[發(fā)明專利]電荷泵

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910057584.5
• 申請(qǐng)日: 2009-07-09
• 公開（公告）號(hào): CN101943927A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華虹NEC電子有限公司
• 主分類號(hào): G05F3/08
• 分類號(hào): G05F3/08;H03L7/00
• 代理公司: 上海浦一知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31211
• 代理人: 王江富

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種電荷泵。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的電荷泵(charge?pump)如圖1所示，包括m級(jí)升壓電路和電壓鉗位電路，m級(jí)升壓電路的1～m級(jí)的時(shí)鐘采用同一時(shí)鐘CLK，同一時(shí)鐘CLK驅(qū)動(dòng)m級(jí)升壓電路的各級(jí)進(jìn)行工作，將輸出電壓Vpph逐漸抬升，當(dāng)輸出電壓Vpph達(dá)到電壓鉗位電路的鉗位高電壓時(shí)，也即電荷泵啟動(dòng)完成時(shí)，m級(jí)升壓電路使能信號(hào)pump_en就從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩鴮級(jí)升壓電路關(guān)閉，當(dāng)輸出電壓Vpph由于漏電等原因降到低于電壓鉗位電路的鉗位低電壓時(shí)，m級(jí)升壓電路使能信號(hào)pump_en從低電平變成高電平，m級(jí)升壓電路再次啟動(dòng)，如此循環(huán)可以將輸出電壓Vpph維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的高壓上。電荷泵啟動(dòng)時(shí)消耗的電流主要和m級(jí)升壓電路的時(shí)鐘頻率、級(jí)數(shù)和每一級(jí)的電容大小有關(guān)系，在啟動(dòng)階段由于m級(jí)升壓電路各級(jí)的電容上面都沒有電荷，需要對(duì)所有的電容進(jìn)行充電，所以啟動(dòng)電流會(huì)很大。

在現(xiàn)代工業(yè)中，電荷泵在射頻卡中的應(yīng)用越來(lái)越多，射頻卡的能量是通過電感耦合得到的，功率(P)＝電流(I)*電源電壓(VDD)，由于P是恒定的，如果I過大的話則VDD必然降低，導(dǎo)致芯片內(nèi)其它電路不能正常工作。傳統(tǒng)的電荷泵由于會(huì)在啟動(dòng)階段產(chǎn)生較大的電流，所以不能用在一些對(duì)瞬態(tài)功耗要求嚴(yán)格的平臺(tái)上，僅適用于VDD恒定的平臺(tái)，不適用于功率恒定的平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電荷泵，電荷泵的啟動(dòng)電流低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的電荷泵，包括一m級(jí)升壓電路，一電壓鉗位電路，所述m級(jí)升壓電路的輸出電壓作為電荷泵輸出，所述電壓鉗位電路接所述m級(jí)升壓電路的輸出電壓，輸出升壓電路使能信號(hào)接到所述m級(jí)升壓電路的使能端，當(dāng)輸出電壓高于所述電壓鉗位電路的鉗位高電壓時(shí)，所述升壓電路使能信號(hào)控制將所述m級(jí)升壓電路關(guān)閉，當(dāng)輸出電壓降到低于所述電壓鉗位電路的鉗位低電壓時(shí)，所述m級(jí)升壓電路使能信號(hào)控制將所述m級(jí)升壓電路再次啟動(dòng)，如此循環(huán)維持一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓；其特征在于，還包括一控制邏輯電路，一n位的同步計(jì)數(shù)器，一選擇電路，所述n位的同步計(jì)數(shù)器接原始輸入時(shí)鐘，輸出分頻時(shí)鐘信號(hào)Q0～Qn-1，Q0的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/2，Q1的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/4，Q2的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/8，Qk的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/2^k+1；所述選擇電路接所述n位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk，并且接所述升壓電路使能信號(hào)，輸出啟動(dòng)選擇信號(hào)和啟動(dòng)完成選擇信號(hào)兩個(gè)選擇信號(hào)；所述控制邏輯電路接所述兩個(gè)選擇信號(hào)、所述n位的同步計(jì)數(shù)器接輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Q0～Qk-1、原始輸入時(shí)鐘，輸出m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm；所述m級(jí)升壓電路第1到m級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端分別接所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm；

所述n位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk及所述升壓電路使能信號(hào)一起作為所述選擇電路的控制信號(hào)，控制兩個(gè)選擇信號(hào)的變化，取所述n位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk-x～Qk-1，和所述兩個(gè)選擇信號(hào)一起作為所述控制邏輯電路的控制信號(hào)，用來(lái)控制所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm的頻率的變化，在電荷泵啟動(dòng)時(shí)clk1～clkm頻率由低變高，且在電荷泵輸出達(dá)到電壓鉗位電路鉗位高電壓后clk1～clkm的頻率與原始輸入時(shí)鐘的頻率一樣；

其中n、m、k、x為正整數(shù)，且k＞x，n-1≥m≥2，n-1≥k≥2。

當(dāng)Qk第一次變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，所述啟動(dòng)選擇信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖剑瑢⑺隹刂七壿嬰娐份敵龅膍個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm全部設(shè)置成一個(gè)統(tǒng)一的啟動(dòng)頻率，該啟動(dòng)頻率不低于clk1～clkm先前的頻率。

可以是隨著所述控制邏輯電路的控制信號(hào)的變化，clk1～clkm的頻率按照從clk1到clkm的順序依次變?yōu)楦摺?/p>

本發(fā)明的電荷泵，將m級(jí)升壓電路的各級(jí)時(shí)鐘信號(hào)輸入端接不同的升壓電路時(shí)鐘信號(hào)，并通過一個(gè)控制邏輯電路根據(jù)控制信號(hào)的變化來(lái)調(diào)整各升壓電路時(shí)鐘信號(hào)的頻率，在開始啟動(dòng)時(shí)各級(jí)時(shí)鐘信號(hào)輸入端接的升壓電路時(shí)鐘信號(hào)頻率較低，隨后逐步調(diào)高，且在電荷泵輸出達(dá)到鉗位高電壓后將各升壓電路時(shí)鐘信號(hào)的頻率設(shè)置成與原始輸入時(shí)鐘CLK的頻率一樣，讓m級(jí)升壓電路各級(jí)在啟動(dòng)的不同時(shí)段工作在不同的時(shí)鐘頻率下來(lái)使得電荷泵的啟動(dòng)電流下降，同時(shí)最終輸出電壓Vpph也能達(dá)到鉗位高電壓，從而既降低了電荷泵的啟動(dòng)電流又保證了電荷泵的能力，使電荷泵能應(yīng)用于電源功率恒定的場(chǎng)合。

附圖說(shuō)明