效应管的栅极及所述第四场效应管的漏极相连。

5.根据权利要求4所述的差分电荷泵电路，其特征在于：所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极、所述第三场效应管的源极及所述第四场效应管的源极共同连接所述输入电压端；所述第五场效应管的源极与所述第六场效应管的源极及所述输出电容的一端共同连接所述输出电压端，所述输出电容的另一端接地。

6.根据权利要求1所述的差分电荷泵电路，其特征在于：所述第一场效应管、所述第二场效应管、所述第三场效应管与所述第四场效应管为P型场效应管，所述第五场效应管与所述第六场效应管为N型场效应管。