[實用新型]利用中低壓器件在低壓下產生高壓的多級多相高壓電荷泵

有效

• 申請號: 201721206109.6
• 申請日: 2017-09-20
• 公開（公告）號: CN207218530U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 陳思偉;余佳
• 申請（專利權）人: 深圳貝特萊電子科技股份有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07;H02M1/14
• 代理公司: 深圳市蘭鋒知識產權代理事務所(普通合伙)44419
• 代理人: 曹明蘭

技術領域

本實用新型涉及用于模擬電路中的電荷泵，尤其涉及一種利用中低壓器件在低壓下產生高壓的多級多相高壓電荷泵。

背景技術

目前的被動式電容指紋識別技術是由Driver和Sensor這兩個芯片組成，通過driver把Sensor芯片的地抬高來感應并采集指紋的圖案，請參照圖1，圖1表示了Driver和Sensor之間的電壓域及其相互關系。抬地的電壓越高，指紋感應的所造成的電容電荷變化量就越大，產生的圖像效果越好也越容易識別。而產生的抬地高壓有兩種方式實現：一種是采用Boost Converter來將輸入低壓轉化為高壓，請參照圖2；另一種是采用電荷泵方式將低壓轉化為高壓，請參照圖3。前者轉換效率高，但不僅需要高壓器件，還需要一個外接的電感(體積大價格貴)和一個外接穩壓電容；后者也需要高壓器件和多個外接電容(或做穩壓電容或做fly capacitor)。然而，由于現有的指紋芯片(Sensor和Driver)設計全部采用5V的中壓器件，這兩種方式都不太適合面積有限且外接器件有限的集成式指紋識別芯片方案。另外，在穿透至少350um厚度的玻璃(Under Glass)的應用條件下，Driver的電荷泵需要提供最高達13.5V的電壓。

由此可見，現有技術的缺陷在于，指紋芯片Driver和Sensor都是采用的5V中壓器件來設計，如果采用上述的兩種傳統方式(Boost Converter或者Charge Pump)來產生超過13.5V的較高電壓時，5V器件的漏源兩端和二極管兩端的電壓差將遠超過該器件其所設計的上限值而被擊穿，最終導致芯片失效。另外，如果在工藝器件庫中增加高壓器件，會需要更多光罩而導致芯片制造成本上漲，而減少產品的競爭力。其次，現有的設計方案都采用單項方式設計，雖然簡單，但對輸入電源及地(Ground)的沖擊干擾較大，且輸出電源上的噪聲也較大。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有技術的不足，提供一種成本低廉、結構簡單、對電源和地的沖擊小、紋波噪聲低的利用中低壓器件在低壓下產生高壓的多級多相高壓電荷泵。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案。

一種利用中低壓器件在低壓下產生高壓的多級多相高壓電荷泵，其包括有多個兩相單級電荷泵電路，所述兩相單級電荷泵電路包括有第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一電容、第二電容和第三電容，其中：所述第一PMOS管的源極連接高電位，所述第一NMOS管的源極接地，所述第一PMOS管的柵極和第一NMOS管的柵極相互連接后接入第一路時鐘信號，所述第一PMOS管的漏極、第一NMOS管的漏極和第一電容的第一端相連接；所述第二PMOS管的源極連接高電位，所述第二NMOS管的源極接地，所述第二PMOS管的柵極和第二NMOS管的柵極相互連接后接入第二路時鐘信號，所述第二路時鐘信號與第一路時鐘信號的相位相反，所述第二PMOS管的漏極、第二NMOS管的漏極和第二電容的第一端相連接；所述第三PMOS管的漏極、第三NMOS管的漏極、第四PMOS管的柵極、第四NMOS管的柵極和第一電容的第二端相互連接，所述第四PMOS管的漏極、第四NMOS管的漏極、第三PMOS管的柵極、第三NMOS管的柵極和第二電容的第二端相互連接；所述第三NMOS管的源極和第四NMOS管的源極相互連接后作為兩相單級電荷泵電路的前端，所述第三PMOS管的源極、第四PMOS管的源極和第三電容的第一端相互連接后作為兩相單級電荷泵電路的后端，所述第三電容的第二端接地，多個兩相單級電荷泵電路前后依次串聯或相互并聯，串聯時，位于最前的兩相單級電荷泵電路的前端接入高電平信號，并聯時，多個兩相單級電荷泵電路的前端均接入高電平信號。

優選地，所述兩相單級電荷泵電路的數量為5個。

本實用新型公開的利用中低壓器件在低壓下產生高壓的多級多相高壓電荷泵，其相比現有技術而言的有益效果在于，本實用新型電路架構簡單，可以全部采用中低壓CMOS器件，使得成本降低。同時，本實用新型采用多相技術，每相交替開關，對輸入電源和地的沖擊大大減小，從而導致其對周圍IP模塊的干擾也相應減少。此外，由于采用多相技術，電荷泵輸出電壓上的紋波噪聲也相應地減少。

附圖說明

圖1為現有Driver和Sensor之間的電壓域及其相互關系示意圖。

圖2為現有Driver中的Boost Converter升壓電路示意圖。

圖3為現有Driver中的兩相4倍電荷泵示意圖。