一种宽范围电流调节的电荷泵制造技术

本发明专利技术公开了一种宽范围电流调节的电荷泵，包括偏置电路模块、充放电支路、支路选通模块以及钳位运算放大器，所述偏置电路为充放电支路提供偏置电压；所述充放电支路用于提供不同量级的电流通路；所述支路选通模块根据外部逻辑电平ICP将所述偏置电路输出电压将转换为受控电压，所述受控电压控制充放电支路；所述钳位运算放大器用于维持充放电支路输出电压和偏置电路输出电压在同一水平。本发明专利技术通过选通不同的充放电支路，彻底关闭未选通的支路，实现各支路间的完全隔离，降低电荷在充放电过程中从未选通支路泄漏的风险。

A charge pump with wide range current regulation

【技术实现步骤摘要】
一种宽范围电流调节的电荷泵
本专利技术属于集成电路领域，具体涉及一种具有较宽范围电流调节能力的电荷泵技术。
技术介绍
电荷泵作为一种基础模块，广泛应用于各种集成电路中，用于改变系统的输出电压。随着集成电路技术的不断发展和完善，集成电路中晶体管的尺寸也越来越小，芯片的工作频率越来越高，同时，电路电源电压也相应越来越低，因此对于电荷泵能够提供较宽的电压输出范围的需求也越来越高，设计难度也相应地增大，所以研究宽电压输出，低电流失配的电荷泵具有很大的应用前景和现实意义。目前常见的CMOS电荷泵多采用PMOS管作为充电电流源，NMOS管作为放电电流源，配合动态开关形成电荷泵的充放电。由于PMOS管与NMOS管在结构上存在差异，导致充放电的电流大小很难形成匹配，在电荷泵输出电压过高或过低时会存在很大的电流失配，最终导致电荷泵有效的输出电压范围有限。随着集成电路制造工艺的尺寸越来越小以及系统对于小型化低功耗的需求，在电荷泵供电电压越来越小的情况下，减小电荷泵充放电过程中的电流失配以实现较大的电压输出范围等问题，均成为急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术为了解决现有电荷泵结构的不足，提供了一种宽范围电流调节的电荷泵技术。通过选通不同的充放电支路，彻底关闭未选通的支路，实现各支路间的完全隔离，降低电荷在充放电过程中从未选通支路泄漏的风险。与传统电荷泵结构相比，可以在较宽的输出电压范围内实现较小的电流失配。为了实现上述技术思路，解决电路设计困难，本专利技术提供了一种宽范围电流调节的电荷泵，包括偏置电路模块、充放电支路、支路选通模块以及钳位运算放大器；所述偏置电路为充放电支路提供偏置电压；所述充放电支路用于提供不同量级的电流通路；所述支路选通模块根据外部逻辑电平ICP将所述偏置电路输出电压将转换为受控电压，所述受控电压控制充放电支路；所述钳位运算放大器用于维持充放电支路输出电压和偏置电路输出电压在同一水平。优选的，所述偏置电路包括电流复制电路、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜以及钳位运算放大器；其中所述钳位运算放大器分为第一钳位运算放大器和第二钳位运算放大器。优选的，所述偏置电路的具体连接方式为：晶体管M35、M36、M37组成电流复制电路，且源极分别连接地线GND；晶体管M38、M39组成第一电流镜，且源极分别连接电源VDD，栅极相互连接，所述M38的漏极连接M3的漏极，所述M39的漏极连接晶体管M48的漏极；晶体管M40、M41的源极分别连接电源VDD，栅极连接使能信号ENN，漏极分别连接晶体管M42、M42的源极；晶体管M42、M43组成第二电流镜，且栅极相互连接输出电压VPB_1，所述M43的漏极连接与晶体管M44的漏极和第一钳位运算放大器的一个输出端VOUT_AUX1连接；晶体管M44的栅极与第一钳位运算放大器的输出端连接构成偏置电压VPN_1，源极连接晶体管M45的漏极；晶体管M45的栅极接使能信号EN，源极连接地线GND；晶体管M48和M49组成第三电流镜，且栅极相互连接输出电压VNB_1，源极分别与晶体管M50和M51的漏极连接，晶体管M49的漏极连接晶体管M47的漏极和第二钳位运算放大器的一个输出端VOUT_AUX2；晶体管M50和M51的源极分别接地线GND，栅极连接使能信号EN；晶体管M47的栅极连接第二钳位运算放大器的输出端构成偏置电压VNN_1，源极与晶体管M46的漏极连接；晶体管M46的源极连接电源VDD，栅极连接使能信号ENN。优选的，所述充放电支路的具体连接方式为：晶体管M1的源极连接电源VDD，栅极连接或门OR，漏极连接晶体管M2的源极和M5的漏极，晶体管M5的栅极连接M1的栅极和或门OR，源极连接地线GND；晶体管M2的栅极连接支路选通模块输出的电压VPB/VNN，漏极连接输出端VOUT；晶体管M4的源极连接地线GND，栅极连接与门AND，漏极连接晶体管M3的源极以及M6的漏极，晶体管M6的栅极连接M4的栅极和与门AND，源极连接电源VDD；晶体管M3的栅极连接支路选通模块输出的电压VPN/VNB，漏极连接输出端VOUT。优选的，所述支路选通模块通过外部逻辑电平ICP_1通过使能信号EN控制的SW1输出信号ICP<1>，再经过反向器输出信号ICPB<1>；有偏置电路模块输出的四个偏置电压VPB_1、VPN_1、VNN_1和VNB_1分别经ICP<1>和ICPB<1>控制的开关SW2输出受控电压VPB<1>、VPN<1>、VNN<1>和VNB<1>，所述受控电压与充放电支路的晶体管M2和晶体管M3的栅极连接。优选的，所述第一钳位运算放大器的连接方式为：晶体管M7的源极连接电源VDD，栅极连接偏置电压VP1，漏极分别连接晶体管M8和M9的源极；晶体管M8的栅极连接VOUT，漏极连接晶体管M18源极和M20的漏极；晶体管M9的栅极连接VOUT_AUX1，漏极连接晶体管M17的源极和M19的漏极；晶体管M12的源极连接地线GND，栅极连接偏置电压VN1，漏极分别连接晶体管M10和M11的源极；晶体管M10的栅极连接VOUT，漏极连接晶体管M14的漏极和M16的源极；晶体管M11的栅极连接VOUT_AUX1，漏极连接晶体管M13的漏极和M15的源极；晶体管M13和M14的栅极连接偏置电压VP1，源极分别连接电源VDD；晶体管M15和M16的栅极连接偏置电压VBP1，漏极分别连接晶体管M17的漏极和M18的漏极，晶体管M16和M18的漏极连接输出VPN1；晶体管M17和M18的栅极连接偏置电压VBN1，晶体管M19和M20的源极分别连接地线GND。优选的，所述第二钳位运算放大器的连接方式为：晶体管M21的源极连接电源VDD，栅极连接偏置电压VP2，漏极分别连接晶体管M22和M23的源极；晶体管M22的栅极连接VOUT，漏极连接晶体管M32源极和M34的漏极；晶体管M23的栅极连接VOUT_AUX2，漏极连接晶体管M31的源极和M33的漏极；晶体管M26的源极连接地线GND，栅极连接偏置电压VN2，漏极分别连接晶体管M24和M25的源极；晶体管M24的栅极连接VOUT，漏极连接晶体管M28的漏极和M30的源极；晶体管M25的栅极连接VOUT_AUX2，漏极连接晶体管M27的漏极和M29的源极；晶体管M27和M28的栅极连接偏置电压VP2，源极分别连接电源VDD；晶体管M29和M30的栅极连接偏置电压VBP2，漏极分别连接晶体管M31的漏极和M32的漏极，晶体管M30和M32的漏极连接输出VNN1；晶体管M31和M32的栅极连接偏置电压VBN2，晶体管M33和M34的源极分别连接地线GND。本专利技术提出宽范围电流调节的电荷泵结构，与传统的电荷泵结构相比，降低了电流从未选通的充放电支路的电流源级CMOS管经旁路CMOS管泄漏的风险，通过将未选通充电电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽范围电流调节的电荷泵，包括偏置电路模块、充放电支路、支路选通模块以及钳位运算放大器，其特征在于，/n所述偏置电路为充放电支路提供偏置电压；/n所述充放电支路用于提供不同量级的电流通路；/n所述支路选通模块根据外部逻辑电平ICP将所述偏置电路输出电压将转换为受控电压，所述受控电压控制充放电支路；/n所述钳位运算放大器用于维持充放电支路输出电压和偏置电路输出电压在同一水平。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽范围电流调节的电荷泵，包括偏置电路模块、充放电支路、支路选通模块以及钳位运算放大器，其特征在于，
所述偏置电路为充放电支路提供偏置电压；
所述充放电支路用于提供不同量级的电流通路；
所述支路选通模块根据外部逻辑电平ICP将所述偏置电路输出电压将转换为受控电压，所述受控电压控制充放电支路；
所述钳位运算放大器用于维持充放电支路输出电压和偏置电路输出电压在同一水平。


2.如权利要求1所述的一种宽范围电流调节的电荷泵，其特征在于，所述偏置电路包括电流复制电路、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜以及钳位运算放大器；
其中所述钳位运算放大器分为第一钳位运算放大器和第二钳位运算放大器。


3.如权利要求2所述的一种宽范围电流调节的电荷泵，其特征在于，所述偏置电路的具体连接方式为：晶体管M35、M36、M37组成电流复制电路，且源极分别连接地线GND；晶体管M38、M39组成第一电流镜，且源极分别连接电源VDD，栅极相互连接，所述M38的漏极连接M3的漏极，所述M39的漏极连接晶体管M48的漏极；晶体管M40、M41的源极分别连接电源VDD，栅极连接使能信号ENN，漏极分别连接晶体管M42、M42的源极；晶体管M42、M43组成第二电流镜，且栅极相互连接输出电压VPB_1，所述M43的漏极连接与晶体管M44的漏极和第一钳位运算放大器的一个输出端VOUT_AUX1连接；晶体管M44的栅极与第一钳位运算放大器的输出端连接构成偏置电压VPN_1，源极连接晶体管M45的漏极；晶体管M45的栅极接使能信号EN，源极连接地线GND；晶体管M48和M49组成第三电流镜，且栅极相互连接输出电压VNB_1，源极分别与晶体管M50和M51的漏极连接，晶体管M49的漏极连接晶体管M47的漏极和第二钳位运算放大器的一个输出端VOUT_AUX2；晶体管M50和M51的源极分别接地线GND，栅极连接使能信号EN；晶体管M47的栅极连接第二钳位运算放大器的输出端构成偏置电压VNN_1，源极与晶体管M46的漏极连接；晶体管M46的源极连接电源VDD，栅极连接使能信号ENN。


4.如权利要求1所述的一种宽范围电流调节的电荷泵，其特征在于，所述充放电支路的具体连接方式为：晶体管M1的源极连接电源VDD，栅极连接或门OR，漏极连接晶体管M2的源极和M5的漏极，晶体管M5的栅极连接M1的栅极和或门OR，源极连接地线GND；晶体管M2的栅极连接支路选通模块输出的电压VPB/VNN，漏极连接输出端VOUT；晶体管M4的源极连接地线GND，栅极连接与门AND，漏极连接晶体管M3的源极以及M6的漏极，晶体管M6的栅极连接M4的栅极和与门AND，源极连接电源VDD；晶体管M3的栅极连接支路选通模块输出的电压VPN/VNB，漏极连接输出端VOUT...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷立新，
申请(专利权)人：西安博瑞集信电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61