电荷泵电路制造技术

本公开提供了一种电荷泵电路，该电荷泵电路能利用其中的开关电容网络来根据该多个驱动信号切换控制该开关电容网络中电容的充放电通路，以稳定提供输出电压；并通过控制电路根据对该输出电压的采样与预设阈值电压的比较结果生成指示信号，以及根据对驱动控制信号与该指示信号的逻辑控制生成前述的多个驱动信号，其中，该电荷泵电路处于启动上电或输出短路状态，开关电容网络通过切换控制其自身开关的导通/关断状态，从而改变其充放电通路上的导通阻抗，限制其充放电电流，以稳定输出电压。由此可实现缓启动以及输出短路保护，以提高系统可靠性。高系统可靠性。高系统可靠性。

【技术实现步骤摘要】
电荷泵电路


[0001]本公开涉及集成电路
，具体涉及一种电荷泵电路。

技术介绍

[0002]电荷泵电路(Charge Pump Circuit)，或称为电容性电压倍增器(Capacitive Voltage Multiplier)，是一种用于产生比供应至其本身更高的电压的电路。借着此一升压能力，在内部各组成单元需要各种不同的操作电压之电子系统中，例如可携式电脑(Portable Computer)，电荷泵电路可用来从供应电压源(Supply VoltageSource)提供所需之升高的电压，而减少额外设置独立的高压电压源之需求。
[0003]另一方面，通过通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)连接埠或其他类型连接埠而连接于可携式电脑之许多周边装置也需要从供应电压源汲取能量。在此情况中，电荷泵电路可应用来驱动功率开关，该功率开关通常是由NMOS晶体管所实施且设置来控制供应电压源与周边装置间之切换操作。通过使NMOS功率开关晶体管之栅极电压比其漏极电压高出许多，电荷泵电路可完全地导通NMOS功率开关晶体管以便在周边装置之正常操作中提供最小的导通电阻。
[0004]如图1所示，为一典型的电荷泵结构。PMOS管M1和NMOS管M2～M4当作开关，用于切换电容C1的充电和放电通路。当M1和M2导通时，给电容C1充电；当M3和M4导通时，电容C1放电。其中，各PMOS管和NMOS管导通时，电路中具有一定的导通阻抗，如图2所示，相当于每一开关(如K1)串连了一个小电阻(如电阻R1)。为了拥有较高的充电效率，通常M1/2/3/4的导通阻抗都设计的比较小，而充/放电电流易受通路上阻抗的影响，使系统稳定性变差。
[0005]具体的，以VN2作为输出电压为例进行说明，该电荷泵系统的输出端，通常设置有大电容用于稳压，在刚启动或者输出短路时，输出电压VN2较低，为了给输出端电容充电，会产生较大的充放电电流，从而降低系统可靠性。
[0006]针对这一问题现有的解决方案是在充放电通路上通过增加电流源来控制电流，但这种方式又会增加电路的复杂度，导致提高集成电路芯片的制造成本，又存在降低系统可靠性的风险。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本公开提供了一种电荷泵电路。
[0008]本公开提供了一种电荷泵电路，其包括：
[0009]开关电容网络，具有接入多个驱动信号的输入节点和提供输出电压的输出节点，用于根据该多个驱动信号切换控制该开关电容网络中电容的充放电通路，以稳定提供前述的输出电压；以及
[0010]控制电路，耦合于输入节点和输出节点之间，用于根据对该输出电压的采样与预设阈值电压的比较结果生成指示信号，并根据对驱动控制信号与该指示信号的逻辑控制生成前述的多个驱动信号，
[0011]其中，前述开关电容网络通过切换控制其自身开关的导通/关断状态，从而改变其充放电通路上的导通阻抗，限制其充放电电流，以稳定输出电压。
[0012]优选地，前述的多个驱动信号包括第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号和第六驱动信号，并且，前述的开关电容网络包括：
[0013]全桥式连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，该第一开关管和第三开关管之间的第一连接节点连接电容的第一端，且该第二开关管和第四开关管之间的第二连接节点连接电容的第二端，该第四开关管的第一端作为前述的输出节点，用于提供输出电压；
[0014]第五开关管和第六开关管，该第五开关管并联连接在前述第一开关管的两端，该第六开关管并联连接在前述第三开关管的两端，
[0015]其中，该第一开关管的控制端接入前述第一驱动信号，该第二开关管的控制端接入前述第二驱动信号，该第三开关管的控制端接入前述第三驱动信号，该第四开关管的控制端接入前述第四驱动信号，该第五开关管的控制端接入前述第五驱动信号，该第六开关管的控制端接入前述第六驱动信号。
[0016]优选地，前述的第一开关管到第六开关管中的任一可等效替换为开关组件，该开关组件包括串联连接的开关元件和电阻，其中，该开关元件受控于相应的驱动信号以切换其导通/关断状态。
[0017]优选地，前述的控制电路包括：
[0018]采样保持单元，用于对所述输出电压进行采样，生成反馈电压；
[0019]比较器，该比较器的正输入端接入前述预设阈值电压，其负输入端接入反馈电压，其输出端用于提供前述的指示信号；
[0020]控制模块，该控制模块用于提供前述驱动控制信号，以周期性控制电容的充放电；
[0021]第一驱动器，用于根据对驱动控制信号的逻辑控制生成前述的第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号和第四驱动信号；
[0022]第二驱动器，用于根据对驱动控制信号和前述指示信号的逻辑控制生成前述的第五驱动信号和第六驱动信号。
[0023]优选地，前述的驱动控制信号为高电平状态，电容充电；该驱动控制信号为低电平状态，电容放电。
[0024]优选地，前述的指示信号的高电平用于指示该电荷泵电路处于启动上电或输出短路状态。
[0025]优选地，前述的第二驱动器包括：
[0026]第一非门、第一或非门和第二非门，该第一非门的输入端接入前述的驱动控制信号，该第一或非门的输入端分别连接第一非门的输出端和比较器的输出端，该第二非门的输入端连接第一或非门的输出端，其输出端用于提供前述的第五驱动信号；
[0027]第二或非门和第一缓冲门，该第二或非门的输入端分别接入前述的驱动控制信号和指示信号，该第一缓冲门的输入端连接第二或非门的输出端，其输出端用于提供前述的第六驱动信号。
[0028]优选地，前述第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管中的任一为金属氧化物半导体场效应晶体管。
[0029]优选地，前述的第一开关管和第五开关管均为P沟道型的金属氧化物半导体场效应晶体管，且前述的第二开关管、第三开关管、第四开关管和第六开关管均为N沟道型的金属氧化物半导体场效应晶体管。
[0030]优选地，前述的指示信号为低电平状态，前述第一驱动信号与第五驱动信号同频同相，且前述第六驱动信号与第三驱动信号同频同相；
[0031]该指示信号为高电平状态，前述第五驱动信号为高电平状态且第六驱动信号为低电平状态，以维持前述第五开关管和第六开关管的关断状态。
[0032]本公开的有益效果是：本公开提供的一种电荷泵电路，能利用其中的开关电容网络来根据该多个驱动信号切换控制该开关电容网络中电容的充放电通路，以稳定提供输出电压；并通过控制电路根据对该输出电压的采样与预设阈值电压的比较结果生成指示信号，以及根据对驱动控制信号与该指示信号的逻辑控制生成前述的多个驱动信号，其中，该电荷泵电路处于启动上电或输出短路状态，开关电容网络通过切换控制其自身开关的导通/关断状态，从而改变其充放电通路上的导通阻抗，限制其充放电电流，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括：开关电容网络，具有接入多个驱动信号的输入节点和提供输出电压的输出节点，用于根据所述多个驱动信号切换控制该开关电容网络中电容的充放电通路，以稳定提供所述输出电压；以及控制电路，耦合于所述输入节点和所述输出节点之间，用于根据对所述输出电压的采样与预设阈值电压的比较结果生成指示信号，并根据对驱动控制信号与所述指示信号的逻辑控制生成所述多个驱动信号，其中，所述开关电容网络通过切换控制其自身开关的导通/关断状态，从而改变所述充放电通路上的导通阻抗，限制其充放电电流，以稳定所述输出电压。2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述多个驱动信号包括第一驱动信号、第二驱动信号、第三驱动信号、第四驱动信号、第五驱动信号和第六驱动信号，并且，所述开关电容网络包括：全桥式连接的第一开关管、第二开关管、第三开关管和第四开关管，所述第一开关管和所述第三开关管之间的第一连接节点连接所述电容的第一端，且所述第二开关管和所述第四开关管之间的第二连接节点连接所述电容的第二端，所述第四开关管的第一端作为所述输出节点，用于提供所述输出电压；第五开关管和第六开关管，所述第五开关管并联连接在所述第一开关管的两端，所述第六开关管并联连接在所述第三开关管的两端，其中，所述第一开关管的控制端接入所述第一驱动信号，所述第二开关管的控制端接入所述第二驱动信号，所述第三开关管的控制端接入所述第三驱动信号，所述第四开关管的控制端接入所述第四驱动信号，所述第五开关管的控制端接入所述第五驱动信号，所述第六开关管的控制端接入所述第六驱动信号。3.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一开关管到所述第六开关管中的任一可等效替换为开关组件，所述开关组件包括串联连接的开关元件和电阻，所述开关元件受控于相应的驱动信号以切换其导通/关断状态。4.根据权利要求2或3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述控制电路包括：采样保持单元，用于对所述输出电压进行采样，生成反馈电压；比较器，所述比较器的正输入端接入所述预设阈值电压，其负输入端接入所述反馈电压，其输出端用于提供所...

【专利技术属性】
技术研发人员：于翔，陈建春，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：发明
国别省市：