操作用于同时生成正电压和负电压的多级电荷泵电路制造技术

技术编号:20224246 阅读:27 留言:0更新日期:2019-01-28 22:15
本公开涉及操作用于同时生成正电压和负电压的多级电荷泵电路。例如,一种电荷泵包括级联耦合在第一与第二节点之间的升压电路,其中,每个升压电路可操作用于在正电压升压模式下正向地升高电压并且在负电压升压模式下负向地升高电压。第一切换电路响应于周期性使能信号的第一逻辑状态而向所述级联的升压电路中的一个升压电路选择性地施加第一电压,其中,所述级联的升压电路在所述正电压升压模式下操作用于在所述第二节点处生成较高正电压。第二切换电路响应于所述周期性使能信号的第二逻辑状态而向所述级联的升压电路中的另一个升压电路选择性地施加第二电压,其中,所述级联的升压电路在所述负电压升压模式下操作用于在所述第一节点处生成较高负电压。进行对所述正电压和负电压的同时输出。

Multistage Charge Pump Circuit for Generating Positive and Negative Voltages Simultaneously

The present disclosure relates to the operation of a multistage charge pump circuit for generating both positive and negative voltages. For example, a charge pump includes a step-up circuit cascaded between the first and second nodes, where each step-up circuit is operable to raise the voltage forward in a positive voltage boost mode and negatively in a negative voltage boost mode. The first switching circuit selectively applies a first voltage to one of the cascaded boost circuits in response to the first logical state of the periodic enabling signal, in which the cascaded boost circuit operates in the positive voltage boost mode to generate a higher positive voltage at the second node. The second switching circuit selectively applies a second voltage to another boost circuit in the cascade boost circuit in response to the second logical state of the periodic enabling signal, in which the cascade boost circuit operates in the negative voltage boost mode to generate a higher negative voltage at the first node. The positive and negative voltages are simultaneously output.

【技术实现步骤摘要】
操作用于同时生成正电压和负电压的多级电荷泵电路
本专利技术涉及用于生成正电压和负电压的多级电荷泵电路。
技术介绍
电荷泵电路是被配置用于提供具有高压电平的电压的电路类型,该电压或者比电源电压更正(被称作为较高正电压)或相对于电源电压具有相反极性(被称作为较高负电压)。在许多电路应用中,需要较高正电压和较高负电压两者,并且通常这些电压将在片上生成。为此,常规的解决方案是包括两个不同的电荷泵电路,一个用于生成所需的较高正电压,并且另一个用于生成所需的较高负电压。与此常规解决方案相关联的缺点是:增大了由这两个不同的电荷泵电路所占据的片上面积(更确切地,相对于所需的电容器和电阻器)并且增大了功耗。取决于所需的较高正电压和较高负电压的大小,针对每个电压发生器电路可能需要多级电荷泵电路。为获取所期望的电压大小使用多级可能在降低效率和降低可靠性方面具有不利的后果。另外,用于生成较高正电压和较高负电压的单独的电压生成器要求单独的时钟缓冲电路驱动电容性切换操作,并且这可能会导致片上电流消耗的不期望的增大。本领域需要一种多级电荷泵电路,这种多级电荷泵电路解决上述问题和其他问题,以支持从常用电荷泵电路中同时生成较高正电压和较高负电压两者。
技术实现思路
在实施例中,电荷泵电路包括:多个升压电路,所述多个升压电路级联耦合在第一节点与第二节点之间,其中,每个升压电路具有A节点和B节点,并且在正电压升压模式下可操作用于从所述A节点到所述B节点正向地升高电压,并且在负电压升压模式下可操作用于从所述B节点到所述A节点负向地升高电压;第一切换电路,所述第一切换电路被配置用于响应于周期性使能信号的第一逻辑状态而在所述多个升压电路中的一个升压电路的A节点处施加第一电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述正电压升压模式下操作用于在所述第二节点处生成较高正电压;以及第二切换电路,所述第二切换电路被配置用于响应于所述周期性使能信号的第二逻辑状态而在所述多个升压电路中的另一升压电路的B节点处施加第二电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述负电压升压模式下操作用于在所述第一节点处生成较高负电压。在实施例中,提出了一种用于控制级联耦合在第一节点与第二节点之间的多个升压电路的操作的方法,其中,每个升压电路具有A节点和B节点,并且在正电压升压模式下可操作用于从所述A节点到所述B节点正向地升高电压,并且在负电压升压模式下可操作用于从所述B节点到所述A节点负向地升高电压。所述方法包括:响应于使能信号的第一逻辑状态而在所述多个升压电路中的一个升压电路的所述A节点处施加第一电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述正电压升压模式下操作用于在所述第二节点处生成较高正电压;在正电压输出端处存储来自所述较高正电压的电荷;响应于所述使能信号的第二逻辑状态而在所述多个升压电路中的另一升压电路的B节点处施加第二电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述负电压升压模式下操作用于在所述第一节点处生成较高负电压;在负电压输出端处存储来自所述较高负电压的电荷;以及在所述第一与第二逻辑状态之间进行循环切换以便同时在所述正电压输出端处生成正电压并且在所述负电压输出端处生成负电压。附图说明为了更好地理解实施例,现在将仅通过示例的方式参照附图,在附图中:图1是倍压器的电路图;图2是时钟电压升压电路的电路图;图3A和图3B示出了时钟信号波形;图4是由图1的级联倍压器电路形成的电荷泵的电路图,该电荷泵操作用于通过在正电压模式下进行操作与在负电压模式下进行操作之间循环交替来同时生成较高正电压和较高负电压;图5是时序图,示出了通过图4的电路同时生成该正输出电压和负输出电压;并且图6是时序图,示出了用于控制图4的电路在正电压模式与负电压模式之间交替切换的周期性极性控制信号。具体实施方式现在参照示出了倍压器电路(级)100的电路图的图1。电路100包括:n沟道MOS晶体管MN1,该n沟道MOS晶体管的源极端子耦合至节点A并且漏极端子耦合至节点NA1(即,具有耦合在节点A与节点NA1之间的源极-漏极路径);以及n沟道MOS晶体管MN2,该n沟道MOS晶体管的源极端子耦合至节点A并且漏极端子耦合至节点NA2。晶体管MN1与MN2交叉耦合,其中,晶体管MN1的栅极端子在节点NA2处耦合至晶体管MN2的漏极端子,并且晶体管MN2的栅极端子在节点NA1处耦合至晶体管MN1的漏极端子。电路100进一步包括:n沟道MOS晶体管MN3,该n沟道MOS晶体管的源极端子耦合至节点NA1并且漏极端子耦合至节点NB1;以及n沟道MOS晶体管MN4,该n沟道MOS晶体管的源极端子耦合至节点NA2并且漏极端子耦合至节点NB2。晶体管MN3与MN4交叉耦合,其中,晶体管MN3的栅极端子在节点NA2处耦合至晶体管MN4的源极端子,并且晶体管MN4的栅极端子在节点NA1处耦合至晶体管MN3的源极端子。电路100还进一步包括:n沟道MOS晶体管MN5,该n沟道MOS晶体管的漏极端子耦合至节点B并且源极端子耦合至节点NA1;以及n沟道MOS晶体管MN6,该n沟道MOS晶体管的漏极端子耦合至节点B并且源极端子耦合至节点NA2。晶体管MN5的栅极端子耦合至节点NB1,并且晶体管MN6的栅极端子耦合至节点NB2。电容器C1的一个端子耦合至节点NA1并且另一端子耦合用于接收时钟信号CK。电容器C2的一个端子耦合至节点NA2并且另一端子耦合用于接收时钟信号CKN(其为时钟信号CK的逻辑反相)。自举电容器Cbs1的一个端子耦合至节点NB1并且另一端子耦合用于接收时钟信号CKH。自举电容器Cbs2的一个端子耦合至节点NB2并且另一端子耦合用于接收时钟信号CKHN(其为时钟信号CHK的逻辑反相)。时钟信号CKH和CKHN是使用在图2中所示出的时钟电压升压电路110由时钟信号CK和CKN生成的。电路110包括n沟道MOS晶体管112,该n沟道MOS晶体管的源极端子耦合至正电源电压节点VDD并且漏极端子耦合至节点114。电路110进一步包括n沟道MOS晶体管116,该n沟道MOS晶体管的源极端子耦合至电源电压节点VDD并且漏极端子耦合至节点118。晶体管112与116交叉耦合,其中,晶体管112的栅极端子在节点118处耦合至晶体管116的漏极端子,并且晶体管116的栅极端子在节点114处耦合至晶体管112的漏极端子。电容器C1’的一个端子耦合至节点114并且另一端子耦合用于接收时钟信号CK。电容器C2’的一个端子耦合至节点118并且另一端子耦合用于接收时钟信号CKN。CMOS逆变器120的输入端耦合至电源电压节点VDD并且输出端生成时钟信号CKH。在逆变器120中的p沟道MOS晶体管的源极端子耦合至节点114,并且在逆变器120中的n沟道MOS晶体管的源极端子耦合用于接收时钟信号CK。CMOS逆变器122的输入端耦合至电源电压节点VDD并且输出端生成时钟信号CKHN。在逆变器122中的p沟道MOS晶体管的源极端子耦合至节点118,并且在逆变器122中的n沟道MOS晶体管的源极端子耦合用于接收时钟信号CKN。时钟电压升压电路110用于对时钟信号CK和CKN进行电平转换以便生成时钟信号CKH和CKHN。图3A示出了时钟信号CK和CKN的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电荷泵电路,包括:多个升压电路,所述多个升压电路级联耦合在第一节点与第二节点之间,其中,每个升压电路具有A节点和B节点,并且在正电压升压模式下可操作用于从所述A节点到所述B节点正向地升高电压,并且在负电压升压模式下可操作用于从所述B节点到所述A节点负向地升高电压;第一切换电路,所述第一切换电路被配置用于响应于周期性使能信号的第一逻辑状态而在所述多个升压电路中的一个升压电路的A节点处施加第一电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述正电压升压模式下操作用于在所述第二节点处生成较高正电压;以及第二切换电路,所述第二切换电路被配置用于响应于所述周期性使能信号的第二逻辑状态而在所述多个升压电路中的另一升压电路的B节点处施加第二电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述负电压升压模式下操作用于在所述第一节点处生成较高负电压。

【技术特征摘要】
2017.07.18 US 15/652,7481.一种电荷泵电路,包括:多个升压电路,所述多个升压电路级联耦合在第一节点与第二节点之间,其中,每个升压电路具有A节点和B节点,并且在正电压升压模式下可操作用于从所述A节点到所述B节点正向地升高电压,并且在负电压升压模式下可操作用于从所述B节点到所述A节点负向地升高电压;第一切换电路,所述第一切换电路被配置用于响应于周期性使能信号的第一逻辑状态而在所述多个升压电路中的一个升压电路的A节点处施加第一电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述正电压升压模式下操作用于在所述第二节点处生成较高正电压;以及第二切换电路,所述第二切换电路被配置用于响应于所述周期性使能信号的第二逻辑状态而在所述多个升压电路中的另一升压电路的B节点处施加第二电压,从而使得所述多个升压电路的升压电路在所述负电压升压模式下操作用于在所述第一节点处生成较高负电压。2.如权利要求1所述的电荷泵电路,其中,所述多个升压电路中的每个升压电路包括:第一和第二中间节点,所述第一和第二中间节点电容性耦合用于分别接收第一时钟信号的相反相位;以及第三和第四中间节点,所述第三和第四中间节点电容性耦合用于分别接收第二时钟信号的相反相位。3.如权利要求2所述的电荷泵电路,其中,所述第一时钟信号具有第一高电压电平,并且其中,所述第二时钟信号具有与所述第一高电压电平不同的第二高电压电平。4.如权利要求3所述的电荷泵电路,其中,所述第二高电压电平是所述第一高电压电平的两倍。5.如权利要求2所述的电荷泵电路,其中,所述第一和第二时钟信号具有对准的相位。6.如权利要求2所述的电荷泵电路,其中,所述第一和第二时钟信号具有比所述周期性使能信号的频率更大的频率。7.如权利要求2所述的电荷泵电路,其中,所述多个升压电路中的每个升压电路进一步包括:以交叉耦合配置相连接的第一晶体管和第二晶体管,其中,所述第一晶体管耦合在所述A节点与所述第一中间节点之间,并且其中,所述第二晶体管耦合在所述A节点与所述第二中间节点之间。8.如权利要求7所述的电荷泵电路,其中,所述多个升压电路中的每个升压电路进一步包括:以交叉耦合配置相连接的第三晶体管和第四晶体管,其中,所述第三晶体管耦合在所述第一中间节点与所述第三中间节点之间,并且其中,所述第四晶体管耦合在所述第二中间节点与所述第四中间节点之间。9.如权利要求8所述的电荷泵电路,其中,所述多个升压电路中的每个升压电路进一步包括:第五晶体管,所述第五晶体管耦合在所述第一中间节点与所述B节点之间,并且具有耦合至所述第三中间节点的控制端子;以及第六晶体管,所述第六晶体管耦合在所述第二中间节点与所述B节点之间,并且具有耦合至所述第四中间节点的控制端子。10.如权利要求9所述的电荷泵电路,其中,所述第一至第六晶体管全部是n沟道MOS晶体管。11.如权利要求7所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员:V·拉纳A·米塔尔
申请(专利权)人:意法半导体国际有限公司
类型:发明
国别省市:荷兰,NL

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