CN207200573U - 一种电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电荷泵电路，包括至少一个依次串联的电荷泵模块，电荷泵模块包括：第一和第二级电荷泵，每个电荷泵分别包括开关电容和充电电容，第一级电荷泵的开关电容接收第一时钟信号，第二级电荷泵的开关电容接收第二时钟信号，第一和第二时钟信号为非交叠时钟信号；电荷共享控制模块，分别接收第一时钟信号和第二时钟信号，还分别与第一级电荷泵的充电电容和第二级电荷泵的充电电容相连，当第一时钟信号和第二时钟信号均为低电平时，电荷共享控制模块导通，第一级电荷泵的充电电容中电荷和第二级电荷泵的充电电容中电荷共享。本实用新型可以有效减小电荷泵的能量损失，降低了电荷泵电路所需的能量，提高了电荷泵电路的能量使用效率。

Description

一种电荷泵电路

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，特别是涉及一种电荷泵电路。

背景技术

图1是传统的电荷泵电路，n1’、n2’、n3’以及n4’是电荷泵的时钟，n1’、n2’、n3’以及n4’的时钟波形图如图2所示，n1’、n2’、n3’以及n4’的摆幅为电压VDD’。当时钟n2’为低电平时，第一级电荷泵中NMOS管M1’的栅端电压被拉低，NMOS管M1’关断；当时钟n3’为高电平时，第一级电荷泵中NMOS管M2’导通，NMOS管M2’的漏端电压被抬到电压Vin’；当时钟n2’为高电平时，NMOS管M1’的栅端电压被抬高，NMOS管M1’导通，NMOS管M2’的栅端和源端通过NMOS管M1’连接，形成反向二极管，NMOS管M2’的的漏端电压被抬高到电压(Vin’+VDD’)。第二级电荷泵与第一级电荷泵的工作原理一致。

上述传统的电荷泵电路还存在以下缺陷：电荷泵中电容的两极板电压变化量都是VDD’，从能量损失的角度来看，工作过程中电荷泵中各MOS管的能量损失很大，使得电荷泵电路的能量使用效率很低。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种电荷泵电路，以解决传统的电荷泵电路能量使用效率低的问题。

为了解决上述问题，本实用新型实施例公开了一种电荷泵电路，包括至少一个依次串联的电荷泵模块，每个所述电荷泵模块包括：第一级电荷泵和第二级电荷泵，每个所述电荷泵分别包括开关电容和充电电容，所述第一级电荷泵的开关电容接收第一时钟信号，所述第二级电荷泵的开关电容接收第二时钟信号，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号为非交叠时钟信号；电荷共享控制模块，所述电荷共享控制模块分别接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，所述电荷共享控制模块还分别与所述第一级电荷泵的充电电容和所述第二级电荷泵的充电电容相连，当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号均为低电平时，所述电荷共享控制模块导通，所述第一级电荷泵的充电电容中电荷和所述第二级电荷泵的充电电容中电荷共享。

可选地，所述电荷共享控制模块包括结构相同的第一三态驱动电路、第二三态驱动电路，以及开关模块，其中，所述第一三态驱动电路的第一输入端接收所述第二时钟信号，所述第一三态驱动电路的第二输入端接收所述第一时钟信号，所述第一三态驱动电路的输出端与所述第一级电荷泵的充电电容相连；所述第二三态驱动电路的第一输入端接收所述第一时钟信号，所述第二三态驱动电路的第二输入端接收所述第二时钟信号，所述第二三态驱动电路的输出端与所述第二级电荷泵的充电电容相连；所述开关模块的第一控制端接收所述第一时钟信号，所述开关模块的第二控制端接收所述第二时钟信号，所述开关模块的第一端与所述第一级电荷泵的充电电容相连，所述开关模块的第二端与所述第二级电荷泵的充电电容相连；当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号均为低电平时，所述第一三态驱动电路和所述第二三态驱动电路开路，所述开关模块导通。

可选地，当所述第一时钟信号为低电平，所述第二时钟信号为高电平时，所述第一三态驱动电路输出高电平，所述第二三态驱动电路输出低电平；当所述第一时钟信号为高电平，所述第二时钟信号为低电平时，所述第一三态驱动电路输出低电平，所述第二三态驱动电路输出高电平。

可选地，所述三态驱动电路包括：第一反相器，所述第一反相器的输入端作为所述三态驱动电路的第一输入端；第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅端与所述第一反相器的输出端相连，所述第一PMOS管的源端与电源相连；串联的第二反相器和第三反相器，所述第二反相器的输入端作为所述三态驱动电路的第二输入端；第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅端与所述第三反相器的输出端相连，所述第一NMOS管的漏端与所述第一PMOS管的漏端相连，所述第一NMOS管的源端接地，所述第一NMOS管的漏端与所述第一PMOS管的漏端作为所述三态驱动电路的输出端。

可选地，所述开关模块包括：或非门，所述或非门的第一输入端和第二输入端分别接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号；第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅端与所述或非门的输出端相连，所述第二NMOS管的漏端与所述第一级电荷泵的充电电容相连，所述第二NMOS管的源端与所述第二级电荷泵的充电电容相连。

本实用新型实施例包括以下优点：设置电荷泵电路包括至少一个依次串联的电荷泵模块，每个电荷泵模块包括第一级电荷泵、第二级电荷泵以及电荷共享控制模块。其中，每个电荷泵分别包括开关电容和充电电容，第一级电荷泵的开关电容接收第一时钟信号，第二级电荷泵的开关电容接收第二时钟信号，第一时钟信号和第二时钟信号为非交叠时钟信号；电荷共享控制模块分别接收第一时钟信号和第二时钟信号，电荷共享控制模块还分别与第一级电荷泵的充电电容和第二级电荷泵的充电电容相连，当第一时钟信号和第二时钟信号均为低电平时，电荷共享控制模块导通，第一级电荷泵的充电电容中电荷和第二级电荷泵的充电电容中电荷共享。这样，通过在第一级电荷泵和第二级电荷泵的工作过程中，对第一级电荷泵的充电电容中电荷和第二级电荷泵的充电电容中电荷进行共享，第二级电荷泵的充电电容可以直接从第一级电荷泵的充电电容获得一半的能量，因此，电荷泵电路的电源只需提供电荷泵电路中充电电容所需的一半电荷即可。与传统的电荷泵电路相比，在一个时钟周期内，第一级电荷泵和第二级电荷泵可以节约一半的能量，大大减小了电荷泵电路的能量损失，有效提高了电荷泵电路的能量使用效率。

附图说明

图1是传统的电荷泵电路的结构示意图；

图2是传统的电荷泵电路的时钟波形图；

图3是本实用新型的一种电荷泵电路实施例的结构框图；

图4是本实用新型的一种电荷泵电路实施例的结构示意图；

图5是本实用新型的一种电荷泵电路实施例中三态驱动电路的结构示意图；

图6是本实用新型的一种电荷泵电路具体实施例的结构示意图；

图7是本实用新型的一种电荷泵电路具体实施例的信号波形图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参照图3，其示出了本实用新型的一种电荷泵电路实施例的结构框图，该电荷泵电路可以包括至少一个依次串联的电荷泵模块1，参照图3，每个电荷泵模块1可以包括：第一级电荷泵11和第二级电荷泵12，每个电荷泵分别包括开关电容C1和充电电容C2，第一级电荷泵11的开关电容C1接收第一时钟信号CLK1，第二级电荷泵12的开关电容C1接收第二时钟信号CLK2，第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2为非交叠时钟信号；电荷共享控制模块13，电荷共享控制模块13分别接收第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2，电荷共享控制模块13还分别与第一级电荷泵11的充电电容C2和第二级电荷泵12的充电电容C2相连，当第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2均为低电平时，电荷共享控制模块13导通，第一级电荷泵11的充电电容C2中电荷和第二级电荷泵12的充电电容C2中电荷共享。

本实用新型实施例中的电荷泵可以是任意结构的电荷泵，本实用新型实施例对此不作限制。其中，参照图3，当第一级电荷泵11和第二级电荷泵12的结构为图1所示的结构时，若第一级电荷泵11的充电电容C2一端和第二级电荷泵12的充电电容C2一端与电荷泵中MOS管相连，则电荷共享控制模块13分别与第一级电荷泵11的充电电容C2另一端和第二级电荷泵12的充电电容C2另一端相连。图3中，仅示出电荷泵电路包括一个电荷泵模块1的情况。

由于在第一级电荷泵11和第二级电荷泵12的工作过程中，对第一级电荷泵11的充电电容C2中电荷和第二级电荷泵12的充电电容C2中电荷进行共享，第二级电荷泵12的充电电容C2可以直接从第一级电荷泵11的充电电容C2获得一半的能量，因此，电荷泵电路的电源只需提供电荷泵电路中充电电容所需的一半电荷即可。与传统的电荷泵电路相比，在一个时钟周期内，第一级电荷泵11和第二级电荷泵12可以节约一半的能量，大大减小了电荷泵电路的能量损失，有效提高了电荷泵电路的能量使用效率。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，参照图4，电荷共享控制模块13可以包括结构相同的第一三态驱动电路131、第二三态驱动电路132，以及开关模块133，其中，第一三态驱动电路131的第一输入端接收第二时钟信号CLK2，第一三态驱动电路131的第二输入端接收第一时钟信号CLK1，第一三态驱动电路131的输出端与第一级电荷泵11的充电电容C2相连；第二三态驱动电路132的第一输入端接收第一时钟信号CLK1，第二三态驱动电路132的第二输入端接收第二时钟信号CLK2，第二三态驱动电路132的输出端与第二级电荷泵12的充电电容C2相连；开关模块133的第一控制端接收第一时钟信号CLK1，开关模块133的第二控制端接收第二时钟信号CLK2，开关模块133的第一端与第一级电荷泵11的充电电容C2相连，开关模块133的第二端与第二级电荷泵12的充电电容C2相连；当第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2均为低电平时，第一三态驱动电路131和第二三态驱动电路132开路，开关模块133导通，第一级电荷泵11的充电电容C2中电荷和第二级电荷泵12的充电电容C2中电荷共享。

其中，当开关模块133导通时，设置第一三态驱动电路131和第二三态驱动电路132开路，可以确保第一级电荷泵11的充电电容C2的电压和第二级电荷泵12的充电电容C2的电压不被拉低，保证第一级电荷泵11的充电电容C2中电荷和第二级电荷泵12的充电电容C2中电荷可以进行共享。

可选地，在本实用新型的一个实施例中，参照图5，三态驱动电路可以包括：第一反相器F1，第一反相器F1的输入端作为三态驱动电路的第一输入端；第一PMOS管P1，第一PMOS管P1的栅端与第一反相器F1的输出端相连，第一PMOS管P1的源端与电源相连，电源可以提供VDD电压；串联的第二反相器F2和第三反相器F3，第二反相器F2的输入端作为三态驱动电路的第二输入端；第一NMOS管N1，第一NMOS管N1的栅端与第三反相器F3的输出端相连，第一NMOS管N1的漏端与第一PMOS管P1的漏端相连，第一NMOS管N1的源端接地，第一NMOS管N1的漏端与第一PMOS管P1的漏端作为三态驱动电路的输出端。

可选地，在本实用新型的一个具体实施例中，参照图6，开关模块133可以包括：或非门NOR，或非门NOR的第一输入端和第二输入端分别接收第一时钟信号CLK1和第二时钟信号CLK2；第二NMOS管N2，第二NMOS管N2的栅端与或非门NOR的输出端相连，第二NMOS管N2的漏端与第一级电荷泵11的充电电容C2相连，第二NMOS管N2的源端与第二级电荷泵12的充电电容C2相连。

可选地，参照图7，图7为图6所示电荷泵电路的信号波形图，其中，t12为或非门NOR的输出信号，A为第一三态驱动电路131的输出端电压信号，B为第二三态驱动电路132的输出端电压信号，A和B的摆幅为电压VDD。

具体地，当第一时钟信号CLK1为低电平，第二时钟信号CLK2为高电平时，第一三态驱动电路131输出高电平，第二三态驱动电路132输出低电平，此时，A点电压为VDD，A点电荷量为VDD*C，NMOS管T1导通，NMOS管T2形成反向二极管，结点C向结点D充电。当第一时钟信号CLK1为低电平，第二时钟信号CLK2为由高电平跳变为低电平时，t12为高电平，第二NMOS管N2导通，A点电压和B点电压形成电荷共享，此时，A点电压和B点电压同时为1/2VDD，即B点直接就从A点获得1/2VDD*C的电荷量。当第一时钟信号CLK1由低电平跳变为高电平，第二时钟信号CLK2为低电平时，第一三态驱动电路131输出低电平，第二三态驱动电路132输出高电平，此时，结点A的电压变成0。

上述一个时钟周期的过程中，由于A点电压和B点电压形成电荷共享后，B点可以直接就从A点获得1/2VDD*C的电荷量，因此，电源只需提供电荷泵电路中充电电容所需的一半能量，即只需提供的能量为E＝Q*VDD，Q＝VDD*C，C为电荷泵中充电电容C2的容值，VDD为电源电压。

由于传统的电荷泵电路中，一个时钟周期内，电源需直接提供给电荷泵的能量为E＝2Q’*VDD’，Q＝VDD’*C’，C’为传统的电荷泵电路中电容的容值，VDD’为时钟的摆幅。因此，本实用新型比传统的电荷泵节约了一半的能量，大大减小了电荷泵电路的能量损失，有效提高了电荷泵电路的能量使用效率。

本实用新型实施例包括以下优点：设置电荷泵电路包括至少一个依次串联的电荷泵模块，每个电荷泵模块包括第一级电荷泵、第二级电荷泵以及电荷共享控制模块。其中，每个电荷泵分别包括开关电容和充电电容，第一级电荷泵的开关电容接收第一时钟信号，第二级电荷泵的开关电容接收第二时钟信号，第一时钟信号和第二时钟信号为非交叠时钟信号；电荷共享控制模块分别接收第一时钟信号和第二时钟信号，电荷共享控制模块还分别与第一级电荷泵的充电电容和第二级电荷泵的充电电容相连，当第一时钟信号和第二时钟信号均为低电平时，电荷共享控制模块导通，第一级电荷泵的充电电容中电荷和第二级电荷泵的充电电容中电荷共享。这样，通过在第一级电荷泵和第二级电荷泵的工作过程中，对第一级电荷泵的充电电容中电荷和第二级电荷泵的充电电容中电荷进行共享，第二级电荷泵的充电电容可以直接从第一级电荷泵的充电电容获得一半的能量，因此，电荷泵电路的电源只需提供电荷泵电路中充电电容所需的一半电荷即可。与传统的电荷泵电路相比，在一个时钟周期内，第一级电荷泵和第二级电荷泵可以节约一半的能量，大大减小了电荷泵电路的能量损失，有效提高了电荷泵电路的能量使用效率。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本实用新型所提供的一种电荷泵电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括至少一个依次串联的电荷泵模块，每个所述电荷泵模块包括：

第一级电荷泵和第二级电荷泵，每个所述电荷泵分别包括开关电容和充电电容，所述第一级电荷泵的开关电容接收第一时钟信号，所述第二级电荷泵的开关电容接收第二时钟信号，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号为非交叠时钟信号；

电荷共享控制模块，所述电荷共享控制模块分别接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号，所述电荷共享控制模块还分别与所述第一级电荷泵的充电电容和所述第二级电荷泵的充电电容相连，当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号均为低电平时，所述电荷共享控制模块导通，所述第一级电荷泵的充电电容中电荷和所述第二级电荷泵的充电电容中电荷共享。

2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述电荷共享控制模块包括结构相同的第一三态驱动电路、第二三态驱动电路，以及开关模块，其中，

所述第一三态驱动电路的第一输入端接收所述第二时钟信号，所述第一三态驱动电路的第二输入端接收所述第一时钟信号，所述第一三态驱动电路的输出端与所述第一级电荷泵的充电电容相连；

所述第二三态驱动电路的第一输入端接收所述第一时钟信号，所述第二三态驱动电路的第二输入端接收所述第二时钟信号，所述第二三态驱动电路的输出端与所述第二级电荷泵的充电电容相连；

所述开关模块的第一控制端接收所述第一时钟信号，所述开关模块的第二控制端接收所述第二时钟信号，所述开关模块的第一端与所述第一级电荷泵的充电电容相连，所述开关模块的第二端与所述第二级电荷泵的充电电容相连；

当所述第一时钟信号和所述第二时钟信号均为低电平时，所述第一三态驱动电路和所述第二三态驱动电路开路，所述开关模块导通。

3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，

当所述第一时钟信号为低电平，所述第二时钟信号为高电平时，所述第一三态驱动电路输出高电平，所述第二三态驱动电路输出低电平；

当所述第一时钟信号为高电平，所述第二时钟信号为低电平时，所述第一三态驱动电路输出低电平，所述第二三态驱动电路输出高电平。

4.根据权利要求2或3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述三态驱动电路包括：

第一反相器，所述第一反相器的输入端作为所述三态驱动电路的第一输入端；

第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅端与所述第一反相器的输出端相连，所述第一PMOS管的源端与电源相连；

串联的第二反相器和第三反相器，所述第二反相器的输入端作为所述三态驱动电路的第二输入端；

第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅端与所述第三反相器的输出端相连，所述第一NMOS管的漏端与所述第一PMOS管的漏端相连，所述第一NMOS管的源端接地，所述第一NMOS管的漏端与所述第一PMOS管的漏端作为所述三态驱动电路的输出端。

5.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述开关模块包括：

或非门，所述或非门的第一输入端和第二输入端分别接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号；

第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅端与所述或非门的输出端相连，所述第二NMOS管的漏端与所述第一级电荷泵的充电电容相连，所述第二NMOS管的源端与所述第二级电荷泵的充电电容相连。