负电荷泵制造技术

本发明专利技术提供一种半导体衬底上形成的负电荷泵，它包括：电功率源，具有连接到所述衬底的第一端和连接到高电压端的第二端；连接在所述的高电压端与所述的衬底之间的输出电容器；连接在所述的高电压端与所述的衬底之间的多个充电电容器，连接到所述高电压端的所述充电电容器用第一组晶体管开关，连接到所述衬底的所述充电电容器用第二组晶体管开关；其中，所述第二组晶体管开关是ＮＭＯＳ晶体管，所述第一组晶体管开关是ＰＭＯＳ晶体管开关。在一种用途中，负电荷泵用于驱动白色ＬＥＤ。负电荷泵主要用ｎ－沟道晶体管开关，占据较小的集成电路面积。而且，在启动电荷泵中用软启动机构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路电荷泵，特别涉及用于驱动白色LED的负电荷泵。
技术介绍
电荷泵是可以为电子电路提供电功率的器件。电荷泵提供比其输入电压高的受控制的输出电压，在正电荷泵的情况下，在正输出与负电源之间建立增大的电压。或者，负电荷泵是能够提供比正电源与它的负输出之间的输入电压的幅度大的电压的电荷泵。通常，电荷泵是以电容器和振荡器为基础的电路，它将DC输入电压转换成DC输出电压，DC输出电压的电压值可以更大，更小或者是反相的。此外大多数的电荷泵能按各种模式操作。通常，这些模式是1x，1.5x，2x或更高。这些模式指示的输出电压是输入电压的几倍，并指示用泵激励的数量和所用电容器的转换数量。图1显示出现有的电荷泵，为了了解图1所显示的正电荷泵的操作，将各种晶体管作为开关处理。按1x模式，开关MP2、MP3、MP5和MP6闭合，为了防止电容器C2和C3浮动，开关MN1和MN3闭合以保持那些电容器充电。按照模式1.5x，通常在1-10MNz的固定频率完成两个闭合。首先，通过闭合开关MN1、MN2和MP5开关，电容器C2和C3从将其限定到电池的电容器C1充电。假设电容器C2和C3具有相同的电容量，那么该充电电容器C2和C3的电压是电池电压的一半。然后，全部开关在一瞬间打开，开关MP1、MP3、MP4和MP6闭合，电容器C4在输出上放电。两个开关电容器C2和C3并联加完全电池电压峰值的一半。按2x模式，在相同频率完成两个闭合。首先，闭合开关MN1、MP2、MN3、和MP5，电容器C2和C3从电容器C1充电到全电池电压。全部开关在一瞬间打开，然后，开关MP1、MP3、MP4和MP6闭合，放电到电容器C4。两个开关电容器并联加完全电池电压在第一电池电压的峰值上，结果，按2x模式操作。注意，就正电荷泵而言，开关器件中的三分之二在高电压一边运行。这就要求比对应的N沟道MOSFET或NPN双极性晶体管大50-100％的P沟道MOSFET或PNP双极性晶体管在负边配对。换句话说，如图1所显示的，九个开关晶体管中有六个晶体管是P-型，只有三个晶体管是N-型。结果，正电荷泵必然大。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提供一种负电荷泵，占据较小的集成电路空间，以便安装到更小的封装外壳中。为实现如上目的，本专利技术提供了一种半导体衬底上形成的负电荷泵，包括电功率源，具有连接到所述衬底的第一端和连接到高电压端的第二端；连接在所述的高电压端与所述的衬底之间的输出电容器；连接在所述的高电压端与所述的衬底之间的多个充电电容器，连接到所述高电压端的所述充电电容器用第一组晶体管开关，连接到所述衬底的所述充电电容器用第二组晶体管开关；其中，所述第二组晶体管开关是NMOS晶体管，所述第一组晶体管开关是PMOS晶体管开关。本专利技术提供的负电荷泵还包括按停机模式操作的监控电路，用于将输出电压钳制到所述的负电源电压。本专利技术提供的负电荷泵中所述的第二组开关中的至少一个开关用多个晶体管形成，在软启动模式中，多个晶体管交替开关。与现有技术相比，本专利技术的负电荷泵主要用n-沟道晶体管开关，占据较小的集成电路面积，能够安装到更小的封装外壳中。附图说明图1是现有LED用途中用的电荷泵的示意图；图2是LED用途中用的按本专利技术形成的电荷泵的示意图；图3A和3B分别是现有的电荷泵和按本专利技术的电荷泵在1X模式操作过程中的电路图；图4A和4B分别是现有的电荷泵和按本专利技术的电荷泵在1.5X模式操作过程中的电路图；图5A和5B分别是现有的电荷泵和按本专利技术的电荷泵在2X模式操作过程中的电路图。具体实施例方式在以下的详细说明中，通过所提供的许多具体细节可以更充分了解本专利技术的实施例。但是，本行业的技术人员将会发现，没有所述的许多细节中的一个或多个，也可以用其他的多种方法、元件和材料来实施本专利技术。为了避免造成本专利技术的技术方案不清楚，在其他的例子中没有显示和详细描述已知的结构、材料或操作。参见描述‘一个实施例’或‘实施例’的本说明书全文，结合实施例描述的具体特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在本说明书全文中的各个地方中出现的‘一个实施例中’或‘实施例中’的短语不必都要涉及同一实施例。而且，在一个或多个实施例中，可以按适当的方式组合多个具体特征、结构或特性。图2显示出按本专利技术形成的负电荷泵。如图所显示的，按本专利技术的电荷泵与现有电荷泵类似，其差别是(1)用p-型器件代替n-型器件，和(2)用n-型器件代替p-型器件。操作的原理与图1所显示的现有电荷泵的操作原理相同。由于图2所显示的电路用的六个n-沟道MOSFET代替六个p-沟道MOSFET，这就使构成的电路小到可以构成为集成电路。通常，p-沟道晶体管比等效的n-沟道晶体管大50-100％。负电荷泵的一个要求是电荷泵的激励作用必须相对于正电源低于地或管芯的衬底。就许多管芯而言，该方法要求衬底开关转换和激励，以使衬底保持在最负的电位。如果管芯的衬底升高二极管电压高于管芯上的最低电位，那么，管芯正偏置它的衬底和出现闭锁缺陷。正电荷泵的输出可以下降低于它的正电源，但是，负电荷泵不能具有升高到负电源以上没有任何保护的输出。当它的输出激励到低于负电源时，衬底连接到输出和用输出向下激励以防止正偏置。在所有模式之间的软启动转换过程中，则监测衬底和输出以确定它是否接到负电源上。如果是，那么，衬底和输出钳位到负电源，以防止任何进一步可能的正偏置。当激励作用恢复时该钳位释放。图2所显示的电路的操作与现有电路的操作类似。正如以上所看到的，负电荷泵主要用多个n-沟道晶体管。图3A显示出用于现有的按1x模式操作的电荷泵。在1x模式中，多个开关晶体管MP2、MP3、MP5和MP6闭合。多个晶体管MN1和MN3也闭合。图3A中显示出电路的结果，它显示出电池电压VB加到输出电容器C4上。同样地，本专利技术按1x模式操作，如图3B所显示的，开关晶体管MP1和MP3闭合。此外，晶体管MN2、MN3、MN5和MN6闭合。结果，在输出电容器C4上存在负电池电压。作为充电电容器的电容器C1、C2和C3经开关MP1、MP2和MP3连接到高电压端。电容器C1、C2和C3还经开关MN1-MN6连接到低电压电位。同样，输出电容器C4连接在低(负)电压电位(通常是衬底)与高电压端之间。图4B中显示出用于本专利技术的充电状态中和升压状态中的电路布局。充电状态中，MP1、MP2和MN5全部闭合。这就使图4B所显示的电路进入充电状态。在升压状态中，晶体管MN1、MN3、MN4和MP6全部闭合。其余的晶体管打开。构成的电路显示在图4B中。正如从图4B看到的，构成的电路提供的加到电容器C4上的输出电压是电池电压VB的1.5倍。图4A中显示出用于现有的正电荷泵的类似的充电和升压电路。参见图5B，当按本专利技术的负电荷泵用在2x模式中时，在充电状态下，晶体管MP1、MP3、MN2和MN5全部闭合。其余的晶体管打开。图5B显示出在热充电状态下所构成的电路图。图5A中显示出在其充电状态中的对应的现有正电荷泵。在升压状态中，图5B中，晶体管MN1、MN3、MN4和MN6全部闭合。其余的晶体管打开。生成的加到电容器C4上的输出电压是电池电压VB的两倍。图5A中显示出现有的正电荷泵升压状态下的电路。正如从以上的描述和图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
半导体衬底上形成的负电荷泵，包括：电功率源，具有连接到所述衬底的第一端和连接到高电压端的第二端；连接在所述的高电压端与所述的衬底之间的输出电容器；连接在所述的高电压端与所述的衬底之间的多个充电电容器，连接到所述高电压 端的所述充电电容器用第一组晶体管开关，连接到所述衬底的所述充电电容器用第二组晶体管开关；其特征是，所述第二组晶体管开关是ＮＭＯＳ晶体管，所述第一组晶体管开关是ＰＭＯＳ晶体管开关。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柯蒂斯B小罗宾逊，
申请(专利权)人：美国芯源系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]