电荷泵制造技术

一种电荷泵，包括：第一电压输入端、第二电压输入端、电压输出端、至少一快速电容、储能电容、由控制信号控制的第一组ＭＥＭＳ开关、第二组ＭＥＭＳ开关和第三组ＭＥＭＳ开关，快速电容通过第一组ＭＥＭＳ开关与第一和第二电压输入端连接，并通过第二组ＭＥＭＳ开关与第一或第二电压输入端连接；储能电容通过第三组ＭＥＭＳ开关与快速电容连接，并连接电压输出端，储能电容还与第二电压输入端连接；在控制信号控制第一组ＭＥＭＳ开关闭合、第二、三组ＭＥＭＳ开关断开时，快速电容通过第一、第二电压输入端充电；在控制信号控制第一组ＭＥＭＳ开关断开、第二、三组ＭＥＭＳ开关闭合时，储能电容通过快速电容和第二电压输入端充电。实现电荷泵的小型化和高度集成化，提高能量转化效率，减小功耗。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电压转换器，尤其涉及一种电荷泵。
技术介绍
电荷泵是一种利用“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能 的DC/DC(变换器)，晶体管开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输 入电压以一定因数(例如_1，0.5，2，3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。现有技 术中有许多电荷泵的电路结构，例如申请号为“02815860. 1”的中国专利公开的电荷泵。图1为现有技术中常用的一种倍压电荷泵原理电路结构示意图，该现有技术的电 荷泵包括电压输入端Vin，电压源通过该电压输入端Vin向电荷泵提供电压；电压输出端 Vout，用于输出电压，提供给相应的负载；快速电容CF，通过开关Sl和S2串联于电压输入 端Vin和接地端之间，快速电容CF的第一电极板11通过开关Sl与电压输入端Vin电连接， 快速电容CF的第二电极板12通过开关S2与接地端电连接，且快速电容CF的第二电极板 还通过开关S4与电压输入端Vin电连接；储能电容CR，串联于电压输出端Vout和接地端 之间，储能电容CR的第一电极板21与电压输出端Vout电连接，储能电容CR的第二电极板 22与接地端电连接，用于向负载提供电压，并且，该储能电容CR的第一电极板21通过开关 S3与快速电容CF的第一电极板11电连接。Clock时钟脉冲用来控制开关S1、S2、S3和S4 的断开、闭合，其中，S1/S2同时断开、闭合，S3/S4同时断开、闭合，当脉冲信号使开关S1/S2 闭合，S3/S4断开时，电压为V的电压源通过电压输入端Vin给快速电容CF充电至电压V ； 然后，Clock脉冲信号使开关S1/S2断开，S3/S4闭合，快速电容CF的电势被上移了 V，即从 V上升至2V，因此此时储能电容CR两端的总电压为2V，电压输出端Vout的电压为2V，通过 这样的原理完成电荷泵的倍压。然而，以上所述的电荷泵中使用的开关为MOS工艺中形成的晶体管开关，例如，薄 膜晶体管、场效应晶体管等，由于晶体管具有栅极、源极和漏极，受设计规则、关键尺寸(CD) 和布局等工艺因素的影响，这些晶体管会占据必要的布局面积，因此限制了电荷泵的小型 化和高度集成化。
技术实现思路
本技术解决的问题是提供一种电荷泵，以减小布局面积，实现电荷泵的小型 化和高度集成化。为解决上述问题，本技术提供一种电荷泵，第一电压输入端、第二电压输入 端、电压输出端、至少一快速电容、储能电容、以及由控制信号控制的第一组MEMS开关、第 二组MEMS开关和第三组MEMS开关，其中，所述快速电容通过所述第一组MEMS开关与所述第一和第二电压输入端连接，并 通过所述第二组MEMS开关与所述第一或第二电压输入端连接；所述储能电容通过所述第三组MEMS开关与所述快速电容连接，并连接电压输出端，所述储能电容还与所述第二电压输入端连接；在所述控制信号控制所述第一组MEMS开关闭合、第二、三组MEMS开关断开时，所 述快速电容通过所述第一、第二电压输入端充电；在所述控制信号控制所述第一组MEMS开关断开、第二、三组MEMS开关闭合时，所 述储能电容通过所述快速电容和所述第二电压输入端充电。可选的，所述每一 MEMS开关包括第一电极和第二电极；其中，所述第一电极，包括第一端和第二端；所述第二电极，包括导电体，所述时钟脉冲信号控制所述第二电极相对于第一电 极移动，使所述第二电极的导电体导通所述第一电极的第一端和第二端。可选的，所述第一电极还包括与所述第一端、第二端绝缘的第一极板，所述第二电 极还包括与所述导电体绝缘的第二极板。可选的，所述第一组MEMS开关中各个MEMS开关的第二电极形成于同一第一极 板；所述第二组开关中的各个MEMS开关的第二电极形成于同一第二极板。可选的，所述第一组MEMS开关中的各个MEMS开关层叠设置；所述第二组、第三组MEMS开关中的各个MEMS开关层叠设置。可选的，所述第一组MEMS开关、第二组MEMS开关和第三组MEMS开关中的各个 MEMS开关层叠设置。与现有技术相比，本技术的技术方案以MEMS开关取代晶体管，具有以下优占.^ \\\ ·MEMS开关结构简单，受工艺因素的影响较小，因此占据的布局面积很小，采用 MEMS开关可以缩小电荷泵芯片的布局面积，进而实现电荷泵的小型化和高度集成化。进一步地，在本技术的具体实施例中，MEMS开关阵列中的各个MEMS开关可以 层叠在一起，这样可以进一步缩小开关阵列的面积，提高电荷泵的开关阵列的集成度，进一 步节省芯片面积。MEMS开关的接触电阻小，因此自身功耗小，可以提高电荷泵的能量转化效率；且， MEMS开关不动作的时候(即处于导通状态时)基本没有功耗，这样可以减小电荷泵的整体 功耗。MEMS开关的切换频率可以很高，因此每次充电时快速电容上的电容可以很小，从 而可以利用小的电压源，减小电荷泵的功耗。附图说明图1是现有技术的电荷泵电路结构示意图；图2是本技术具体实施例的倍压电荷泵电路结构示意图；图3是本技术具体实施例的负压电荷泵电路结构示意图；图4是本技术具体实施例的1. 5倍压电荷泵电路结构示意图；图5是本技术具体实施例的MEMS开关的侧面结构示意图；图6是本技术具体实施例的倍压电荷泵的第一组MEMS开关的侧面结构示意 图；图7是本技术具体实施例的倍压电荷泵的MEMS开关的俯视示意图。具体实施方式本技术实施方式的电荷泵以微机电系统(MEMS，Micro ElectroMechanical systems)开关取代晶体管作为开关元件，MEMS开关可以整合(merge)在一起。MEMS技术是建立在微米/纳米技术(micro/nanotechnology)基础上的21世纪前 沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS技术利用微 电子技术和微加工技术相结合的制造工艺，可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统 集成为一个整体单元的微型系统。MEMS开关是MEMS技术的一种应用，利用半导体硅加工工 艺制成的超微型机械开关。本技术实施方式的电荷泵包括第一电压输入端、第二电压输入端、电压输出 端、至少一快速电容、储能电容、以及由控制信号控制的第一组MEMS开关、第二组MEMS开关 和第三组MEMS开关，其中，所述快速电容通过所述第一组MEMS开关与所述第一和第二电 压输入端电连接，并通过所述第二组MEMS开关与第一或第二电压输入端电连接；所述储能 电容通过所述第三组MEMS开关与所述快速电容连接，并连接电压输出端，所述储能电容还 与所述第二电压输入端连接；在所述控制信号控制所述第一组MEMS开关闭合、第二、三组 MEMS开关断开时，所述快速电容通过所述第一、第二电压输入端充电；在所述控制信号控 制所述第一组MEMS开关断开、第二、三组MEMS开关闭合时，所述储能电容通过所述快速电 容和所述第二电压输入端充电。在本技术的具体实施例中，控制信号为时钟脉冲信号。图2是本技术具体实施例的倍压电荷泵电路结构示意图，参考图2，该具体 实施例的电荷泵包括一快速电容CF，其包括第一电极板11和第二电极板12，一储能电容 CR，其包括第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电荷泵，其特征在于，包括：第一电压输入端、第二电压输入端、电压输出端、至少一快速电容、储能电容、以及由控制信号控制的第一组ＭＥＭＳ开关、第二组ＭＥＭＳ开关和第三组ＭＥＭＳ开关，其中，　　所述快速电容通过所述第一组ＭＥＭＳ开关与所述第一和第二电压输入端连接，并通过所述第二组ＭＥＭＳ开关与所述第一或第二电压输入端连接；　　所述储能电容通过所述第三组ＭＥＭＳ开关与所述快速电容连接，并连接电压输出端，所述储能电容还与所述第二电压输入端连接；　　在所述控制信号控制所述第一组ＭＥＭＳ开关闭合、第二、三组ＭＥＭＳ开关断开时，所述快速电容通过所述第一、第二电压输入端充电；　　在所述控制信号控制所述第一组ＭＥＭＳ开关断开、第二、三组ＭＥＭＳ开关闭合时，所述储能电容通过所述快速电容和所述第二电压输入端充电。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张镭，唐德明，
申请(专利权)人：江苏丽恒电子有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]