專(zhuān)利名稱(chēng)：防止反向電流的高效電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵，尤其涉及一種可防止反向電流發(fā)生的電荷泵，從而實(shí)現(xiàn)高效率的電壓轉(zhuǎn)換功能。
背景技術(shù)：
圖1顯示傳統(tǒng)電荷泵10的詳細(xì)電路圖。NMOS晶體管N1與N2的第一電流電極皆耦合至一供應(yīng)電壓源Vin。NMOS晶體管N1的控制電極耦合至NMOS晶體管N2的第二電流電極，而NMOS晶體管N2的控制電極則耦合至NMOS晶體管N1的第二電流電極。電容器C1的第一電極耦合至NMOS晶體管N1之第二電流電極，而電容器C2之第一電極則耦合至NMOS晶體管N2之第二電流電極。
NMOS晶體管N3之第一電流電極耦合至NMOS晶體管N2之第二電流電極，而NMOS晶體管N4之第一電流電極則耦合至NMOS晶體管N1之第二電流電極。NMOS晶體管N3之控制電極耦合至NMOS晶體管N4之第二電流電極，而NMOS晶體管N4之控制電極則耦合至NMOS晶體管N3之第二電流電極。電容器C3之第一電極耦合至NMOS晶體管N3之第二電流電極，而電容器C4之第一電極則耦合至NMOS晶體管N4之第二電流電極。
NMOS晶體管N5之第一電流電極耦合至NMOS晶體管N3之第二電流電極。NMOS晶體管N5之控制電極與第一電流電極相互耦合而形成二極管耦合型晶體管。電荷泵10之泵電壓Vpp則呈現(xiàn)于NMOS晶體管N5之第二電流電極。
常見(jiàn)的電荷泵10在時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2控制下進(jìn)行電荷移轉(zhuǎn)之操作而實(shí)現(xiàn)升壓的功能。參照?qǐng)D2(a)，時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2為一對(duì)同級(jí)互補(bǔ)的脈波列(Pulse Train)，具有相等的振幅。此外，時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2設(shè)計(jì)成彼此非重疊，由此避免時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2同時(shí)處于高電位之情況發(fā)生。典型上，時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2之振幅在供應(yīng)電壓源Vin與地面電位間交替地?cái)[蕩。如圖1所示，時(shí)鐘信號(hào)CLK1施加至電容器C1與C3之第二電極，而時(shí)鐘信號(hào)CLK1則施加至電容器C2與C4之第二電極。
茲詳細(xì)說(shuō)明常見(jiàn)的電荷泵10之操作如下。為了解常見(jiàn)的電荷泵10之操作，假設(shè)電容器C1與C2之第一電極皆處于電壓Vin，作為初始條件。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于高電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)A，電容器C2之第一電極被向上推高成為電壓2*Vin，使晶體管N1導(dǎo)通。結(jié)果，供應(yīng)電壓源Vin對(duì)電容器C1充電，維持電容器C1之第一電極于電壓Vin。隨后，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于高電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于低電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)B，電容器C2之第一電極被向下拉低成為電壓Vin，并且電容器C1之第一電極被向上推高成為電壓2*Vin，使晶體管N2導(dǎo)通。結(jié)果，供應(yīng)電壓源Vin對(duì)電容器C2充電，維持電容器C2之第一電極于電壓Vin。
因此，晶體管N1與N2以及電容器C1與C2在時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2之控制下構(gòu)成電荷泵10之第一泵級(jí)，可由電容器C1與C2之第一電極交替地供應(yīng)第一級(jí)泵電壓2*Vin至下一泵級(jí)。
同理，假設(shè)電容器C3與C4之第一電極皆處于電壓2*Vin，作為初始條件。當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于高電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)A，電容器C4之第一電極被向上推高成為電壓3*Vin，使晶體管N3導(dǎo)通。結(jié)果，電容器C2之第一電極供應(yīng)第一級(jí)泵電壓2*Vin至電容器C3，從而維持電容器C3之第一電極于電壓2*Vin。隨后，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于高電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于低電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)B，電容器C4之第一電極被向下拉低成為電壓2*Vin，并且電容器C3之第一電極被向上推高成為電壓3*Vin，使晶體管N4導(dǎo)通。結(jié)果，電容器C1之第一電極供應(yīng)第一級(jí)泵電壓2*Vin至電容器C4，從而維持電容器C4之第一電極于電壓2*Vin。
因此，晶體管N3與N4以及電容器C3與C4在時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2之控制下構(gòu)成電荷泵10之第二泵級(jí)，可由電容器C3之第一電極供應(yīng)第二級(jí)泵電壓3*Vin至輸出級(jí)。
晶體管N5作為電荷泵10之輸出級(jí)，其作用如同一個(gè)二極管，只允許電荷泵10輸出泵電壓Vpp。由于晶體管N5之作用，泵電壓Vpp會(huì)比電容器C3之第一電極處之電壓減少了用于導(dǎo)通晶體管N5所需的二極管正向壓降。
由于反向電流(或稱(chēng)為反向電荷移轉(zhuǎn))之效應(yīng)，常見(jiàn)的電荷泵10無(wú)法提供高效率的電壓轉(zhuǎn)換功能。在常見(jiàn)技藝中，反向電流之現(xiàn)象發(fā)生于兩種情況(一)時(shí)鐘信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，以及(二)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電位遷移時(shí)(亦即從低電位變?yōu)楦唠娢换驈母唠娢蛔優(yōu)榈碗娢恢D(zhuǎn)態(tài)過(guò)渡時(shí)期)。
首先說(shuō)明當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電荷泵10所遭遇之反向電流問(wèn)題?？紤]當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于高電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于低電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)B，晶體管N1之第二電流電極處于電壓2*Vin、晶體管N2之第二電流電極處于電壓Vin、晶體管N3之第二電流電極處于電壓3*Vin、且晶體管N4之第二電流電極處于電壓2*Vin。因此，晶體管N3之控制電極處于電壓2*Vin，而其第一電流電極處于電壓Vin，導(dǎo)致晶體管N3被導(dǎo)通。由于晶體管N2也處于導(dǎo)通狀態(tài)，故一穩(wěn)態(tài)反向電流從電容器C3之第一電極(處于電壓3*Vin)放電，依序經(jīng)由導(dǎo)通的晶體管N3與N2而流回供應(yīng)電壓源Vin。在此種穩(wěn)態(tài)反向電流發(fā)生之情況下，儲(chǔ)存于電容器C3上之電荷無(wú)法完全地轉(zhuǎn)移至作為電荷泵10之輸出級(jí)的晶體管N5，導(dǎo)致電荷泵10產(chǎn)生泵電壓Vpp之效率降低。
繼而說(shuō)明當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電位遷移時(shí)，電荷泵10所遭遇之反向電流問(wèn)題。雖然時(shí)鐘信號(hào)CLK1施加至電容器C1與C3而時(shí)鐘信號(hào)CLK1則施加至電容器C2與C4，但由于時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2在實(shí)際電路中傳遞時(shí)因配線(xiàn)長(zhǎng)短不同而產(chǎn)生時(shí)間延遲。倘若考慮此種時(shí)間延遲之效應(yīng)，則電容器C3所接收到的時(shí)鐘信號(hào)實(shí)際上如圖2(b)所示的時(shí)鐘信號(hào)CLK3，其為時(shí)鐘信號(hào)CLK1之延遲信號(hào)，而電容器C4所接收到的時(shí)鐘信號(hào)實(shí)際上如圖2(b)所示的時(shí)鐘信號(hào)CLK4，其為時(shí)鐘信號(hào)CLK2之延遲信號(hào)。
考慮當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK3皆處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2與CLK4皆處于高電位時(shí)，例如圖2(b)所示的時(shí)間點(diǎn)A，晶體管N1之第二電流電極處于電壓Vin、晶體管N2之第二電流電極處于電壓2*Vin、晶體管N3之第二電流電極處于電壓2*Vin、且晶體管N4之第二電流電極處于電壓3*Vin。隨后，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK2從高電位轉(zhuǎn)態(tài)成為低電位時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK4由于時(shí)間延遲之效應(yīng)仍然維持于高電位，例如圖2(b)所示的時(shí)間點(diǎn)C。此時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK3因?yàn)榍笆龅姆侵丿B安排而仍然皆維持于低電位。在此情況下，晶體管N3之第一電流電極(因其耦合至晶體管N2之第二電流電極)被向下拉低成為電壓Vin。由于晶體管N3之控制電極處于電壓3*Vin，故晶體管N3被導(dǎo)通使得一轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從電容器C3之第一電極(處于電壓2*Vin)放電，經(jīng)由導(dǎo)通的晶體管N3而流回電容器C2之第一電極。在此種轉(zhuǎn)態(tài)反向電流發(fā)生之情況下，電容器C3之第一電極無(wú)法完全被充電至所期望的2*Vin，導(dǎo)致后來(lái)當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK3從低電位轉(zhuǎn)態(tài)成為高電位時(shí)，例如圖2(b)所示的時(shí)間點(diǎn)B，電容器C3之第一電極無(wú)法被向上推高成為所期望的電壓3*Vin。結(jié)果，電荷泵10產(chǎn)生泵電壓Vpp之效率降低。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于前述問(wèn)題，本發(fā)明之一目的在于提供一種電荷泵，可于時(shí)鐘信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)防止反向電流發(fā)生，從而提高電壓轉(zhuǎn)換之效率。
本發(fā)明之另一目的在于提供一種電荷泵，可于時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電位遷移時(shí)防止反向電流發(fā)生，從而提高電壓轉(zhuǎn)換之效率。
第一與第二時(shí)鐘信號(hào)分別施加至第一與第二電容器。第一時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于第一時(shí)鐘高電位與第一時(shí)鐘低電位間。第二時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于第二時(shí)鐘高電位與第二時(shí)鐘低電位間。第二時(shí)鐘高電位與第一時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊。
第一與第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)分別施加至第一與第二前級(jí)電容器。第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于第一前級(jí)時(shí)鐘高電位與第一前級(jí)時(shí)鐘低電位間。第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與第二前級(jí)時(shí)鐘低電位間。第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與第一前級(jí)時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊。
第一開(kāi)關(guān)電路于導(dǎo)通時(shí)耦合第二前級(jí)電容器與第一電容器，使得第二前級(jí)電容器與第一電容器間發(fā)生電荷移轉(zhuǎn)。第二開(kāi)關(guān)電路于導(dǎo)通時(shí)耦合第一前級(jí)電容器與第二電容器，使得第一前級(jí)電容器與第二電容器間發(fā)生電荷移轉(zhuǎn)。
當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)處于第一時(shí)鐘高電位且第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于第二前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，第一反向電流防止電路使第一開(kāi)關(guān)電路不導(dǎo)通，由此防止第一穩(wěn)態(tài)反向電流從第一電容器經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)電路流出。
第一反向電流防止電路具有第一PMOS晶體管以及第一NMOS晶體管。第一PMOS晶體管由第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第一電容器所控制。當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)處于第一時(shí)鐘低電位且第二時(shí)鐘信號(hào)處于第二時(shí)鐘高電位時(shí)，第一PMOS晶體管被導(dǎo)通，使得第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第二電容器而控制第一開(kāi)關(guān)電路。第一NMOS晶體管由第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第一電容器所控制。當(dāng)?shù)谝粫r(shí)鐘信號(hào)處于第一時(shí)鐘高電位且第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于第二前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，第一NMOS晶體管被導(dǎo)通，使得第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第二前級(jí)電容器而控制第一開(kāi)關(guān)電路。
當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)處于第二時(shí)鐘高電位且第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于第一前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，第二反向電流防止電路使第二開(kāi)關(guān)電路不導(dǎo)通，由此防止第二穩(wěn)態(tài)反向電流從第二電容器經(jīng)由第二開(kāi)關(guān)電路流出。
第二反向電流防止電路具有第二PMOS晶體管以及第二NMOS晶體管。第二PMOS晶體管由第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第二電容器所控制。當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)處于第二時(shí)鐘低電位且第一時(shí)鐘信號(hào)處于第一時(shí)鐘高電位時(shí)，第二PMOS晶體管被導(dǎo)通，使得第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第一電容器控制第二開(kāi)關(guān)電路。第二NMOS晶體管由第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第二電容器所控制。當(dāng)?shù)诙r(shí)鐘信號(hào)處于第二時(shí)鐘高電位且第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于第一前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，第二NMOS晶體管被導(dǎo)通，使得第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由第一前級(jí)電容器而控制第二開(kāi)關(guān)電路。
第二時(shí)鐘信號(hào)從第二時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成第二時(shí)鐘低電位之第二時(shí)鐘下降邊緣在時(shí)間上領(lǐng)先于第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從第二前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成第二前級(jí)時(shí)鐘低電位之第二前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣。第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從第二前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成第二前級(jí)時(shí)鐘高電位之第二前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先第二時(shí)鐘信號(hào)從第二時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成第二時(shí)鐘高電位之第二時(shí)鐘上升邊緣。在此情況下，第一開(kāi)關(guān)電路于第二時(shí)鐘信號(hào)與第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)之過(guò)渡期間內(nèi)不導(dǎo)通，防止第一轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從第一電容器經(jīng)由第一開(kāi)關(guān)電路流出。
第一時(shí)鐘信號(hào)從第一時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成第一時(shí)鐘低電位之第一時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從第一前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成第一前級(jí)時(shí)鐘低電位之第一前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣。第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從第一前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成第一前級(jí)時(shí)鐘高電位之第一前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先第一時(shí)鐘信號(hào)從第一時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成第一時(shí)鐘高電位之第一時(shí)鐘上升邊緣。在此情況下，第二開(kāi)關(guān)電路于第一時(shí)鐘信號(hào)與第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)之過(guò)渡期間內(nèi)不導(dǎo)通，防止第二轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從第二電容器經(jīng)由第二開(kāi)關(guān)電路流出。
圖1(a)顯示常見(jiàn)的電荷泵之詳細(xì)電路圖。
圖2(a)與2(b)顯示常見(jiàn)的時(shí)鐘信號(hào)之波形時(shí)序圖。
圖3(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵之詳細(xì)電路圖。
圖3(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵之詳細(xì)電路圖。
圖4(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵之詳細(xì)電路圖。
圖4(b)顯示應(yīng)用于依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例之電荷泵之防止反向電流時(shí)鐘信號(hào)之波形時(shí)序圖。
圖5顯示依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵之詳細(xì)電路圖。
圖6(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵之詳細(xì)電路圖。
圖6(b)顯示應(yīng)用于依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之電荷泵之防止反向電流時(shí)鐘信號(hào)之波形時(shí)序圖。
附圖標(biāo)記10 常見(jiàn)的電荷泵30，31，40，50，60 防止反向電流的電荷泵30in，31in，40in，50in，60in輸入級(jí)30int，31int1，31int2，40int，50int，60int1，60int2中間級(jí)30out，31out，40out，50out，60out輸出級(jí)
301，302，501，502 防止反向電流電路C1～C6電容器CLK1～CLK4時(shí)鐘信號(hào)PCLK1～PCLK6防止反向電流時(shí)鐘信號(hào)N1～N6NMOS晶體管P1～P4PMOS晶體管Vin供應(yīng)電壓源Vpp泵電壓具體實(shí)施方式
下文中之說(shuō)明與附圖將使本發(fā)明之前述與其他目的、特征、與優(yōu)點(diǎn)更明顯。茲將參照?qǐng)D式詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明之較佳實(shí)施例。
圖3(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵30之詳細(xì)電路圖。參照?qǐng)D3(a)，依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之電荷泵30包括輸入級(jí)30in、中間級(jí)30int、以及輸出級(jí)30out。關(guān)于輸入級(jí)30in，具體而言，NMOS晶體管N1與N2之第一電流電極皆耦合至一供應(yīng)電壓源Vin。NMOS晶體管N1之控制電極耦合至NMOS晶體管N2之第二電流電極，而NMOS晶體管N2之控制電極則耦合至NMOS晶體管N1之第二電流電極。電容器C1之第一電極耦合至NMOS晶體管N1之第二電流電極，而電容器C2之第一電極則耦合至NMOS晶體管N2之第二電流電極。
關(guān)于中間級(jí)30int，具體而言，NMOS晶體管N3之第一電流電極耦合至NMOS晶體管N2之第二電流電極，而NMOS晶體管N4之第一電流電極則耦合至NMOS晶體管N1之第二電流電極。NMOS晶體管N3之控制電極由第一反向電流防止電路301所控制，而NMOS晶體管N4之控制電極則由第二反向電流防止電路302所控制。電容器C3之第一電極耦合至NMOS晶體管N3之第二電流電極，而電容器C4之第一電極則耦合至NMOS晶體管N4之第二電流電極。
關(guān)于輸出級(jí)30out，具體而言，PMOS晶體管P1之第一電流電極耦合至NMOS晶體管N3之第二電流電極，而PMOS晶體管P2之第一電流電極則耦合至NMOS晶體管N4之第二電流電極。PMOS晶體管P1之控制電極耦合至NMOS晶體管N4之第二電流電極，而PMOS晶體管P2之控制電極則耦合至NMOS晶體管N3之第二電流電極。PMOS晶體管P1與P2之第二電流電極彼此相耦合，從其上呈現(xiàn)出電荷泵30之泵電壓Vpp。
依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之電荷泵30在圖2(a)所示的常見(jiàn)時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2之控制下進(jìn)行電荷移轉(zhuǎn)之操作而實(shí)現(xiàn)升壓的功能。因此，關(guān)于時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK2請(qǐng)參考前文，此處省略其詳細(xì)說(shuō)明以期節(jié)省篇幅。
比較圖1與圖3(a)可清楚看出，依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之電荷泵30不同于常見(jiàn)的電荷泵10之處在于(一)電荷泵30之中間級(jí)30int額外設(shè)有反向電流防止電路301與302，以及(二)電荷泵30之輸出級(jí)30out由PMOS晶體管P1與P2所實(shí)施。
第一反向電流防止電路301施加一動(dòng)態(tài)偏壓至晶體管N3之控制電極，用以防止反向電流從晶體管N3之第二電流電極朝其第一電流電極流動(dòng)但允許正向電流從晶體管N3之第一電流電極朝其第二電流電極流動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)防止反向電流之效果，第一反向電流防止電路301偵測(cè)晶體管N3之第一與第二電流電極處之電壓，而于晶體管N3之第二電流電極處之電壓大于晶體管N3之第一電流電極處之電壓時(shí)，施加一禁止(Disable)偏壓至晶體管N3之控制電極，使得晶體管N3處于不導(dǎo)通狀態(tài)。在圖3(a)所示的實(shí)施例中，反向電流防止電路301包括PMOS晶體管P3與NMOS晶體管N5。晶體管P3之第一電流電極耦合至晶體管N4之第二電流電極，其控制電極耦合至晶體管N3之第二電流電極，并且其第二電流電極耦合至晶體管N3之控制電極。晶體管N5之第一電流電極耦合至晶體管P3之第二電流電極，其控制電極耦合至晶體管N3之第二電流電極，并且其第二電流電極耦合至晶體管N3之第一電流電極。
第二反向電流防止電路302施加一動(dòng)態(tài)偏壓至晶體管N4之控制電極，用以允許正向電流從晶體管N4之第一電流電極朝其第二電流電極流動(dòng)且防止反向電流從晶體管N4之第二電流電極朝其第一電流電極流動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)防止反向電流之效果，第二反向電流防止電路302偵測(cè)晶體管N4之第一與第二電流電極處之電壓，而于晶體管N4之第二電流電極處之電壓大于晶體管N4之第一電流電極處之電壓時(shí)，施加一禁止偏壓至晶體管N4之控制電極，使得晶體管N4處于不導(dǎo)通狀態(tài)。在圖3(a)所示的實(shí)施例中，反向電流防止電路302包括PMOS晶體管P4與NMOS晶體管N6。晶體管P4之第一電流電極耦合至晶體管N3之第二電流電極，其控制電極耦合至晶體管N4之第二電流電極，并且其第二電流電極耦合至晶體管N4之控制電極。晶體管N6之第一電流電極耦合至晶體管P4之第二電流電極，其控制電極耦合至晶體管N4之第二電流電極，并且其第二電流電極耦合至晶體管N4之第一電流電極。
茲參照?qǐng)D示詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之電荷泵30之操作如下?？紤]當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于高電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)A，晶體管N1之第二電流電極處于電壓Vin、晶體管N2之第二電流電極處于電壓2*Vin、晶體管N3之第二電流電極處于電壓2*Vin、且晶體管N4之第二電流電極處于電壓3*Vin。因此，晶體管P3導(dǎo)通且晶體管N5不導(dǎo)通，導(dǎo)致反向電流防止電路301施加一賦能(Enable)偏壓3*Vin至晶體管N3之控制電極而導(dǎo)通晶體管N3。結(jié)果，電容器C2之第一電極藉由正向電流供應(yīng)第一級(jí)泵電壓2*Vin至電容器C3，從而維持電容器C3之第一電極于電壓2*Vin。另一方面，因?yàn)榫w管P4不導(dǎo)通且晶體管N6導(dǎo)通，所以反向電流防止電路302施加一禁止偏壓Vin至晶體管N4之控制電極而使晶體管N4不導(dǎo)通。因此，反向電流防止電路302有效地防止常見(jiàn)技藝的穩(wěn)態(tài)反向電流從晶體管N4之第二電流電極朝其第一電流電極流動(dòng)。結(jié)果，儲(chǔ)存于電容器C4上之電荷可經(jīng)由輸出級(jí)30out之導(dǎo)通的晶體管P2而完全地轉(zhuǎn)移以產(chǎn)生3*Vin之泵電壓Vpp。
隨后，當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于高電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于低電位時(shí)，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)B，晶體管N1之第二電流電極處于電壓2*Vin、晶體管N2之第二電流電極處于電壓Vin、晶體管N3之第二電流電極處于電壓3*Vin、且晶體管N4之第二電流電極處于電壓2*Vin。因此，晶體管P4導(dǎo)通且晶體管N6不導(dǎo)通，導(dǎo)致反向電流防止電路302施加一賦能偏壓3*Vin至晶體管N4之控制電極而導(dǎo)通晶體管N4。結(jié)果，電容器C1之第一電極藉由正向電流供應(yīng)第一級(jí)泵電壓2*Vin至電容器C4，從而維持電容器C4之第一電極于電壓2*Vin。另一方面，因?yàn)榫w管P3不導(dǎo)通且晶體管N5導(dǎo)通，所以反向電流防止電路301施加一禁止偏壓Vin至晶體管N3之控制電極而使晶體管N3不導(dǎo)通。因此，反向電流防止電路301有效地防止常見(jiàn)技藝的穩(wěn)態(tài)反向電流從晶體管N3之第二電流電極朝其第一電流電極流動(dòng)。結(jié)果，儲(chǔ)存于電容器C3上之電荷可經(jīng)由輸出級(jí)30out之導(dǎo)通的晶體管P1而完全地轉(zhuǎn)移以產(chǎn)生3*Vin之泵電壓Vpp。
由交互耦合的兩個(gè)晶體管P1與P2所實(shí)施的輸出級(jí)30out提供了兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)(一)不論在時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于高電位之情況中，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)A，或是在時(shí)鐘信號(hào)CLK1處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)CLK2處于高電位之情況中，例如圖2(a)所示的時(shí)間點(diǎn)B，依據(jù)本發(fā)明之電荷泵30得交替地經(jīng)由輸出級(jí)30out之晶體管P1與P2其中之一供應(yīng)3*Vin之泵電壓Vpp，以及(二)輸出級(jí)30out不會(huì)造成常見(jiàn)技藝中之二極管正向壓降之損失。
請(qǐng)注意雖然前述輸出級(jí)30out由交互耦合的兩個(gè)晶體管P1與P2所實(shí)施，但本發(fā)明不限于此而得應(yīng)用于輸出級(jí)30out僅由晶體管P1與P2其中之一所實(shí)施之情況，或者輸出級(jí)30out使用常見(jiàn)技藝的二極管耦合型NMOS晶體管。無(wú)論輸出級(jí)30out之實(shí)施型態(tài)如何變化修改，依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之電荷泵30之中間級(jí)30int所提供的防止反向電流之功能皆不受影響。
請(qǐng)注意雖然前述中間級(jí)30int設(shè)有兩個(gè)反向電流防止電路301與302，但本發(fā)明不限于此而得應(yīng)用于中間級(jí)30int僅設(shè)有反向電流防止電路301或302其中之一。雖然在中間級(jí)30int僅設(shè)有反向電流防止電路301(或302)之情況中，電荷泵30僅能防止流經(jīng)晶體管N3(或N4)之反向電流，但亦可比完全無(wú)法防止反向電流之常見(jiàn)技藝以更高的效率來(lái)產(chǎn)生泵電壓Vpp。
圖3(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵31之詳細(xì)電路圖。參照?qǐng)D3(b)，依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例之電荷泵31包括輸入級(jí)31in、第一與第二中間級(jí)31int1與31int2、以及輸出級(jí)31out。輸入級(jí)31in實(shí)質(zhì)上相同于圖3(a)所示的輸入級(jí)30in、第一與第二中間級(jí)31int1與31int2皆實(shí)質(zhì)上相同于圖3(a)所示的中間級(jí)30int、并且輸出級(jí)31out實(shí)質(zhì)上相同于圖3(a)所示的輸出級(jí)30out。換言之，依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例之電荷泵之中間級(jí)可由復(fù)數(shù)個(gè)相同泵級(jí)以串接級(jí)聯(lián)(Cascade)的方式加以擴(kuò)展整體電路之規(guī)模。每一個(gè)中間級(jí)之升壓作用使前一級(jí)所產(chǎn)生之泵電壓提高一個(gè)Vin(假設(shè)時(shí)鐘信號(hào)之振幅為Vin)。由于輸入級(jí)使供應(yīng)電壓源Vin提高一個(gè)Vin，故對(duì)于具有N個(gè)中間級(jí)之電荷泵而言，輸出級(jí)可供應(yīng)(N+2)*Vin之泵電壓Vpp。因此，圖3(b)所示的具有兩個(gè)中間級(jí)31int1與31int2之電荷泵31產(chǎn)生4*Vin的泵電壓Vpp。
圖4(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵40之詳細(xì)電路圖。參照?qǐng)D4(a)，依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例之電荷泵40包括輸入級(jí)40in、中間級(jí)40int、以及輸出級(jí)40out。輸入級(jí)40in實(shí)質(zhì)上相同于圖3(a)所示的輸入級(jí)30in，并且輸出級(jí)40out實(shí)質(zhì)上相同于圖3(a)所示的輸出級(jí)30out。在依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例中，雖然中間級(jí)40int并未設(shè)有依據(jù)第一實(shí)施例之反向電流防止電路301與302而因此實(shí)質(zhì)上相同于輸入級(jí)40in，但電荷泵40采用圖4(b)所示的反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1至PCLK4分別施加至電容器C1至C4來(lái)進(jìn)行升壓操作，由此解決在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電位遷移時(shí)所發(fā)生之反向電流問(wèn)題。
具體而言，反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK2分別施加至輸入級(jí)40in之電容器C1與C2之第二電極。時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK2為一對(duì)同級(jí)互補(bǔ)的脈波列，具有相等的振幅。此外，時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK2設(shè)計(jì)成彼此非重疊，由此避免時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK2同時(shí)處于高電位之情況發(fā)生。典型上，時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK2之振幅在供應(yīng)電壓源Vin與地面電位間交替地?cái)[蕩。另一方面，反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK4分別施加至中間級(jí)40int之電容器C3與C4之第二電極。時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK4為一對(duì)同級(jí)互補(bǔ)的脈波列，具有相等的振幅。此外，時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK4設(shè)計(jì)成彼此非重疊，由此避免時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK4同時(shí)處于高電位之情況發(fā)生。典型上，時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK4之振幅在供應(yīng)電壓源Vin與地面電位間交替地?cái)[蕩。
時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK3為一對(duì)相鄰級(jí)涵蓋的脈波列。在每一時(shí)鐘循環(huán)中，后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3從高電位轉(zhuǎn)態(tài)成低電位之下降邊緣必須于時(shí)間上領(lǐng)先前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1之下降邊緣，并且前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1從低電位轉(zhuǎn)態(tài)成高電位之上升邊緣必須于時(shí)間上領(lǐng)先后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3之上升邊緣。換言之，前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1之低電位狀態(tài)在時(shí)間上完全被涵蓋于后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3之低電位狀態(tài)內(nèi)，或者亦可說(shuō)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3之高電位狀態(tài)在時(shí)間上完全被涵蓋于前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1之高電位狀態(tài)內(nèi)。另一方面，時(shí)鐘信號(hào)PCLK2與PCLK4為一對(duì)相鄰級(jí)涵蓋的脈波列。在每一時(shí)鐘循環(huán)中，后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4之下降邊緣必須于時(shí)間上領(lǐng)先前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2之下降邊緣，并且前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2之上升邊緣必須于時(shí)間上領(lǐng)先后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4之上升邊緣。換言之，前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2之低電位狀態(tài)在時(shí)間上完全被涵蓋于后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4之低電位狀態(tài)內(nèi)，或者亦可說(shuō)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4之高電位狀態(tài)在時(shí)間上完全被涵蓋于前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2之高電位狀態(tài)內(nèi)。
茲參照?qǐng)D示詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例之電荷泵40之操作如下?？紤]當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK3皆處于低電位且時(shí)鐘信號(hào)PCLK2與PCLK4皆處于高電位時(shí)，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)A，晶體管N1之第二電流電極處于電壓Vin、晶體管N2之第二電流電極處于電壓2*Vin、晶體管N3之第二電流電極處于電壓2*Vin、且晶體管N4之第二電流電極處于電壓3*Vin。隨后，當(dāng)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4先轉(zhuǎn)態(tài)成為低電位而前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2仍然維持于高電位時(shí)，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)B，晶體管N3之控制電極(因其耦合至晶體管N4之第二電流電極)被向下拉低成為電壓2*Vin，使得晶體管N3不導(dǎo)通。在此情況下，當(dāng)前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2隨后也轉(zhuǎn)態(tài)成為低電位，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)C，而使晶體管N3之第一電流電極(因其耦合至晶體管N2之第二電流電極)被向下拉低成為電壓Vin時(shí)，因?yàn)榫w管N3早已處于不導(dǎo)通狀態(tài)，所以有效地防止常見(jiàn)技藝的轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從電容器C3之第一電極經(jīng)由晶體管N3流回電容器C2之第一電極。
隨后，當(dāng)前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1先轉(zhuǎn)態(tài)成為高電位而后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3仍然維持于低電位時(shí)，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)D，晶體管N4之第一電流電極(因其耦合至晶體管N1之第二電流電極)被向上推高成為電壓2*Vin，因而與晶體管N4之第二電流電極處于實(shí)質(zhì)上相同之電位。在此情況下，當(dāng)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3隨后也轉(zhuǎn)態(tài)成為高電位，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)E，而使晶體管N4之控制電極(因其耦合于晶體管N3之第二電流電極)被向上推高成為電壓3*Vin而導(dǎo)通晶體管N4時(shí)，因?yàn)榫w管N4之第一與第二電流電極處于實(shí)質(zhì)上相同的電壓2*Vin，所以晶體管N4之導(dǎo)通并不會(huì)引起一轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從電容器C4之第一電極經(jīng)由晶體管N4流回電容器C1之第一電極。
隨后，當(dāng)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK3先轉(zhuǎn)態(tài)成為低電位而前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1仍然維持于高電位時(shí)，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)F，晶體管N4之控制電極(因其耦合至晶體管N3之第二電流電極)被向下拉低成為電壓2*Vin，使得晶體管N4不導(dǎo)通。在此情況下，當(dāng)前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK1隨后也轉(zhuǎn)態(tài)成為低電位，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)G，而使晶體管N4之第一電流電極(因其耦合至晶體管N1之第二電流電極)被向下拉低成為電壓Vin時(shí)，因?yàn)榫w管N4早已處于不導(dǎo)通狀態(tài)，所以有效地防止常見(jiàn)技藝的轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從電容器C4之第一電極經(jīng)由晶體管N4流回電容器C1之第一電極。
隨后，當(dāng)前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK2先轉(zhuǎn)態(tài)成為高電位而后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4仍然維持于低電位時(shí)，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)H，晶體管N3之第一電流電極(因其耦合至晶體管N2之第二電流電極)被向上推高成為電壓2*Vin，因而與晶體管N3之第二電流電極處于實(shí)質(zhì)上相同之電位。在此情況下，當(dāng)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)PCLK4隨后也轉(zhuǎn)態(tài)成為高電位，例如圖4(b)所示的時(shí)間點(diǎn)A，而使晶體管N3之控制電極(因其耦合于晶體管N4之第二電流電極)被向上推高成為電壓3*Vin而導(dǎo)通晶體管N3時(shí)，因?yàn)榫w管N3之第一與第二電流電極處于實(shí)質(zhì)上相同的電壓2*Vin，所以晶體管N3之導(dǎo)通并不會(huì)引起一轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從電容器C3之第一電極經(jīng)由晶體管N3流回電容器C2之第一電極。
請(qǐng)注意雖然前述電荷泵40采用四個(gè)反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1至PCLK4，但本發(fā)明不限于此而得應(yīng)用于電荷泵40采用二個(gè)反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK3搭配常見(jiàn)的時(shí)鐘信號(hào)CLK2與CLK4，或者采用二個(gè)反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK2與PCLK4搭配常見(jiàn)的時(shí)鐘信號(hào)CLK1與CLK3。雖然在僅采用二個(gè)反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK3(或PCLK2與PCLK4)之情況中，電荷泵40僅能防止流經(jīng)晶體管N4(或N3)之轉(zhuǎn)態(tài)反向電流，但亦可比完全無(wú)法防止反向電流之常見(jiàn)技藝以更高的效率來(lái)產(chǎn)生泵電壓Vpp。
圖5顯示依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵50之詳細(xì)電路圖。參照?qǐng)D5，依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例之電荷泵50本質(zhì)上為第一實(shí)施例之電荷泵30與第三實(shí)施例之電荷泵40之組合。具體而言，電荷泵50包括輸入級(jí)50in、輸出級(jí)50out、以及設(shè)有依據(jù)第一實(shí)施例之反向電流防止電路501與502之中間級(jí)50int。同時(shí)，電荷泵50采用依據(jù)第三實(shí)施例之反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1至PCLK4分別施加于電容器C1至C4以進(jìn)行升壓操作。因此，電荷泵50同時(shí)解決時(shí)鐘信號(hào)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)與時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電位遷移時(shí)所發(fā)生之反向電流問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明之最佳的電壓轉(zhuǎn)換效率。
圖6(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之防止反向電流之高效電荷泵60之詳細(xì)電路圖。參照?qǐng)D6(a)，依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之電荷泵60包括輸入級(jí)60in、第一與第二中間級(jí)60int1與60int2、以及輸出級(jí)60out。輸入級(jí)60in實(shí)質(zhì)上相同于圖5所示的輸入級(jí)50in、第一與第二中間級(jí)60int1與60int2皆實(shí)質(zhì)上相同于圖5所示的中間級(jí)50int、并且輸出級(jí)60out實(shí)質(zhì)上相同于圖5所示的輸出級(jí)50out。換言之，依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之電荷泵60之中間級(jí)可由復(fù)數(shù)個(gè)相同泵級(jí)以串接級(jí)聯(lián)的方式加以擴(kuò)展整體電路之規(guī)模。
隨著中間級(jí)數(shù)目之增加，所需要的反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)數(shù)目也必須增加，因?yàn)槊恳恢虚g級(jí)使用一對(duì)同級(jí)互補(bǔ)的非重疊脈波列作為時(shí)鐘信號(hào)，其振幅典型上在供應(yīng)電壓源Vin與地面電位間交替地?cái)[蕩，如前所述。既然依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之電荷泵60設(shè)有六個(gè)電容器C1至C6，故需使用六個(gè)反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK6方能進(jìn)行升壓操作。按照?qǐng)D6(a)之電路組態(tài)，時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK2、時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK4、以及時(shí)鐘信號(hào)PCLK5與PCLK6分別屬于同級(jí)互補(bǔ)的脈波列。再者，時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK3、時(shí)鐘信號(hào)PCLK3與PCLK5、時(shí)鐘信號(hào)PCLK2與PCLK4、以及時(shí)鐘信號(hào)PCLK4與PCLK6分別屬于相鄰級(jí)涵蓋的脈波列。如同前文參照?qǐng)D4(b)所說(shuō)明的第三實(shí)施例之時(shí)鐘信號(hào)，為了解決在時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生電位遷移時(shí)所發(fā)生之反向電流問(wèn)題，依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之屬于相鄰級(jí)涵蓋的時(shí)鐘信號(hào)之各組在每一時(shí)鐘循環(huán)中具有下列時(shí)序關(guān)系(一)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之下降邊緣必須于時(shí)間上領(lǐng)先前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之下降邊緣，并且(二)前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之上升邊緣必須于時(shí)間上領(lǐng)先后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之上升邊緣。換言之，前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之低電位狀態(tài)在時(shí)間上完全被涵蓋于后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之低電位狀態(tài)內(nèi)，或者亦可說(shuō)后級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之高電位狀態(tài)在時(shí)間上完全被涵蓋于前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)之高電位狀態(tài)內(nèi)?；谇笆鰰r(shí)序關(guān)系之設(shè)計(jì)規(guī)則，圖6(b)顯示應(yīng)用于依據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例之電荷泵60之反向電流防止時(shí)鐘信號(hào)PCLK1與PCLK6之波形時(shí)序圖。
每一個(gè)中間級(jí)之升壓作用使前一級(jí)所產(chǎn)生之泵電壓提高一個(gè)Vin。由于輸入級(jí)60in使供應(yīng)電壓源Vin提高一個(gè)Vin，故對(duì)于具有N個(gè)中間級(jí)之電荷泵60而言，輸出級(jí)60out可供應(yīng)(N+2)*Vin之泵電壓Vpp。因此，圖6(a)所示的具有兩個(gè)中間級(jí)60int1與60int2之電荷泵60產(chǎn)生4*Vin的泵電壓Vpp。
雖然本發(fā)明業(yè)已藉由較佳實(shí)施例作為例示加以說(shuō)明，應(yīng)了解者為本發(fā)明不限于此被揭露的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明意欲涵蓋對(duì)于熟習(xí)此項(xiàng)技藝之人士而言屬于明顯的各種修改與相似配置。因此，申請(qǐng)專(zhuān)利范圍之范圍應(yīng)根據(jù)最廣的詮釋?zhuān)园菟写祟?lèi)修改與相似配置。
權(quán)利要求
1.一種高效電荷泵，包含一第一時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第一時(shí)鐘高電位與一第一時(shí)鐘低電位間；一第二時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第二時(shí)鐘高電位與一第二時(shí)鐘低電位間，其中該第二時(shí)鐘高電位與該第一時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊；一第一電容器，其上供應(yīng)有該第一時(shí)鐘信號(hào)；一第二電容器，其上供應(yīng)有該第二時(shí)鐘信號(hào)；一第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第一前級(jí)時(shí)鐘高電位與一第一前級(jí)時(shí)鐘低電位間；一第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與一第二前級(jí)時(shí)鐘低電位間，其中該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊；一第一前級(jí)電容器，其上供應(yīng)有該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)；一第二前級(jí)電容器，其上供應(yīng)有該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)；一第一開(kāi)關(guān)電路，于導(dǎo)通時(shí)耦合該第二前級(jí)電容器與該第一電容器，使得該第二前級(jí)電容器與該第一電容器間發(fā)生電荷移轉(zhuǎn)；一第二開(kāi)關(guān)電路，于導(dǎo)通時(shí)耦合該第一前級(jí)電容器與該第二電容器，使得該第一前級(jí)電容器與該第二電容器間發(fā)生電荷移轉(zhuǎn)；以及一第一反向電流防止電路，當(dāng)該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘高電位且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，使第一開(kāi)關(guān)電路不導(dǎo)通，由此防止一第一穩(wěn)態(tài)反向電流從該第一電容器經(jīng)由該第一開(kāi)關(guān)電路流出。
2.如權(quán)利要求1所述的高效電荷泵，其中當(dāng)該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘高電位且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，該第一反向電流防止電路使用該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第二前級(jí)電容器而控制該第一開(kāi)關(guān)電路，使得該第一開(kāi)關(guān)電路不導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求1所述的高效電荷泵，其中該第一反向電流防止電路包含一第一PMOS晶體管，由該第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第一電容器所控制，當(dāng)該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘低電位且該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘高電位時(shí)，該第一PMOS晶體管被導(dǎo)通，使得該第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第二電容器而控制該第一開(kāi)關(guān)電路，以及一第一NMOS晶體管，由該第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第一電容器所控制，當(dāng)該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘高電位且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，該第一NMOS晶體管被導(dǎo)通，使得該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第二前級(jí)電容器而控制該第一開(kāi)關(guān)電路。
4.如權(quán)利要求1所述的高效電荷泵，其中還包含一第二反向電流防止電路，當(dāng)該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘高電位且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，使第二開(kāi)關(guān)電路不導(dǎo)通，由此防止一第二穩(wěn)態(tài)反向電流從該第二電容器經(jīng)由該第二開(kāi)關(guān)電路流出。
5.如權(quán)利要求4所述的高效電荷泵，其中當(dāng)該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘高電位且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，該第二反向電流防止電路使用該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第一前級(jí)電容器而控制該第二開(kāi)關(guān)電路，使得該第二開(kāi)關(guān)電路不導(dǎo)通。
6.如權(quán)利要求4所述的高效電荷泵，其中該第二反向電流防止電路包含一第二PMOS晶體管，由該第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第二電容器所控制，當(dāng)該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘低電位且該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘高電位時(shí)，該第二PMOS晶體管被導(dǎo)通，使得該第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第一電容器控制該第二開(kāi)關(guān)電路，以及一第二NMOS晶體管，由該第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第二電容器所控制，當(dāng)該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘高電位且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，該第二NMOS晶體管被導(dǎo)通，使得該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第一前級(jí)電容器而控制該第二開(kāi)關(guān)電路。
7.如權(quán)利要求1所述的高效電荷泵，其中該第二時(shí)鐘信號(hào)從該第二時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二時(shí)鐘低電位之一第二時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位之一第二前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣，并且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位之一第二前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第二時(shí)鐘信號(hào)從該第二時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二時(shí)鐘高電位之一第二時(shí)鐘上升邊緣，由此使該第一開(kāi)關(guān)電路于該第二時(shí)鐘信號(hào)與該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)之過(guò)渡期間內(nèi)不導(dǎo)通，防止一第一轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從該第一電容器經(jīng)由該第一開(kāi)關(guān)電路流出。
8.如權(quán)利要求1所述的高效電荷泵，其中該第一時(shí)鐘信號(hào)從該第一時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一時(shí)鐘低電位之一第一時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位之一第一前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣，并且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位之一第一前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第一時(shí)鐘信號(hào)從該第一時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一時(shí)鐘高電位之一第一時(shí)鐘上升邊緣，由此使該第二開(kāi)關(guān)電路于該第一時(shí)鐘信號(hào)與該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)之過(guò)渡期間內(nèi)不導(dǎo)通，防止一第二轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從該第二電容器經(jīng)由該第二開(kāi)關(guān)電路流出。
9.一種高效電荷泵，包含一第一時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第一時(shí)鐘高電位與一第一時(shí)鐘低電位間；一第二時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第二時(shí)鐘高電位與一第二時(shí)鐘低電位間，其中該第二時(shí)鐘高電位與該第一時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊；一第一電容器，其上供應(yīng)有該第一時(shí)鐘信號(hào)；一第二電容器，其上供應(yīng)有該第二時(shí)鐘信號(hào)；一第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第一前級(jí)時(shí)鐘高電位與一第一前級(jí)時(shí)鐘低電位間；一第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)，交替地?cái)[蕩于一第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與一第二前級(jí)時(shí)鐘低電位間，其中該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊；一第一前級(jí)電容器，其上供應(yīng)有該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)；一第二前級(jí)電容器，其上供應(yīng)有該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)；一第一開(kāi)關(guān)電路，于導(dǎo)通時(shí)耦合該第二前級(jí)電容器與該第一電容器，使得該第二前級(jí)電容器與該第一電容器間發(fā)生電荷移轉(zhuǎn)；一第二開(kāi)關(guān)電路，于導(dǎo)通時(shí)耦合該第一前級(jí)電容器與該第二電容器，使得該第一前級(jí)電容器與該第二電容器間發(fā)生電荷移轉(zhuǎn)，其中該第二時(shí)鐘信號(hào)從該第二時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二時(shí)鐘低電位之一第二時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位之一第二前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣，并且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位之一第二前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第二時(shí)鐘信號(hào)從該第二時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二時(shí)鐘高電位之一第二時(shí)鐘上升邊緣，由此使該第一開(kāi)關(guān)電路于該第二時(shí)鐘信號(hào)與該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)之過(guò)渡期間內(nèi)不導(dǎo)通，防止一第一轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從該第一電容器經(jīng)由該第一開(kāi)關(guān)電路流出。
10.如權(quán)利要求9所述的高效電荷泵，其中該第一時(shí)鐘信號(hào)從該第一時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一時(shí)鐘低電位之一第一時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位之一第一前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣，并且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位之一第一前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第一時(shí)鐘信號(hào)從該第一時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一時(shí)鐘高電位之一第一時(shí)鐘上升邊緣，由此使該第二開(kāi)關(guān)電路于該第一時(shí)鐘信號(hào)與該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)態(tài)之過(guò)渡期間內(nèi)不導(dǎo)通，防止一第二轉(zhuǎn)態(tài)反向電流從該第二電容器經(jīng)由該第二開(kāi)關(guān)電路流出。
11.如權(quán)利要求9所述的高效電荷泵，其中該第一開(kāi)關(guān)電路由該第二時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第二電容器所控制，并且該第二開(kāi)關(guān)電路由該第一時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由該第一電容器所控制。
12.一種高效轉(zhuǎn)換電壓的方法，包含施加一第一時(shí)鐘信號(hào)至一第一電容器，該第一時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于一第一時(shí)鐘高電位與一第一時(shí)鐘低電位間；施加一第二時(shí)鐘信號(hào)至一第二電容器，該第二時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于一第二時(shí)鐘高電位與一第二時(shí)鐘低電位間，其中該第二時(shí)鐘高電位與該第一時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊；施加一第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)至一第一前級(jí)電容器，該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于一第一前級(jí)時(shí)鐘高電位與一第一前級(jí)時(shí)鐘低電位間；施加一第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)至一第二前級(jí)電容器，該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)交替地?cái)[蕩于一第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與一第二前級(jí)時(shí)鐘低電位間，其中該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位與該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位彼此在時(shí)間上非重疊；耦合一第一開(kāi)關(guān)電路之一第一電流電極至該第二前級(jí)電容器且耦合該第一開(kāi)關(guān)電路之一第二電流電極至該第一電容器；耦合一第二開(kāi)關(guān)電路之一第一電流電極至該第一前級(jí)電容器且耦合該第二開(kāi)關(guān)電路之一第二電流電極至該第二電容器；當(dāng)該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘低電位且該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘高電位時(shí)，耦合該第一開(kāi)關(guān)電路之一控制電極至該第二開(kāi)關(guān)電路之該第二電流電極；以及當(dāng)該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘高電位且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，耦合該第一開(kāi)關(guān)電路之該控制電極至該第一開(kāi)關(guān)電路之該第一電流電極。
13.如權(quán)利要求12所述的高效轉(zhuǎn)換電壓的方法，更包含當(dāng)該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘低電位且該第一時(shí)鐘信號(hào)處于該第一時(shí)鐘高電位時(shí)，耦合該第二開(kāi)關(guān)電路之一控制電極至該第一開(kāi)關(guān)電路之該第二電流電極，以及當(dāng)該第二時(shí)鐘信號(hào)處于該第二時(shí)鐘高電位且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)處于該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位時(shí)，耦合該第二開(kāi)關(guān)電路之一控制電極至該第二開(kāi)關(guān)電路之該第一電流電極。
14.如權(quán)利要求12所述的高效轉(zhuǎn)換電壓的方法，其中該第二時(shí)鐘信號(hào)從該第二時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二時(shí)鐘低電位之一第二時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位之一第二前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣，并且該第二前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第二前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二前級(jí)時(shí)鐘高電位之一第二前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第二時(shí)鐘信號(hào)從該第二時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第二時(shí)鐘高電位之一第二時(shí)鐘上升邊緣。
15.如權(quán)利要求12所述的高效轉(zhuǎn)換電壓的方法，其中該第一時(shí)鐘信號(hào)從該第一時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一時(shí)鐘低電位之一第一時(shí)鐘下降邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位之一第一前級(jí)時(shí)鐘下降邊緣，并且該第一前級(jí)時(shí)鐘信號(hào)從該第一前級(jí)時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一前級(jí)時(shí)鐘高電位之一第一前級(jí)時(shí)鐘上升邊緣于時(shí)間上領(lǐng)先該第一時(shí)鐘信號(hào)從該第一時(shí)鐘低電位轉(zhuǎn)態(tài)成該第一時(shí)鐘高電位之一第一時(shí)鐘上升邊緣。
全文摘要
第一與第二時(shí)鐘分別施加至第一與第二電容器。第一與第二前級(jí)時(shí)鐘分別施加至第一與第二前級(jí)電容器。第一開(kāi)關(guān)耦合第二前級(jí)電容器與第一電容器。第二開(kāi)關(guān)耦合第一前級(jí)電容器與第二電容器。第一反向電流防止電路使第一開(kāi)關(guān)之控制電極交替地耦合于第二電容器與第二前級(jí)電容器。第二反向電流防止電路使第二開(kāi)關(guān)的控制電極交替地耦合于第一電容器與第一前級(jí)電容器。第一與第二時(shí)鐘的下降邊緣分別早于第一與第二前級(jí)時(shí)鐘的下降邊緣。第一與第二前級(jí)時(shí)鐘的上升邊緣分別早于第一與第二時(shí)鐘的上升邊緣。
文檔編號(hào)H02M3/04GK1661893SQ200410006758
公開(kāi)日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者陳天賜, 曾光男 申請(qǐng)人:圓創(chuàng)科技股份有限公司