一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵制造技术

本发明专利技术公开了一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，包括：控制模块、动态开关、电压迟滞比较器以及电荷泵模块，所述控制模块根据电压迟滞比较器反馈的信息控制电荷泵模块和动态开关；所述动态开关根据控制模块反馈的信息完成电流通路的切换；所述电压迟滞比较器经过动态控制开关对电荷泵模块输出端的电压进行采样，并将结果反馈至控制模块；所述电荷泵模块输出稳定的电流电压，避免CMOS管被击穿。本发明专利技术提高了电荷泵输出电压的范围，降低了电荷从输出端经未开启电荷泵子模块泄漏的风险。

A charge pump with low current mismatch and wide output voltage range

【技术实现步骤摘要】
一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵
本专利技术属于集成电路领域，具体涉及一种控制低电流失配宽输出电压范围的电荷泵。
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，电路的电源电压也相应越来越低，因此对于电荷泵在较高的频率下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，所以研究宽输出电压范围，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；同时，由于CMOS管的栅极氧化层存在一定的击穿电压，如果电荷泵的输出电压过高或过低，都会导致栅极氧化层的击穿，最终造成电荷泵的性能受损，因此，氧化层的击穿电压直接限制了传统电荷泵的输出电压最大不会超过CMOS管栅极氧化层所能承受的最大电压，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。>本专利技术提供所述的一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，保证各低电压CMOS管不被击穿烧坏的前提下，通过不同电荷泵子模块的并联，提高了电荷泵输出电压的范围；通过对不同的动态开关的电源电位和地电位进行合理的配置，降低了电荷从输出端经未开启电荷泵子模块泄漏的风险，在较宽的输出电压范围内提高了电流匹配的精准度。本专利技术为了解决现有电荷泵结构的不足，提供了一种具有低电流失配、宽输出电压范围的电荷泵电路结构。为了使电荷泵的输出电压范围超过CMOS管所能承受的最大电压，且保证CMOS管两两端口之间的电压小于击穿电压，本专利技术采用工作在不同供电电压和地电压下的电荷泵子模块，通过开关自动切换，使选通的子模块的单独工作，而未被选通的子模块关断，在不增大整体功耗的前提下，使各个子模块交替进行充放电，实现较宽的输出电压范围。同时，通过选通不同的充放电支路，彻底关断未选通的支路，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，本专利技术可以在较宽的输出电压范围内实现较小的电流失配的效果。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低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，包括：控制模块、动态开关、电压迟滞比较器以及电荷泵模块；所述控制模块根据电压迟滞比较器反馈的信息控制电荷泵模块和动态开关；所述动态开关根据控制模块反馈的信息完成电流通路的切换；所述电压迟滞比较器经过动态控制开关对电荷泵模块输出端的电压进行采样，并将结果反馈至控制模块；所述电荷泵模块输出稳定的电流电压，避免CMOS管被击穿；其中，所述电荷泵模块分为第一电荷泵子模块和第二电荷泵子模块，所述电荷泵内均采用深N阱NMOS管。优选的，所述控制模块通过外部逻辑选通信号和内部电压迟滞比较器输出信号控制单刀双掷开关，输出动态开关控制信号ICPH或ICPL，两组控制信号分别调整不同电荷泵子模块充放电电流的大小。所述控制模块根据迟滞比较器的输出信号VC_OUT的电压变化，实现对动态开关1和动态开关2的电源电位、地电位以及使能电位的配置，在满足开关内部电路不被损坏的前提下，实现动态开关的导通和关断的功能。所述控制模块块根据迟滞比较器的输出信号VC_OUT的电压变化，输出两组电荷泵子模块的偏置电压VPBH和VPNH、VPBL和VPNL，且输出的两组偏置电压只能同时导通一组，未选通的另一组偏置电压被配置到相应的电荷泵子模块的电源电位和地电位。优选的，在所述动态开关中，由所述控制模块输出的开关控制信号ICPL和ICPH经由使能信号EN控制的传输门后形成控制信号SW，再经过反相器转变为相位相反NSW信号，所述SW信号与NSW信号通过控制双向传输门电路使电荷泵模块输出信号VOH/VOL与整体输出信号VOUT完成电流通路的导通或关闭；其中，所述动态开关中采用深N阱NMOS管，所述深N阱NMOS管的P型掺杂接源极，深N阱电位接电路系统中的最高电位2VDD，P型衬底电位接电路系统中的最低电位GND。优选的，所述电压迟滞比较器的具体连接方式为：晶体管M37和M38构成第一电流镜，所述M37、M38的源极均连接地线GND，栅极相互连接，所述M37的漏极连接偏置电流IBIAS，所述M38的漏极与晶体管M39的漏极连接；所述晶体管M39的源极连接电源VDD，漏极和栅极连接并与晶体管M45和M46的栅极连接；晶体管M40和M41的漏极分别通过电阻R1和R2与电源VDD连接，源极和晶体管M42的漏极连接，所述M40的栅极连接电压迟滞比较器的参考电压，所述M41的栅极连接输入电压VIN；所述M42的源极连接地线GND，栅极连接IBIAS和晶体管M37和M38的栅极；晶体管M43和M44的栅极连接电源VDD，栅极分别连接晶体管M40和M41的漏极，漏极分别连接晶体管M49和M52的栅极；晶体管M45、M46、M39构成第二电流镜，所述M45和M46的源极均连接电源VDD，漏极分别连接晶体管M47和M48的漏极；所述M46的漏极连接电压迟滞比较器输出端口VC_OUT；晶体管M47和M48的源极连接地线GND，栅极分别连接晶体管M50和M51的漏极；晶体管M49、M50、M51和M52的源极均接地线GND，所述M49和M50的漏极相接后与M43的漏极与M47的栅极相连，所述M51和M52的漏极相接后与M44管的漏极与M48的栅极相连；所述M50的栅极、漏极与M51的漏极、栅极分别相连；晶体管M53和M54构成控制级，所述M53和M54的栅极均接使能信号EN，源极均接地电位GND，漏极分别接M49和M52管的漏极。优选的，所述第一电荷泵子模块的电路连接方式如下：晶体管M1的源极连接电源VDD，栅极连接逻辑或门OR，漏极连接晶体管M2的源极和晶体管M5的漏极，所述M5的栅极连接逻辑或门的输出端和M1的栅极，源极连接地线GND，所述M2的栅极连接偏置电压VPBL，漏极连接晶体管M3的漏极和输出端口VOL；晶体管M4的源极连接地线GND，栅极连接逻辑与门AND，漏极连接晶体管M3的源极和晶体管M6的漏极，所述M6的栅极连接逻辑与门的输出端和M4的栅极，源极连接电源VDD，所述M3的栅极连接偏执电压VPNL，漏极连接输出端口VOL。优选的，所述第一电荷泵子模块包括多个电路。优选的，所述第二电荷泵子模块的电路连接方式如下：晶体管M19的源极连接电源2VDD，栅极连接逻辑或门OR，漏极连接晶体管M20的源极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，包括：控制模块、动态开关、电压迟滞比较器以及电荷泵模块，其特征在于，/n所述控制模块根据电压迟滞比较器反馈的信息控制电荷泵模块和动态开关；/n所述动态开关根据控制模块反馈的信息完成电流通路的切换；/n所述电压迟滞比较器经过动态控制开关对电荷泵模块输出端的电压进行采样，并将结果反馈至控制模块；/n所述电荷泵模块输出稳定的电流电压，避免CMOS管被击穿；/n其中，所述电荷泵模块分为第一电荷泵子模块和第二电荷泵子模块，所述电荷泵内均采用深N阱NMOS管。/n

【技术特征摘要】
1.一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，包括：控制模块、动态开关、电压迟滞比较器以及电荷泵模块，其特征在于，
所述控制模块根据电压迟滞比较器反馈的信息控制电荷泵模块和动态开关；
所述动态开关根据控制模块反馈的信息完成电流通路的切换；
所述电压迟滞比较器经过动态控制开关对电荷泵模块输出端的电压进行采样，并将结果反馈至控制模块；
所述电荷泵模块输出稳定的电流电压，避免CMOS管被击穿；
其中，所述电荷泵模块分为第一电荷泵子模块和第二电荷泵子模块，所述电荷泵内均采用深N阱NMOS管。


2.如权利要求1所述的一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，其特征在于，
所述控制模块通过外部逻辑选通信号和内部电压迟滞比较器输出信号控制单刀双掷开关，输出动态开关控制信号ICPH或ICPL，两组控制信号分别调整不同电荷泵子模块充放电电流的大小。


3.如权利要求1所述的一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，其特征在于，在所述动态开关中，由所述控制模块输出的开关控制信号ICPL和ICPH经由使能信号EN控制的传输门后形成控制信号SW，再经过反相器转变为相位相反NSW信号，所述SW信号与NSW信号通过控制双向传输门电路使电荷泵模块输出信号VOH/VOL与整体输出信号VOUT完成电流通路的导通或关闭；
其中，所述动态开关中采用深N阱NMOS管，所述深N阱NMOS管的P型掺杂接源极，深N阱电位接整个电路系统中的最高电位2VDD，P型衬底电位接电路系统中的最低电位GND。


4.如权利要求1所述的一种低电流失配宽输出电压范围的电荷泵，其特征在于，所述电压迟滞比较器的具体连接方式为：晶体管M37和M38构成第一电流镜，所述M37、M38的源极均连接地线GND，栅极相互连接，所述M37的漏极连接偏置电流IBIAS，所述M38的漏极与晶体管M39的漏极连接；所述晶体管M39的源极连接电源VDD，漏极和栅极连接并与晶体管M45和M46的栅极连接；晶体管M40和M41的漏极分别通过电阻R1和R2与电源VDD连接，源极和晶体管M42的漏极连接，所述M40的栅极连接电压迟滞比较器的参考电压，所述M41的栅极连接输入电压VIN；所述M42的源极连接地线GND，栅极连接IBIAS和晶体管M37和M38的栅极；晶体管M43和M44的栅极连接电源VDD，栅极分别连接晶体管M40和M41的漏极，漏极分别连接晶体管M49和M52的栅极；晶体管M45、M46...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀娟，
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