TWI727312B - 基本單元及包含此種基本單元的電荷泵 - Google Patents

基本單元及包含此種基本單元的電荷泵 Download PDF

Info

Publication number
TWI727312B
TWI727312B TW108114276A TW108114276A TWI727312B TW I727312 B TWI727312 B TW I727312B TW 108114276 A TW108114276 A TW 108114276A TW 108114276 A TW108114276 A TW 108114276A TW I727312 B TWI727312 B TW I727312B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
terminal
coupled
transistor
source
capacitor
Prior art date
Application number
TW108114276A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202005243A (zh
Inventor
馬修 卡斯坦
盧邦默 普拉維克
馬力歐 德拉
Original Assignee
瑞士商艾姆微體電子 馬林公司
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 瑞士商艾姆微體電子 馬林公司 filed Critical 瑞士商艾姆微體電子 馬林公司
Publication of TW202005243A publication Critical patent/TW202005243A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI727312B publication Critical patent/TWI727312B/zh

Links

Images

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
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C5/00—Details of stores covered by group G11C11/00
    • G11C5/14—Power supply arrangements, e.g. power down, chip selection or deselection, layout of wirings or power grids, or multiple supply levels
    • G11C5/145—Applications of charge pumps; Boosted voltage circuits; Clamp circuits therefor
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G1/00—Details of arrangements for controlling amplification
    • H03G1/0005—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal
    • H03G1/0035—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using continuously variable impedance elements
    • H03G1/007—Circuits characterised by the type of controlling devices operated by a controlling current or voltage signal using continuously variable impedance elements using FET type devices
    • 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
    • H02M3/075—Charge pumps of the Schenkel-type including a plurality of stages and two sets of clock signals, one set for the odd and one set for the even numbered stages

Landscapes

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

Abstract

基本泵單元包含接收輸入電壓(Vin)的輸入端子(E)；接收第一時脈信號(CK1)的時脈端子(H)及輸出端子(S)；第一電容器(C1)，具有連接到該時脈端子的第一端子及第二端子；第一電晶體(A1)，具有耦合到該輸入端子的第一源極/汲極端子、第二源極/汲極端子及閘極端子；第二電晶體(A2)，具有第一源極/汲極端子、耦合到該輸入端子的第二源極/汲極端子及耦合到該第一電容器的該第二端子的閘極端子；第三電晶體(A3)，具有耦合到該第二電晶體的該第一源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到該第二電晶體的該閘極端子的第二源極/汲極端子及耦合到該輸入端子的閘極端子；以及第四電晶體(A4)，具有耦合到該第一電晶體的該第二源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到第二及第三電晶體的該第一源極/汲極端子的第二源極/汲極端子及耦合到該輸入端子的閘極端子。該第一電晶體的該閘極端子耦合到該第二電晶體的該閘極端子。

Description

基本單元及包含此種基本單元的電荷泵
本發明關於積體電路領域，更具體地關於電荷泵電路，其從初級電壓源產生絕對值更大的次級電壓。
許多電子系統需要不止一個電源電壓位準才能操作。舉例來說，某些類型的非揮發性記憶體電路(其典型能使用單一0.9V電源作為主電源)通常亦需要更高的電源電壓，例如10V至15V用於編程或抹除功能。同樣地，發展用於液晶螢幕、射頻功率放大器以及在某種程度上開關電容器自舉電路(bootstrap circuit)的電路通常需要比初級電壓更高的電源電壓來操作。因此，必須在積體電路中提供升壓電路，用於從積體電路的初級電源電壓產生所需的電源電壓，以避免需要額外的外部電源。為此，已經發展了電壓步階電路(voltage step circuit)或電荷泵電路，其從主電源電壓產生更高的電壓。
圖1a、1b示意性地表示理想電荷泵單元的操作，其中輸出電壓Vout實質上等於輸入電壓Vin的兩倍。該單元包含： 輸入端子E和輸出端子S，當輸入電壓Vin施加到輸入端子時，輸出端子上的電壓Vout可取得，時脈端子H用於接收時脈信號CK， 所謂的泵電容器C，包含耦合到時脈端子H的第一端子，以及第二端子， 電容器C'包含耦合到單元的地的第一端子和耦合到輸出端子S的第二端子，電壓Vout在電容器C'的兩個端子之間可取得， 開關INT用於根據時脈信號CK將電容器C的第二端子交替地耦合到輸入端子E或輸出端子S。
電荷泵單元的一般操作如下。傳統上，時脈信號是周期性矩形信號，其在對應於電路的地的零電位和通常等於電路的主電源電位Vdd的高電位之間交替。在第一階段(圖1a)期間，當時脈信號CK為零時，電容器C的第一端子接地，開關INT將電容器C的第二端子連接到單元之施以電壓Vin的輸入端子E。電容器C以電流Iin充電，直到電容器C的第二端子處於電位Vin。在第二階段(圖1b)期間，時脈信號CK從零電位切換到Vdd電位，並且開關INT切換以將電容器C的第二端子連接到電容器C'的第二端子。隨著電容器C的第一端子上的電位從0切換到Vdd，電容器C的第二端子上的電位從Vin被推到Vin+Vdd。由於電容器C的第二端子上的電位大於第二電容器C'的第二端子上的電位，所以電容器C放電到電容器C'中，產生電流Io，使得輸出端子S上的電位上升。根據時脈信號的狀態變化重複第一階段和第二階段，使得在穩態操作中以及從輸入電位Vin，在單元的輸出處可獲得大於Vin的電位Vin+Vdd。藉由選擇Vin=Vdd，單元輸出端子的電位是施加到輸入端子的電位的兩倍。
例如，可以引用在2003年IEEE固態電路雜誌第38卷第6期第1068-1071頁由R.Pelliconi、D. Iezzi、A. Baroni、M. Pasotti以及P.L. Rolandi在「Power efficient charge pump in deep submicron standard CMOS technology」文獻中描述之電荷泵的實施例。然而，其需要隔離的井，因為電路並非以一種相同類型之導電性的電晶體所產生，這構成了一個缺點。
在2008年國際會議通訊電路系統會議記錄，ICCCAS 2008第1期第1083至1087頁由N. Li、Z. Huan、M. Jiang及Y. Inoue在「High efficiency four-phase all PMOS charge pump without body effect」文獻中提出電荷泵半電池(或CP半電池)的一種可能的實施方案。該文獻提出了符合圖2的CP半電池，其包含基本泵單元CE0，其包含： 輸入端子E，經配置用以接收輸入電壓Vin；時脈端子H，經配置用以接收第一時脈信號CK1及輸出端子S， 第一電容器C1，包含連接到時脈端子H的第一端子及第二端子， 第一電晶體A1，包含耦合到輸入端子E的第一源極/汲極端子、第二源極/汲極端子和閘極端子， 第二電晶體A2，包含耦合到基本單元的輸出端子S的第一源極/汲極端子、耦合到輸入端子E的第二源極/汲極端子、以及耦合到第一電容器C1的第二端子的閘極端子， 第三電晶體A3，包含耦合到第二電晶體A2的第一源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到第二電晶體A2的閘極端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到輸入端子E的閘極端子，以及 第四電晶體A4，包含耦合到第一電晶體A1的第二源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到第二電晶體A2和第三電晶體A3的第一源極/汲極端子和第一電晶體A1的閘極端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到輸入端子E的閘極端子。
除了基本單元CE0之外，圖2的CP半電池還包含： 第二電容器C2，包含用於接收第二時脈信號CK2的第一端子和第二端子， 第三電容器C3，包含用於接收第三時脈信號CK3的第一端子和耦合到基本單元CE1的輸出端子S的第二端子， 第五電晶體A5，包含耦合到CP半電池的輸出端子Vout的第一源極/汲極端子、耦合到基本單元CE0的輸出端子S的第二源極/汲極端子以及耦合到第二電容器C2的第二端子的閘極端子。
相較於早期的單元結構，圖2的CP半電池的結構提供了僅使用PMOS類型的電晶體而不是NMOS與PMOS電晶體的組合的優點。因此，它可以直接在N型基底上產生，而不需要在P基底上產生一或多個N井，這通常是包含NMOS電晶體和PMOS電晶體的電路的情況。因此大幅簡化了電池的製造。
然而，圖2的CP半電池的操作不是最佳的，特別是電晶體A1的狀態變化並不完美。事實上，當第三時脈信號CK3從Vdd下降到零時，輸出端子S和地之間的電壓V1從Vout下降到Vout-Vdd＜Vin，使得電晶體A3和A4關斷。假設電晶體A1接通，但它僅部分如此，使得電晶體A2的井電位不會下降到Vin。電晶體A2的導通閾值將更高，由於井效應，電晶體A2難以切換，使得輸入端子和輸出端子之間的電荷轉移效率不高。
本發明的目的是提供圖2的已知解決方案的替代解決方案，其中基本泵單元的輸入端子與輸出端子之間的電荷轉移更有效率。
為此，本發明提出一種新穎的基本泵單元，其也符合請求項1的前言部分，並且部分符合圖2的基本單元，其特徵在於，第一電晶體的閘極端子現在連接到基本單元之第二電晶體的閘極端子，而不是如圖2所示之連接到基本單元的輸出端子。隨後將變得更加清楚，第一電晶體的閘極的這種新穎連接使得有可能在改變第一時脈信號及/或第三時脈信號的狀態時，以使第一電晶體更完全導通，為了在基本單元的輸入端子與第二電晶體的井之間有較佳的電荷轉移。隨後對第二電晶體的源極/井電壓有更好的控制，並因此較佳地控制第二電晶體的狀態改變閾值。因此提高基本電荷泵單元的整體效率。
基本單元的電晶體較佳為相同類型，並且較佳為P型。P型電晶體的使用僅提供不需要使用需要所謂的三井半導體摻雜井的技術以便將NMOS電晶體與基底隔離的優點。基本單元的每一電晶體還包含井端子，且基本單元的所有電晶體的井端子耦合在一起，較佳地在第一電晶體的第二源極/汲極端子處。
新穎的基本泵單元可有利地用於生產電荷泵半電池(或CP半電池)，其包含： 根據本發明並如上所述的基本單元，包含用於接收第一時脈信號的時脈端子及輸出端子， 第二電容器，包含用於接收第二時脈信號的第一端子及第二端子， 第三電容器，包含用於接收第三時脈信號的第一端子及耦合到基本單元的輸出端子的第二端子， 第五電晶體，包含耦合到CP半電池的輸出端子的第一源極/汲極端子、耦合到基本單元的輸出端子的第二源極/汲極端子以及耦合到第二電容器的第二端子的閘極端子。
根據本發明的CP半電池整體操作如下。第二電晶體及第五電晶體皆具有與開關INT相同的作用，並且第三電容器具有泵功能。當第二電晶體導通時，第三電容器連接到基本單元的輸入端子並充電。當第五電晶體導通時，第三電容器放電為連接到CP半電池的輸出端子的下游電路供電。
當第二電晶體導通或第五電晶體導通時，第三電晶體導通。第三電晶體具有升壓級電晶體功能。它提升第三電容器充電和放電期間的電荷轉移。
第一電晶體和第四電晶體的主要功能是設定基本單元的電晶體的井的電位，或是在第一電晶體導通時施加到基本單元的輸入端子的電位，或是當第四電晶體導通時，在基本單元的輸出端子上可取得的電位。第一電晶體，特別是其根據本發明的新穎閘極連接，以及第四電晶體因而使得可以最佳地控制第二電晶體的閾值及狀態的變化，以在基本單元的輸入端子與輸出端子之間更有效的電荷轉移。
新穎的基本泵單元還可以有利地用於生產Dickson型電荷泵，交叉耦合型電荷泵或自舉電路，其將在下文中更好看出。
如前所述，本發明提出一種包含基本泵單元CE1的電荷泵半電池，如圖3a所示，其包含： 用於接收輸入電壓Vin的輸入端子E，用於接收第一時脈信號CK1的時脈端子H及輸出端子S， 第一電容器C1，包含連接到時脈端子H的第一端子及第二端子， 第一電晶體A1，包含耦合到輸入端子E的第一源極/汲極端子、第二源極/汲極端子以及閘極端子， 第二電晶體A2，包含耦合到基本單元CE1的輸出端子S的第一源極/汲極端子、耦合到輸入端子E的第二源極/汲極端子、以及耦合到第一電容器C1的第二端子的閘極端子，第三電晶體A3，包含耦合到第二電晶體A2的第一源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到第二電晶體A2的閘極端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到輸入端子E的閘極端子，以及第四電晶體A4，包含耦合到第一電晶體A1的第二源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到第二電晶體A2和第三電晶體A3的第一源極/汲極端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到輸入端子E的閘極端子。
根據本發明的基本單元CE1的特徵在於，第一電晶體A1的閘極端子耦合到第二電晶體A2的閘極端子。
在圖3a中，第一、第二、第三和第四電晶體A1、A2、A3、A4是PMOS型電晶體。它們每一個都包含井端子，並且該等井端子在第一電晶體A1的第二源極/汲極端子處耦合在一起(並因此處於相同的電位)。
基本單元CE1表現為受控的開關。當施加到其時脈端子H的時脈信號CK1處於低電位時，基本單元CE1的輸出端子S鏈接到其輸入端子E。相反地，當時脈信號CK1處於高電位時，基本單元的輸出從輸入端子E中分離出來。
根據一種實施方式，根據本發明的基本單元CE1用於生產電荷泵半電池(圖3a)，其包含： 符合圖3a的基本單元的基本單元CE1，包含用於接收第一時脈信號CK1的時脈端子H及輸出端子S，第二電容器C2，包含用於接收第二時脈信號CK2的第一端子及第二端子，第三電容器C3，包含用於接收第三時脈信號CK3的第一端子及耦合到基本單元CE1的輸出端子S的第二端子，第五電晶體A5，包含耦合到CP半電池的輸出端子Vout的第一源極/汲極端子、耦合到基本單元CE1的輸出端子S的第二源極/汲極端子、以及耦合到第二電容器C2的第二端子的閘極端子。
圖3b顯示可能用於控制圖3a的電路的一組時脈信號。時脈信號CK1、CK2、CK3是相同周期的周期信號，並且被配置為取兩個值，0或Vdd，Vdd是電路的主電源電位。
圖3a的泵半電池在穩態操作中的操作現將結合圖3b和3c予以說明。
在時刻t1，第二時脈信號CK2從Vdd下降到0，從而接通第五電晶體A5。由於信號CK1處於Vdd電位，所以第三電容器C3的第一端子處於Vdd電位，且其第二端子處於最高電位Vin+Vdd，使得第三電容器C3在第一階段P[1]期間放電，增加CP半電池的輸出端子上的電位Vout。第三電容器C3的第二端子上的電位變成等於Vout。
在時刻t2，第二時脈信號CK2從0上升到Vdd，使得第五電晶體A5關斷。第三電容器C3在第二階段P[2]期間被隔離。
在時刻t3，第三時脈信號CK3從Vdd下降到0，導致第三電容器C3的第二端子上的電位在第三階段P[3]期間從Vout下降到Vout-Vdd，第三電容器C3保持隔離。先前導通的第四電晶體A4關斷，並且先前關斷的第一電晶體A1接通，使得電晶體A1至A4的井電位從Vout切換到Vin，並且電晶體A2的源極/井電壓減小。
在時刻t4，第一時脈信號CK1從Vdd下降到0，導致電晶體A2和A1的閘極電位下降-Vdd。A2接通且A1保持導通。第三電容器C3的第一端子處於零電位，第三電容器C3的第二端子連接到施以Vin電位的輸入端子E。第三電容器C3在第四階段P[4]期間充電。導通的電晶體A3加強到第三電容器C3的電荷轉移。
在時刻t5，第一時脈信號的電位從0上升到Vdd。電晶體A2和A3的閘極/源極電壓變為正，使得電晶體A2和A3關斷。電晶體A1的閘極/源極電壓也上升Vdd，但保持為負，使得電晶體A1保持導通。第三電容器C3在第五階段P[5]期間被隔離。
在時刻t6，第三時脈信號CK3從0增加到Vdd，導致在第六階段P[6]期間第三電容器C3的第二端子上的電位從Vout-Vdd增加到Vout。電晶體A2、A3及A4保持關斷，電晶體A5亦是如此。因而第三電容器C3保持隔離。
接著循環重複階段P[1]至P[6]。階段P[1]和P[4]對應於電荷轉移階段。在階段P[1]期間，第三電容器C3放電到CP半電池的輸出端子Vout，然後，在階段P[4]期間，第三電容器C3在基本單元CE1的輸入端子E上充電。階段P[2]、P[3]、P[5]及P[6]是短暫的中間階段，確保電晶體的切換。
根據另一實施方式，根據本發明的基本單元用於生產迪克森(Dickson)型電荷泵(圖4)，其包含： 根據請求項1至3之一生產的第一基本單元CE11及第二基本單元CE12，每一基本單元CE11、CE12包含輸入端子E1、E2、時脈端子H1、H2及輸出端子S1、S2，第二基本單元CE12的輸入端子E2耦合到第一基本單元CE11的輸出端子S1， 第四電容器C11，包含用於接收第四時脈信號CK11的第一端子及耦合到第一基本單元CE11的輸出端子S1的第二端子， 第五電容器C12，包含用於接收第五時脈信號CK12的第一端子及耦合到第二基本單元CE12的輸出端子S2的第二端子。
因此，藉由將兩個基本單元CE11、CE12串聯、泵電容器C11、C12定位在每一基本單元的輸出端子來生產圖4的電荷泵。選擇時脈信號CK1、CK2、CK11、CK12，使得： 在第一階段期間，第四電容器C11被充電，並且第五電容器C12被放電到下游電路(未示出)， 在第二階段期間，第四電容器C11被放電到第五電容器C12中。
可以關聯兩個以上的基本單元，以獲得更高的輸出電位Vout。
根據又一實施方式，根據本發明的基本單元用於生產交叉耦合型電荷泵(圖5)，其包含： 根據請求項1至3之一生產的第一基本單元CE21及第二基本單元CE22，每一基本單元CE21、CE22包含輸入端子E1、E2、時脈端子H1、H2及輸出端子S1、S2，第二基本單元CE22的輸入端子E2耦合到第一基本單元CE21的輸入端子E1，第一基本單元CE21的時脈端子H1用於接收第一時脈信號CK1且第二基本單元CE22的時脈端子H2用於接收第二時脈信號CK2， 第六電容器C21，包含用於接收第六時脈信號CK21的第一端子及耦合到第二基本單元CE22的輸出端子S2的第二端子， 第七電容器C22，包含用於接收第七時脈信號CK22的第一端子及耦合到第一基本單元CE21的輸出端子S1的第二端子， 第六電晶體A21，包含耦合到交叉耦合型電荷泵的輸出端子Vout的第一源極/汲極端子、耦合到第一基本單元CE21的輸出端子S1的第二源極/汲極端子、以及耦合到第六電容器C21的第二端子的閘極端子， 第七電晶體A22，包含耦合到交叉耦合型電荷泵的輸出端子Vout的第一源極/汲極端子、耦合到第二基本單元CE22的輸出端子S2的第二源極/汲極端子、以及耦合到第七電容器C22的第二端子的閘極端子。
因此，藉由關聯並聯的兩個基本單元CE21、CE22生產圖5的電荷泵，基本單元的輸出交叉連接。選擇時脈信號CK1、CK2、CK21、CK22，使得： 在第一階段期間，基本單元CE21將第七電容器C22耦合到電位Vin，並且基本單元CE22將第六電容器C21耦合到電位Vin，電晶體A21及A22關斷。電容器C21及C22充電，以及 在第二階段期間，電容器C21、C22與基本單元CE21、CE22隔離，並且電晶體A21、A22導通。電容器C21及C22放電到輸出端子Vout。
A1‧‧‧第一電晶體 A2‧‧‧第二電晶體 A3‧‧‧第三電晶體 A4‧‧‧第四電晶體 A5‧‧‧第五電晶體 A21‧‧‧第六電晶體 A22‧‧‧第七電晶體 E‧‧‧輸入端子 E1、E2‧‧‧輸入端子 CE0、CE1‧‧‧基本單元/基本泵單元 CE11、CE21‧‧‧第一基本單元 CE12、CE22‧‧‧第二基本單元 C、C11、C12‧‧‧泵電容器 C'‧‧‧電容器 C1‧‧‧第一電容器 C2‧‧‧第二電容器 C3‧‧‧第三電容器 C11‧‧‧第四電容器 C12‧‧‧第五電容器 C21‧‧‧第六電容器 C22‧‧‧第七電容器 CK、CK11、CK12‧‧‧時脈信號 CK1‧‧‧第一時脈信號 CK2‧‧‧第二時脈信號 CK3‧‧‧第三時脈信號 CK11‧‧‧第四時脈信號 CK12‧‧‧第五時脈信號 CK21‧‧‧第六時脈信號 CK22‧‧‧第七時脈信號 H‧‧‧時脈端子 H1、H2‧‧‧時脈端子 Iin‧‧‧電流 INT‧‧‧開關 P[1]‧‧‧第一階段 P[2]‧‧‧第二階段 P[3]‧‧‧第三階段 P[4]‧‧‧第四階段 P[5]‧‧‧第五階段 P[6]‧‧‧第六階段 S‧‧‧輸出端子 S1、S2‧‧‧輸出端子 t1、t2、t3、t4、t5、t6‧‧‧時刻 Vdd‧‧‧主電源電位 Vin‧‧‧輸入電壓 Vout‧‧‧輸出電壓/輸出端子
以下將使用作為非限制性示例的圖式更詳細地描述本發明，其中： 已引用的圖1a及1b示意性地表示電荷泵的兩個操作階段， 已經引用的圖2顯示一種習知的電荷泵結構， 圖3a顯示包含根據本發明的基本單元的電荷泵半電池的圖， 圖3b顯示可能用於控制圖3a的電荷泵半電池的時脈信號的示例， 圖3c示意性地表示由圖3b的時脈信號控制的圖3a的電荷泵半電池隨時間的操作， 圖4顯示包含根據本發明的基本單元的Dickson型電荷泵的圖， 圖5顯示包含根據本發明的基本單元的交叉耦合型電荷泵的圖。
A1‧‧‧第一電晶體
A2‧‧‧第二電晶體
A3‧‧‧第三電晶體
A4‧‧‧第四電晶體
A5‧‧‧第五電晶體
CK1‧‧‧第一時脈信號
CK2‧‧‧第二時脈信號
CK3‧‧‧第三時脈信號
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
C3‧‧‧第三電容器
CE1‧‧‧基本單元/基本泵單元
E‧‧‧輸入端子
H‧‧‧時脈端子
S‧‧‧輸出端子
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓/輸出端子

Claims (6)

  1. 一種基本泵單元(CE1)包含：經配置用以接收輸入電壓(Vin)的輸入端子(E)、經配置用以接收第一時脈信號(CK1)的時脈端子(H)、以及輸出端子(S)；第一電容器(C1)，包含連接到該時脈端子的第一端子以及第二端子；第一電晶體(A1)，包含耦合到該輸入端子(E)的第一源極/汲極端子、第二源極/汲極端子、以及閘極端子；第二電晶體(A2)，包含耦合到該基本泵單元的該輸出端子的第一源極/汲極端子、耦合到該輸入端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到該第一電容器(C1)的該第二端子的閘極端子；第三電晶體(A3)，包含耦合到該第二電晶體(A2)的該第一源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到該第二電晶體(A2)的該閘極端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到該輸入端子的閘極端子；以及第四電晶體(A4)，包含耦合到第一電晶體(A1)的該第二源極/汲極端子的第一源極/汲極端子、耦合到該第二電晶體(A2)及第三電晶體(A3)的該第一源極/汲極端子的第二源極/汲極端子、以及耦合到該輸入端子的閘極端子，該基本泵單元的特徵在於該第一電晶體(A1)的閘極端子直接耦合到該第二電晶體(A2)的該閘極端子。
  2. 根據請求項1所述的基本泵單元，其中，該第一、第二、第三及第四電晶體(A1,A2,A3,A4)各自包含井端子，該等井端子在該第一電晶體(A1)的該第二源極/汲極端子處耦合在一起。
  3. 根據請求項1所述的基本泵單元，其中，該第一、第二、第三及第四電晶體(A1,A2,A3,A4)是相同類型的電晶體，並且最好是PMOS型。
  4. 一種電荷泵半電池，包含：根據請求項1所述的基本泵單元(CE1)，包含用於接收第一時脈信號(CK1)的時脈端子(H)及輸出端子(S)，第二電容器(C2)，包含用於接收第二時脈信號(CK2)的第一端子及第二端子；第三電容器(C3)，包含用於接收第三時脈信號(CK3)的第一端子、以及耦合到該基本泵單元(CE1)的該輸出端子(S)的第二端子；以及第五電晶體(A5)，包含耦合到該CP半電池的輸出端子(Vout)的第一源極/汲極端子、耦合到該基本泵單元(CE1)的該輸出端子(S)的第二源極/汲極端子、以及耦合到該第二電容器(C2)的該第二端子的閘極端子。
  5. 一種迪克森(Dickson)型電荷泵，包含： 根據請求項1生產的第一基本泵單元(CE11)及第二基本泵單元(CE12)，每一基本泵單元(CE11,CE12)包含輸入端子(E1,E2)、時脈端子(H1,H2)及輸出端子(S1,S2)；第二基本泵單元(CE12)的該輸入端子(E2)耦合到該第一基本泵單元(CE11)的該輸出端子(S1)；第四電容器(C11)，包含用於接收第四時脈信號(CK11)的第一端子及耦合到該第一基本泵單元(CE11)的該輸出端子(S1)的第二端子；以及第五電容器(C12)，包含用於接收第五時脈信號(CK12)的第一端子及耦合到該第二基本泵單元(CE12)的該輸出端子(S2)的第二端子。
  6. 一種交叉耦合型電荷泵，包含：根據請求項1生產的第一基本泵單元(CE21)及第二基本泵單元(CE22)，每一基本泵單元(CE21,CE22)包含輸入端子(E1,E2)、時脈端子(H1,H2)及輸出端子(S1,S2)，第二基本泵單元(CE22)的該輸入端子(E2)耦合到該第一基本泵單元(CE21)的該輸入端子(E1)，該第一基本泵單元(CE21)的該時脈端子(H1)用於接收第一時脈信號(CK1)，該第二基本泵單元(CE22)的該時脈端子(H2)用於接收第二時脈信號(CK2)；第六電容器(C21)，包含用於接收第六時脈信號(CK21)的第一端子及耦合到該第二基本泵單元(CE22)的該輸出端子(S2)的第二端子； 第七電容器(C22)，包含用於接收第七時脈信號(CK22)的第一端子及耦合到該第一基本泵單元(CE21)的該輸出端子(S1)的第二端子；第六電晶體(A21)，包含耦合到該交叉耦合型電荷泵的輸出端子(Vout)的第一源極/汲極端子、耦合到該第一基本泵單元(CE21)的該輸出端子(S1)的第二源極/汲極端子及耦合到該第六電容器(C21)的該第二端子的閘極端子；以及第七電晶體(A22)，包含耦合到該交叉耦合型電荷泵的該輸出端子(Vout)的第一源極/汲極端子，耦合到該第二基本泵單元(CE22)的該輸出端子(S2)的第二源極/汲極端子及耦合到該第七電容器(C22)的該第二端子的閘極端子。
TW108114276A 2018-06-04 2019-04-24 基本單元及包含此種基本單元的電荷泵 TWI727312B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18175744.4 2018-06-04
EP18175744.4A EP3579233B1 (fr) 2018-06-04 2018-06-04 Cellule elementaire et pompes de charges comprenant une telle cellule elementaire

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202005243A TW202005243A (zh) 2020-01-16
TWI727312B true TWI727312B (zh) 2021-05-11

Family

ID=62630930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW108114276A TWI727312B (zh) 2018-06-04 2019-04-24 基本單元及包含此種基本單元的電荷泵

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10910945B2 (zh)
EP (1) EP3579233B1 (zh)
JP (1) JP7022099B2 (zh)
KR (1) KR102279558B1 (zh)
TW (1) TWI727312B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI792132B (zh) * 2019-12-30 2023-02-11 大陸商華為技術有限公司 充電保護電路、充電電路以及電子設備

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11764673B2 (en) * 2021-03-03 2023-09-19 Stmicroelectronics International N.V. NMOS-based negative charge pump circuit

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7148739B2 (en) * 2002-12-19 2006-12-12 Saifun Semiconductors Ltd. Charge pump element with body effect cancellation for early charge pump stages
US20140375293A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-25 Sandisk Technologies Inc. Capacitive Regulation of Charge Pumps Without Refresh Operation Interruption
TWI547081B (zh) * 2015-04-29 2016-08-21 亞洲大學 適用於迪克森電荷泵電路之靴帶電路與包含其之升壓系統

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6878981B2 (en) * 2003-03-20 2005-04-12 Tower Semiconductor Ltd. Triple-well charge pump stage with no threshold voltage back-bias effect
US6812773B1 (en) * 2003-05-01 2004-11-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Charge pump circuit reliability without degrading performance
JP4425622B2 (ja) 2003-12-16 2010-03-03 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 チャージポンプ回路
JP4925866B2 (ja) * 2007-02-28 2012-05-09 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド チャージポンプ回路
JP5211355B2 (ja) * 2007-11-01 2013-06-12 セミコンダクター・コンポーネンツ・インダストリーズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 電源回路及び携帯機器
JP5235944B2 (ja) * 2010-06-21 2013-07-10 凸版印刷株式会社 ４相クロック駆動チャージポンプ回路
JP6223817B2 (ja) 2013-12-26 2017-11-01 新日本無線株式会社 チャージポンプ回路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7148739B2 (en) * 2002-12-19 2006-12-12 Saifun Semiconductors Ltd. Charge pump element with body effect cancellation for early charge pump stages
US20140375293A1 (en) * 2013-06-25 2014-12-25 Sandisk Technologies Inc. Capacitive Regulation of Charge Pumps Without Refresh Operation Interruption
TWI547081B (zh) * 2015-04-29 2016-08-21 亞洲大學 適用於迪克森電荷泵電路之靴帶電路與包含其之升壓系統

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
N.Yan and H. Min,"An improved charge pump with high efficiency for loq voltage operations",IEEE 6th International Conference on ASIC *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI792132B (zh) * 2019-12-30 2023-02-11 大陸商華為技術有限公司 充電保護電路、充電電路以及電子設備

Also Published As

Publication number Publication date
JP7022099B2 (ja) 2022-02-17
US20190372458A1 (en) 2019-12-05
JP2019213449A (ja) 2019-12-12
TW202005243A (zh) 2020-01-16
KR20190138280A (ko) 2019-12-12
US10910945B2 (en) 2021-02-02
KR102279558B1 (ko) 2021-07-20
EP3579233A1 (fr) 2019-12-11
EP3579233B1 (fr) 2021-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7046076B2 (en) High efficiency, low cost, charge pump circuit
CN1674444B (zh) 电荷泵电路
US6734717B2 (en) Charge pump circuit
US7932770B2 (en) Charge pump circuit
JP4944571B2 (ja) チャージポンプ回路
JP5236699B2 (ja) レベルシフター
TWI727312B (zh) 基本單元及包含此種基本單元的電荷泵
KR20100120265A (ko) 전하 펌프 회로 및 방법
US20150214837A1 (en) Charge pump circuit
CN109121453B (zh) 负电荷泵和具有这样的负电荷泵的音频asic
KR102381493B1 (ko) 승압 회로 및 그것을 구비한 불휘발성 메모리
CN104811034A (zh) 适合低电压操作的简单电荷泵电路
CN104811033A (zh) 适合低电压操作的电荷泵电路
US7266002B2 (en) Voltage-voltage converter for integrated circuits
CN107453602B (zh) 电荷泵和存储装置
Liu et al. Fully-integrated PMOS-based charge pumps in standard CMOS process without high-voltage switches
JP5185908B2 (ja) チャージポンプ回路
US9112406B2 (en) High efficiency charge pump circuit
CN216819709U (zh) 一种三倍压指数函数开关电容升压电路
CN110829829B (zh) 时钟波高值升压电路
KR101312801B1 (ko) 승압 회로
CN115425842A (zh) 交叉耦合电荷泵电路
US20020097028A1 (en) Capacitive high voltage generator
CN115313855A (zh) 用于电荷泵的控制电路和存储器
CN114765415A (zh) 电荷泵电路、非易失性存储器