[發(fā)明專利]低功耗電荷泵電路

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010209550.6
• 申請(qǐng)日: 2010-06-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101867290A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雪強(qiáng);潘立陽(yáng);伍冬;周潤(rùn)德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): H02M3/07
• 分類號(hào): H02M3/07
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，涉及由低電壓產(chǎn)生高電壓的電荷泵電路(Charge?Pump?Circuit)，尤其涉及一種具有低功耗特點(diǎn)的電荷泵電路。

背景技術(shù)

在單一供電的系統(tǒng)中，電荷泵電路能夠提供高于電源電位的電壓。電荷泵電路廣泛地應(yīng)用于非揮發(fā)性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，液晶驅(qū)動(dòng)IC，DC-DC轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，例如在非揮發(fā)性存儲(chǔ)器中，通過(guò)電荷泵電路提供遠(yuǎn)高于電源電壓的高電壓，以實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)單元的編程、擦除操作。

電荷泵電路利用電荷在電容元件中的儲(chǔ)存特性來(lái)產(chǎn)生更高的電壓。對(duì)于一個(gè)電容元件，如果電容先充電至預(yù)定電壓，接著電路中連接電容一端的電位極性發(fā)生改變，那么電容的另一端的電位極性也會(huì)發(fā)生改變。因此，電容上電壓的改變可以通過(guò)周期性對(duì)電容的充放電來(lái)得到。在電荷泵電路中使用時(shí)鐘信號(hào)對(duì)電容進(jìn)行充放電已為本領(lǐng)域所公知。圖1是現(xiàn)有的N級(jí)電荷泵電路的原理圖。該電荷泵電路的輸入端IN連接電源電壓，輸出端OUT產(chǎn)生所需的高電壓，輸入端IN與輸出OUT之間串聯(lián)連接?xùn)艠O和漏極短接的NMOS晶體管M₀～M_N，這種二極管式的連接方式，具有單向電荷導(dǎo)通的特性。電容元件C₁～C_N的一端連接電荷傳輸晶體管M₀～M_N的連接點(diǎn)，一端連接時(shí)鐘信號(hào)，并且相鄰的電容元件被交替施加時(shí)鐘信號(hào)CLK及CLK的反相信號(hào)CLKB。在CLK的上升沿，時(shí)鐘信號(hào)CLK對(duì)電容C₁、C₃、...C_N-1進(jìn)行充電，M₁、M₃、...M_N-1導(dǎo)通，從而使電容C₁、C₃、...C_N-3上的電荷向后一級(jí)電容C₂、C₄、...C_N-2轉(zhuǎn)移，C_N-1上的電荷則向輸出端OUT轉(zhuǎn)移；在CLKB的上升沿，時(shí)鐘信號(hào)CLKB對(duì)電容C₂、C₄、...C_N-2進(jìn)行充電，M₂、...M_N-2導(dǎo)通，從而使電容C₂、C₄、...C_N-2上的電荷向后一級(jí)C₃、C₅、...C_N-1轉(zhuǎn)移。這樣，在時(shí)鐘信號(hào)CLK及其反相信號(hào)CLKB的交替時(shí)序控制下，電荷不斷地從前級(jí)向輸出端OUT轉(zhuǎn)移，從而使輸出電壓不斷升高。

然而，上述現(xiàn)有的N級(jí)電荷泵電路存在二個(gè)問(wèn)題：一是時(shí)鐘信號(hào)從低電平跳變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，需要同時(shí)對(duì)多個(gè)電容進(jìn)行充電，因此會(huì)產(chǎn)生較大的瞬態(tài)電流和瞬態(tài)功耗。從圖1可以看出，每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)連接的電容數(shù)量為N/2。隨著級(jí)數(shù)N的增加，電荷泵充電的瞬態(tài)電流和瞬態(tài)功耗將線性增加。二是隨著電源電壓的下降，電荷傳輸晶體管M₀～M_N的襯偏效應(yīng)非常嚴(yán)重，這使得電荷泵的電荷轉(zhuǎn)移效率顯著降低，因此，需要更多的電荷泵級(jí)數(shù)才能產(chǎn)生所需的電壓，電荷泵的面積和功耗都將顯著增加。因此，有必要設(shè)計(jì)一種具有低功耗、高效率的電荷泵電路。

發(fā)明內(nèi)容

為避免時(shí)鐘信號(hào)對(duì)多個(gè)電容充電時(shí)出現(xiàn)較大的瞬態(tài)電流和瞬態(tài)功耗，本發(fā)明提供了一種低功耗的電荷泵電路，其特征在于，

所述電路中的每一個(gè)電荷傳輸晶體管分別與一個(gè)襯底調(diào)節(jié)電路相連，所述襯底調(diào)節(jié)電路用于比較所述電荷傳輸晶體管的漏端和源端的電位，并將二者中的低電位傳遞至該電荷傳輸晶體管的襯底結(jié)點(diǎn)；所述襯底調(diào)節(jié)電路的一端連接在與其對(duì)應(yīng)的一個(gè)電荷傳輸晶體管的漏端，一端連接在該電荷傳輸晶體管的源端，所述襯底調(diào)節(jié)電路的輸出端連接至該電荷傳輸晶體管的襯底結(jié)點(diǎn)；

所述電路使用多相位時(shí)鐘產(chǎn)生電路產(chǎn)生多路頻率相同、但相位不同的時(shí)鐘信號(hào)，并耦合每一路所述的時(shí)鐘信號(hào)至僅與其對(duì)應(yīng)的一個(gè)所述電容元件。

所述襯底調(diào)節(jié)電路包含：第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管，所述第一晶體管的柵端連接所述第二晶體管的漏端，所述第一晶體管的漏端連接與該襯底調(diào)節(jié)電路對(duì)應(yīng)的一個(gè)電荷傳輸晶體管的漏端；

所述第二晶體管柵端連接第一晶體管的漏端，所述第二晶體管的漏端連接上述電荷傳輸晶體管的源端；