应用于微机电系统麦克风的交叉耦合电荷泵电路技术方案

技术编号：40982500 阅读：2 留言：0更新日期：2024-04-18 21:28

本发明专利技术提供了一种应用于微机电系统麦克风的交叉耦合电荷泵电路。涉及电荷泵技术领域，解决现有的交叉耦合电荷泵无法应用于MEMS麦克风等需要低电源电压且输出电压可调的问题。包括：RC振荡器，以及一级交叉耦合电荷泵电路或者依次相接连的多级交叉耦合电荷泵电路；所述RC振荡器，采用电阻R和电容C作为时间常数的时钟信号为所述交叉耦合电荷泵电路提供稳定的工作频率；所述交叉耦合电荷泵电路，用于在所述时钟信号的控制下，通过两条支路彼此控制栅极提高栅压，形成升压输出。本发明专利技术根据实际应用同时兼顾麦克风运放的线性度和动态范围调整，实现输出电压的可调功能，提高麦克风系统的灵敏度，大幅提升麦克风整体系统的性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电荷泵，尤其涉及交叉耦合电荷泵电路。

技术介绍

1、微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)麦克风凭借其灵敏度稳定、抗干扰能力强、功耗小、性价比高、寿命长久等优点广泛应用于平板电脑、笔记本电脑、智能手机等消费电子产品。其中，电荷泵(charge pump)电路外部连接将声波转换为电信号的电容器导电膜片，其性能直接影响到mems麦克风的灵敏度。

2、目前，市面上常见的电荷泵结构有dickson电荷泵、cts(charge transferswitch，电荷转移开关)电荷泵、四相位时钟电荷泵、交叉耦合电荷泵等。

3、dickson电荷泵使用二极管(diode)连接的mos(metal-oxide-semiconductor，金属-氧化物-半导体)作为传输管，存在受阈值电压影响造成的输出电压损耗与电荷泵级数增加时衬底偏置效应影响显著两个主要缺点。dickson电荷泵更适用于高电源电压的应用，但由于现在越来越低的电压应用，这种结构已经不再广泛使用。

4、cts电荷泵是通过反相器来构成后级控制前级的方式对传输管栅极动态控制，消除部分阈值电压vth的影响，但输出级没有辅助后级电压控制，输出电压仍存在阈值电压损失，且当反相器两个管子同时导通时有电荷回流现象。

5、四相位时钟电荷泵用辅助升压电容提高栅极电压来消除阈值电压vth的影响并用四相时钟避免产生反向泄漏电流，但这需要更为复杂的时序电路且输出级仍有阈值电压影响造成的电压损失。

6、交叉耦合电荷泵是采用两路支路互相进行栅极偏置，彼此控制栅极来提高栅压，从而消除阈值电压vth的损失，且由两条支路交替给负载电容供电减小了输出电压纹波。但是现有的交叉耦合电荷泵无法应用于mems麦克风等需要低电源电压且输出电压可调的情形。

技术实现思路

1、在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

2、鉴于此，本专利技术为了解决上述问题，提出了一种应用于微机电系统麦克风的交叉耦合电荷泵电路，实现输出电压的可调功能。

3、本专利技术提供一种应用于微机电系统麦克风的交叉耦合电荷泵电路，包括：rc振荡器，以及一级交叉耦合电荷泵电路或者依次相接连的多级交叉耦合电荷泵电路；

4、所述rc振荡器，采用电阻r和电容c作为时间常数的时钟信号为所述交叉耦合电荷泵电路提供稳定的工作频率；

5、所述交叉耦合电荷泵电路，用于在所述时钟信号的控制下，通过两条支路彼此控制栅极提高栅压，形成升压输出。

6、一种可能的实施方式中，所述多级可调耦合电荷泵结构中的相邻的两级，前一级可调耦合电荷泵结构的电压输出端作为后一级可调耦合电荷泵结构的电压输入端。

7、一种可能的实施方式中，所述rc振荡器为单比较器结构电压模rc振荡器。

8、一种可能的实施方式中，所述rc振荡器包括：第一恒流源、第二恒流源、电阻r、电容c、开关s1、比较器和缓冲器，所述第一恒流源与所述电阻r串联后接在电源电压与接地端之间，所述第二恒流源与所述电容c串联后接在电源电压与接地端之间，所述第一恒流源与所述电阻r的连接处接入所述比较器的负极，所述第二恒流源与所述电容c的连接处接入所述比较器的正极，所述开关s1连接在所述比较器的正极与接地端之间，所述比较器的输出端与所述缓冲器的输入端相连，所述开关s1的状态受所述缓冲器的输出结果控制，所述缓冲器的输出端输出时钟信号为所述交叉耦合电荷泵电路提供稳定的工作频率。

9、一种可能的实施方式中，所述交叉耦合电荷泵电路包括：第一耦合电容c1、第二耦合电容c2、第一pmos器件mp1、第二pmos器件mp2、第一nmos器件mn1和第二nmos器件mn2；

10、所述第一nmos器件mn1的栅极连接所述第二nmos器件mn2的源极，所述第二nmos器件mn2的栅极连接所述第一nmos器件mn2的漏极，所述第一nmos器件mn1的源极连接所述第二nmos器件mn2的漏极，并接入电压输入端；

11、所述第一pmos器件mp1的栅极连接所述第二pmos器件mp2的源极，所述第二pmos器件mp2的栅极连接所述第一pmos器件mp2的漏极，所述第一pmos器件mp1的源极连接所述第二pmos器件mp2的漏极，并作为电压输出端；

12、所述第一nmos器件mn1的漏极连接所述第一pmos器件mp1的漏极，所述第二nmos器件mn2的源极连接所述第二pmos器件mp2的源极，所述时钟信号通过所述第一耦合电容c1接入所述第一nmos器件mn1的漏极与所述第一pmos器件mp1的漏极之间，所述时钟信号的反向信号通过所述第二耦合电容c2接入所述第二nmos器件mn2的源极与所述第二pmos器件mp2的源极之间。

13、一种可能的实施方式中，所述第一pmos器件mp1与第二pmos器件mp2为相同型号pmos器件，所述第一nmos器件mn1与第二nmos器件为相同型号nmos器件。

14、一种可能的实施方式中，所述电压输入端的电压值与所述时钟信号的高电平电压值相同。

15、一种可能的实施方式中，所述交叉耦合电荷泵电路的级数为6至12级。

16、本专利技术还提供一种交叉耦合电荷泵电路，在时钟信号的控制下，通过两条支路彼此控制栅极提高栅压，形成升压输出。

17、一种可能的实施方式中，所述的交叉耦合电荷泵电路，包括：第一耦合电容c1、第二耦合电容c2、第一pmos器件mp1、第二pmos器件mp2、第一nmos器件mn1和第二nmos器件mn2；

18、所述第一nmos器件mn1的栅极连接所述第二nmos器件mn2的源极，所述第二nmos器件mn2的栅极连接所述第一nmos器件mn2的漏极，所述第一nmos器件mn1的源极连接所述第二nmos器件mn2的漏极，并接入电压输入端；

19、所述第一pmos器件mp1的栅极连接所述第二pmos器件mp2的源极，所述第二pmos器件mp2的栅极连接所述第一pmos器件mp2的漏极，所述第一pmos器件mp1的源极连接所述第二pmos器件mp2的漏极，并作为电压输出端；

20、所述第一nmos器件mn1的漏极连接所述第一pmos器件mp1的漏极，所述第二nmos器件mn2的源极连接所述第二pmos器件mp2的源极，所述时钟信号通过所述第一耦合电容c1接入所述第一nmos器件mn1的漏极与所述第一pmos器件mp1的漏极之间，所述时钟信号的反向信号通过所述第二耦合电容c2接入所述第二nmos器件mn2的源极与所述第二pmos器件mp2的源极之间。

21、本专利技术的应本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.应用于微机电系统麦克风的交叉耦合电荷泵电路，其特征在于，包括：RC振荡器，以及一级交叉耦合电荷泵电路或者依次相接连的多级交叉耦合电荷泵电路；

2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述多级交叉耦合电荷泵电路中的相邻的两极，前一级交叉耦合电荷泵电路的电压输出端作为后一级交叉耦合电荷泵电路的电压输入端。

3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述RC振荡器为单比较器结构电压模RC振荡器。

4.根据权利要求1或3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述RC振荡器包括：第一恒流源、第二恒流源、电阻R、电容C、开关S1、比较器和缓冲器，所述第一恒流源与所述电阻R串联后接在电源电压与接地端之间，所述第二恒流源与所述电容C串联后接在电源电压与接地端之间，所述第一恒流源与所述电阻R的连接处接入所述比较器的负极，所述第二恒流源与所述电容C的连接处接入所述比较器的正极，所述开关S1连接在所述比较器的正极与接地端之间，所述比较器的输出端与所述缓冲器的输入端相连，所述开关S1的状态受所述缓冲器的输出结果控制，所述缓冲器的输出端为所述交叉耦合电荷泵电路提供稳定的工作频率。

5.根据权利要求1或2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵电路包括：第一电容C1、第二电容C2、第一PMOS器件MP1、第二PMOS器件MP2、第一NMOS器件MN1和第二NMOS器件MN2；

6.根据权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一PMOS器件MP1与第二PMOS器件MP2为相同型号PMOS器件，所述第一NMOS器件MN1与第二NMOS器件为相同型号NMOS器件。

7.根据权利要求5或6所述的电荷泵电路，其特征在于，所述电压输入端的电压值与所述时钟信号的高电平电压值相同。

8.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵电路的级数为6至12级。

9.一种交叉耦合电荷泵电路，其特征在于，在时钟信号的控制下，通过两条支路彼此控制栅极提高栅压，形成升压输出。

10.根据权利要求9所述的交叉耦合电荷泵电路，其特征在于，包括：第一电容C1、第二电容C2、第一PMOS器件MP1、第二PMOS器件MP2、第一NMOS器件MN1和第二NMOS器件MN2；

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【技术特征摘要】

1.应用于微机电系统麦克风的交叉耦合电荷泵电路，其特征在于，包括：rc振荡器，以及一级交叉耦合电荷泵电路或者依次相接连的多级交叉耦合电荷泵电路；

3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述rc振荡器为单比较器结构电压模rc振荡器。

4.根据权利要求1或3所述的电荷泵电路，其特征在于，所述rc振荡器包括：第一恒流源、第二恒流源、电阻r、电容c、开关s1、比较器和缓冲器，所述第一恒流源与所述电阻r串联后接在电源电压与接地端之间，所述第二恒流源与所述电容c串联后接在电源电压与接地端之间，所述第一恒流源与所述电阻r的连接处接入所述比较器的负极，所述第二恒流源与所述电容c的连接处接入所述比较器的正极，所述开关s1连接在所述比较器的正极与接地端之间，所述比较器的输出端与所述缓冲器的输入端相连，所述开关s1的状态受所述缓冲器的输出结果控制，所述缓冲器的输出端为所述交叉耦合电荷泵电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：易志中，马杰，徐兵，詹璐，
申请(专利权)人：深圳列拓科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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