电荷泵电路装置制造方法及图纸

一种电荷泵电路装置包括通过非重叠的时钟脉冲(CLK1、CLK2)控制的第一组和第二组的多个电容器(110、111、112、113)。电容器部分地实现在半导体衬底中，该半导体衬底包括深阱掺杂区和由该深阱掺杂区包围的高电压掺杂区。开关(324、325)连接到一对电容器，以利用与相应的时钟信号(CLK1、CLK2)同相的信号(CTRL1、CTRL2)来控制深阱掺杂区。CTRL2)来控制深阱掺杂区。CTRL2)来控制深阱掺杂区。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电荷泵电路装置


[0001]本公开涉及一种用于电荷泵的电路装置。具体地，本公开涉及一种电荷泵电路装置，其中在衬底中实现形成电荷泵的多个电容器的一部分，所述衬底包括第一导电类型的深阱掺杂区和设置在该深阱区上方的第二导电类型的另一掺杂阱。

技术介绍

[0002]电荷泵广泛用于集成CMOS半导体电路中，以产生高于输入电源电压的输出电压。在Dickson型电荷泵中，通过开关互连的一串电容器通过相移的非重叠的时钟信号控制。电容器可以实现为MOS电容器(MOSCAP)，其中电容器的一部分设置在半导体衬底中，并且电容器的另一部分由栅电极形成。使用互补MOS技术(CMOS)，将深n阱掺杂区设置在p衬底中。深n阱包围高电压p阱，该p阱形成了电荷泵电容器的下极板。根据传统的CMOS结构，深n阱掺杂区连接到诸如电源电压VDD的固定电压。然而，在这种情况下，电荷泵电容器的下极板与深n阱之间的寄生电容一定随着每个时钟周期进行充电和放电。由于高电压p阱和深n阱之间的寄生电容相当大，因此电荷泵操作的效率受到限制。
[0003]本公开的目的是提供一种具有增强的效率的电荷泵。
[0004]本公开的另一目的是提供一种电荷泵，与传统解决方案相比，该电荷泵以更少的输入功率实现了相同的输出电压。
[0005]本公开的又一目的是提供一种电荷泵电路装置，其以更少的半导体面积实现了相同的效率。

技术实现思路

[0006]上述目的中的一个或更多个通过电荷泵电路装置来实现，该电荷泵电路装置包括：多个电容器，其包括第一组电容器和第二组电容器；该第一组电容器耦接到第一时钟信号的端子，并且该第二组电容器耦接到第二时钟信号的端子，该第一时钟信号和第二时钟信号具有不重叠的时钟脉冲；开关，其将电容器中的一个连接到电容器中的另一个；所述电容器中的每一个包括半导体衬底，该半导体衬底包括第一导电类型的深阱掺杂区和与该第一导电类型的深阱掺杂区相邻设置的第二导电类型的阱掺杂区，所述电容器的一部分设置在该半导体衬底中；第一组电容器的深阱掺杂区通过与第一时钟信号同相的第一控制信号控制，并且第二组电容器的深阱掺杂区通过与第二时钟信号同相的第二控制信号控制。
[0007]根据本公开，用于实现电荷泵的MOSCAP的三阱CMOS技术的深n阱通过与时钟信号同相的电压驱动，该时钟信号驱动电荷泵的相应的MOSCAP。相应地，在深阱掺杂区与上方设置的互补掺杂类型的高电压阱掺杂区之间的寄生电容需要更少或几乎不需要充电和放电。同时，深阱掺杂区与半导体衬底之间的寄生电容在电荷泵操作期间经受周期性的充电和放电。然而，该电容小于深阱掺杂区与高电压阱掺杂区之间的电容，因为衬底中掺杂剂的浓度相对较小，使得对该寄生电容进行充电和放电所需的电荷量小于在传统电路中所需的电荷量。因此，更有效地使用了电源，并且提高了电荷泵操作的效率。
[0008]驱动深阱掺杂区的控制信号取自电荷泵电容器的高电压节点。驱动深阱掺杂区的电压可以取自两个相邻的电容器，这两个电容器供应与电容器的时钟电压同相的电压。控制深阱掺杂区的电压可以取自那些在电荷泵的输出端处承载最高电压的电荷泵电容器。电容器序列中的其他电容器也是可行的。如果深阱时钟信号取自最高的电容器，则效率的提高主要是以输出电压中少量的电势纹波为代价的。如果深阱掺杂区控制信号取自电容器序列中间的电容器，则效率的提高可能会更低，然而其益处是输出电压中的附加波纹更少或没有。
[0009]连接到电荷泵电容器的开关电路可以为深阱掺杂区供应同相控制信号。开关电路通过电荷泵的时钟信号控制，并且包括开关晶体管，以向深阱掺杂区供应同相控制信号。需要开关电路中的第一个和第二个，以向深阱掺杂区供应第一同相控制信号和第二同相控制信号。开关电路均包括自举电容器和开关晶体管，以使高电压能够被切换到深阱掺杂区。
[0010]在一实施例中，衬底可以是p掺杂的半导体衬底。深阱掺杂区可以是n掺杂深阱。高电压阱掺杂区可以是由n掺杂深阱区包围的高电压p掺杂阱区。N掺杂的源极区和漏极区设置在高电压p掺杂阱中，以形成电荷泵的MOSCAP电容器之一。n掺杂的源极区/漏极区彼此连接。设置在n掺杂的源极区/漏极区之间的栅电极形成了电荷泵的MOSCAP电容器的上极板。
[0011]电荷泵可以包括设置成序列的N个电容器。这意味着在第一电容器与第二电容器、第二电容器与第三电容器等之间以及在第N-1电容器与第N电容器之间提供有开关。第一电容器通过第一时钟信号控制，并且第二电容器通过与第一时钟信号不重叠的第二时钟信号控制，等等，使得第N-1电容器通过第一时钟信号控制，并且第N电容器通过不重叠的第二时钟信号控制。因此，第一电容器和第N-1电容器的深阱掺杂区通过第一控制信号控制，并且第二电容器和第N电容器的深阱区通过第二控制信号控制，其中第一控制信号和第二控制信号与第一时钟信号和第二时钟信号同相，然而处于升高的电压水平。将第一控制信号和第二控制信号供应给深阱掺杂区的开关电路可以取自第N-1电容器和第N电容器。
[0012]计算和仿真示出了，因为在电荷泵操作期间需要进行充电和放电的寄生电容更低，使得所需的功率更小，并因此功耗更低，因而电荷泵的效率得到了提高。另一方面，能够验证电荷泵的MOS电容的尺寸可以更小，以便实现与将深阱掺杂区绑定到固定电势的传统电荷泵相同的效率。因此，减少了集成电路的面积消耗。
[0013]应当理解，前面的一般性描述和下面的详细描述仅仅是示例性的，并且旨在提供概述或框架以理解权利要求的性质和特征。所包括附图用于提供进一步的理解，并且将附图并入在本说明书中并构成其一部分。附图示出了一个或更多个实施例，并且与说明书一起用于说明各个实施例的原理和操作。附图中不同图中的相同元件由相同的附图标记表示。
附图说明
[0014]在附图中：
[0015]图1示出了传统的电荷泵电路；
[0016]图2示出了通过半导体衬底的横截面，其包括电荷泵电容器并示出了寄生电容；
[0017]图3示出了根据本公开的原理的电荷泵电路；
[0018]图4示出了用于向深阱掺杂区提供同相控制信号的开关电路；
[0019]图5示出了根据代表图1和图3的电荷泵电路的分析模型示出了输出电压和效率的曲线图；以及
[0020]图6示出了使用电路仿真工具对图1和图3电荷泵电路进行电荷泵输出电压的仿真。
具体实施方式
[0021]现在将参考示出本公开的实施例的附图，在下文中对本公开进行更全面地描述。然而，本公开可以以许多不同的形式来体现，并且不应被理解为限于本文中阐述的实施例。提供这些实施例是为了使得本公开将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。附图不一定按比例绘制，而是配置为清楚地示出本公开。
[0022]图1示出了根据所谓的Dickson结构的传统电荷泵电路。电荷泵通过由输入电压源101供应的输入电压VDD产生在槽路电容器102处可用的升高的输出电压VOUT，该输出电压供应给负载103、104。根据Dickson结构，电荷泵包括N个电容器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电荷泵电路装置，包括：-多个电容器(110、111、112、113)，其包括第一组电容器(110、112)和第二组电容器(111、113)；-所述第一组电容器耦接到第一时钟信号(CLK1)的端子，并且所述第二组电容器耦接到第二时钟信号(CLK2)的端子，所述第一时钟信号和第二时钟信号具有不重叠的时钟脉冲；-开关(115、116)，其将所述电容器中的一个连接到所述电容器中的另一个；-所述电容器中的每一个包括半导体衬底(201)，所述半导体衬底包括第一导电类型的深阱掺杂区(202)和与所述第一导电类型的深阱掺杂区(202)相邻设置的第二导电类型的阱掺杂区(203)，所述电容器的一部分设置在所述半导体衬底(203)中；-所述第一组电容器(110、112)的深阱掺杂区(202)通过与所述第一时钟信号(CLK1)同相的第一控制信号(CTRL1)控制，并且所述第二组电容器(111、113)的深阱掺杂区通过与所述第二时钟信号(CLK2)同相的第二控制信号(CTRL2)控制。2.根据权利要求1所述的电荷泵电路装置，其中，所述第一控制信号和第二控制信号(CTRL1、CTRL2)从节点(322)以及另一节点(323)供应，所述节点(322)耦接到所述第一组电容器(112)之一的另一部分，所述另一节点(323)耦接到所述第二组电容器(113)之一的另一部分。3.根据权利要求2所述的电荷泵电路装置，其中，所述节点(322)和所述另一节点(323)连接到相邻的电容器的另一电容器部分，所述相邻的电容器连接到开关(324、325)之一。4.根据权利要求3所述的电荷泵电路装置，其中，所述电容器设置成序列，所述序列包括连接到电源电压(VDD)的端子的第一电容器(110)以及连接到输出电压(VOUT)的端子的最后一个电容器(113)，所述输出电压具有高于电源电压(VDD)的电压，其中，所述另一节点(323)耦接到所述最后一个电容器(113)，并且所述节点(322)耦接到通过所述开关之一与所述最后一个电容器连接的电容器(112)。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电荷泵电路装置，其中，所述第一组电容器的深阱掺杂区(202)耦接到开关电路(324)，所述开关电路通过所述第一时钟信号(CLK1)控制并连接到所述电容器序列的相邻的电容器(112、113)，并且所述第二组电容器的深阱掺杂区(202)耦接到另一开关电路(325)，所述另一开关电路通过所述第二时钟信号(CLK2)控制并连接到所述相邻的电容器(112、113)。6.根据权利要求5所述的电荷泵电路装置，其中，所述开关电路(324)和所述另一开关电路(325)分别包括：-所述第一时钟信号和第二时钟信号(CLK1、CLK2)之一的端子(418)，-互补MOS晶体管(410、411)的串联连接，所述互补MOS晶体管连接到所述第一组电容器(112)之一和所述第二组电容器(113)之一。7.根据权利要求6所述的电荷泵电路装置，其中，所述开关电路(324)和所述另一开关电路(325)分别还包括：-反相器(417)，其连接到所述第一时钟信号和第二时钟信号之一的端子(418)；-第一开关晶体管(413)，其连接到所述互补MOS晶体管之一和所述互补MOS晶体管(410、411)的栅极端子；以及第二开关晶体管(414)，其连接到所述互补MOS晶体管(410、
411)之一和所述第一开关晶体管(413)的栅极端子；-自举电容器(416)，其连接到所述第一时钟信号和第二时钟信号之一的端子(418)并且连接到所述第二开关晶体管(414)的栅极端子；-另一自举电容器(415)，其连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：内纳德，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：