本发明专利技术公开了一种电荷泵，涉及集成电路技术领域。该电荷泵包括：第一电荷泵电路，以电源电压以及两相时钟信号为输入，用于将电源电压提升至第一设定电压值并输出；时钟信号电压转换电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压以及所述两相时钟信号为输入，用于将所述两相时钟信号的摆幅提升至所述输出电压，并输出提升后的两相时钟信号；第二电荷泵电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压、所述两相时钟信号以及所述提升后的两相时钟信号为输入，用于将所述输出电压提升至第二设定电压值并输出。本发明专利技术的电荷泵采用两级结构，提高后一级电荷泵电路的时钟幅度，从而提高了电荷泵整体输出电压上升速度，并能提供更高的输出电压。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种电荷泵。
技术介绍
电荷泵电路作为Flash存储器的基本模块，很大程度上决定了 Flash的编程/擦除速度。随着集成电路制造工艺的进步、对低功耗的追求，集成电路的电源电压不断下降。 同时，在Flash存储器中，单元的编程/擦除操作仍需要较高的电压，这就使得在集成电路的不断发展过程中电荷泵电路逐步显现出其重要的地位。在Flash存储器的设计中，对电荷泵的研究逐渐成为当前的热点之一。电荷泵也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(直流-直流变换器)。它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压电荷泵，其利用内部的场效应晶体管(Field Effect Transistor, FET)开关阵列以一定的方式控制电容上电荷的传输，通常以时钟信号控制电荷泵中电容的充放电，从而使输入电压以一定的方式升高(或降低)，以达到所需要的输出电压。最早的理想电荷泵模型是J. Dickson在1976年提出的，其基本思想就是通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势，当时这种电路是为了提供可擦写EPROM所需要的电压。后来J. Witters、Toru Tranzawa等人对J. Dickson的电荷泵模型进行改进，提出了比较精确的理论模型，并通过实验加以证实提出了一些理论公式。随着集成电路的不断发展，基于低功耗、低成本的考虑，电荷泵在集成电路中的应用越来越广泛了。图1为八级Dickson正高压电荷泵电路原理图。图中符号T表示输入电压源，符号+ 表示地，符号Hg表示NMOS管，符号<表示PMOS管，其中CKl和CK2为两相不交叠时钟信号。时钟的摆幅决定了每一级电荷泵电压所能抬升(或降低)的最大幅。电源电压幅度的降低，会使时钟信号的摆幅相应降低，最终影响到单级电荷泵电压抬升(或降低)的幅度。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是如何更高速的提高电荷泵电路输出电压，以及在级数不变的情况下，电荷泵电路如何提供更高的输出电压。( 二 )技术方案为解决上述问题，本专利技术提供了一种电荷泵，该电荷泵包括第一电荷泵电路，以电源电压以及两相时钟信号为输入，用于将电源电压提升至第一设定电压值并输出；时钟信号电压转换电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压以及所述两相时钟信号为输入，用于将所述两相时钟信号的摆幅提升至所述输出电压，并输出提升后的两相时钟信号；第二电荷泵电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压、所述两相时钟信号以及所述提升后的两相时钟信号为输入，用于将所述输出电压提升至第二设定电压值并输出。 其中，所述第一电荷泵电路以及第二电荷泵电路均为正电压电荷泵电路。其中，所述第一电荷泵电路为四阶Dickson电荷泵电路，该电路由四个NMOS和五个电容器组成，其中，第一电容器及第二电容器的第一端分别与第一 NMOS管的漏极及源极相连，第二电容器及第三电容器的第一端分别与第二 NMOS管的漏极及源极相连，第三电容器及第四电容器的第一端分别与第三NMOS管的漏极及源极相连，第四电容器及第五电容器的第一端分别与第四NMOS管的漏极及源极相连；第一电容器的第一端还与第一 NMOS管的栅极以及电源电压相连，第二电容器的第一端还与第二 NMOS管的栅极相连，第三电容器的第一端还与第三NMOS管的栅极相连，第四电容器的第一端还与第四NMOS管的栅极相连； 第五电容器的第一端为电压输出端；第一电容器以及第三电容器的第二端与两相时钟信号中的第一时钟信号相连，第二电容器以及第四电容器的第二端与两相时钟信号中的第二时钟信号相连；第五电容器的第二端接地。其中，所述时钟信号电压转换电路由四个PMOS管以及四个NMOS管组成，其中第一 PMOS管、第二 PMOS管、第三PMOS管、以及第四PMOS管的源极分别与所述第一电荷泵电路的电压输出端相连；第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、以及第八NMOS管的源极分别接地；第一 PMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极、第五NMOS管的漏极、以及第七NOMS管的栅极分别与第二 PMOS管的栅极相连；第二 PMOS管的漏极、第四POMS管的栅极、第六NMOS 管的漏极、以及第八NMOS管的栅极分别与第一 PMOS管的栅极相连；第五NMOS管的栅极连接所述两相时钟信号中的第一时钟信号；第六NMOS管的栅极连接所述两相时钟信号中的第二时钟信号；第三PMOS管的漏极及第七NMOS管的漏极为提升后的两相时钟信号中的第三时钟信号输出端；第四PMOS管的漏极及第八NMOS管的漏极为提升后的两相时钟信号中的第四时钟信号输出端。其中，所述第二电荷泵电路为改进的第一电荷泵电路，包括六个NMOS管、五个电容器、以及两个PMOS管，其中，四个NMOS管及五个电容器的连接方式与所述第一电荷泵电路相同；第二电荷泵电路的第一电容器的第一端连接所述第一电荷泵电路的电压输出端； 第二电荷泵电路的第一电容器及第三电容器的第二端连接第五PMOS管的漏极以及第九 NMOS管的漏极；第二电荷泵电路的第二电容器及第四电容器的第二端分别连接第六PMOS 管的漏极及第十NMOS管的漏极；第二电荷泵电路的第五电容器的第一端为电压输出端；第五PMOS管的源极以及第六PMOS管的源极连接所述第一电荷泵电路的输出电压端；第五 PMOS管的栅极连接所述提升后的两相时钟信号中的第三时钟信号输出端，第六PMOS管的栅极连接所述提升后的两相时钟信号中的第四时钟信号输出端；第九NMOS管的源极以及第十NMOS管的源极接地，第九NMOS管的栅极连接两相时钟信号的第一时钟信号，第十NMOS 管的栅极连接两相时钟信号的第二时钟信号。(三)有益效果本专利技术的电荷泵采用两级结构，提高后一级电荷泵电路的时钟幅度，从而提高了电荷泵整体输出电压上升速度，并能提供更高的输出电压。附图说明图1为传统的八阶Dickson正高压电荷泵电路原理图2为依照本专利技术一种实施方式的电荷泵结构框图；图3为依照本专利技术一种实施方式的电荷泵中第一电荷泵电路的电路原理图；图4为依照本专利技术一种实施方式的电荷泵中时钟信号电压转换电路的电路原理图；图5为依照本专利技术一种实施方式的电荷泵中第二电荷泵电路的电路原理图；图6为依照本专利技术一种实施方式的电荷泵电路中间节点V1^n CK1_H、CK2_H波形图；图7为依照本专利技术一种实施方式的电荷泵电路关键节点波形图。 具体实施例方式本专利技术提出的电荷泵，结合附图及实施例详细说明如下。本专利技术的核心思想为利用初始Dickson电荷泵提供的高压，将时钟信号的幅度增大，之后利用电压幅度增大后的时钟信号，提高后续电荷泵电路中电压升高速率，从而提升整体电路电压提升速率并提高电荷泵可输出的最高电压。整体电路包括两部分一、 Dickson电荷泵电路；二、时钟提升电荷泵。其中第二部分电路包括电压转换电路和混合时钟信号电荷泵。电荷泵均为正高电压电荷泵。第一部分Dickson电荷泵利用系统电源电压 VDD和系统两相时钟信号得到较高电压VH;第二部分中的电压转换电路以第一部分产生电压Vh为电源电压，以系统的两相时钟信号为输入信号，得到较高摆幅的时钟信号C本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电荷泵，其特征在于，该电荷泵包括：第一电荷泵电路，以电源电压以及两相时钟信号为输入，用于将电源电压提升至第一设定电压值并输出；时钟信号电压转换电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压以及所述两相时钟信号为输入，用于将所述两相时钟信号的摆幅提升至所述输出电压，并输出提升后的两相时钟信号；第二电荷泵电路，以所述第一电荷泵电路的输出电压、所述两相时钟信号以及所述提升后的两相时钟信号为输入，用于将所述输出电压提升至第二设定电压值并输出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁健平，王源，杜刚，康晋锋，张兴，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11
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