一种交叉耦合电荷泵制造技术

本申请提供一种交叉耦合电荷泵，包括升压模块和传输模块，所述传输模块包括第一PMOS管和第二PMOS管，第一栅极驱动模块、第二栅极驱动模块和电平转换模块；第一PMOS管和第二PMOS管的控制端均通过栅极驱动模块和电平转换模块连接至电源电压或交叉耦合电荷泵单元的输出端，从而采用电源电压或交叉耦合电荷泵单元的输出电压进行驱动，相对于现有技术中采用交叉耦合电荷泵单元的中间电压驱动传输管的控制端时，出现第一PMOS管和第二PMOS管的栅源电压差大于电源电压的情况，本发明专利技术的交叉耦合电荷泵能够保证PMOS管的驱动电压差不超过电源电压，从而保证了传输管的栅氧化层的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉耦合电荷泵
本专利技术涉及电源管理领域，尤其涉及一种交叉耦合电荷泵。
技术介绍
电源管理系统按照工作方式来分，主要分为三类，分别为低压降线性稳压器(LDO)、电感型开关电源和电容型开关电源，而电容型开关电源又称电荷泵。针对便携式通讯设备的应用场合，相比于电感型开关电源而言，低压降线性稳压器和电荷泵不仅占用面积小，而且无需磁设计，具有一定的优势，但是LDO只能完成降压转换，电荷泵则可以针对电源电压进行大范围的升压、降压与反压，因此成为便携式通讯设备中显示驱动芯片电源管理系统的最佳解决方案。电荷泵根据不同的拓扑结构分为Dickson电荷泵拓扑、阶梯拓扑、Fibonacci拓扑、电容混联拓扑以及交叉耦合拓扑等结构，其中，可以提供自动反向偏置的交叉耦合电荷泵表现出更高的效率和更小的纹波。如图1所示，为现有的两级交叉耦合电荷泵电路示意图，每级交叉耦合电荷泵包括：第一交叉耦合对，第二交叉耦合对以及两个电容。其中，第一交叉耦合对为NMOS管Mn1和Mn2，NMOS管Mn1和Mn2的漏端连接输入电压Vin，NMOS管Mn1的源端连接一电容的上极板，该电容的下极板连接时钟信号CK1；NMOS管Mn2的源端连接一电容的上极板，该电容的下极板连接时钟信号CK2。两个电容的上极板分别连接第二交叉耦合对的输入端，第二交叉耦合对为PMOS管Mp1和Mp2，PMOS管Mp1和Mp2的输出端分别连接至第二级交叉耦合电荷泵结构NMOS管Mn3和Mn4的漏端，第二级的输出端连接至输出电容CL和负载L。传统交叉耦合电荷泵在无负载工作过程中，传输管的栅源电压和漏源电压都不会超过电源电压，从而能够采用标准CMOS工艺实现，从而节省芯片面积和成本。但在有负载电流的情况下，采用标准CMOS工艺制作的传统交叉电荷泵会面临可靠性变差的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种交叉耦合电荷泵，以解决现有技术中采用标准CMOS工艺制作的传统交叉耦合电荷泵在有负载电流的情况下，面临的可靠性变差的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种交叉耦合电荷泵，所述交叉耦合电荷泵包括至少一个交叉耦合电荷泵单元，所述交叉耦合电荷泵单元包括：升压模块，用于对电源电压进行升压，所述升压模块包括第一输出端和第二输出端；传输模块，与所述升压模块的所述第一输出端和所述第二输出端相连，用于输出升压后的电压；其中，所述传输模块包括：第一PMOS管和第二PMOS管、第一栅极驱动模块、第二栅极驱动模块和电平转换模块；所述第一PMOS管的第一端与所述升压模块的第一输出端相连，所述第二PMOS管的第一端与所述升压模块的第二输出端相连；所述第一PMOS管的第二端与所述第二PMOS管的第二端相连，作为所述交叉耦合电荷泵单元的输出端；所述第一PMOS管的控制端通过所述第一栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述输入电源相连，接收所述输入电源的电压的驱动；或者通过所述的第一栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连，接收所述交叉耦合电荷泵单元的输出端电压的驱动；所述第二PMOS管的控制端通过所述第二栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述输入电源相连，接收所述输入电源的电压的驱动；或者通过所述的第二栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连，接收所述交叉耦合电荷泵单元的输出端电压的驱动。优选地，所述升压模块包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第一电容和第二电容；所述第一NMOS管的第一端与所述第二NMOS管的第一端相连，并连接所述输入电源；所述第一NMOS管的第二端连接所述第一电容的第一极板；所述第二NMOS管的第二端连接所述第二电容的第一极板；所述第一电容的第二极板用于接收第一时钟控制信号；所述第二电容的第二极板用于接收第二时钟控制信号；所述第一NMOS管的控制端连接所述第二电容的第一极板，并作为所述升压模块的所述第二输出端；所述第二NMOS管的控制端连接所述第一电容的第一极板，并作为所述升压模块的所述第一输出端。优选地，所述第一栅极驱动模块和所述第二栅极驱动模块结构相同，均为反相器。优选地，所述反相器包括：第一反相器开关管和第二反相器开关管；所述第一反相器开关管的第一端与所述第二反相器开关管的第一端相连，作为所述反相器的输出端，所述反相器的输出端用于驱动所述第一PMOS管和第二PMOS管；所述第一反相器开关管的第二端连接所述输入电源，所述第二反相器开关管的第二端与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连；所述第一反相器开关管和所述第二反相器开关管的控制端均与所述电平转换模块相连。优选地，所述电平转换模块包括：第一对管、第二对管、第三电容和第四电容；第三对管、第四对管、第五电容和第六电容；其中，所述第一对管的第一端与所述第二对管的第一端相连，并连接所述输入电源；所述第一对管的第二端连接所述第三电容的第一极板，并连接所述第一栅极驱动模块的第二反相器开关管的控制端，用于驱动所述第一栅极驱动模块的第二反相器开关管；所述第二对管的第二端连接所述第四电容的第一极板，并连接所述第二栅极驱动模块的第二反相器开关管的控制端，用于驱动所述第二栅极驱动模块的第二反相器开关管；所述第三电容的第二极板用于接收第三时钟控制信号；所述第四电容的第二极板用于接收第四时钟控制信号；其中，所述第三对管的第一端与所述第四对管的第一端相连，并连接所述输入电源；所述第三对管的第二端连接所述第五电容的第一极板，并连接所述第一栅极驱动模块的第一反相器开关管的控制端，用于驱动所述第一栅极驱动模块的第一反相器开关管；所述第四对管的第二端连接所述第六电容的第一极板，并连接所述第二栅极驱动模块的第一反相器开关管的控制端，用于驱动所述第二栅极驱动模块的第一反相器开关管；所述第五电容的第二极板用于接收第五时钟控制信号；所述第六电容的第二极板用于接收第六时钟控制信号。优选地，所述第一反相器开关管为NMOS管，所述第二反相器开关管为PMOS管。优选地，所述第一时钟控制信号、所述第二时钟控制信号、所述第三时钟控制信号、所述第四时钟控制信号、所述第五时钟控制信号、所述第六时钟控制信号为六相交叠时钟控制信号，且所述第一时钟控制信号、所述第三时钟控制信号、所述第五时钟控制信号的相位相同，所述第二时钟控制信号、所述第四时钟控制信号和所述第六时钟控制信号的相位相同，所述第一时钟控制信号的相位与所述第二时钟控制信号的相位相反。优选地，所述第一时钟控制信号、所述第二时钟控制信号、所述第三时钟控制信号、所述第四时钟控制信号、所述第五时钟控制信号、所述第六时钟控制信号为六相不交叠时钟控制信号，且所述第一时钟控制信号、所述第三时钟控制信号、所述第五时钟控制信号的相位相同，所述第二时钟控制信号、所述第四时钟控制信号和所述第六时钟控制信号的相位相同，所述第一时钟控制信号的相位与所述第二时钟控制信号的相位相反。优选地，所述交叉耦合电荷泵包括第一级交叉耦合电荷泵单元和第二级交叉耦合电荷泵单元；所述第一级交叉耦合电荷泵单元的输出端作为所述第二级交叉耦合电荷泵单元的输入电源。经由上述的技术方案可知，本专利技术提供的交叉耦合电荷泵，包括升压模块和传输模块，所述传输模块包括第一PMOS管和第二PMOS管，第一栅极驱动模块、第二栅极驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交叉耦合电荷泵，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵包括至少一个交叉耦合电荷泵单元，所述交叉耦合电荷泵单元包括：升压模块，用于对电源电压进行升压，所述升压模块包括第一输出端和第二输出端；传输模块，与所述升压模块的所述第一输出端和所述第二输出端相连，用于输出升压后的电压；其中，所述传输模块包括：第一PMOS管和第二PMOS管、第一栅极驱动模块、第二栅极驱动模块和电平转换模块；所述第一PMOS管的第一端与所述升压模块的第一输出端相连，所述第二PMOS管的第一端与所述升压模块的第二输出端相连；所述第一PMOS管的第二端与所述第二PMOS管的第二端相连，作为所述交叉耦合电荷泵单元的输出端；所述第一PMOS管的控制端通过所述第一栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述输入电源相连，接收所述输入电源的电压的驱动；或者通过所述的第一栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连，接收所述交叉耦合电荷泵单元的输出端电压的驱动；所述第二PMOS管的控制端通过所述第二栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述输入电源相连，接收所述输入电源的电压的驱动；或者通过所述的第二栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连，接收所述交叉耦合电荷泵单元的输出端电压的驱动。...

【技术特征摘要】
1.一种交叉耦合电荷泵，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵包括至少一个交叉耦合电荷泵单元，所述交叉耦合电荷泵单元包括：升压模块，用于对电源电压进行升压，所述升压模块包括第一输出端和第二输出端；传输模块，与所述升压模块的所述第一输出端和所述第二输出端相连，用于输出升压后的电压；其中，所述传输模块包括：第一PMOS管和第二PMOS管、第一栅极驱动模块、第二栅极驱动模块和电平转换模块；所述第一PMOS管的第一端与所述升压模块的第一输出端相连，所述第二PMOS管的第一端与所述升压模块的第二输出端相连；所述第一PMOS管的第二端与所述第二PMOS管的第二端相连，作为所述交叉耦合电荷泵单元的输出端；所述第一PMOS管的控制端通过所述第一栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述输入电源相连，接收所述输入电源的电压的驱动；或者通过所述的第一栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连，接收所述交叉耦合电荷泵单元的输出端电压的驱动；所述第二PMOS管的控制端通过所述第二栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述输入电源相连，接收所述输入电源的电压的驱动；或者通过所述的第二栅极驱动模块和所述电平转换模块与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连，接收所述交叉耦合电荷泵单元的输出端电压的驱动。2.根据权利要求1所述的交叉耦合电荷泵，其特征在于，所述升压模块包括：第一NMOS管、第二NMOS管、第一电容和第二电容；所述第一NMOS管的第一端与所述第二NMOS管的第一端相连，并连接所述输入电源；所述第一NMOS管的第二端连接所述第一电容的第一极板；所述第二NMOS管的第二端连接所述第二电容的第一极板；所述第一电容的第二极板用于接收第一时钟控制信号；所述第二电容的第二极板用于接收第二时钟控制信号；所述第一NMOS管的控制端连接所述第二电容的第一极板，并作为所述升压模块的所述第二输出端；所述第二NMOS管的控制端连接所述第一电容的第一极板，并作为所述升压模块的所述第一输出端。3.根据权利要求2所述的交叉耦合电荷泵，其特征在于，所述第一栅极驱动模块和所述第二栅极驱动模块结构相同，均为反相器。4.根据权利要求3所述的交叉耦合电荷泵，其特征在于，所述反相器包括：第一反相器开关管和第二反相器开关管；所述第一反相器开关管的第一端与所述第二反相器开关管的第一端相连，作为所述反相器的输出端，所述反相器的输出端用于驱动所述第一PMOS管和第二PMOS管；所述第一反相器开关管的第二端连接所述输入电源，所述第二反相器开关管的第二端与所述交叉耦合电荷泵单元的输出端相连；所述第一反相器开关管和所述第二反相器开关管的控制端均与所述电平转换模块相连。5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄策策，王瑜，王颀，霍宗亮，叶甜春，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11