穩(wěn)壓電荷泵電路的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種穩(wěn)壓電荷泵電路。該電路包括：電荷泵，具有用于接收輸入電壓的輸入端，用于接收充電電流的供給端以及用于輸出輸出電壓的輸出端，該電荷泵用于在輸出端與輸入端之間生成電壓差；第一電平移位器，具有耦接到輸出端的第一節(jié)點(diǎn)以及第二節(jié)點(diǎn)，第一電平移位器用于響應(yīng)于接收自電流源的偏置電流而對(duì)輸出電壓加載第一電壓變化；第二電平移位器，其具有耦接到輸入端的第三節(jié)點(diǎn)以及第四節(jié)點(diǎn)，第二電平移位器用于對(duì)輸入電壓加載第二電壓變化；電壓跟隨器，其用于將第二節(jié)點(diǎn)的電壓設(shè)置為與第四節(jié)點(diǎn)的電壓基本相等，用于接收流經(jīng)第二電平移位器的差值電流并提供差值電流；電流倍增器，其用于響應(yīng)于電壓跟隨器提供的差值電流而生成充電電流。
【專利說(shuō)明】穩(wěn)壓電荷泵電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開大體上涉及電子電路領(lǐng)域，更具體地，本公開涉及一種穩(wěn)壓電荷泵電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電荷泵電路被廣泛應(yīng)用于集成電路中以提供高于特定供給電壓的直流電壓(DC)。電荷泵電路通常由振蕩器供給的具有相反相位的時(shí)鐘信號(hào)控制。對(duì)于高壓應(yīng)用，會(huì)參考輸入電壓調(diào)節(jié)輸出電壓，并且然后輸出電壓被用于驅(qū)動(dòng)片外或片上集成的N型功率MOS晶體管或其他適合的電子器件。
[0003]輸出電壓和供給電壓之間的電壓差通常由串聯(lián)或不串聯(lián)電阻的一個(gè)或多個(gè)齊納二極管決定。然而，由于集成電路中的制造偏差，該電壓差可能不準(zhǔn)確。此外，較大的擴(kuò)散(spread)可能會(huì)被引入到電荷泵電路的輸出電壓上，這也可能會(huì)不利地影響輸出電壓與供給電壓之間的電壓差的精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，需要一種能夠提供更精確的電壓的穩(wěn)壓電荷泵電路。
[0005]根據(jù)本公開的一個(gè)方面，提供了一種電路。該電路包括:電荷泵，其具有用于接收輸入電壓的輸入端，用于接收充電電流的供給端以及用于輸出輸出電壓的輸出端，其中所述電荷泵用于在所述輸出端與所述輸入端之間生成電壓差；第一電平移位器，其具有耦接到所述輸出端的第一節(jié)點(diǎn)以及第二節(jié)點(diǎn)，所述第一電平移位器用于響應(yīng)于接收自電流源的偏置電流而對(duì)所述輸出電壓加載第一電壓變化；第二電平移位器，其具有耦接到所述輸入端的第三節(jié)點(diǎn)以及第四節(jié)點(diǎn)，所述第二電平移位器用于對(duì)所述輸入電壓加載第二電壓變化；電壓跟隨器，其用于將所述第二節(jié)點(diǎn)的電壓設(shè)置為與所述第四節(jié)點(diǎn)的電壓基本相等，用于接收流經(jīng)所述第二電平移位器的差值電流并提供所述差值電流；以及電流倍增器，用于響應(yīng)于所述電壓跟隨器提供的差值電流而生成所述充電電流。
[0006]在本公開的一些實(shí)施例中，輸出電壓與輸入電壓之間的電壓差可以由偏置電流與第一電平移位器有效地確定。這樣，該電路能夠在其輸入端與輸出端之間提供準(zhǔn)確的電壓差。此外，準(zhǔn)確的電壓感測(cè)使得該電路能夠使用較小的輸出電容，這進(jìn)一步降低了使用這種電荷泵電路的成本。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一電平移位器包括第一電阻，并且所述偏置電流被提供給所述第一電阻以生成所述第一電壓變化。
[0008]在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二電平移位器包括第二電阻。
[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓跟隨器包括:第一晶體管，其具有第一柵極、第一源極以及第一漏極，以及第二晶體管，其具有第二柵極、第二源極以及第二漏極，其中，所述第一源極耦接到所述第一電平移位器的所述第二節(jié)點(diǎn)，所述第二源極耦接到所述第二電平移位器的所述第四節(jié)點(diǎn)，所述第一柵極耦接到所述第二柵極與所述第一漏極，并且所述第二漏極用于向所述電流倍增器提供所述差值電流。[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓跟隨器還包括:過(guò)壓保護(hù)器，其耦接在所述第二柵極與所述第二源極之間，用于為所述第二晶體管提供過(guò)壓保護(hù)。
[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓跟隨器包括:第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器，其具有第二正相輸入端、第二負(fù)相輸入端以及第二輸出端，所述第二運(yùn)算放大器用于虛擬地連接所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)，其中所述第二正相輸入端耦接到所述第一電平移位器的第二節(jié)點(diǎn)，所述第二負(fù)相輸入端耦接到所述第二電平移位器的第四節(jié)點(diǎn)，并且所述第二輸出端耦接到第四晶體管的柵極，以向所述電流倍增器提供流過(guò)所述第四晶體管的所述差值電流。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，所述電流源包括:第一運(yùn)算放大器，其具有第一正相輸入端、第一負(fù)相輸入端以及第一輸出端；第三晶體管以及第三電阻；其中，所述第一正相輸入端用于接收參考電壓，所述第一負(fù)相輸入端耦接到所述第三晶體管的源極，所述第一輸出端耦接到所述第三晶體管的柵極，并且所述第三電阻耦接在所述第三晶體管的所述源極與參考電壓線之間，以提供流過(guò)所述第三晶體管的所述偏置電流。
[0013]在一個(gè)實(shí)施例中，所述電路還包括:限流器，其與所述電流倍增器并聯(lián)連接，并且用于限制提供給所述電流倍增器的所述差值電流的幅值。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，所述電荷泵包括:開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，其具有一個(gè)或多個(gè)開關(guān)以及一個(gè)或多個(gè)電容，并且所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)于在所述一個(gè)或多個(gè)開關(guān)處接收的控制信號(hào)而被所述充電電流充電。
[0015]上文已經(jīng)概括而非寬泛地給出了本公開內(nèi)容的特征。本公開內(nèi)容的附加特征將在此后描述，其形成了本公開權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以容易地使用所公開的構(gòu)思和【具體實(shí)施方式】，作為修改或設(shè)計(jì)其他結(jié)構(gòu)或者過(guò)程的基礎(chǔ)，以便執(zhí)行與本公開相同的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)理解，這些等同結(jié)構(gòu)沒有脫離所附權(quán)利要求書中記載的本公開的主旨和范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更完整地理解本公開以及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖參考以下描述，其中:
[0017]圖1示出了根據(jù)本公開的電路100的第一實(shí)施例的框圖；
[0018]圖2示出了根據(jù)本公開的電路200的第二實(shí)施例的框圖；
[0019]圖3示出了用于控制圖2的電路200中的電荷泵充電的時(shí)鐘信號(hào)；
[0020]圖4示出了根據(jù)本公開的電路300的第三實(shí)施例的框圖。
[0021]除非指明，否則不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)記和符號(hào)一般表示相應(yīng)的部分。繪制附圖是為了清晰地示出本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的有關(guān)方面，而未必是按照比例繪制的。為了更為清晰地示出某些實(shí)施方式，在附圖標(biāo)記之后可能跟隨有字母，其指示相同結(jié)構(gòu)、材料或者過(guò)程步驟的變形。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面詳細(xì)討論實(shí)施例的實(shí)施和使用。然而，應(yīng)當(dāng)理解，所討論的具體實(shí)施例僅僅示范性地說(shuō)明實(shí)施和使用本公開的特定方式，而非限制本公開的范圍。
[0023]圖1示出了根據(jù)本公開的電路100的第一實(shí)施例的框圖。該電路100具有用于接收輸入電壓Vin的輸入端101，以及用于輸出輸出電壓Vrat的輸出端103。電路100可以被用于在輸入端101與輸出端103之間提供穩(wěn)定的電壓差，該電壓差被泵升到高于輸入電壓VinO輸出電壓Vtjut具有足夠的電流驅(qū)動(dòng)能力來(lái)驅(qū)動(dòng)耦接在輸入端101與輸出端103之間的負(fù)載105。例如，負(fù)載105可以是驅(qū)動(dòng)分立或集成的N型功率MOS晶體管的等效負(fù)載?？梢岳斫?，負(fù)載105還可以耦接在輸出端103和諸如地或負(fù)電源的參考電位線之間。
[0024]如圖1所示，電路100包括電荷泵107、第一電平移位器111、第二電平移位器113、電壓跟隨器115以及電流倍增器117。
[0025]電荷泵107具有輸入端101、輸出端103以及供給端119。電荷泵107用于在其輸入端101接收低電壓的直流輸入電壓Vin，并用于在其輸出端103生成升高的輸出電壓Vwt。電荷泵107還用于在其輸入端101與輸出端103之間生成穩(wěn)定的電壓差。電荷泵107具有一個(gè)或多個(gè)泵級(jí)，并且輸出電壓Vrat的最大值取決于電荷泵107中包含的泵級(jí)的數(shù)量。例如，電荷泵107可以是輸出電壓3倍于輸入電壓的三倍電荷泵(triple charge pump)。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵107包括具有一個(gè)或多個(gè)開關(guān)以及一個(gè)或多個(gè)電容的開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，并且該開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)于在該一個(gè)或多個(gè)開關(guān)處所接收的控制信號(hào)，被充電電流Idl充電。電荷泵107的供給端119用于接收對(duì)電荷泵107中的一個(gè)或多個(gè)電容進(jìn)行充電的充電電流U。充電電流Idl的幅值以及用于對(duì)電容充電的時(shí)間可能影響輸出電壓Vwt。在該實(shí)施例中，對(duì)電容充電的時(shí)間是由在電荷泵107中的開關(guān)處所接收控制信號(hào)所控制的。由于控制信號(hào)基本穩(wěn)定，因而輸出電壓Vout的幅度主要取決于充電電流IdlO
[0026]在圖1的實(shí)施例中，電流100是具有穩(wěn)壓環(huán)路的穩(wěn)壓電荷泵。該穩(wěn)壓環(huán)路用于感測(cè)輸出電壓Vwt和輸入電壓Vin之間的電壓差的電壓波動(dòng)，并繼而響應(yīng)于該電壓波動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)充電電流ΙΑ。在該實(shí)施例中，電壓波動(dòng)是由第一電平移位器111與第二電平移位器113感測(cè)的。具體地，第一電平移位器111具有耦接到輸出端103的第一節(jié)點(diǎn)與第二節(jié)點(diǎn)，并被用于響應(yīng)于接收自電流源109的偏置電流Ibias向輸出電壓Vrat加載第一電壓變化。第二電平移位器113具有耦接到輸入端101的第三節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)，并被用于向輸入電壓Vin加載第二電壓變化。第一節(jié)點(diǎn)與第三節(jié)點(diǎn)分別耦接到輸出端103與輸入端101，而第二節(jié)點(diǎn)被通過(guò)電壓跟隨器115虛擬地連接到第四節(jié)點(diǎn)。換言之，第二節(jié)點(diǎn)處的電壓與第四節(jié)點(diǎn)處的電壓基本相等。這樣，能夠通過(guò)第一電壓變化與第二電壓變化來(lái)感測(cè)輸出電壓Vtjut和輸入電壓Vin之間的電壓差，包括電壓波動(dòng)。在一些例子中，第一電平移位器111可以包括耦接到輸出端103的第一電阻,并且偏置電流Ibias被提供給第一電阻以生成第一電壓變化。第二電平移位器113可以包括耦接到輸入端101的第二電阻。
[0027]電壓跟隨器115耦接在第一電平移位器111和第二電平移位器113之間。電壓跟隨器115用于將第二節(jié)點(diǎn)的電壓設(shè)置為與第四節(jié)點(diǎn)的電壓基本相等，并用于接收流經(jīng)第二電平移位器113的差值電流Idiff。差值電流Idiff進(jìn)一步被電壓跟隨器115提供給電流倍增器117。這樣,輸出電壓Vrat和輸入電壓Vin之間的電壓差的電壓波動(dòng)能夠被轉(zhuǎn)換為差值電流Idiff。在一些例子中，電壓跟隨器115可以是一個(gè)運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器的正相輸入端與負(fù)相輸入端分別耦接到第一電平移位器111的第二節(jié)點(diǎn)以及第二電平移位器113的第四節(jié)點(diǎn)。運(yùn)算放大器的輸入特性保證了第二節(jié)點(diǎn)與第四節(jié)點(diǎn)能夠被虛擬地連接。在一些其他的實(shí)施例中，電壓跟隨器115可以是簡(jiǎn)化的放大器，其具有兩個(gè)柵極相互耦接的晶體管。因此，這兩個(gè)晶體管中的一個(gè)晶體管的源極電壓可以跟隨這兩個(gè)晶體管中的另一個(gè)晶體管的源極電壓變化。此外，這兩個(gè)晶體管的寬長(zhǎng)比可以被設(shè)置為相等。
[0028]此外，第一電平移位器111被由電流源109提供的偏置電流Ibias所偏置。偏置電流Ibias具有預(yù)定電流值，以使得第一電平移位器111上的第一電壓變化能夠穩(wěn)定。這樣，輸出電壓Vrat和輸入電壓Vin之間的電壓差的電壓波動(dòng)主要被加載在第二電平移位器113上。在一個(gè)例子中，第二電平移位器113是一個(gè)電阻，因而電壓波動(dòng)可以進(jìn)一步地被轉(zhuǎn)換為流過(guò)第二電平移位器113的差值電流Idiff。
[0029]電壓倍增器117耦接到電壓跟隨器115，以接收差值電流Idiff。電壓倍增器117用于響應(yīng)于由電壓跟隨器115提供的差值電流Idiff而生成供給至電荷泵107的充電電流Ι?。在一些例子中，電流倍增器117可以是電流鏡，該電流鏡以一個(gè)電流倍增因子來(lái)由差值電流Idiff鏡像充電電流U。因此，充電電流Idl正比于該差值電流Idiff。這樣，該電壓波動(dòng)能夠被充電電流Ieh有效地補(bǔ)償，并且因而能夠向輸入端101與輸出端103之間的負(fù)載105提供穩(wěn)定的電壓差。
[0030]根據(jù)前文，穩(wěn)定的電壓差被提供在輸入端101與輸出端103之間，其等于第一電壓變化與第二電壓變化之間的差值。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)使用較大的充電電流Idl與差值電流Idiff的電流比來(lái)將第二電壓變化設(shè)置為相比于第一電壓變化小得多的值。因此，電路100能夠提供的穩(wěn)定的電壓差主要由第一電壓變化決定，而第一電壓變化易于通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電流來(lái)改變。此外，準(zhǔn)確的電壓感測(cè)使得該電荷泵電路100能夠使用較小的輸出電容，這進(jìn)一步降低了使用這種電荷泵電路的成本。
[0031]圖2示出了根據(jù)本公開的電路200的第一實(shí)施例的框圖。
[0032]如圖2所示，電路200包括電荷泵201、第一電平移位器205、第二電平移位器207、電壓跟隨器209以及電流倍增器211。
[0033]電荷泵201具有輸入端213與輸出端215，以在其間提供穩(wěn)壓電壓。電荷泵201還包括供給端217，其用于接收充電電荷。輸入端213用于接收輸入電壓Vin。在該實(shí)施例中，電荷泵201是三倍電荷泵，其包括具有第一極板和第二極板的第一電容219，以及具有第三極板與第四極板的第二電容221。
[0034]電荷泵201還包括多個(gè)開關(guān)，其用于控制第一電容219與第二電容221的充電。具體地，第一極板通過(guò)第一開關(guān)223耦接到輸入端213，并通過(guò)第二開關(guān)225耦接到第三極板。第二極板通過(guò)第四開關(guān)229耦接到輸入端213，并通過(guò)第六開關(guān)233耦接到供給端217。第三極板通過(guò)第三開關(guān)227耦接到輸出端215。第四極板通過(guò)第五開關(guān)231耦接到輸入端213，并通過(guò)第七開關(guān)235耦接到供給端217。此外，該電荷泵電路200的輸出電容251被耦接在輸出端215和輸入端213之間。
[0035]圖3示出了用于控制圖2的電路200中的電荷泵201充電的時(shí)鐘信號(hào)。如圖2和圖3所示，電荷泵201被周期性地充電。每個(gè)周期包括2個(gè)階段。在第一階段，開關(guān)223、227,231以及233被打開。因此，第一極板被耦接到輸入電壓Vin，而第一電容219被充電電流Idl充電，并且因而等于輸入電壓Vin的第一電壓差被加載在第一電容219上。在第二階段，開關(guān)225、229以及235被打開。因此，第一極板耦接到第三極板，第二極板耦接到輸入電壓Vin，并且第四極板耦接到輸入端217。因而第二電容221被電荷泵201充電。因此，等于2倍的輸入電壓(2Vin)的第二電壓差被加載在第二電容219上。此外，在隨后的第一階段，第一極板被再一次地耦接到輸入電壓Vin，以將輸出端215處的輸出電壓Vwt提升到等于3倍的輸入電壓(3Vin)的電壓，這也是電荷泵201能夠提供的輸出電壓Vwt的最大值?？梢岳斫猓趯?shí)際應(yīng)用中，輸出電壓Vwt可以略低于其最大值，這是由于在第一階段與第二階段內(nèi)，充電電流Idl可以被設(shè)置為低于對(duì)電容充分充電的電流。[0036]仍參考圖2，電壓跟隨器209包括第一晶體管237，其具有第一柵極、第一源極以及第一漏極；以及第二晶體管239，其具有第二柵極、第二源極以及第二漏極。第一源極耦接到第一電平移位器205的第二節(jié)點(diǎn)，而第二源極耦接到第二電平移位器207的第四節(jié)點(diǎn)。此外，第一柵極耦接到第二柵極與第一漏極，而第二漏極用于將由第二電平移位器207生成的差值電流Idiff提供給電流倍增器。這樣，第二晶體管239的第二源極的電壓可以跟隨第一晶體管237的第一源極的電壓變化。在一些例子中，電路200還可以包括過(guò)壓保護(hù)器(未示出)，例如齊納二極管，其耦接在第二晶體管239的第二柵極與第二源極之間。該過(guò)壓保護(hù)器用于為第二晶體管239提供過(guò)壓保護(hù)，以避免第二晶體管239由于輸入電壓Vin與輸出電壓Vtjut之間的大電壓差而引起的失效。
[0037]第一電平移位器205包括第一電阻。由電流源203提供的偏置電流Ibias被通過(guò)第一晶體管237提供給第一電阻，以在第一電平移位器205上生成第一電壓變化。第二電平移位器207包括第二電阻,其在輸入電壓Vin上加載第二電壓變化。這樣，輸出電壓Vtjut和輸入電壓Vin之間的電壓差能夠被感測(cè)，并被轉(zhuǎn)換為流過(guò)第二電平移位器207與第二晶體管239的差值電流

Idiff。
[0038]電流源203包括第一運(yùn)算放大器241，第三晶體管243和第三電阻245。第一運(yùn)算放大器241具有第一正相輸入端、第一負(fù)相輸入端以及第一輸出端。第一運(yùn)算放大器241的第一正相輸入端用于接收具有較高精度的參考電壓VMf，例如禁帶電壓。第一運(yùn)算放大器241的第一負(fù)相輸入端耦接到第三晶體管243的的源極。第一運(yùn)算放大器241的第一輸出端耦接到第三晶體管243的柵極。并且第三電阻245耦接在第三晶體管243的源極與諸如地的參考電位線之間。這樣，參考電壓Vief能夠被加載在第三電阻245上，以在第三晶體管243的漏極生成偏置電流Ibias。偏置電流Ibias流過(guò)第三晶體管243和第三電阻245，并進(jìn)而經(jīng)由第一晶體管237被提供給第一電平移位器205。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，偏置電流Ibias正比于參考電壓Vief，并反比于第三電阻245的電阻值。
[0039]電流倍增器211是具有一對(duì)晶體管247和249的電流鏡。由于這兩個(gè)晶體管的柵源電壓相等，因而差值電流Idiff流過(guò)晶體管247，并隨后被放大為流過(guò)晶體管249的充電電流U。晶體管249的漏極被耦接到電荷泵201的供給端217，以向其提供充電電流Ieh。
[0040]在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)輸出電壓Vtjut與輸入電壓Vin之間的電壓差波動(dòng)時(shí)，例如，輸出電壓Vwt下降而輸入電壓Vin保持不變時(shí)，第一晶體管237的源極的電壓下降，并且第二晶體管239的源極的電壓跟隨第一晶體管237的源極的電壓變化。因此，輸出電壓Vrat的電壓下降被加載在第二電平移位器207的第二電阻上，這使得流經(jīng)其的差值電流Idiff增大。由于充電電流Idl正比于差值電流Idiff,因此充電電流會(huì)隨著差值電流Idiff的增大而增大。這樣，電荷泵會(huì)在每個(gè)時(shí)鐘周期中將更多的電子泵入輸出端215，以補(bǔ)償輸出電壓Vwt的下降。因此，提供在電荷泵201的輸出端215和輸入端213之間的電壓差可以被維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0041]圖4示出了根據(jù)本公開的電路300的第三實(shí)施例的框圖。
[0042]如圖4所示，電路300包括電荷泵301、電流源303、第一電平移位器305、第二電平移位器307、電壓跟隨器309以及電流倍增器311。[0043]在該實(shí)施例中，電壓跟隨器309包括第二運(yùn)算放大器313，其具有第二正相輸入端、第二負(fù)相輸入端以及第二輸出端。第二運(yùn)算放大器313用于將第一電平移位器305與第二電平移位器307虛擬地連接，即第二正相輸入端和第二負(fù)相輸入端的電壓被設(shè)置為基本相等。具體地，第二運(yùn)算放大器313的第二正相輸入端耦接到第一電平移位器305的第二節(jié)點(diǎn)，而第二運(yùn)算放大器313的第二負(fù)相輸入端耦接到第二電平移位器307的第四節(jié)點(diǎn)。第二運(yùn)算放大器313的第二輸出端耦接到第四晶體管315的柵極。差值電流Idiff通過(guò)第四晶體管315被提供給電流倍增器311。
[0044]電流倍增器311包括第一 NMOS晶體管對(duì)325、第二 PMOS晶體管對(duì)327以及第三NMOS晶體管對(duì)329。第二 PMOS晶體管對(duì)327耦接在第一 NMOS晶體管對(duì)325與第三NMOS晶體管對(duì)329之間，并且第二 PMOS晶體管對(duì)327中的PMOS晶體管的源極耦接到正電源V。。。第一 NMOS晶體管對(duì)325用于接收差值電流Idiff,而第三NMOS晶體管對(duì)329用于輸出充電電流U。這三對(duì)晶體管共同放大差值電流Idiff，以生成充電電流Ieh。應(yīng)當(dāng)理解，電流倍增器311可以包括更多對(duì)晶體管以用于放大差值電流Idiff。
[0045]在一些例子中，電路300還包括限流器331，其與電流倍增器311并聯(lián)連接。限流器331用于限制提供給電流放大器311的差值電流Idiff的幅值。在該實(shí)施例中，限流器331包括第五晶體管333、第六晶體管335以及第七晶體管337。第五晶體管333被共用于第一NMOS晶體管對(duì)325中。第五晶體管333與第六晶體管335耦接成對(duì)，其中第五晶體管333用于接收差值電流Idiff，而第六晶體管335用于通過(guò)第七晶體管337接收閾值電流Ith。限流器331能夠?qū)⒋惶峁┙o限流器311的差值電流Idiff限制在閾值電流Ith以下。相應(yīng)地，充電電路Idl也會(huì)被限制在預(yù)定值以下。這樣，將要被提供給電路300的負(fù)載的輸出電流可以被保持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0046]在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)輸出電壓Vtjut和輸入電壓Vin之間的電壓差波動(dòng)時(shí)，例如，輸出電壓V-下降而輸入電壓Vin保持穩(wěn)定時(shí)，第二運(yùn)算放大器313的正相輸入端的電壓下降，而第二運(yùn)算放大器313的負(fù)相輸入端的電壓跟隨其正相輸入端的電壓變化。因此，輸出電壓Vwt的電壓下降被加載在第二電平移位器307上，這使得流經(jīng)其的差值電流Idiff增加。由于充電電流Idl正比于差值電流Idiff,因此充電電流Idl會(huì)隨著差值電流Idiff的增加而增加。這樣，電荷泵會(huì)在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)向輸出端泵入更多的電荷，以補(bǔ)償輸出電壓Vwt的下降。因此，提供在電荷泵301的輸出端319和輸入端323之間的電壓差可以被維持在預(yù)定范圍內(nèi)。
[0047]根據(jù)前文，穩(wěn)定的電壓差能夠被提供在輸入端323與輸出端319之間，其等于第一電壓變化與第二電壓變化之間的差值。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過(guò)使用較大的充電電流Idl與差值電流Idiff的電流比來(lái)將第二電壓變化設(shè)置為遠(yuǎn)小于第一電壓變化的值。因此，電路300能夠提供的電壓差主要由第一電壓變化決定，而第一電壓變化易于通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電流Ibias來(lái)改變。而偏置電流Ibias由電流源303提供。此外，準(zhǔn)確的電壓感測(cè)使得該電荷泵電路100能夠使用較小的輸出電容，這進(jìn)一步降低了使用這種電荷泵電路的成本。
[0048]本領(lǐng)域技術(shù)人員還將容易地理解的是，材料和方法可以變化，同時(shí)仍然處于本公開的范圍之內(nèi)。還應(yīng)理解的是，除了用來(lái)示出實(shí)施方式的具體上下文之外，本公開提供了多種可應(yīng)用的創(chuàng)造性構(gòu)思。因此，所附權(quán)利要求意在將這些過(guò)程、機(jī)器、制品、組合物、裝置、方法或者步驟包括在其范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電路,包括: 電荷泵，其具有用于接收輸入電壓的輸入端，用于接收充電電流的供給端以及用于輸出輸出電壓的輸出端，其中所述電荷泵用于在所述輸出端與所述輸入端之間生成電壓差； 第一電平移位器，其具有耦接到所述輸出端的第一節(jié)點(diǎn)以及第二節(jié)點(diǎn)，所述第一電平移位器用于響應(yīng)于接收自電流源的偏置電流而對(duì)所述輸出電壓加載第一電壓變化； 第二電平移位器，其具有耦接到所述輸入端的第三節(jié)點(diǎn)以及第四節(jié)點(diǎn)，所述第二電平移位器用于對(duì)所述輸入電壓加載第二電壓變化； 電壓跟隨器，其用于將所述第二節(jié)點(diǎn)的電壓設(shè)置為與所述第四節(jié)點(diǎn)的電壓基本相等，用于接收流經(jīng)所述第二電平移位器的差值電流并提供所述差值電流；以及 電流倍增器，用于響應(yīng)于所述電壓跟隨器提供的差值電流而生成所述充電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述第一電平移位器包括第一電阻，并且所述偏置電流被提供給所述第一電阻以生成所述第一電壓變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述第二電平移位器包括第二電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電壓跟隨器包括: 第一晶體管，其具有第一柵極、第一源極以及第一漏極，以及 第二晶體管，其具有第二柵極、第二源極以及第二漏極， 其中，所述第一源極耦接到所述第一電平移位器的所述第二節(jié)點(diǎn)，所述第二源極耦接到所述第二電平移位器的所述第四 節(jié)點(diǎn)，所述第一柵極耦接到所述第二柵極與所述第一漏極，并且所述第二漏極用于向所述電流倍增器提供所述差值電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述電壓跟隨器還包括: 過(guò)壓保護(hù)器，其耦接在所述第二柵極與所述第二源極之間，并且用于為所述第二晶體管提供過(guò)壓保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電壓跟隨器包括: 第二運(yùn)算放大器，其具有第二正相輸入端、第二負(fù)相輸入端以及第二輸出端，所述第二運(yùn)算放大器用于虛擬地連接所述第二節(jié)點(diǎn)與所述第四節(jié)點(diǎn)，其中所述第二正相輸入端耦接到所述第一電平移位器的第二節(jié)點(diǎn)，所述第二負(fù)相輸入端耦接到所述第二電平移位器的第四節(jié)點(diǎn)，并且所述第二輸出端耦接到第四晶體管的柵極，以向所述電流倍增器提供流過(guò)所述第四晶體管的所述差值電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述電流源包括: 第一運(yùn)算放大器，其具有第一正相輸入端、第一負(fù)相輸入端以及第一輸出端； 第三晶體管以及第三電阻； 其中，所述第一正相輸入端用于接收參考電壓，所述第一負(fù)相輸入端耦接到所述第三晶體管的源極，所述第一輸出端耦接到所述第三晶體管的柵極，并且所述第三電阻耦接在所述第三晶體管的所述源極與參考電壓線之間，以提供流過(guò)所述第三晶體管的所述偏置電流。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，還包括: 限流器，其與所述電流倍增器并聯(lián)連接，并且用于限制提供給所述電流倍增器的所述差值電流的幅值。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 電路，其特征在于，所述電荷泵包括:開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)，其具有一個(gè)或多個(gè)開關(guān)以及一個(gè)或多個(gè)電容，并且所述開關(guān)電容網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)于在所述一個(gè)或多個(gè) 開關(guān)處接收的控制信號(hào)而被所述充電電流充電。
【文檔編號(hào)】H02M3/07GK103532374SQ201210239771
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月5日
【發(fā)明者】蔣明, 丁齊兵 申請(qǐng)人:意法半導(dǎo)體研發(fā)（上海）有限公司