專利名稱：電荷泵電路及其時序控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵電路，特別涉及一種電荷泵電路及其時序控制方法。
背景技術(shù)：
電荷泵電路是一種DC-DC電路，可以產(chǎn)生比輸入電源電壓更高的輸出電壓，作為其它電路模塊的工作電壓。目前電荷泵電路被普遍應(yīng)用于非揮發(fā)性存儲器以及TFT LCD驅(qū)動等領(lǐng)域，其輸出電壓的紋波大小及電路的能量效率則成為衡量電荷泵性能的重要指標。目前的三倍壓電荷泵電路通常使用兩個飛電容(flying capacitor)和兩相非交疊時序信號，利用兩個電容的串聯(lián)來實現(xiàn)三倍電源電壓的輸出，如附圖1所示。但是這種電路存在一些問題，該電路生成三倍電源電壓時需要使用開關(guān)將兩個電容串聯(lián)，這將會增加電荷泵電路對外輸出時的能量損耗。此外，該電路只在輸出相位生成三倍電源電壓的輸出電壓，而在其充電相位下輸出電壓只能依靠負載電容保持，這將會導致輸出電壓產(chǎn)生較大的紋波。發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種低能耗以及優(yōu)化輸出紋波的電荷泵電路。為達上述目的本發(fā)明提出一種電荷泵電路及其控制方法。
本發(fā)明提出的一種電荷泵，包括:第一泵送電容、第二泵送電容、電源端口(Vcc)、接地端口(GND)、輸出端口(Vout)、多個時序開關(guān)；所述電源端口與所述輸出端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第一泵送電容的第一端，所述電源端口與所述接地端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第一泵送電容的第二端；所述電源端口與所述輸出端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第二泵送電容的第一端，所述電源端口與所述接地端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第二泵送電容的第二端；所述第一泵送電容的第一端與第二泵送電容的第一端通過時序開關(guān)電性串聯(lián)。
優(yōu)選的，所述時序開關(guān)包括:
第一時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第一時序開關(guān)的控制端接收第三時序信號，所述第一時序開關(guān)的第一端電性連接至所述第一泵送電容的第一端，所述第一時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第一端；
第二時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第二時序開關(guān)的控制端接收第一時序信號，所述第二時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第二時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第一端；
第三時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第三時序開關(guān)的控制端接收第六時序信號，所述第三時序開關(guān)的第一端電性連接至所述接地端口，所述第三時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第二端；
第四時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第四時序開關(guān)的控制端接收第二時序信號，所述第四時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第四時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第一端；
第五時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第五時序開關(guān)的控制端接收第七時序信號，所述第五時序開關(guān)的第一端電性連接至所述接地端口，所述第五時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第二端；
第六時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第六時序開關(guān)的控制端接收第二時序信號，所述第六時序開關(guān)的第一端電性連接至所述輸出端口，所述第六時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第一端；
第七時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第七時序開關(guān)的控制端接收第五時序信號，所述第七時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第七時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第二端；
第八時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第八時序開關(guān)的控制端接收第一時序信號，所述第八時序開關(guān)的第一端電性連接至所述輸出端口，所述第八時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第一端；
第九時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第九時序開關(guān)的控制端接收第四時序信號，所述第九時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第九時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第二端。。
優(yōu)選的，所述第一時序信號與所述第二時序信號為第一組兩相非交疊時序信號；所述第四時序信號與所述第五時序信號為第二組兩相非交疊時序信號；所述第六時序信號與所述第七時序信號為第三組兩相非交疊時序信號；所述第三時序信號與第一組兩相非交疊時序信號非交疊。
優(yōu)選的，所述第二組兩相非交疊時序信號的兩個下降沿分別與所述第一組兩相非交疊時序信號的兩個下降沿同步，兩個上升沿分別相對于所述第一組兩相非交疊時序信號的兩個上升沿延遲一定的時間，以將所述第三時序信號的有效相位包含在內(nèi)，所述延遲時間不超過所述第一組兩相非交疊時序信號的非交疊時間。
優(yōu)選的，所述第三組兩相非交疊時序信號分別是所述第二組兩相非交疊時序信號的反相信號。
優(yōu)選的，所述第一泵送電容與所述第二泵送電容相同。
優(yōu)選的，所述電源端口(Vcc)、所述接地端口(GND)與所述輸出端口(Vout)分別為一個或多個。
優(yōu)選的，所述第一時序開關(guān)為單個PMOS管或單個NMOS管或者是傳輸門；所述第三時序開關(guān)和第五時序開關(guān)為N型MOS晶體管；所述第二時序開關(guān)、第四時序開關(guān)、第六時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第八時序開關(guān)和第九時序開關(guān)為P型MOS晶體管。
本發(fā)明同時提供一種電荷泵電路的時序控制方法，用于控制所述的電荷泵電路，包括下列過程:充放電過程，在第N個時序周期中使第一泵送電容作為充電電容，使第二泵送電容作為放電電容對外輸出電壓，在第N+1個時序周期中使第二泵送電容作為充電電容，使第一泵送電容作為放電電容對外輸出電壓，在所述放電電容的第一端放電時，將電源電壓加至所述放電電容的第二端使所述放電電容的第一端得到倍增電壓；電荷回收過程，在所述第N個時序周期的放電電容對外輸出后至所述第N+1個時序周期的放電電容對外輸出前，使所述第N個時序周期的放電電容的第二端與所述電源端口導通，使所述第N個時序周期的充電電容的第二端與所述接地端口導通，同時使所述第N個時序周期的放電電容的第一端與所述第N+1個時序周期的放電電容的第一端電性導通，使電荷從所述第N時序周期的放電電容的第一端轉(zhuǎn)移到所述第N+1個時序周期的放電電容的第一端得到回收電壓；電壓輸出過程，所述回收電壓與所述倍增電壓疊加后由所述第N+1個時序周期的放電電容對外輸出。
優(yōu)選的，所述第一泵送電容的充電過程與所述第二泵送電容的放電過程同時進行；所述第一泵送電容的放電過程與所述第二泵送電容的充放電過程同時進行。
優(yōu)選的，所述電荷回收過程在所述第N個時序周期的放電過程之后并且在所述第N+1個時序周期的放電過程之前進行。
優(yōu)選的，所述充放電過程在第N個時序周期中包括:第一泵送電容的充電過程與第二泵送電容的放電過程，其中在第N個時序周期結(jié)束前提供同時處于有效相位的第一時序信號、第四時序信號與第六時序信號分別使第二時序開關(guān)、第三時序開關(guān)、第八時序開關(guān)、第九時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；所述電荷回收過程在第N個時序周期中是第一泵送電容的電荷回收過程，其中在所述第一時序信號進入無效相位時，提供處于有效相位的第三時序信號，同時提供處于有效相位的第四時序信號與第六時序信號分別使第一時序開關(guān)、第九時序開關(guān)、第三時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；所述電壓輸出過程在第N個時序周期中是第二泵送電容的放電過程；所述充放電過程在第N+1個時序周期中包括:第一泵送電容的放電過程與第二泵送電容的充電過程，其中在第N+1個時序周期開始時，提供同時處于有效相位的第二時序信號、第五時序信號與第七時序信號分別使第六時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第四時序開關(guān)與第五時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；所述電荷回收過程在第N+1個時序周期中是第二泵送電容的電荷回收過程，其中在所述第二時序信號進入無效相位時，再次提供進入有效相位的第三時序信號，同時提供處于有效相位的第五時序信號與第七時序信號分別使第一時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第五時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；所述電壓輸出過程在第N+1個時序周期中是第一泵送電容的放電過程。
優(yōu)選的，所述第一泵送電容的充電過程為:在第二時序開關(guān)與第三時序開關(guān)導通時提供一電源電壓至所述第一泵送電容的第一端同時將第一泵送電容的第二端接地；所述第一泵送電容的放電過程為:在第六時序開關(guān)與第七時序開關(guān)處于導通時所述第一泵送電容的第一端對外輸出電壓，同時提供一電源電壓至所述第一泵送電容的第二端使所述第一泵送電容的第一端對外輸出電壓；所述第一泵送電容的電荷回收過程為:在第一時序開關(guān)、第九時序開關(guān)與第三時序開關(guān)處于導通時將所訴第二泵送電容第一端的電壓回收至所述第一泵送電容的第一端，同時將所述第一泵送電容的第二端接地，提供一電源電壓至所述第二泵送電容的第二端；所述第二泵送電容的充電過程為:在第四時序開關(guān)與第五時序開關(guān)導通時提供一電源電壓至所述第二泵送電容的第一端同時將第二泵送電容的第二端接地；所述第二泵送電容的放電過程為:在第八時序開關(guān)與第九時序開關(guān)處于導通時所述第二泵送電容的第一端對外輸出電壓，同時提供一電源電壓至所述第二泵送電容的第二端使所述第二泵送電容的第一端對外輸出電壓；所述第二泵送電容的電荷回收過程為:在第一時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第五時序開關(guān)處于導通時將所訴第一泵送電容第一端的電壓回收至所述第二泵送電容的第一端，同時將所述第二泵送電容的第二端接地，提供一電源電壓至所述第一泵送電容的第二端。
本發(fā)明的電荷泵電路利用兩個充放電單元交替進行輸出電壓，有效地降低了輸出電壓的紋波。此外，本發(fā)明的電荷泵電路利用了電荷回收的機制，有效地降低了電路的能耗。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的三倍壓電荷泵電路圖。
圖2是本發(fā)明的電路圖。
圖3是本發(fā)明一實施例的電路圖。
圖4是本發(fā)明時序控制實施例的時序圖。
具體實施方式
在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
下面，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例進行描述。首先圖2為本發(fā)明的電路圖，一種電荷泵電路包括兩個充放電單元Ul與U2以及一電荷回收時序開關(guān)電路，具體包括:第一泵送電容Cl、第二泵送電容C2、電源端口 Vcc、接地端口 GND、輸出端口 Vout、9個時序開關(guān)S1-S9。
在圖2所示電路中，第一時序開關(guān)SI，包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第三時序信號CLK3，所述第一端電性連接至第一泵送電容Cl的第一端，所述第二端電性連接至第二泵送電容C2的第一端；第二時序開關(guān)S2，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第一時序信號CLK1，所述第一端電性連接至電源端口 Vcc，所述第二端電性連接至第一泵送電容Cl的第一端；第三時序開關(guān)S3，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第六時序信號CLKlb’，所述第一端電性連接至接地端口 GND，所述第二端電性連接至第一泵送電容Cl的第二端；第六時序開關(guān)S6，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第二時序信號CLK2，所述第一端電性連接至輸出端口 Vout，所述第二端電性連接至第一泵送電容Cl的第一端；第七時序開關(guān)S7，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第五時序信號CLK2’，所述第一端電性連接至電源端口 Vcc，所述第二端電性連接至第一泵送電容Cl的第二端；第四時序開關(guān)S4，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第二時序信號CLK2，所述第一端電性連接至電源端口 Vcc，所述第二端電性連接至第二泵送電容C2的第一端；第五時序開關(guān)S5，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第七時序信號CLK2b’，所述第一端電性連接至接地端口 GND，所述第二端電性連接至第二泵送電容C2的第二端；第八時序開關(guān)S8，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第一時序信號CLK1，所述第一端電性連接至輸出端口 Vout，所述第二端電性連接至第二泵送電容C2的第一端；第九時序開關(guān)S9，其包括控制端、第一端與第二端，所述控制端接收第四時序信號CLK1’，所述第一端電性連接至電源端口 Vcc，所述第二端電性連接至第二泵送電容C2的第二端。
如圖3所示是本發(fā)明的一實施例，時序開關(guān)S2、S4、S6、S7、S8、S9為P型金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor,M0S)晶體管，時序開關(guān)S1、S3、S5為N型金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor, M0S)晶體管。
在本實施例中，SI的柵極接收時序信號CLK3，其余兩端分別電性連接至第一泵送電容Cl的第一端和第二泵送電容C2的第二端；S2的柵極接收時序信號CLK1，漏極與源極分別電性連接至電源端口 Vcc和第一泵送電容Cl的第一端；S3的柵極接收時序信號CLKlb’，漏極與源極分別電性連接至接地端口 GND和第一泵送電容Cl的第二端；S6的柵極接收時序信號CLK2，漏極與源極分別電性連接至輸出端口 Vout和第一泵送電容Cl的第一端；S7的柵極接收時序信號CLK2’，漏極與源極分別電性連接至第一泵送電容Cl的第二端和電源端口 Vcc ；S4的柵極接收時序信號CLK2，漏極與源極分別電性連接至電源端口 Vcc和第二泵送電容C2的第一端；S5的柵極接收時序信號CLK2b’，漏極與源極分別電性連接至第二泵送電容C2的第二端和接地端口 GND ；S8的柵極接收時序信號CLKl，漏極與源極分別電性連接至輸出端口 Vout和第二泵送電容C2的第一端；S9的柵極接收時序信號0^1’，漏極與源極分別電性連接至第二泵送電容C2的第二端和電源端口 Vcc。
圖4為時序控制的一具體實施例，如圖所示，所述第一時序信號CLKl與所述第二時序信號CLK2為第一組兩相非交疊時序信號；所述第四時序信號CLK1’與所述第五時序信號CLK2’為第二組兩相非交疊時序信號；所述第六時序信號CLKlb’與所述第七時序信號CLK2b’為第三組兩相非交疊時序信號；所述第三時序信號CLK3與第一組兩相非交疊時序信號非交疊。所述第二組兩相非交疊時序信號的下降沿分別與所述第一組兩相非交疊時序信號同步，上升沿分別相對于所述第一組兩相非交疊時序信號的上升沿延遲一定的時間，以將所述第三時序信號的有效相位包含在內(nèi)，所述延遲時間不超過所述第一組兩相非交疊時序信號的非交疊時間。所述第三組兩相非交疊時序信號分別是所述第二組兩相非交疊時序信號的反相信號。
將圖4的時序控制應(yīng)用到圖2的電路時，以第三時序信號CLK3的時序周期作為時序控制的時序周期。所述充放電過程為:在第N個時序周期中第一泵送電容Cl作為充電電容，同時，第二泵送電容C2作為放電電容對外輸出電壓，在第N+1個時序周期中第二泵送電容C2作為充電電容，同時第一泵送電容Cl作為放電電容對外輸出電壓，當Cl或C2的第一端放電時，將電源電壓Vcc加至所述放電電容的第二端使所述放電電容的第一端得到倍增電壓。所述電荷回收過程為:在第N個時序周期中C2對外輸出后，使C2的第二端與所述電源端口導通，使Cl的第二端與所述接地端口導通，同時使C2的第一端與Cl的第一端電性導通，使電荷從C2的第一端轉(zhuǎn)移到Cl的第一端得到回收電壓；在第N+1個時序周期中Cl對外輸出后，使Cl的第二端與所述電源端口導通，使C2的第二端與所述接地端口導通，同時使Cl的第一端與C2的第一端電性導通，使電荷從Cl的第一端轉(zhuǎn)移到C2的第一端得到回收電壓。所述電壓輸出過程為:在Cl或C2對外輸出時都是將所述回收電壓與所述倍增電壓疊加后對外輸出。
圖4所示時序控制應(yīng)用于圖3所示實施例時，以第三時序信號CLK3的時序周期作為時序控制的時序周期。對于該實施例的時序控制包括以下過程:
充放電過程在第N個時序周期中為:在第N個時序周 期結(jié)束前提供同時處于有效相位的CLK1、CLK1’與CLKlb’分別使S2、S3、S8、S9處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。在S2與S3導通時提供VCC至Cl的第一端同時將Cl的第二端接地，此時Cl充電；在58與S9處于導通時提供Vcc至C2的第二端在C2的第一端生成倍增電壓，同時C2的第一端接Vout對外輸出電壓,此時C2放電。
電荷回收過程在第N個時序周期中為:CLK1進入無效相位時，提供處于有效相位的CLK3，同時提供處于有效相位的CLK1’與CLKlb’分別使S1、S9、S3處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。在S3與S9處于導通時將Cl的第二端接地，提供Vcc至C2的第二端，SI導通時Cl的第一端與C2的第一端電性導通，此時將C2第一端的電壓回收至Cl的第一端。
電壓輸出過程在第N個時序周期中是C2的放電過程，將所述回收電壓與倍增電壓在C2的第一端疊加后對外輸出。
充放電過程在第N+1個時序周期中為:在第N+1個時序周期開始時，提供同時處于有效相位的CLK2、CLK2’與CLK2b’分別使S6、S7、S4與S5處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。在S4與S5導通時提供Ncc至C2的第一端同時將C2的第二端接地，此時C2充電；在S6與S7處于導通時提供Vcc至Cl的第二端在C2的第一端生成倍增電壓，同時Cl的第一端接Vout對外輸出電壓,此時Cl放電。
電荷回收過程在第N+1個時序周期中為:CLK2進入無效相位時，CLK3再次進入有效相位，同時提供處于有效相位的CLK2’與CLK2b’分別使S1、S7、S5處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)。在S5與S7處于導通時，將C2的第二端接地，提供Vcc至Cl的第二端，同時SI處于導通，將Cl的第一端與C2的第一端電性導通，此時將Cl第一端的電壓回收至C2的第一端。
電壓輸出過程在第N+1個時序周期中是Cl的放電過程，將所述回收電壓與倍增電壓在Cl的第一端疊加后對外輸出。
結(jié)合圖3與圖4能夠得到所述電荷泵電路的電荷回收機制，及電荷泵升壓機制。將時序信號CLK3的時序周期定義為本電路的時序周期，請參照圖3與圖4，在第N個時序周期的CLKl的第N個有效相位，S2、S3、S8、S9都處于導通狀態(tài)，第一泵送電容Cl處于充電狀態(tài)，第一端電壓為Vcc,第二端電壓為O ;第二泵送電容C2處于放電狀態(tài),第一端輸出電壓為VN，第二端電壓為Vcc。接下來進入CLKl和CLK2的非交疊時間，S2、S4、S6、S8都處于斷開狀態(tài)，第一泵送電容Cl 和地二泵送電容C2的第一端處于懸空狀態(tài)；同時由于CLKllPCLKlb’仍然處于有效相位，S3和S9繼續(xù)導通，第一泵送電容Cl和地二泵送電容C2的第二端分別保持與接地端口 GND和電源端口 Vcc導通連接。隨后在該狀態(tài)下，CLK3處于有效相位Cn使SI導通，此時電荷將從地二泵送電容C2的第一端(高電平節(jié)點Vn)被引向第一泵送電容Cl的第一端(低電平結(jié)點Vcc)。若忽略開關(guān)損耗則可以得出電荷回收后兩個泵送電容第一端電壓Ven:
導通前:第二泵送電容C2的電荷量為C2(Vn-Vcc)，Cl的電荷量為C1Vcc ；
導通后:第一泵送電容C1的電荷量與第二泵送電容C2的電荷量之和為C1Vc^C2(Vcn-Vcc)；
因?qū)ㄇ昂箅姾墒睾闼钥傻孟率?
C1VcJC2 (Vcn-Vcc) =C1VcJC2 (Vn-Vcc)
推到可得:
Vcn= (CJcc+C^)/(^+C2)
優(yōu)選的，在一實施例中選取兩個相同泵送電容構(gòu)成三倍壓電荷泵，即第一泵送電容與第二泵送電容的電容相同時，由上式可得:
Vcn= (Vcc+VN) /2 (I)
電荷回收過程完成后，再經(jīng)過一段非交疊時間，電路進入第N+1個時序周期的CLK2的第N+1個有效相位，S4、S5、S6、S7處于導通狀態(tài)，第一泵送電容Cl處于放電狀態(tài)，第一泵送電容Cl的第二端與Vcc連通,則第一泵送電容Cl的第一端的輸出電壓記為VN+1,則:
VN+1=VN+Vcc (2)
同時C2進入充電相位,上極板與Vcc連通,下極板與零電位連通。電路的工作過程即在重復(fù)上述過程，Cl和C2交替進入充電和輸出相位，并且在時序信號非交疊時間內(nèi)進行電荷回收，將電荷從處于較高電位的上極板導向較低電位的上極板。最終電路達到穩(wěn)定工作狀態(tài)后應(yīng)有:
VN+1 I N —=Vn I N— (3)
所以將式(I) (2)代入(3)式可得
VCn+Vcc=VN= (Vc c+VN) /2+Vc c (4)
即得:Vn=3Vcc
根據(jù)以上分析可以得出電路最終輸出電壓為三倍的電源電壓實現(xiàn)了三倍壓電荷泵電路的功能。
優(yōu)選的，本發(fā)明另一具體實施例是電荷回收時序開關(guān)SI采用傳輸門，其它電路結(jié)構(gòu)與時序控制與上述實施例相同。
在本發(fā)明另一具體實施例中所述時序開關(guān)S2與時序開關(guān)S8米用同一個時序開關(guān)；所述時序開關(guān)S6與所述時序開關(guān)S4采用同一個時序開關(guān)；所述電源端口(Vcc)、所述接地端口(GND)與所述輸出端口(Vout)分別為一個；其它電路結(jié)構(gòu)與時序控制與上述實施例相同。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明的具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種改進，或者未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其它場合的， 均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵電路，其特征在于，包括: 第一泵送電容； 第二泵送電容； 電源端口(Vcc)； 接地端口(GND)； 輸出端口(Vout)； 多個時序開關(guān)； 所述電源端口與所述輸出端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第一泵送電容的第一端，所述電源端口與所述接地端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第一泵送電容的第二端； 所述電源端口與所述輸出端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第二泵送電容的第一端，所述電源端口與所述接地端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第二泵送電容的第二端； 所述第一泵送電容的第一端與第二泵送電容的第一端通過時序開關(guān)電性串聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于:所述時序開關(guān)包括: 第一時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第一時序開關(guān)的控制端接收第三時序信號，所述第一時序開關(guān)的第一端電性連接至所述第一泵送電容的第一端，所述第一時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第一端； 第二時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第二時序開關(guān)的控制端接收第一時序信號，所述第二時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第二時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第一端； 第三時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第三時序開關(guān)的控制端接收第六時序信號，所述第三時序開關(guān)的第一端電性連接至所述接地端口，所述第三時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第二端； 第四時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第四時序開關(guān)的控制端接收第二時序信號，所述第四時序開關(guān)的第 一端電性連接至所述電源端口，所述第四時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第一端； 第五時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第五時序開關(guān)的控制端接收第七時序信號，所述第五時序開關(guān)的第一端電性連接至所述接地端口，所述第五時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第二端； 第六時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第六時序開關(guān)的控制端接收第二時序信號，所述第六時序開關(guān)的第一端電性連接至所述輸出端口，所述第六時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第一端； 第七時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第七時序開關(guān)的控制端接收第五時序信號，所述第七時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第七時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第一泵送電容的第二端； 第八時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第八時序開關(guān)的控制端接收第一時序信號，所述第八時序開關(guān)的第一端電性連接至所述輸出端口，所述第八時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第一端； 第九時序開關(guān)，包括控制端、第一端與第二端，所述第九時序開關(guān)的控制端接收第四時序信號，所述第九時序開關(guān)的第一端電性連接至所述電源端口，所述第九時序開關(guān)的第二端電性連接至所述第二泵送電容的第二端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電荷泵電路，其特征在于: 所述第一時序信號與所述第二時序信號為第一組兩相非交疊時序信號； 所述第四時序信號與所述第五時序信號為第二組兩相非交疊時序信號； 所述第六時序信號與所述第七時序信號為第三組兩相非交疊時序信號； 所述第三時序信號與第一組兩相非交疊時序信號非交疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電荷泵電路，其特征在于:所述第二組兩相非交疊時序信號的兩個下降沿分別與所述第一組兩相非交疊時序信號的兩個下降沿同步，兩個上升沿分別相對于所述第一組兩相非交疊時序信號的兩個上升沿延遲一定的時間，以將所述第三時序信號的有效相位包含在內(nèi)，所述延遲時間不超過所述第一組兩相非交疊時序信號的非交疊時間。
5.根據(jù)如權(quán)利要求4所述的電荷泵電路，其特征在于:所述第三組兩相非交疊時序信號分別是所述第二組兩相非交疊時序信號的反相信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的電荷泵電路，其特征在于:所述第一泵送電容與所述第二泵送電容相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電荷泵電路，其特征在于:所述電源端口(Vcc)、所述接地端口(GND)與所述輸出端口(Vout)分別為一個或多個。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電荷泵電路，其特征在于:所述第一時序開關(guān)為單個PMOS管或單個NMOS管或者是傳輸門；所述第三時序開關(guān)和第五時序開關(guān)為N型MOS晶體管；所述第二時序開關(guān)、第四時序開關(guān)、第六時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第八時序開關(guān)和第九時序開關(guān)為P型MOS晶體管。
9.一種電荷泵電路的時序控制方法，用于控制如權(quán)利要求1-8所述的電荷泵電路，包括下列過程: 充放電過程，在第N個時序周期中使第一泵送電容作為充電電容，使第二泵送電容作為放電電容對外輸出電壓，在第N+1個時序周期中使第二泵送電容作為充電電容，使第一泵送電容作為放電電容對外輸出電壓，在所述放電電容的第一端放電時，將電源電壓加至所述放電電容的第二端使所述放電電容的第一端得到倍增電壓； 電荷回收過程，在所述第N個時序周 期的放電電容對外輸出后至所述第N+1個時序周期的放電電容對外輸出前，使所述第N個時序周期的放電電容的第二端與所述電源端口導通，使所述第N個時序周期的充電電容的第二端與所述接地端口導通，同時使所述第N個時序周期的放電電容的第一端與所述第N+1個時序周期的放電電容的第一端電性導通，使電荷從所述第N時序周期的放電電容的第一端轉(zhuǎn)移到所述第N+1個時序周期的放電電容的第一端得到回收電壓； 電壓輸出過程，所述回收電壓與所述倍增電壓疊加后由所述第N+1個時序周期的放電電容對外輸出。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電荷泵電路的時序控制方法，其中，所述第一泵送電容的充電過程與所述第二泵送電容的放電過程同時進行；所述第一泵送電容的放電過程與所述第二泵送電容的充放電過程同時進行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電荷泵電路的時序控制方法，其中，所述電荷回收過程在所述第N個時序周期的放電過程之后并且在所述第N+1個時序周期的放電過程之前進行。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電荷泵電路的時序控制方法，其中， 所述充放電過程在第N個時序周期中包括:第一泵送電容的充電過程與第二泵送電容的放電過程，其中在第N個時序周期結(jié)束前提供同時處于有效相位的第一時序信號、第四時序信號與第六時序信號分別使第二時序開關(guān)、第三時序開關(guān)、第八時序開關(guān)、第九時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)；所述電荷回收過程在第N個時序周期中是第一泵送電容的電荷回收過程，其中在所述第一時序信號進入無效相位時，提供處于有效相位的第三時序信號，同時提供處于有效相位的第四時序信號與第六時序信號分別使第一時序開關(guān)、第九時序開關(guān)、第三時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)； 所述電壓輸出過程在第N個時序周期中是第二泵送電容的放電過程； 所述充放電過程在第N+1個時序周期中包括:第一泵送電容的放電過程與第二泵送電容的充電過程，其中在第N+1個時序周期開始時，提供同時處于有效相位的第二時序信號、第五時序信號與第七時序信號分別使第六時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第四時序開關(guān)與第五時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)； 所述電荷回收過程在第N+1個時序周期中是第二泵送電容的電荷回收過程，其中在所述第二時序信號進入無效相位時，再次提供進入有效相位的第三時序信號，同時提供處于有效相位的第五時序信號與第七時序信號分別使第一時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第五時序開關(guān)處于導通狀態(tài)，同時提供處于無效相位的其它時序信號使其它時序開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)； 所述電壓輸出過程在第N+1個時序周期中是第一泵送電容的放電過程。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電荷泵電路的時序控制方法，其中， 所述第一泵送電容的充電過程為:在第二時序開關(guān)與第三時序開關(guān)導通時提供一電源電壓至所述第一泵送電容的第一端同時將第一泵送電容的第二端接地； 所述第一泵送電容的放電過程為:在第六時序開關(guān)與第七時序開關(guān)處于導通時所述第一泵送電容的第一端對外輸出電壓，同時提供一電源電壓至所述第一泵送電容的第二端使其第一端對外輸出電壓； 所述第一泵送電 容的電荷回收過程為:在第一時序開關(guān)、第九時序開關(guān)與第三時序開關(guān)處于導通時將所訴第二泵送電容第一端的電壓回收至所述第一泵送電容的第一端，同時將所述第一泵送電容的第二端接地，提供一電源電壓至所述第二泵送電容的第二端； 所述第二泵送電容的充電過程為:在第四時序開關(guān)與第五時序開關(guān)導通時提供一電源電壓至所述第二泵送電容的第一端同時將第二泵送電容的第二端接地； 所述第二泵送電容的放電過程為:在第八時序開關(guān)與第九時序開關(guān)處于導通時所述第二泵送電容的第一端對外輸出電壓，同時提供一電源電壓至所述第二泵送電容的第二端使其第一端對外輸出電壓； 所述第二泵送電容的電荷回收過程為:在第一時序開關(guān)、第七時序開關(guān)、第五時序開關(guān)處于導通時將所訴第一泵送電容第一端的電壓回收至所述第二泵送電容的第一端，同時將所述第二泵送電容的第二端接地，提供一電源電壓至所述第一泵送電容的第二端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電荷泵電路及其時序控制方法，所述電荷泵電路包括第一泵送電容、第二泵送電容、電源端口(Vcc)、接地端口(GND)、輸出端口(Vout)和多個時序開關(guān)。所述電源端口與所述輸出端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第一泵送電容的第一端，所述電源端口與所述接地端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第一泵送電容的第二端；所述電源端口與所述輸出端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第二泵送電容的第一端，所述電源端口與所述接地端口分別通過時序開關(guān)并聯(lián)于所述第二泵送電容的第二端；所述第一泵送電容的第一端與第二泵送電容的第一端通過時序開關(guān)電性串聯(lián)。本發(fā)明采用兩個泵送電容交替輸出與電荷回收機制降低了電路能耗及輸出紋波。
文檔編號H02M3/07GK103178709SQ20131006095
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月27日
發(fā)明者丁啟源, 趙德林 申請人:格科微電子(上海)有限公司