本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及電荷泵電路及其操作方法。

背景技術(shù)：

電荷泵電路是直流(DC)-(DC)轉(zhuǎn)換器，其生成的電壓電平的電壓高于輸入電源電壓的電壓電平(正電荷泵)或低于參考接地電壓的電壓電平(負(fù)電荷泵)。在一些應(yīng)用中，電荷泵電路包括作為能量存儲元件的電容器和作為存儲器傳輸元件的晶體管。在一些應(yīng)用中，晶體管響應(yīng)于各種控制信號而導(dǎo)通或截止，并且控制信號受到輸入電源電壓和參考接地電壓的電壓電平的限制。而且，通過對電荷泵電路的電容器上的電壓電平的充電和電平移位操作，晶體管的各個漏極/源極端具有上移或下移的電壓。在一些應(yīng)用中，各個上移/下移的電壓的電壓電平超出了輸入電源電壓與參考接地電壓之間的電壓范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種電荷泵電路，包括：子電路，所述子電路為泵級電路或輸出級電路，所述子電路包括：輸入端；輸出端；晶體管，具有與所述輸入端耦合的第一源極/漏極(S/D)端、與所述輸出端耦合的第二S/D端以及柵極端；第一電容性器件，具有與所述晶體管的柵極端耦合的第一端部以及配置為接收第一驅(qū)動信號的第二端部；第一二極管器件，具有與所述晶體管的第二S/D端耦合的陰極以及與所述晶體管的柵極端耦合的陽極；以及第二二極管器件，具有與所述晶體管的柵極端耦合的陰極以及與所述晶體管的第二S/D端耦合的陽極。

在該電荷泵電路中，所述子電路為所述泵級電路，所述子電路還包括：第二電容性器件，具有與所述輸出端耦合的第一端部以及配置為接收第二驅(qū)動信號的第二端部。

該電荷泵電路還包括：控制電路，配置為生成第一控制信號和第二控制信號，其中，所述子電路還包括：第一驅(qū)動器，配置為基于所述第一控制信號來生成所述第一驅(qū)動信號；以及第二驅(qū)動器，配置為基于所述第二控制信號來生成所述第二驅(qū)動信號。

在該電荷泵電路中，所述第一驅(qū)動器配置為使所述第一驅(qū)動信號在與邏輯高值相對應(yīng)的第一電壓電平和與邏輯低值相對應(yīng)的參考電壓電平之間切換；以及所述第二驅(qū)動器配置為使所述第二驅(qū)動信號在與所述邏輯高值相對應(yīng)的第二電壓電平和與所述邏輯低值相對應(yīng)的參考電壓電平之間切換，所述第一電壓電平與所述第二電壓電平不同。

在該電荷泵電路中，所述第一二極管器件具有正向壓降；所述第二二極管器件具有正向壓降；以及所述第一二極管器件的正向壓降大于所述第二二極管器件的正向壓降。

在該電荷泵電路中，所述第一二極管器件包括連接為二極管的X個晶體管，X為大于零的正整數(shù)，并且當(dāng)X大于1時，所述連接為二極管的X個晶體管串聯(lián)連接；以及所述第二二極管器件包括連接為二極管的Y個晶體管，Y為大于零并且小于X的正整數(shù)，并且當(dāng)Y大于1時，所述連接為二極管的Y個晶體管串聯(lián)連接。

在該電荷泵電路中，所述第一二極管器件具有正向壓降；所述晶體管具有閾值電壓；以及所述第一二極管器件的正向壓降大于所述晶體管的閾值電壓。

在該電荷泵電路中，所述晶體管是N型晶體管。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種電荷泵電路，包括：輸入節(jié)點；輸出節(jié)點；N個泵級電路，N為大于零的正整數(shù)，所述N個泵級電路中的每一個泵級電路都包括：輸入端；和輸出端；以及輸出級電路，包括輸入端和輸出端；其中，所述N個泵級電路中的第一泵級電路的輸入端與所述輸入節(jié)點耦合；所述N個泵級電路中的第n個泵級電路的輸出端與所述N 個泵級電路中的第(n+1)個泵級電路的輸入端耦合，n是正整數(shù)并且1≤n≤(N-1)；所述N個泵級電路中的第N個泵級電路的輸出端與所述輸出級電路的輸入端耦合；所述輸出級電路的輸出端與所述輸出節(jié)點耦合；和所述N個泵級電路中的一個還包括：晶體管，所述晶體管具有：第一源極/漏極(S/D)端，與所述N個泵級電路中的一個的輸入節(jié)點耦合；第二S/D端，與所述N個泵級電路中的一個的輸出節(jié)點耦合；以及柵極端；第一電容性器件，具有與所述晶體管的柵極端耦合的第一端部以及配置為接收第一驅(qū)動信號的第二端部；第二電容性器件，具有與所述N個泵級電路中的一個的輸出節(jié)點耦合的第一端部以及配置為接收第二驅(qū)動信號的第二端部；第一二極管器件，具有與所述晶體管的第二S/D端耦合的陰極以及與所述晶體管的柵極端耦合的陽極；以及第二二極管器件，具有與所述晶體管的柵極端耦合的陰極以及與所述晶體管的第二S/D端耦合的陽極。

該電荷泵電路還包括：控制電路，配置為生成多個控制信號，其中，所述N個泵級電路中的一個還包括：第一驅(qū)動器，配置為基于所述多個控制信號中的第一控制信號來生成所述第一驅(qū)動信號；以及第二驅(qū)動器，配置為基于所述多個控制信號中的第二控制信號來生成所述第二驅(qū)動信號。

在該電荷泵電路中，所述第一驅(qū)動器包括第一反相器；以及所述第二驅(qū)動器包括第二反相器。

在該電荷泵電路中，所述第一驅(qū)動器配置為使所述第一驅(qū)動信號在與邏輯高值相對應(yīng)的第一電壓電平和與邏輯低值相對應(yīng)的參考電壓電平之間切換；以及所述第二驅(qū)動器配置為使所述第二驅(qū)動信號在與所述邏輯高值相對應(yīng)的第二電壓電平和與所述邏輯低值相對應(yīng)的參考電壓電平之間切換，所述第一電壓電平與所述第二電壓電平不同。

在該電荷泵電路中，所述第一二極管器件具有正向壓降；所述第二二極管器件具有正向壓降；以及所述第一二極管器件的正向壓降大于所述第二二極管器件的正向壓降。

在該電荷泵電路中，所述第一二極管器件包括連接為二極管的X個晶體管，X為大于零的正整數(shù)，并且當(dāng)X大于1時，所述連接為二極管的X個晶體管串聯(lián)連接；以及所述第二二極管器件包括連接為二極管的Y個晶 體管，Y為大于零并且小于X的正整數(shù)，并且當(dāng)Y大于1時，所述連接為二極管的Y個晶體管串聯(lián)連接。

在該電荷泵電路中，所述第一二極管器件具有正向壓降；所述晶體管具有閾值電壓；以及所述第一二極管器件的正向壓降大于所述晶體管的閾值電壓。

在該電荷泵電路中，所述晶體管是N型晶體管。

在該電荷泵電路中，所述輸入節(jié)點配置為接收參考電壓；以及所述輸出節(jié)點配置為輸出泵電壓，所述泵電壓的電壓電平低于所述參考電壓的電壓電平。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種操作電荷泵電路的泵級電路或輸出級電路的方法，所述方法包括：響應(yīng)于控制信號的第一邏輯值，使電容性器件的第一端部處的電壓電平從第一電壓電平轉(zhuǎn)變至第二電壓電平；響應(yīng)于所述電容性器件的第一端部處的第二電壓電平，使所述電容性器件的第二端部處的電壓電平轉(zhuǎn)變至第三電壓電平，所述電容性器件的第二端部與晶體管的柵極端電耦合；以及當(dāng)所述晶體管導(dǎo)通以及第一二極管器件正向偏置并且導(dǎo)通時，通過所述第一二極管器件調(diào)節(jié)所述晶體管的柵極端與源極/漏極(S/D)端之間的第一電壓差，所述第一二極管器件具有與所述晶體管的柵極端耦合的陽極以及與所述晶體管的S/D端耦合的陰極。

該方法還包括：當(dāng)所述晶體管截止以及第二二極管器件正向偏置并且導(dǎo)通時，通過所述第二二極管器件調(diào)節(jié)所述晶體管的S/D端與柵極端之間的第二電壓差，所述第二二極管器件具有與所述晶體管的S/D端耦合的陽極以及與所述晶體管的柵極端耦合的陰極。

在該方法中，所述第一二極管器件具有正向壓降；所述晶體管具有閾值電壓；以及所述第一二極管器件的正向壓降大于所述晶體管的閾值電壓。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實踐，各種部件沒有被按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或 減少。

圖1是根據(jù)一些實施例的電荷泵電路的功能框圖。

圖2是根據(jù)一些實施例的可用于圖1中的電荷泵電路的泵級(pumping stage)電路的電路示意圖。

圖3是根據(jù)一些實施例的可用于圖1中的電荷泵電路的輸出級電路的電路示意圖。

圖4是根據(jù)一些實施例的可用于圖1中的電荷泵電路的控制電路的電路示意圖。

圖5A和圖5B是根據(jù)一些實施例的可用作圖2中的泵級電路或圖3中的輸出級電路中的二極管器件的兩個示例性二極管器件的電路示意圖。

圖6是根據(jù)一些實施例的結(jié)合圖2至圖4進(jìn)一步示出的圖1中的電荷泵電路的各個節(jié)點上的電壓電平的時序圖。

圖7是根據(jù)一些實施例的操作圖2中的泵級電路的方法的流程圖。

圖8是根據(jù)一些實施例的可用于圖4的控制電路中的信號生成電路的電路示意圖。

具體實施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多不同實施例或?qū)嵗?，用于實現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件形成為直接接觸的實施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發(fā)明可以在多個實例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空間關(guān)系術(shù)語以描述如圖所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語意欲包括使用或操作過程中的器件的不同的方位。裝置可以 以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間相對關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。

根據(jù)一些實施例，電荷泵電路的泵級電路或輸出級電路包括晶體管、與晶體管的柵極端耦合的電容性器件以及晶體管的柵極端與源極/漏極(S/D)端之間的兩個二極管器件。兩個二極管器件以反向并聯(lián)方式耦合。通過兩個二極管器件中的一個所提供的放電路徑以及晶體管的柵極端與驅(qū)動信號之間的DC隔離，柵極端與S/D端之間的電壓差大約保持為兩個二極管器件中的一個的正向壓降。

圖1是根據(jù)一些實施例的電荷泵電路100的功能框圖。電荷泵電路100包括：輸入節(jié)點102；輸出節(jié)點104；參考電壓端106；N個泵級電路110[1]、110[2]和110[N]；輸出級電路120；以及控制電路130。N是等于或大于1的正整數(shù)。作為非限制性的實例，圖1示出了三個泵級電路110[1]、110[2]和110[N](即，N＝3)。泵級電路110[1]、110[2]和110[N]以及輸出級電路120耦合在輸入節(jié)點102與輸出節(jié)點104之間?？刂齐娐?30與輸出節(jié)點104和參考電壓端106耦合，并且被配置為生成用于控制泵級電路110[1]、110[2]和110[N]以及輸出級電路120的操作的多個控制信號SW[1]、SW[2]、SW[N]、SWF、CP[1]、CP[2]和CP[N]。

泵級電路110[1]、110[2]和110[N]中的每一個泵級電路都包括輸入端IN、輸出端OUT以及控制信號端SW和CP。輸出級電路120包括輸入端IN、輸出端OUT和控制信號端SW。第一泵級電路110[1]的輸入端IN與輸入節(jié)點102耦合。第n個泵級電路110[n]的輸出端OUT與第(n+1)個泵級電路110[n+1]的輸入端IN耦合，其中n是正整數(shù)并且1≤n≤(N-1)。第N個泵級電路110[N]的輸出端OUT與輸出級電路120的輸入端IN耦合。輸出級電路120的輸出端OUT與輸出節(jié)點104耦合。

在一些實施例中，泵級電路110[1]、110[2]和110[N]配置為將輸入節(jié)點102處具有電壓電平V_IN的電壓轉(zhuǎn)換為輸出節(jié)點104處的預(yù)定電壓電平V_OUT。在電荷泵電路100的穩(wěn)態(tài)運行期間，并且忽略瞬時過沖或下沖，泵級電路110[1]的輸出端OUT處的電壓電平在V_IN與V₁之間切換；泵級電路110[2]的輸出端OUT處的電壓電平在V₁與V₂之間切換；泵級電路110[N] 的輸入端IN處的電壓電平在V_N-2與V_N-1之間切換；以及泵級電路110[N]的輸出端OUT處的電壓電平在V_N-1與V_OUT之間切換。在一些實施例中，泵級電路110[n]的輸出端OUT上的電壓電平根據(jù)如下等式在V_n-1與V_n之間切換：

ΔV＝V_OUT-V_N； (1)

V₀＝V_N； (2)

V_N＝V_OUT；以及 (3)

V_n＝V_N+n*(ΔV/N)，n是正整數(shù)并且1≤n≤(N-1)(4)

在一些實施例中，電壓電平V_OUT大于電壓電平V_IN，電荷泵電路100用作正電荷泵，因此，ΔV具有正值。在一些實施例中，電壓電平V_OUT小于電壓電平V_IN，電荷泵電路100用作負(fù)電荷泵，因此，ΔV具有負(fù)值。

此外，泵級電路110[1]的控制信號端SW配置為接收控制信號SW[1]；并且泵級電路110[1]的控制信號端CP配置為接收控制信號CP[1]。泵級電路110[2]的控制信號端SW配置為接收控制信號SW[2]；并且泵級電路110[2]的控制信號端CP配置為接收控制信號CP[2]。泵級電路110[N]的控制信號端SW配置為接收控制信號SW[N]；并且泵級電路110[N]的控制信號端CP配置為接收控制信號CP[N]。輸出級電路120的控制信號端SW配置為接收控制信號SWF。還結(jié)合圖2和圖6詳細(xì)描述泵級電路110[1]、110[2]和110[N]以及輸出級電路120響應(yīng)于各個控制信號的示例性實施方式和操作。

控制電路130與輸出節(jié)點104和參考電壓端106耦合，并且被配置為：基于輸出節(jié)點104處的電壓電平V_OUT和參考電壓端106處的參考電壓電平V_REF，生成多個控制信號SW[1]、SW[2]、SW[N]、SWF、CP[1]、CP[2]和CP[N]。在一些實施例中，信號SW[n]和對應(yīng)的信號CP[n]具有相同的波形。在一些實施例中，信號SW[n]具有的電壓電平脈沖寬度(對應(yīng)于邏輯高值)不同于對應(yīng)的信號CP[n]的電壓電平脈沖寬度。

在一些實施例中，所有奇數(shù)信號SW[n]都具有相同的第一波形，并且所有偶數(shù)信號SW[n]都具有相同的第二波形。在一些實施例中，第一波形和第二波形不同時為與邏輯高值相對應(yīng)的電壓電平，因此，奇數(shù)信號SW[n] 和偶數(shù)信號SW[n]被稱為非重疊信號。在一些實施例中，所有奇數(shù)信號CP[n]都具有相同的第三波形，并且所有偶數(shù)信號CP[n]都具有相同的第四波形。在一些實施例中，第三波形和第四波形不同時為與邏輯高相對應(yīng)的電壓電平，因此，奇數(shù)信號CP[n]和偶數(shù)信號CP[n]被稱為非重疊信號。

還結(jié)合圖4詳細(xì)描述控制電路130的示例性實施方式和操作。

圖2是根據(jù)一些實施例的可用于圖1中的電荷泵電路100的泵級電路200的電路示意圖。在一些實施例中，泵級電路200可用作泵級電路110[1]、110[2]和110[N]中的任何一個或所有的泵級電路。

泵級電路200包括輸入端IN、輸出端OUT以及控制信號端SW和CP，其分別對應(yīng)于圖1中的泵級電路110[1]、110[2]或110[N]的端IN、OUT、SW和CP。為了說明，輸入端IN具有電壓V_S，并且輸出端OUT具有電壓V_D。控制信號端SW配置為接收控制信號S₁，該控制信號對應(yīng)于控制信號SW[1]、SW[2]或SW[N]?？刂菩盘柖薈P配置為接收控制信號S₂，該控制信號對應(yīng)于控制信號CP[1]、CP[2]或CP[N]。

泵級電路200包括晶體管210、第一電容性器件222、第二電容性器件224、第一二極管器件232、第二二極管器件234、第一驅(qū)動器242以及第二驅(qū)動器244。

晶體管210是N型晶體管并且用作開關(guān)器件。在一些實施例中，晶體管210被實施為P型晶體管或其他可適用的開關(guān)器件。晶體管210包括柵極端212、第一S/D端214以及第二S/D端216。第一S/D端214與輸入端IN耦合。第二S/D端216與輸出端OUT耦合。柵極端212具有電壓V_G。

第一電容性器件222具有與晶體管210的柵極端212耦合的第一端部以及配置為接收驅(qū)動信號S₃的第二端部。第二電容性器件224具有與輸出端OUT耦合的第一端部以及配置為接收驅(qū)動信號S₄的第二端部。第一二極管器件232具有與晶體管210的第二S/D端216耦合的陰極以及與晶體管210的柵極端212耦合的陽極。第二二極管器件234具有與晶體管210的柵極端212耦合的陰極以及與晶體管210的第二S/D端216耦合的陽極。

第一驅(qū)動器242配置為：基于控制信號S₁生成驅(qū)動信號S₃。第二驅(qū)動器244配置為：基于控制信號S₂生成驅(qū)動信號S₄。第一驅(qū)動器242是反相 器，其具有與控制信號端SW耦合的輸入端以及與電容性器件222的第二端部耦合的輸出端。第二驅(qū)動器244是反相器，其具有與控制信號端CP耦合的輸入端以及與電容性器件224的第二端部耦合的輸出端。在一些實施例中，第一驅(qū)動器242和第二驅(qū)動器244被實施為以下器件的一種或以下器件組合：反相器、緩沖器、電平變換器或其他合適的器件。在一些實施例中，信號S₁、S₂、S₃和S₄中的每一個信號都在與邏輯高值相對應(yīng)的第一電壓電平(此后稱為“第一邏輯高電平”)和與邏輯低值相對應(yīng)的參考接地電壓電平(此后稱為“邏輯低電平”)之間切換。在一些實施例中，信號S₃和S₄中的每一個信號都在第一邏輯高電平與邏輯低電平之間切換，并且信號S₁和S₂中的每一個信號都在與邏輯高值相對應(yīng)的第二電壓電平(此后稱為“第二邏輯高電平”)和邏輯低電平之間切換。在一些實施例中，第二邏輯高電平大于第一邏輯高電平。

在二極管器件正向偏置并且導(dǎo)通時，二極管器件具有在其陽極與陰極之間的正向壓降。在一些實施例中，第一二極管器件232具有正向壓降V_FB1，第二二極管器件234具有正向壓降V_FB2，并且正向壓降V_FB1大于正向壓降V_FB2。而且，晶體管210具有柵極端212與S/D端216之間的閾值電壓V_TH。在一些實施例中，正向壓降V_FB1大于晶體管210的閾值電壓V_TH。

在一些實施例中，二極管232配置為：當(dāng)二極管器件232正向偏置并且導(dǎo)通時，提供柵極端212與S/D端216之間的放電路徑，以使電壓V_G與電壓V_D之間的電壓差降低至不大于二極管器件232的正向壓降V_FB1。在一些實施例中，二極管234配置為：當(dāng)二極管器件234正向偏置并且導(dǎo)通時，提供柵極端212與S/D端216之間的放電路徑，以將電壓V_G與電壓V_D之間的電壓差限定為不大于二極管器件234的正向壓降V_FB2。在一些實施例中，當(dāng)電壓V_G與電壓V_D響應(yīng)于信號S₃和S₄的轉(zhuǎn)變以及通過電容性器件222和224的操作而進(jìn)行切換時，二極管器件232和234還提供導(dǎo)電路徑以降低電壓V_G與電壓V_D的峰值電壓電平。

在操作中，二極管器件232和234由此用于保證電容器222上的DC值處于正確的范圍中以使晶體管210導(dǎo)通或截止。

在一些實施例中，二極管器件232包括串聯(lián)的一個或多個二極管，并 且二極管器件232的正向壓降V_FB1為串聯(lián)二極管中的每一個二極管的正向壓降之和。在一些實施例中，二極管器件234包括串聯(lián)的一個或多個二極管，并且二極管器件234的正向壓降V_FB2為串聯(lián)二極管中的每一個二極管的正向壓降之和。

在操作中，電容性器件222對驅(qū)動信號S₃進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，從而不需要生成具有大電壓擺幅的控制信號。該部件簡化了電路設(shè)計并且使得在不需要與高電壓容量相關(guān)的成本的情況下實施電荷泵成為可能。結(jié)合圖6示出泵級電路200的各個組件的具體操作。

圖3是根據(jù)一些實施例的可用于圖1中的電荷泵電路100的輸出級電路300的電路示意圖。圖3中的與圖2中的組件相同或類似的組件具有相同的參考標(biāo)號，因此省略其詳細(xì)描述。

與泵級電路200相比，輸出級電路300不具有控制信號端CP和驅(qū)動器244。電容性器件224耦合在輸出端與電源參考端310之間。在一些實施例中，電源參考端310具有與參考接地電壓電平或0V電平相對應(yīng)的電壓電平。在一些實施例中，電源參考端310具有與邏輯低電平相同的電壓電平。

在操作中，輸出級電路300在電容性器件224處存儲和保持來自先前泵級電路的電荷以及在輸出端OUT處輸出具有預(yù)定的泵電壓電平(pumped voltage level)的電壓。輸出級電路300中的電容性器件224的電容值設(shè)置為足夠大以在允許預(yù)定的電流輸出至外部電路的同時基本保持預(yù)定的泵電壓電平。

圖4是根據(jù)一些實施例的可用于圖1中的電荷泵電路100的控制電路400的電路示意圖。

控制電路400包括反饋電壓端402、參考電壓端404、電源電壓端408、電阻性器件412和414、比較器420、信號生成電路430以及多條控制線440。在一些實施例中，控制電路400包括時鐘端406。

反饋電壓端402與電荷泵電路100的輸出節(jié)點104耦合。參考電壓端404配置為接收具有參考電壓電平V_REF的參考電壓。電源電壓端408配置為承載具有電源電壓電平的電壓。在一些實施例中，電源電壓電平與第一邏輯高電平或第二邏輯高電平相同。電阻性器件412和414串聯(lián)耦合在電 源電壓端408與反饋電壓端402之間。電阻性器件412和414配置為分壓器，以將輸出節(jié)點104上的電壓轉(zhuǎn)換為反饋電壓，該反饋電壓具有可與參考電壓電平V_REF相比較的電壓電平V_FB。

比較器420包括第一輸入端422、第二輸入端424以及輸出端426。第一輸入端422配置為接收參考電壓(具有參考電壓電平V_REF)。第二輸入端424配置為接收反饋電壓(具有反饋電壓電平V_FB)。比較器420比較參考電壓電平V_REF與反饋電壓電平V_FB的值并且在輸出端426處生成比較結(jié)果。

信號生成電路430與比較器420的輸出端426耦合并且與時鐘端406(如果存在)耦合。信號生成電路430還通過多條控制線440與泵級電路110[1]、110[2]和110[N]以及輸出級電路120耦合。信號生成電路430配置為接收比較器420的輸出端426處的比較結(jié)果和來自時鐘端406的時鐘信號CLK，并且在多條控制線440上生成控制信號SW[1]、SW[2]、SW[N]、SWF、CP[1]、CP[2]和CP[N]。在一些實施例中，信號生成電路430還配置為接收來自時鐘端406的時鐘信號CLK。

控制電路400是非限制性的實例?？捎糜谏煽刂菩盘朣W[1]、SW[2]、SW[N]、SWF、CP[1]、CP[2]和CP[N]的其他類型的控制電路都在本發(fā)明的各個實施例的范圍內(nèi)，從而基于這些信號的脈沖寬度、頻率或幅值信息來控制電荷泵電路100。

圖8是根據(jù)一些實施例的可用作圖4的控制電路中的信號生成電路430的示例性信號生成電路800的電路示意圖。

信號生成電路800包括D觸發(fā)器(DFF)802、與門804和雙相非重疊時鐘發(fā)生器808。DFF 802包括時鐘輸入端806和比較器輸入端826。雙相非重疊時鐘發(fā)生器808包括第一輸出端810和第二輸出端812。

DFF 802配置為在時鐘輸入端806處接收時鐘信號CLK以及在邏輯輸入端826處接收比較器輸出，例如，輸出端426處的比較結(jié)果。DFF 802基于時鐘信號CLK對比較器輸出進(jìn)行采樣并且輸出采樣的比較器輸出。

與門804配置為接收來自DFF 802的采樣的比較器輸出和時鐘信號CLK，并且向雙相非重疊時鐘發(fā)生器808提供門控輸出。響應(yīng)于采樣的比 較器輸出的邏輯高電平，與門804配置為輸出門控時鐘信號。響應(yīng)于采樣的比較器輸出的邏輯低電平，與門804配置為輸出邏輯低電平。

雙相非重疊時鐘發(fā)生器808配置為接收來自與門804的門控時鐘信號，并且作為響應(yīng)，在第一輸出端810處創(chuàng)建第一脈沖信號A，并且在第二輸出端812處創(chuàng)建第二脈沖信號B。在一些實施例中，第一脈沖信號A和第二脈沖信號B用作電荷泵控制信號SW[i]和CP[i]。在一些實施例中，第一輸出端810和第二輸出端812與多條控制線440耦合。

在一些實施例中，第一脈沖信號A用作i為偶數(shù)值的電荷泵控制信號SW[i]，并且第二脈沖信號B用作i為奇數(shù)值的電荷泵控制信號SW[i]。

在一些實施例中，第一脈沖信號A用作i為奇數(shù)值的電荷泵控制信號CP[i]，并且第二脈沖信號B用作i為偶數(shù)值的電荷泵控制信號CP[i]。

在操作中，當(dāng)反饋電壓電平V_FB高于參考電壓電平V_REF時，信號生成電路800通過生成第一脈沖信號A和第二脈沖信號B來響應(yīng)于比較器輸出，并且當(dāng)反饋電壓電平V_FB低于參考電壓電平V_REF時，該信號生成電路800通過不生成第一脈沖信號A和第二脈沖信號B來響應(yīng)于比較器輸出。

信號生成電路800是非限制性的實例?？捎糜谏煽刂菩盘朣W[1]、SW[2]、SW[N]、SWF、CP[1]、CP[2]和CP[N]以控制電荷泵電路100的其他類型的信號生成電路(包括不具有時鐘信號輸入的信號生成電路)都在本發(fā)明的各個實施例的范圍內(nèi)。

圖5A是根據(jù)一些實施例的可用作圖2的泵級電路200或圖3的輸出級電路300中的二極管器件232或234的示例性二極管器件500A的電路示意圖。

二極管器件500A包括陽極端502、陰極端504以及在陽極端502與陰極端504之間的連接為二極管的J個P型晶體管510[1]至510[J]。J是大于零的正整數(shù)。當(dāng)J大于1時，P型晶體管510[1]至510[J]串聯(lián)耦合。為了使用基于二極管器件500A的配置實施二極管器件232和二極管器件234，二極管器件232配置為具有連接為二極管的X個(J＝X)晶體管510[1]至510[X]，并且二極管器件234配置為具有連接為二極管的Y個(J＝Y(jié))晶體管510[1]至510[Y]，其中X和Y是正整數(shù)。在一些實施例中，二極管器 件232的正向壓降V_FB1大于二極管器件234的正向壓降V_FB2。因此，將Y設(shè)置為小于X。

圖5B是根據(jù)一些實施例的可用作圖2的泵級電路200或圖3的輸出級電路300中的二極管器件232或234的另一示例性二極管器件500B的電路示意圖。圖5B中的與圖5A中的組件相同或類似的組件具有相同的參考標(biāo)號，因此省略其詳細(xì)描述。

二極管器件500B包括在陽極端502與陰極端504之間的連接為二極管的K個N型晶體管520[1]至520[K]。K是大于零的正整數(shù)。當(dāng)K大于1時，N型晶體管520[1]至520[K]串聯(lián)耦合。為了使用基于二極管器件500B的配置實施二極管器件232和二極管器件234，二極管器件232配置為具有連接為二極管的X個(K＝X)晶體管520[1]至520[X]，并且二極管器件234配置為具有連接為二極管的Y個(K＝Y(jié))晶體管520[1]至520[Y]，其中X和Y是正整數(shù)。在一些實施例中，二極管器件232具有的正向壓降V_FB1大于二極管器件234的正向壓降V_FB2。因此，將Y設(shè)置為小于X。

在一些實施例中，基于二極管器件500A的配置來實施二極管器件232和二極管器件234中的一個，并且基于二極管器件500B的配置來實施二極管器件232和二極管器件234中的另一個。在一些實施例中，以與二極管器件500A和二極管器件500B不同的其他類型的二極管器件來實施二極管器件232或二極管器件234。

圖6是根據(jù)一些實施例的結(jié)合圖2至圖4進(jìn)一步示出的圖1中的電荷泵電路100的各個節(jié)點處的電壓電平的時序圖。

在圖6示出的實例中，泵級電路的數(shù)量(即，圖1中的數(shù)字N)設(shè)置為2，并且電荷泵電路配置為負(fù)電荷泵。電壓電平V_IN設(shè)置為0V，并且電壓電平V_OUT設(shè)置為-2.2V。結(jié)合圖1至圖4示出的電荷泵電路還用作正電荷泵。電荷泵電路100的不同的配置和設(shè)置都在本發(fā)明的各個實施例的范圍內(nèi)。

波形602對應(yīng)于第一泵級電路110[1]的信號S₁的電壓電平。波形604對應(yīng)于第一泵級電路110[1]的信號S₂的電壓電平。波形612對應(yīng)于第一泵級電路110[1]的電壓V_D的電壓電平。波形614對應(yīng)于第一泵級電路110[1] 的電壓V_G的電壓電平。波形622對應(yīng)于第二泵級電路110[2]的電壓V_D的電壓電平。波形632對應(yīng)于輸出級電路120的電壓V_D的電壓電平。

如果未以其他方式具體指出，那么以下說明主要基于使用來自圖2中的泵級電路200的參考標(biāo)號的第一泵級電路110[1]的操作。第二泵級電路110[2]和輸出級電路120的晶體管210和電容性器件222的操作與第一泵級電路110[1]的晶體管210和電容性器件222的操作類似。第二泵級電路110[2]的電容性器件224的操作與第一泵級電路110[1]的電容性器件224的操作類似。因此省略其具體描述。

在該實施例中，信號S₁、S₂、S₃和S₄中的每一個信號都具有1.8伏特(V)的邏輯高電平和0.0V的邏輯低電平。在一些實施例中，信號S₁和S₃中的每一個信號都具有與信號S₂和S₄的邏輯高電平不同的邏輯高電平。在一些實施例中，信號S₁和S₃中的每一個信號都具有2.5V的邏輯高電平，并且信號S₂和S₄中的每一個信號都具有1.8V的邏輯高電平。

在時間T₁之前的電荷泵電路100的穩(wěn)態(tài)運行期間，第一泵級電路110[1]的信號S₁(波形602)和信號S₂(波形604)為邏輯低電平。因此，第一泵級電路110[1]的信號S3(未示出)和信號S4(未示出)為高電平信號。在該實例中，第一泵級電路110[1]的電壓V_D處于來自電源或先前泵級電路的輸入電壓電平處，諸如用于第一泵級電路110[1]的0.0V。而且，在該實例中，第一泵級電路110[1]的電壓V_G的電壓電平等于輸入電壓電平加與二極管器件232的正向壓降V_FB1(諸如V_FB1)相加之和。因為正向壓降V_FB1設(shè)置為大于晶體管210的閾值電壓V_TH，所以晶體管210導(dǎo)通以將輸入電壓電平(如，在該實例中為0.0V)變化至電壓V_D。

在時間T₁處，信號S₁(波形602)從低邏輯電平轉(zhuǎn)變至高邏輯電平。信號S₂(波形604)仍處于低邏輯電平。因此，信號S₃(未示出)從高邏輯電平轉(zhuǎn)變至低邏輯電平，而信號S₄(未示出)仍為高電平信號。通過第一泵級電路110[1]的電容性器件222的操作，在時間T₁處，第一泵級電路110[1]的電壓V_G(波形614)被拉低大約1.8V。同時，第一泵級電路110[1]的二極管器件234還提供放電路徑以將電壓V_G(波形614)和電壓V_D(波形612)拉至彼此靠近。作為這些對立的拉力的結(jié)果，在時間T₁處，電壓 V_G(波形614)從電壓電平V_FB1轉(zhuǎn)變至比電壓電平V_FB1減1.8V之后的電壓電平高幾百毫伏(mV)的電壓電平。晶體管210的柵極端與晶體管210的S/D端之間的電壓差不足以使晶體管210導(dǎo)通。電壓V_D(波形612)仍處于0.0V。因此，晶體管210截止。

在時間T₁之后但是在時間T₂之前，通過二極管器件234將電壓V_G(波形614)和電壓V_D(波形612)拉至彼此靠近。晶體管210仍截止。在一些實施例中，時間T₁與時間T₂之間的時間段被設(shè)置為不足以將電壓V_G拉至足夠大以使晶體管210在時間T₂處導(dǎo)通。在一些實施例中，時間T₁與時間T₂之間的時間段足夠小，使得電壓V_G(波形614)的電壓電平或電壓V_D(波形612)的電壓電平小于100mV。

在時間T₂處，信號S₂(波形604)從低邏輯電平轉(zhuǎn)變至高邏輯電平。信號S₁(波形602)仍處于高邏輯電平。因此，信號S₄(未示出)從高邏輯電平轉(zhuǎn)變至低邏輯電平，而信號S₃(未示出)仍為低電平信號。通過電容性器件224的操作，在時間T₂處，電壓V_D(波形612)被拉低大約1.8V。同時，在該實例中，通過電容性器件224與下一泵級電路的另一電容性器件(如，第二泵級電路110[2]的電容性器件224)或?qū)?yīng)的輸出級電路120的另一電容性器件(如，輸出級電路120的電容性器件224)之間共用的電荷，電壓V_D也被拉至該泵級的穩(wěn)態(tài)輸出電壓電平，諸如，-1.1V。在一些實施例中，還通過調(diào)節(jié)控制信號SW[1]、SW[2]、SW[N]、SWF、CP[1]、CP[2]和CP[N]的頻率和/或通過調(diào)節(jié)信號S₄的電壓電平來控制共用的電荷。在二極管器件234從導(dǎo)通變?yōu)榉聪蚱脮r的時間T₂處，電壓V_G(波形614)被稍微下拉。結(jié)果，在時間T₂處，電壓V_D(波形612)從0.0V轉(zhuǎn)變至比-1.8V的電壓電平高幾百mV的電壓電平。晶體管210仍截止。

在時間T₂之后但在時間T₃之前，在二極管器件232和234截止之后而達(dá)到其電荷平衡狀態(tài)之后，電壓V_G(波形614)仍處于的大約相同的電壓電平處。電壓V_D(波形612)被下拉，然后仍處于穩(wěn)態(tài)輸出電壓電平(如，在該實例中為-1.1V)。在該實例中，V_G的電壓電平大于V_D的電壓電平，但是它們之間的電壓差不足以使晶體管210導(dǎo)通。晶體管210仍截止。

在時間T₃處，信號S₂(波形604)從高邏輯電平轉(zhuǎn)變至低邏輯電平。 信號S₁(波形602)仍處于高邏輯電平。因此，信號S₄(未示出)從低邏輯電平轉(zhuǎn)變至高邏輯電平，而信號S₃(未示出)仍為低電平信號。通過電容性器件224的操作，在時間T₃處，電壓V_D(波形612)被上拉大約1.8V。同時，二極管器件234還提供放電路徑以將電壓V_G(波形614)和電壓V_D(波形612)拉至彼此靠近。結(jié)果，在時間T₃處，電壓V_D(波形612)從穩(wěn)態(tài)輸出電壓電平(如，在該實例中為-1.1V)轉(zhuǎn)變至比0.7V的電壓電平高幾百mV的電壓電平(即，-1.1V加1.8V)。晶體管210的柵極端與晶體管210的S/D端之間的電壓差不足以使晶體管210導(dǎo)通。晶體管210仍截止。

在時間T₃之后但是在時間T₄之前，通過二極管器件234將電壓V_G(波形614)和電壓V_D(波形612)拉至彼此靠近。晶體管210仍截止。在一些實施例中，時間T₃與時間T₄之間的時間段足夠小，使得電壓V_G(波形314)的電壓電平或電壓V_D(波形612)的電壓電平小于100mV。

在時間T₄處，信號S₁(波形602)從高邏輯電平轉(zhuǎn)變至低邏輯電平。信號S₂(波形604)仍處于低邏輯電平。因此，信號S₃(未示出)從低邏輯電平轉(zhuǎn)變至高邏輯電平，而信號S₄(未示出)仍為高電平信號。通過電容性器件222的操作，在時間T₄處，電壓V_G(波形614)被上拉大約1.8V。同時，二極管器件232還提供放電路徑以將電壓V_G(波形614)拉至靠近電壓V_D。結(jié)果，在時間T₄處，電壓V_G(波形614)轉(zhuǎn)變至比電壓電平V_FB1高幾百mV的電壓電平。晶體管210的柵極端與S/D端216之間的電壓差足以使晶體管210導(dǎo)通。

在時間T₄之后但在時間T₅之前，電壓V_D(波形612)被下拉，然后仍處于穩(wěn)態(tài)輸入電壓電平(如，在該實例中為0V)，并且電壓V_G(波形614)被下拉，然后仍處于二極管器件232的正向壓降V_FB1與穩(wěn)態(tài)輸入電壓電平相加之和處。晶體管210仍導(dǎo)通。

在時間T₅處，開始泵級電路200的下一操作循環(huán)。時間T₅對應(yīng)于下一操作循環(huán)的時間T₁。

除了該第二泵級電路的對應(yīng)的控制信號是與第一泵級電路110[1]的控制信號不重疊的信號之外，以與第一泵級電路110[1]類似的方式操作第二 泵級電路110[2]。結(jié)果，泵級電路110[2]的電壓V_D(波形622)在時間T₁至?xí)r間T₄期間處于-1.1V，并且在時間T₄至?xí)r間T₅期間被泵送(pump)至-2.2V。輸出級電路120的晶體管210以與第一輸入級110[1]的晶體管210類似的方式工作。輸出級電路120的電容性器件224配置為：當(dāng)輸出級電路120的晶體管210在時間T₁至?xí)r間T₄期間截止時，將電壓V_D的電壓電平保持在-2.2V處。輸出級電路120的電容性器件224還配置為：當(dāng)輸出級電路120的晶體管210在時間T₄至?xí)r間T₅期間導(dǎo)通時，接收來自第二泵級電路110[2]的電容性器件224的電荷。結(jié)果，輸出級電路120的電壓V_D仍保持在-2.2V處。

如圖6和圖2所示，通過由二極管器件232提供的放電路徑以及晶體管210的柵極端212與驅(qū)動器242的輸出端(即，信號S₃)之間的DC隔離，在晶體管210導(dǎo)通時，柵極端212與S/D端216之間的電壓差以及柵極端212與S/D端214之間的電壓差大約保持為二極管器件232的正向壓降V_FB1。在一些實施例中，二極管器件232的正向壓降V_FB1設(shè)置為小于邏輯高電平(諸如在該實例中為1.8V)。對于電荷泵電路100的后級的泵級電路或輸出級電路120，不管對應(yīng)的輸入電壓電平或泵送電壓電平如何，因此，與晶體管210相對應(yīng)的晶體管都具有通過二極管器件232的正向壓降V_FB1調(diào)節(jié)的柵極端-S/D端電壓，其小于晶體管210導(dǎo)通時的邏輯高電平。

圖7是根據(jù)一些實施例的操作圖2中的泵級電路的方法700的流程圖。結(jié)合圖2所示的實例來說明圖7。應(yīng)該理解，可以在圖7中示出的方法700之前、期間和/或之后執(zhí)行附加的操作，因此本文僅簡要描述一些其他的處理。

方法700開始于操作710，其中響應(yīng)于控制信號的第一邏輯值，使電容性器件的第一端部處的電壓電平(諸如驅(qū)動器242與電容性器件222之間的信號S₃)從第一電壓電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙妷弘娖?。在一些實施例中，第一電壓電平對?yīng)于邏輯低電平，第二電壓電平對應(yīng)于邏輯高電平，控制信號對應(yīng)于信號S₁，以及第一邏輯值對應(yīng)于邏輯低值。

方法700進(jìn)行至操作720，其中，響應(yīng)于電容性器件的第一端部處的第二電壓電平，使電容性器件222的第二端部處的電壓電平(諸如電壓V_G) 轉(zhuǎn)變至第三電壓電平。電容性器件222的第二端部與晶體管210的柵極端212電耦合。

在一些實施例中，操作710和720對應(yīng)于圖6的時序圖中的時間T₄處的信號轉(zhuǎn)變。

方法700進(jìn)行至操作730，其中，當(dāng)晶體管210導(dǎo)通以及第一二極管器件232正向偏置并且導(dǎo)通時，通過第一二極管器件(諸如二極管器件232)來調(diào)節(jié)晶體管210的柵極端232與源極/漏極(S/D)端216之間的第一電壓差。第一二極管器件232具有與晶體管210的柵極端212耦合的陽極以及與晶體管210的S/D端216耦合的陰極。在一些實施例中，操作730對應(yīng)于圖6的時序圖中的從時間T₄至?xí)r間T₅的信號轉(zhuǎn)變。

方法700進(jìn)行至操作740，其中，響應(yīng)于控制信號的第二邏輯值，使電容性器件222的第一端部處的電壓電平(諸如信號S₃)從第二電壓電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝浑妷弘娖?。在一些實施例中，第二邏輯值對?yīng)于邏輯高值。結(jié)果，使電壓V_G轉(zhuǎn)變至不足以使晶體管210導(dǎo)通的第四電壓電平。在一些實施例中，操作740對應(yīng)于圖6的時序圖中的時間T₁處的信號轉(zhuǎn)變。

方法700進(jìn)行至操作750，其中，當(dāng)晶體管201導(dǎo)通以及第二二極管器件234正向偏置并且導(dǎo)通時，通過第二二極管器件(諸如二極管器件234)來調(diào)節(jié)晶體管210的S/D端216與晶體管210的柵極端212之間的第二電壓差。第二二極管器件234具有與晶體管210的S/D端216耦合的陽極以及與晶體管210的柵極端212耦合的陰極。在一些實施例中，操作750對應(yīng)于圖6的時序圖中的從時間T₁至?xí)r間T₂和/或從時間T₃至?xí)r間T₄的信號轉(zhuǎn)變。

在一些實施例中，第一二極管器件232具有正向壓降V_FB1，第二二極管器件234具有正向壓降V_FB2，并且正向壓降V_FB1大于正向壓降V_FB2。而且，晶體管210具有柵極端212與S/D端216之間的閾值電壓V_TH。在一些實施例中，正向壓降V_FB1大于晶體管210的閾值電壓V_TH。

在一些實施例中，操作710至750可適用于操作圖3中的輸出級電路300的方法。

方法700進(jìn)行至操作760，其中，響應(yīng)于另一控制信號(諸如控制信 號S₂)，晶體管210的S/D端216處的電壓電平被泵至至預(yù)定的泵電壓電平。在一些實施例中，操作760對應(yīng)于圖6的時序圖中的從時間T₂至?xí)r間T₃的信號轉(zhuǎn)變。

根據(jù)一個實施例，電荷泵電路包括子電路，該子電路是泵級電路或輸出級電路。子電路包括輸入端、輸出端、晶體管、第一電容性器件、第一二極管器件和第二二極管器件。晶體管具有與輸入端耦合的第一源極/漏極(S/D)端、與輸出端耦合的第二S/D端以及柵極端。第一電容性器件具有與晶體管的柵極端耦合的第一端部以及配置為接收第一驅(qū)動信號的第二端部。第一二極管器件具有與晶體管的第二S/D端耦合的陰極以及與晶體管的柵極端耦合的陽極。第二二極管器件具有與晶體管的柵極端耦合的陰極以及與晶體管的第二S/D端耦合的陽極。

根據(jù)另一實施例，電荷泵電路包括輸入節(jié)點、輸出節(jié)點、N個泵級電路以及輸出級電路。N是大于零的正整數(shù)。N個泵級電路中的每一個泵級電路都包括輸入端和輸出端。輸出級電路包括輸入端和輸出端。N個泵級電路中的第一泵級電路的輸入端與輸入節(jié)點耦合。N個泵級電路中的第n個泵級電路的輸出端與N個泵級電路中的第(n+1)個泵級電路的輸入端耦合，其中n是正整數(shù)并且1≤n≤(N-1)。N個泵級電路中的第N個泵級電路的輸出端與輸出級電路的輸入端耦合。輸出級電路的輸出端與輸出節(jié)點耦合。N個泵級電路中的一個還包括晶體管、第一電容性器件、第二電容性器件、第一二極管器件以及第二二極管器件。晶體管具有：第一源極/漏極(S/D)端，與N個泵級電路中的一個的輸入節(jié)點耦合；第二S/D端，與N個泵級電路中的一個的輸出節(jié)點耦合；以及柵極端。第一電容性器件具有與晶體管的柵極端耦合的第一端部以及配置為接收第一驅(qū)動信號的第二端部。第二電容性器件具有與N個泵級電路中的一個的輸出節(jié)點耦合的第一端部以及配置為接收第二驅(qū)動信號的第二端部。第一二極管器件具有與晶體管的第二S/D端耦合的陰極以及與晶體管的柵極端耦合的陽極。第二二極管器件具有與晶體管的柵極端耦合的陰極以及與晶體管的第二S/D端耦合的陽極。

根據(jù)另一實施例，公開了一種操作電荷泵電路的泵級電路或輸出級電 路的方法。方法包括：響應(yīng)于控制信號的第一邏輯值，使電容性器件的第一端部處的電壓電平從第一電壓電平轉(zhuǎn)變至第二電壓電平。方法還包括：響應(yīng)于電容性器件的第一端部上的第二電壓電平，使電容性器件的第二端部處的電壓電平轉(zhuǎn)變至第三電壓電平，電容性器件的第二端部與晶體管的柵極端電耦合；和當(dāng)晶體管導(dǎo)通以及第一二極管器件正向偏置并且導(dǎo)通時，通過第一二極管器件調(diào)節(jié)晶體管的柵極端與源極/漏極(S/D)端之間的第一電壓差。第一二極管器件具有與晶體管的柵極端耦合的陽極以及與晶體管的S/D端耦合的陰極。

上面論述了若干實施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。