具有共用电容器振荡器的低电压纹波电荷泵制造技术

技术编号:14738641 阅读:89 留言:0更新日期:2017-03-01 12:16
本公开涉及具有共用电容器振荡器的低电压纹波电荷泵。具有转换率控制的低电压纹波电荷泵包括分频器、时钟发生器、电流镜、开关电路、二极管网络、两个电容器和比较器。分频器从振荡信号产生时钟信号。时钟发生器从时钟信号产生第一和第二时钟信号。电流镜使用基准电流产生第一和第二电流。开关电路使用第一和第二时钟信号以及第一和第二电流信号产生第一和第二电压信号。比较器基于第一和第二电压信号产生振荡信号。电容器接收电压信号,并连接到二极管网络用于产生输出信号。电荷泵具有低输出电压纹波以及小滤波电容,这是通过转换率控制来实现的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及集成电路,以及更具体地涉及电荷泵.
技术介绍
诸如芯片上系统(SoC)和专用集成电路(ASIC)的集成电路(IC)包括多种模拟和数字电路,诸如锁相环(PLL)、延迟锁定环(DLL)、模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和存储器。这些电路需要不同的电源电压,因此接收单个电源电源电压的IC常常包括电荷泵.电荷泵是包括电容器来存储和传送能量的电压转换器.电荷泵接收输入电源电压并在不同于输入电源电压的电压电平的电压电平处产生输出电压信号.图1是常规电荷泵100的示意性框图.电荷泵100接收电源电压(VDD),并产生输出信号(VOUT).电荷泵100包括自动泵送电流控制电路102和自动频率控制电路104.自动泵浦电流控制电路102包括第一缓冲器106、主电荷泵电路108、缓冲器电路110和电压检测器112.主电荷泵电路108包括第一至第三晶体管114-118,以及第一和第二电容器120和122.缓冲器电路110包括第二至第五缓冲器124-130.电压检测器112包括电压基准电路132、第一至第四电阻器134-140以及第一至第三比较器142-146.自动频率控制电路104包括第四比较器148、压控振荡器(VCO)150和第五电阻器152。电荷泵100进一步连接到第三电容器154和第六电阻器156.电压检测器112接收输出信号并且产生表示输出信号的电压电平的电压检测信号(VDET).电阻器134-138缩放输出信号的电压电平,并产生第一至第三电压信号(V1、V2和V3).该电压基准电路132产生基准电压(VREF).第一比较器142比较基准电压VREF和第一电压信号V1,并产生第一比较信号(VCOMPI).第二比较器144比较基准电压VREF和第二电压信号V2,并产生第二比较信号(VCOMP2).第三比较器146比较基准电压VREF与第三电压信号V3,并产生第三比较信号(VCOMMP3)。第四比较器148接收来自电压基准电路132的电压基准信号,以及来自第四电阻器140的电压检测信号,对它们进行比较,并产生第四比较信号(VCOMP4).VCO150接收第四比较信号并产生振荡信号(VOSC)。第一缓冲器106连接到VCO150,并接收振荡信号以及提供缓冲信号(VBUF)。第五电阻器152被连接到第四电阻器140,用于接收电压检测信号,并且接地。第二缓冲器124连接到第一缓冲器106的输出,接收缓冲信号,并产生第一电流信号(I1).第三缓冲器126接收来自第一缓冲器106的缓冲信号;第三缓冲器还具有连接到第一比较器142的输出的控制端子,用于接收第一比较信号.基于所述第一比较信号,第三缓冲器126产生第二电流信号(I2).第四缓冲器128被连接到第一缓冲器106的输出并接收缓冲信号,并具有连接到第二比较器144的输出的控制端子,用于接收第二比较信号.基于所述第二比较信号,第四缓冲器128产生第三电流信号(I3).第五缓冲器130连接到第一缓冲器106的输出,用于接收缓冲信号,并具有连接到第三比较器146的输出的控制端子,用于接收第三比较信号.基于所述第三比较信号,第五缓冲器130产生第四电流信号(I4).第一晶体管114具有接收电源电压的源极和连接到其漏极的栅极,所以第一晶体管114用作二极管.第二晶体管116具有接收电源电压的源极以及连接到其漏极的栅极,因此它也用作二极管.第三晶体管118具有它的连接到第二晶体管116的漏极的源极,它的连接到第一晶体管114的漏极的栅极,以及它的产生输出信号的漏极.第一和第二电容器120和122分别连接到第一和第二晶体管114和116的漏极.第一电容器120也连接到第一缓冲器106的输出,用于接收缓冲信号,而第二电容器122也连接到第二至第五缓冲器124-130的输出.VCO150根据第四比较信号而改变振荡信号的频率.因此,自动频率控制电路104控制振荡信号的频率,其控制第二电容器122的充电率.基于第一至第三比较信号,缓冲器电路110通过调整向第二电容器122提供的电流而向第二电容器122提供电流.当输出信号的电压电平小于阈值电压时,缓冲器电路110使用第二至第五缓冲器124-130,用于向第二电容器122供给最大电流.随着输出信号的电压电平上升,缓冲器电路110逐步减小向第二电容器122提供的电流至第一电流信号的电流电平.因此,电荷泵100控制第二电容器122的充电率,从而调节输出信号的电压电平并减少在输出信号中引入的纹波(ripple).第三电容器154进一步降低向第六电阻器156供给的输出信号中的纹波,所述第六电阻器156作为负载.因此,电荷泵100基于负载变化而调节输出信号的电压电平.然而,电荷泵100需要四个比较器,这增加了它的电路面积.此外,取决于输出信号的电压电平,电荷泵100逐步改变向第二电容器122供给的电流.因此,电荷泵100在离散的步骤中减小输出信号中的纹波.进一步,需要减少高频纹波的第三电容器154的尺寸是大的,这进一步增加电路面积.用于减少输出信号中纹波的其它已知技术利用外部时钟源,该外部时钟源产生恒定频率的振荡信号,并因此需要增加面积和功率的复杂电路.因此,具有在其输出信号中减少纹波并具有减少的面积和功率的电荷泵是有利的。附图说明当结合附图一起阅读时,将更好地理解下面的对本专利技术的优选实施例的详细描述.本专利技术通过示例的方式示出,并且不受限于附图,其中类似的标号表示类似的元件。图1是常规电荷泵的示意性框图;图2是根据本专利技术实施例的电荷泵的示意框图;以及图3是示出根据本专利技术实施例的图2的电荷泵的操作的时序图。具体实施方式附图的详细描述意图作为本专利技术的当前优选实施例的描述,并且不意图代表其中本专利技术可以实施的唯一形式.应当理解,相同或等同的功能可以通过意图包括在本专利技术的精神和范围之内的不同实施例来实现.在本专利技术的一个实施例中,提供一种电荷泵。电荷泵包括分频器、时钟产生电路、电流镜电路、开关电路、第一至第四二极管、第一和第二电容器、比较电路、电压检测器以及压控电流源(VCCS)。分频器接收振荡信号并产生时针信号.时钟产生电路接收时钟信号,并产生分别具有第一和第二相位的第一和第二时钟信号。电流镜电路接收电源电压,并基于基准电流信号产生第一和第二电流信号。开关电路接收第一基准电压、第一和第二时钟信号以及第一和第二电流信号,并产生第一和第二电压信号.第一和第二二极管接收电源电压.第一和第二电容器分别接收第一和第二电压信号.比较电路接收第二基准电压以及第一和第二电压信号,将第一和第二电压信号与第二基准电压比较,并且产生振荡信号。第三和第四二极管产生输出信号.电压检测器接收输出信号,并产生表示输出信号的电压电平的电压检测信号.VCCS接收电压检测信号,并产生基准电流信号.该电荷泵并不需要外部时钟源来控制第一和第二电容器的充电和放电。电荷泵使用第一和第二电容器以用于产生振荡信号,并保持输出信号的期望电压电平.这减小了电路面积,因为不需更额外硬件来控制第一和第二电容器的充电和放电。这种电路的减少也导致功率的降低.此外,基于基准电流信号,电流镜电路改变第一和第二电流信号的电平以用于充电第一和第二电容器,即,电本文档来自技高网...
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【技术保护点】
一种电荷泵,包括:分频器,用于接收振荡信号并产生时钟信号;连接到所述分频器的时钟产生电路,用于接收所述时钟信号,并产生分别具有第一相位和第二相位的第一时钟信号和第二时钟信号;电流镜电路,接收电源电压,并基于基准电流信号产生第一电流信号和第二电流信号;开关电路,接收第一基准电压,并连接到所述时钟产生电路用于接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号,以及连接到所述电流镜电路用于接收所述第一电流信号和所述第二电流信号,并产生第一电压信号和第二电压信号;第一二极管和第二二极管,具有接收所述电源电压的阳极;第一电容器和第二电容器,其第一端子连接到所述开关电路用于分别接收所述第一电压信号和第二电压信号,以及其第二端子分别连接到所述第一二极管和所述第二二极管的阴极;比较器,接收第二基准电压,并连接到所述开关电路用于接收所述第一电压信号和所述第二电压信号,将所述第一电压信号和所述第二电压信号与所述第二基准电压比较,并且产生所述振荡信号;第三二极管和第四二极管,其阳极分别连接到所述第一二极管和所述第二二极管的阴极,其中,所述第三二极管的阴极连接到所述第四二极管的阴极,用于产生输出信号;电压检测器,连接到所述第三二极管和所述第四二极管的阴极,用于接收所述输出信号,并产生表示所述输出信号的电压电平的电压检测信号;以及压控电流源(VCCS),连接到所述电压检测器用于接收所述电压检测信号并产生所述基准电流信号....

【技术特征摘要】
1.一种电荷泵,包括:分频器,用于接收振荡信号并产生时钟信号;连接到所述分频器的时钟产生电路,用于接收所述时钟信号,并产生分别具有第一相位和第二相位的第一时钟信号和第二时钟信号;电流镜电路,接收电源电压,并基于基准电流信号产生第一电流信号和第二电流信号;开关电路,接收第一基准电压,并连接到所述时钟产生电路用于接收所述第一时钟信号和所述第二时钟信号,以及连接到所述电流镜电路用于接收所述第一电流信号和所述第二电流信号,并产生第一电压信号和第二电压信号;第一二极管和第二二极管,具有接收所述电源电压的阳极;第一电容器和第二电容器,其第一端子连接到所述开关电路用于分别接收所述第一电压信号和第二电压信号,以及其第二端子分别连接到所述第一二极管和所述第二二极管的阴极;比较器,接收第二基准电压,并连接到所述开关电路用于接收所述第一电压信号和所述第二电压信号,将所述第一电压信号和所述第二电压信号与所述第二基准电压比较,并且产生所述振荡信号;第三二极管和第四二极管,其阳极分别连接到所述第一二极管和所述第二二极管的阴极,其中,所述第三二极管的阴极连接到所述第四二极管的阴极,用于产生输出信号;电压检测器,连接到所述第三二极管和所述第四二极管的阴极,用于接收所述输出信号,并产生表示所述输出信号的电压电平的电压检测信号;以及压控电流源(VCCS),连接到所述电压检测器用于接收所述电压检测信号并产生所述基准电流信号.2.如权利要求1所述的电荷泵,进一步包括第三电容器,其第一端子连接到所述第三二极管和所述第四二极管的阴极用于接收所述输出信号,其第二端子连接到地.3.如权利要求1所述的电荷泵,其中,所述开关电路包括:第一开关,具有接收所述第一基准电压的第一输入和连接到所述时钟产生电路用于接收所述第一时钟信号的第二输入;第二开关,具有接收所述第一基准电压的第一输入和连接到所述时钟产生电路用于接收所述第二时钟信号的第二输入;第三开关,具有连接到所述电流镜电路用于接收所述第一电流信号的第一端子,连接到所述时钟产生电路用于接收所述第一时钟信号的第二端子,以及连接到所述第一开关的第三端子用于产生所述第一电压信号的第三端子,以及第四开关,具有连接到所述电流镜电路用于接收所述第二电流信号的第一端子,连接到所述时钟产生电路用于接收所述第二时钟信号的第二端子,和连接到所述第二开关的第三端子用于产生所述第二电压信号的第三端子.4.如权利要求1所述的电荷泵,其中,所述比较器包括:第一比较器,具有接收所述第二基准电压的第一输入,连接到所述开关电路用于接收所述第一电压信号的第二输入,以及提供第一比较信号的输出;第二比较器,具有接收所述第二基准电压的第一输入,连接到所述开关电路用于接收所述第二电压信号的第二输入,以及提供第二比较信号的输出;和逻辑门,连接到所述第一比较器和所述第二比较器,用于接收所述第一比较信号和所述第二比较信号,以及输出所述振荡信号.5.如权利要求1所述的电荷泵...

【专利技术属性】
技术研发人员:王洋金杰吴建舟支豪
申请(专利权)人:飞思卡尔半导体公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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