[發(fā)明專利]電荷泵電路以及升壓電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710187259.1
• 申請(qǐng)日: 2007-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101170275A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許人壽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鈺創(chuàng)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02M3/07
• 分類號(hào): H02M3/07
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 孫皓晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種半導(dǎo)體電壓產(chǎn)生電路，尤指一種使用金氧半晶體管的電壓倍增電路，尚指一種使用半導(dǎo)體集成電路制程制作包含有電荷泵的電壓倍增電路。

背景技術(shù)

近來(lái)，為了通訊與數(shù)據(jù)處理的現(xiàn)代化行動(dòng)儀器或可攜式儀器所開(kāi)發(fā)的電子裝置，具有持續(xù)降低供應(yīng)電壓與使用單一供應(yīng)電壓的強(qiáng)烈趨勢(shì)。時(shí)下大部分使用單一供應(yīng)電源的集成電路(integrated?circuit；IC)需配合芯片內(nèi)建(on-chip)電壓產(chǎn)生器或倍增器電路，用以產(chǎn)生一高在供應(yīng)電源所提供的電壓。通常，這個(gè)被提高的電壓才是IC芯片中部分電路維持正常功能所需的供應(yīng)電壓。舉例來(lái)說(shuō)，各式半導(dǎo)體記憶裝置IC都包含有這一部分的電路，例如隨機(jī)存取內(nèi)存(RAM)電路，或特別的非揮發(fā)性隨機(jī)存取內(nèi)存(NV-RAM)裝置。

請(qǐng)參閱圖1A，是現(xiàn)有三級(jí)(3-stage)設(shè)計(jì)的單反相頻率電壓倍增電路。所述的電路顯示串接的電荷泵(charge?pump；CP)級(jí)，全部使用易于整合的金氧半(MOS)晶體管與MOS電容組件，其中MOS晶體管是以二極管配置連接，而電容也以MOS晶體管實(shí)施。各CP級(jí)是由兩個(gè)串接的電荷轉(zhuǎn)移級(jí)(charge?transfer?stage；CT/CTs)構(gòu)成，例如CTs1?11與CTs2?12。各CT級(jí)是由一二極管式連接的MOS晶體管(例如D1?14a或D2?14b)與一電荷儲(chǔ)存MOS電容(例如C1?13a或C2?13b)所組成。各CT級(jí)具有輸入節(jié)點(diǎn)與輸出節(jié)點(diǎn)，例如CTs1的節(jié)點(diǎn)為N1?24與N2?26，CTs2的節(jié)點(diǎn)為N2與N3?28。上述電路的級(jí)數(shù)為三，是根據(jù)下列定義而來(lái)。舉例來(lái)說(shuō)，CP級(jí)10應(yīng)包含二極管D1與D2與對(duì)應(yīng)的電容C1與C2，稱的為第一級(jí)10。電容C1與C2分別供應(yīng)互補(bǔ)的控制(頻率)信號(hào)到節(jié)點(diǎn)N1與N2，其中所有奇數(shù)(或偶數(shù))CT級(jí)被供以BSTA?25a，而所有偶數(shù)(或奇數(shù))CT級(jí)則被供以BSTB?25b，其中BSTB是與BSTA反相。節(jié)點(diǎn)NVDD?20的輸入供應(yīng)電壓VDD經(jīng)由一輸入隔離二極管DVDD?18輸入連接D1與C1的節(jié)點(diǎn)N1。連接D2的輸出節(jié)點(diǎn)N3最后導(dǎo)向后續(xù)的CP級(jí)，在本例中，只有一個(gè)后續(xù)的CP級(jí)，也即CTs3?17，由MOS電容C3?15與二極管式連接的MOS晶體管D3?16，其中，電容C3供應(yīng)頻率信號(hào)BSTA至二極管D3的一電極。二極管D3的另一電極則供應(yīng)所述的倍增電路的輸出電壓VPP?29至一負(fù)載電容Cload?19，負(fù)載電容Cload的另一端則連接至供應(yīng)電壓VSS?27或接地。另外，對(duì)應(yīng)各二極管與電容接點(diǎn)D1-C1、D2-C2與D3-C3的各節(jié)點(diǎn)24、26與28的電壓則分別標(biāo)示為V1、V2與V3。

圖1B是描述圖1A中電路的反相控制頻率信號(hào)的時(shí)序圖，圖中時(shí)間t為基底顯示互補(bǔ)頻率信號(hào)BSTA與BSTB的電位VBST。圖1C分別描述現(xiàn)有電壓倍增電路在互補(bǔ)頻率信號(hào)BSTA與BSTB驅(qū)動(dòng)運(yùn)作時(shí)，三個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)N1、N2與N3的電壓V1、V2與V3，假設(shè)所有二極管順向電壓降(V.sub.th)相等，忽略所有寄生電容(stray?capacitance)，且輸出節(jié)點(diǎn)29無(wú)輸出負(fù)載電流。圖1A的電路可提供節(jié)點(diǎn)N1一供應(yīng)電壓減臨界電壓的節(jié)點(diǎn)電壓V1(V1＝VDD-V.sub.th)。每一級(jí)可得電壓增量(.DELTA.V)＝VBST；若VBST＝VDD，則電壓增量(.DELTA.V)達(dá)到VDD；得輸出電壓VPP＝V1+3×(.DELTA.V-V.sub.th)＝VDD-V.sub.th+3×(.DELTA.V-V.sub.th)。然而，頻率信號(hào)BSTA與BSTB的振幅VBST、升壓電容C1、C2與C2、寄生電容(Cs)以及負(fù)載電流等，都是限制各升壓級(jí)電壓增益的因素。故在這些限制的下，.DELTA.V為可達(dá)到的電壓增量。前一級(jí)電容的電荷若要完全傳送到后一級(jí)電容，其電壓增量.DELTA.V必須大于晶體管的臨界電壓V.sub.th，也即二極管的順向電壓降。