一种电荷泵装置及电源电路的制作方法

专利名称：一种电荷泵装置及电源电路的制作方法
技术领域：
本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种电荷泵装置及电源电路。
背景技术：
在多数集成电路系统中，需要在片内(on chip)产生绝对值比输入电源电压 (VDD)高的正高压输出(VP)和负高压输出(VN)。例如在液晶显示驱动装置中， 为得到良好的显示效果，在驱动液晶面板时需要正、负高压电源和正、负高压 驱动电压。此时，利用一个或多个电子开关，例如金属氧化物半导体晶体管 (Metal Oxide Semiconductor, MOS)，以及一个或多个耦合电容构成的电荷泵将 外部提供的电压升压至需要的较高电压。
图1示出了现有产生2倍升压电压的电荷泵的结构，包括输入电压Vin， 两个充电用电子开关SI和S2,两个放电用电子开关S3和S4， 一个耦合电容 CI和一个输出电容Co。
图2示出了该电路工作时四个电子开关的控制时序，其中，电子开关Sl、 S2的控制信号与电子开关S3、 S4的控制信号不相交叠，有先断后通(Break Before Make, BBM)时间。在tl时间内，电子开关S1、 S2导通(ON),电子开 关S3、 S4断开(OFF)，输入电压Vin对电容Cl充电，在电容C1充分存储电荷 后，电容C1存储有Vin份额的电荷。在t2时间内，电子开关S3、 S4导通，电 子开关S1、 S2断开，在输入电压Vin经电容Cl到输出端子Vo，输出端子Vo 又经输出电容Co到零电位电压VSS的线路中，在输出电容Co中存储有 2Vin/(Cl+Co)份额的电荷。假设Cl=Co,且不考虑电子开关和电容本身的功率 消耗，通过反复充电、放电后，可在输出电容Co存储有2Vin份额的电荷，并 得到2倍的电压输出，即Vo = 2Vin。图3示出了现有产生-1倍升压电压的电荷泵的结构，包括输入电压Vin， 两个充电用电子开关Sl和S2,两个放电用电子开关S3和S4, —个耦合电容 Cl和一个输出电容Co。
图4示出了该电路工作时四个电子开关的控制时序，其中，电子开关S1、 S2的控制信号与S3、 S4的控制信号不相重叠，有BBM时间。在tl时间内， 电子开关S1、 S2导通，电子开关S3、 S4断开，输入电压Vin对电容Cl充电， 在电容C1充分存储电荷后，电容C1存储有Vin份额的电荷。在t2时间内，电 子开关S3、 S4导通，电子开关S1、 S2断开，在输入电压Vin经电容Cl到输 出端子Vo,输出端子Vo又经输出电容Co到零电位电压VSS的线路中，在输 出电容Co中存储有(0-Vin)/(C1+Co)份额的电荷。假设Cl=Co，且不考虑电子 开关和电容的功率消耗，通过反复充电放电后，可得到-l倍的电压输出，即Vo =-lVin。
在现有的电荷泵电路中，要同时得到正m倍电压和负n倍电压， 一般需要 (m+n-l)个耦合电容，w》2, "a，电荷泵的耦合电容数量较多。如果电荷泵的 耦合电容采用片内电容，将占据很大的芯片面积，增加了电路的制造成本。如 果采用片外电容，也会对增加安装芯片的电子设备的尺寸和成本。如果一个系 统中需要多个电荷泵，这个问题将更加严重。

发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种电荷泵装置，旨在解决现有电荷泵在获 取相应升压倍率的正、负电压输出时，需要的电容数量较多，从而导致实现成 本较高的问题。
本发明实施例是这样实现的， 一种电荷泵装置，包含正电荷泵电路和负电 荷泵电路，利用电荷泵的充、放电动作，获取多个正、负电压输出，所述电荷 泵装置包括
一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容组；
与所述电容组连接的多个电子开关； 多个输出电容；以及
控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序；
在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
本发明实施例的另一目的在于提供一种电荷泵装置，所述电荷泵装置包括 多级级联的子电荷泵，每级电荷泵包括利用电荷泵的充、放电动作，获取多个 正、负电压输出的正电荷泵电路和负电荷泵电路；
一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容
组；
与所述电容组连^^的多个电子开关； 多个输出电容；以及
控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序；
在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
本发明实施例的另一目的在于提供一种电源电路，所述电源电路包括
电荷泵装置，包含利用电荷泵的充、放电动作，获取多个正、负电压输出 的正电荷泵电路和负电荷泵电路；以及
与所述电荷泵装置连接，输出控制所述电荷泵装置工作的不相交叠时序输 出装置；
所述电荷泵装置包括
一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容
组；
与所述电容组连接的多个电子开关； 多个输出电容；以及控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序； 在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
本发明实施例的另一目的在于提供一种电源电路，所述电源电路包括 电荷泵装置，以及
与所述电荷泵装置连接，输出控制所述电荷泵装置工作的不相交叠时序输 出装置；
所述电荷泵装置包括多级级联的子电荷泵，每级电荷泵包括利用电荷泵的 充、放电动作，获取多个正、负电压输出的正电荷泵电路和负电荷泵电路； 一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容
组；
与所述电容组连"^妄的多个电子开关； 多个输出电容；以及
控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序；
在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
本发明实施例在电荷泵的充、放电过程中共享耦合电容，通过时序控制， 分时工作，可以同时获取升压倍率可调的正、负电压输出，电荷泵结构简单， 易于实现，大大减少了耦合电容的数量，降低了芯片的尺寸和制造成本。


图1是现有技术提供的实现2倍升压的电荷泵的结构图2是图1所示的电荷泵的电子开关控制时序图3是现有技术提供的实现-1倍升压的电荷泵的结构图4是图3所示的电荷泵的电子开关控制时序图5是本发明实施例提供的共享一个耦合电容的电荷泵的结构图；图6是本发明实施例提供的共享一个耦合电容的电荷泵的示例结构图7是图6所示的电荷泵的电子开关控制时序图8是本发明实施例提供的共享多个耦合电容实现的电荷泵的结构图9是本发明图8所示的共享多个耦合电容的电荷泵的示例结构图10是本发明实施例提供的两级电荷泵级联的电荷泵的示例结构图，其
中，第二级电荷泵共享两个耦合电容；
图11是通过数字逻辑对图10中第二级电荷泵的电子开关控制时序进行控
制的实现原理图12是当正、负输出电压分别为6倍、-5倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图13是当正、负输出电压分別为6倍、-4倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图14是当正、负输出电压分别为6倍、-3倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图15是当正、负输出电压分别为5倍、-5倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图16是当正、负输出电压分别为5倍、-4倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图17是当正、负输出电压分别为5倍、-3倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图18是当正、负输出电压分别为4倍、-5倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图19是当正、负输出电压分别为4倍、-4倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图20是当正、负输出电压分别为4倍、-3倍时，图10所示的第二级电荷 泵的电子开关控制时序图；图21是本发明实施例提供的共享三个耦合电容的第二级电荷泵的示例结
构图22是本发明实施例提供的两级电荷泵级联的电荷泵的结构图，其中，第 二级电荷泵共享(m-l)个耦合电容；
图23是图22中第二级电荷泵的示例结构图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅 用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明实施例中，正、负电荷泵在充、放电过程中共享相同的耦合电容， 通过时序控制，分时工作，可以同时获取升压倍率可调的正、负电压输出，升 压倍率可通过数字逻辑控制。
图5示出了通过共享一个耦合电容实现的电荷泵的结构，该电路共享同一 个耦合电容，通过不相交叠的时序控制电子开关的导通和断开，对电容进行充 电和》文电。
电容C1的一端接三个电子开关S12、 S13和S16，电子开关S12、 S13和 S16分别接电压VSS1、 VDD1和输出端子VN1。电容Cl的另 一端接三个电子 开关Sll、 S14、 S15，电子开关Sll、 S14、 S15分别接电压VDD2、输出端子 VP2和电压VSS2。通过不相交叠的时序控制电子开关的导通与断开，对电容 Cl进行充电、放电，实现电荷泵的充电动作和泵送动作。
在本发明实施例中，如图6所示，当VDD1=VDD2=VDD, VSS1=VSS2=VSS=0时，该电荷泵可获得2倍和-l倍的电压升压，即 VP2=VDD1+VDD2=2VDD, VN1--VDD2 =-VDD。与现有的电荷泵相比，采用 一个电容就可以得2倍和-l倍的电压升压，降^f氐了电荷泵的实现成本。图7示 出了图5和图6所示的电荷泵工作时的电子开关的控制时序。以图6为例，在tl时间内，电子开关Sll、 S12导通，电子开关S13、 S14、 S15、 S16断开，电容C1的C1B端连接输入电源电压VDD, C1A端连4妄零电 位电压VSS，通过连接在输入电源电压VDD经电容C1到零电位电压VSS的 线路对电容C1充电并形成VDD电压。
在t2时间内，电子开关S13、 S14导通，电子开关Sll、 S12、 S15、 S16 断开，电容C1的C1A端连接输入电源电压VDD, C1B端连接到正压输出端子 VP2,形成从输入电源电压VDD经电容C1、正压输出端子VP2、输出电容C2 到零电位电压VSS的线路，正压输出端子VP2的电压为输入电压VDD力口上tl 时间内存储在电容Cl的电压VDD而实现2倍的升压。
在t3时间内，电子开关动作与tl时间内的电子开关动作相同，在电容C1 两端形成VDD的电压。在t4时间内，电子开关S15、 S16导通，电子开关Sll、 S12、 S13、 S14断开，电容C1的C1B端连接零电位电压VSS,电容C1的C1A 端连接负压输出端子VN1，形成从零电位电压VSS经电容C1、负压输出端子 VN1、输出电容C3到零电位电压VSS的线路，负压输出端子VN1的电压等于 零电位电压VSS减去t3时间内存储在电容C1的电压而实现-1倍的升压。
如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、放电后，可得到 2倍正高压输出VP2和-1倍负高压输出VN1,即VP2-2VDD、 VN1=-1 VDD。
图8示出了本发明实施例提供的共享多个耦合电容实现的电荷泵的结构， 通过共享m个耦合电容Cl、 C2至Cm,并采用不相交叠的时序控制电子开关 的导通与断开，对电容进行充电、放电，可同时产生VPx和VNx电压输出， 该电荷泵含有4种工作状态。
Cl、 C2至Cm共m个电容依次在电子开关S(2m+l)、 S(2m+2)......S(3m-1)
的控制下串联而成，其中m为大于或等于1的整数。电容C1、 C2......Cm的第
一端子(C1A、 C2A......CmA)分别接电子开关Sl、 S2.......Sm，电子开关
Sl、 S2.......Sm分别接电压VCC1、 VCC2......VCCm,分别控制电容Cl、
C2......Cm是否接上电压VCC1、 VCC2......VCCm。电容C1、 C2......Cm的第二端子(C1B、 C2B......CmB )分别接电子开关
S(m+1)、 S(m+2)......S(2m)，电子开关S(m+1)、 S(m+2)......S(2m)分别接电压
VEE1、 VEE2......VEEm,分别控制电容C1、 C2......Cm是否接上电压VEE1 、
VEE2......VEEm。
另外，电容C1的第一端子还分别与两个电子开关Sn(m)、 Sn(m-l)连接， 电子开关Sn(m)、 Sn(m-l)分别接电压VGG1和VGG2,分别控制电容C2是否 接上电压VGG1、 VGG2。电容C1的第一端子接电子开关Sp,电子开关Sp接 输出端子VPx,控制电容C1是否输出VPx。
电容Cm的第二端子还分别与电子开关Sp(m)、 Sp(m+1)连接，电子开关 Sp(m+1) 、 Sp(m)分别接电压VHH1、 VHH2,分别控制电容Cm是否接上电 压VHH1、 VHH2。电子开关Sn的一端接输出端子VNx，另一端接电容Cm的 第二端子，控制电容Cm是否接上输出端子VNx。
如图9所示，当VCCl=VCC2=...=VCCm=VDD， VEEl=VEE2=...=VEEm =VSS, VGG1=VSS， VGG2 = VDD, VHH1=VDD, VHH2=VSS时，该电路 结构含有的4种工作状态为VPx = mVDD、 VNx = -mVDD,或VPx = mVDD、 VNx == -(m-l)VDD，或VPx = (m+l)VDD、 VNx = -mVDD,或VPx = (m+l)VDD、 VNx = -(m-l)VDD。
对电容Cl、C2至Cm同时充电时，电子开关Sl、S2至S(2m)导通，S(2m+l)、 S(2m+2)至S(3m-l)断开，电子开关Sp、 Sn、 Sp(m)、 Sp(m+1)、 Sn(m-l)和Sn(m) 断开，电压VDD分别对电容C1、 C2至Cm充电，并分别在电容C1、 C2至 Cm两端形成电压VDD。
电容C1、 C2至Cm同时泵送时，当某一线路打开时其他线路中的电子开 关都断开，则在电压VDD经电子开关Sp(m+1)、电容Cm至电容Cl、输出端 子VPx、输出电容C(m+1)到VSS的线路中可获得电压VPx = (m+l)VDD。在电 压VSS经电子开关Sp(m)、电容Cm至电容Cl、输出端子VPx、输出电容C(m+l) 到电压VSS的线路中可获得正高压输出VPx = mVDD。在电压VSS经电子开关Sn(m)、电容C1、电容C2至电容Cm、输出端子VNx、输出电容C(m+2)到 电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx = -mVDD。在电压VDD经电子开 关Sn(m-l)、电容C1、电容C2至电容Cm、输出端子VNx、输出电容C(m+2) 到电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx = - (m-l)VDD。
当m-l,并去掉电子开关Sn(m-l)和控制是否连上电容的电压VDD，以及 电子开关Sp(m)和控制它是否连上电容的VSS,即可以实现上述实施例中共享 一个耦合电容的电荷泵的结构，实现2倍和-l倍升压输出。
作为本发明的实施例，通过多级电荷泵级联，可以产生输出更多组合的正、 负高压输出，每级电荷泵共享具备充、放电动作的电容组。在本发明的一个实 施例中，前一级电荷泵的输出电压可以作为下一级电荷泵的l命入电压。
以下以两级电荷泵级联为例进行描述，为了便于说明，以上述共享一个电 容产生2倍正压和-l倍负压的电荷泵作为第一级电荷泵，其电压输出作为第二 级电荷泵的输入电压，其输出电压输入到第二级电荷泵。第二级电荷泵通过共 享(m-l)个电容C2、 C3至Cm,产生VPx和VNx高压输出。
图10示出了共享两个耦合电容的第二级电荷泵的结构，此时该电荷泵包含 9种工作状态，可由数字逻辑控制选择其中一种工作状态，即可以输出9种不 同的正、负高压。
如图ll所示，通过数字逻辑对电荷泵电子开关的控制时序进行控制，可以 产生VPx = 6VDD且VNx = -5VDD， VPx = 6VDD且VNx = -4VDD, VPx = 6VDD 且VNx = -3VDD, VPx = 5VDD且VNx =國5VDD， VPx = 5VDD且VNx = -4VDD, VPx = 5VDD且VNx = -3VDD, VPx = 4VDD且VNx = -5VDD, VPx = 4VDD且 VNx = -4VDD,以及VPx = 4VDD且VNx = -3VDD等9种不同的正、负高压 输出状态。
当正、负高压输出分别为6倍、-5倍时，该电荷泵电子开关的控制时序如 图12所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp4、 Sp5、 Sn3和Sn4—直 处于断开状态。在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp6、 Sn、 Sn5断开，电容C2的C2A端通过电子开关S21与输入电压VP2连 接，C2B端通过电子开关S23与零电位电压VSS连接，则在输入电压VP2经 耦合电容C2到零电位电压VSS形成的线路中，VP2对电容C2充电，并在电 容C2两端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端经过电子开关S22与VP2 连接，C3B端经过电子开关S24与零电位电压VSS连接，则在VP2经电容C3 到零电位电压VSS形成的线路中VP2对C3充电，并在电容C3两端形成VP2 电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn5断开，电子开关 S25、 Sp及Sp6导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp6连接到VP2, C3A 端经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经电子开关Sp 连接到输出端子VPx,则形成了输入电压VP2经电子开关Sp6、电容C3、电子 开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电压 VSS的线路，此时输出端子VPx的电压为输入电压VP2加上tl时间内存储在 电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现6VDD的正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况与在tl时间相同，在VP2经电容 C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形 成VP2电压。同时，电容C3的C3A端经过电子开关S22连接到VP2， C3B端 经过电子开关S24连接到零电位电压VSS,此时形成的VP2经电容C3到零电 位电压VSS的线路中VP2对电容C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp6断开，电子开关 S25、 Sn及Sn5导通，电容C2的C2A端经过电子开关Sn5连接到第一级电荷 泵负压输出端子VN1， C2B端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容 C3的C3B端经过电子开关Sn连接到输出端子VNx,形成了输入电压VN1经 电子开关Sn5、电容C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、 输出电容C5到零电位电压VSS的线路，此时输出端子VNx的电压为输入电压VN1 ))
即-5VDD的负高压升压。如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，可以通过反 复充电、放电后，获取正高压输出VPx-VP2+VP2+VP2-6VDD，负高压输出 VNx = VN1國VP2-VP2 = -5VDD。
当正、负高压输出分別为6倍、-4倍时，该电荷泵电子开关的控制时序如 图13所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp4、 Sp5、 Sn3及Sn5—直 处于断开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23及S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp6、Sn及Sn4断开，电容C2的C2A端经过电子开关S21连接到输入电压VP2, C2B端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS,则在输入电压VP2经电容 C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形 成VP2电压。同时，电容C3的C3A端经过电子开关S22连接到输入电压VP2， C3B端经过电子开关S24连接到零电位电压VSS,则在输入电压VP2经电容 C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C3充电，并在电容C3两端形 成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn4断开，电子开关 S25、 Sp及Sp6导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp6连接到VP2, C3A 端经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经过电子开关 Sp连接到输出端子VPx，形成了输入电压VP2经电子开关Sp6、电容C3、电 子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电 压VSS的线路，输出端子VPx的电压为VP2加上tl时间内存储在电容C2的 电压VP2和存储在电容C3的电压VP2，实现6VDD的正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况与tl时间相同，在VP2经电容C2 到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成 VP2电压。同时，在输入电压VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中 VP2对电容C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp6断开，电子开关 S25、 Sn及Sn4导通，电容C2的C2A端通过电子开关Sn4连接到零电位电压 VSS, C2B端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端经 过电子开关Sn连接到输出端子VNx，形成了零电位电压VSS经电子开关Sn4、 电容C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、输出电容C5 到零电位电压VSS的线路，输出端子VNx的电压为零电位电压VSS减去t3时 间内存储在电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现-4VDD的 负高压升压。如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、放电后， 可获取正高压输出VPx = VP2+VP2+VP2 = 6VDD ，负高压输出VNx = VSS曙VP2-VP2 =國4VDD。
当正、负高压输出分别为6倍、-3倍时第二级电荷泵的控制时序如图14 所示。在整个充电、；改电过程中，电子开关Sp4、 Sp5、 Sn4及Sn5—直处于断 开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23及S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp6、 Sn及Sn3断开，电容C2的C2A端经过电子开关S21连接到VP2， C2B 端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS,则在VP2经电容C2到零电位电 压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成VP2电压。 同时，电容C3的C3A端经过电子开关S22连接到VP2, C3B端经过电子开关 S24连接到零电位电压VSS,则在VP2经C3到零电位电压VSS形成的线路中 VP2对C3充电并在电容C3两端形成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn3断开，电子开关 S25、 Sp及Sp6导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp6连接到VP2, C3A 端经过电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经过电子开 关Sp连接到输出端子VPx，则形成了输入电压VP2经电子开关Sp6、电容C3、 电子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电压VSS的线路，输出端子VPx的电压为VP2加上tl时间内存储在电容C2 的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现6VDD的正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况跟在tl时间内一样，在VP2经C2 到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成 VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2, C3B端连接到零电位电压 VSS，则在VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C3充 电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp6断开，电子开关 S25 、 Sn及Sn3导通，电容C2的C2A端经过电子开关Sn3连接到输入电压VDD, C2B端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端经过电子 开关Sn连接到输出端子VNx,则形成了输入电压VDD经电子开关Sn3、电容 C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn到输出端子VNx、输出电容C5到 零电位电压VSS的线路，输出端子VNx的电压为VDD减去t3时间内存储在 电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2，实现-3VDD的负高压升压。 如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、放电后，可获取正高 压输出VPx = VP2+VP2+VP2 = 6VDD,负高压输出VNx = VDD-VP2-VP2 = -3VDD。
当正、负高压输出分别为5倍、-5倍时，该电荷泵电子开关的控制时序如 图15所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp4、 Sp6、 Sn3及Sn4—直 处于断开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23及S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp5、 Sn及Sn5断开，电容C2的C2A端经过电子开关S21连接到VP2， C2B 端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS，则在VP2经电容C2到零电位电 压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成VP2电压。 同时，电容C3的C3A端经过电子开关S22连接到VP2， C3B端经过电子开关S24连接到零电位电压VSS,则在VP2经C3到零电位电压VSS形成的线路中 VP2对电容C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn5断开，电子开关 S25、 Sp及Sp5导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp5连接到VDD, C3A 端经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经过电子开关 Sp连接到输出端子VPx,形成了输入电压VDD经电子开关Sp5、电容C3、电 子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电 压VSS的线路，输出端子VPx的电压为输入电压VDD加上tl时间内存储在电 容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现5 VDD的正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况与在tl时间内一样，在VP2经电 容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两 端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2, C3B端连接到零电位 电压VSS，则在VP2经C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对C3充电， 并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp5断开，电子开关 S25、 Sn和Sn5导通，电容C2的C2A端连接到第 一级电荷泵负压#~出端子VN1 ， C2B端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端经过电子 开关Sn连接到输出端子VNx，则形成了输入电压VN1经电子开关Sn5、电容 C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、输出电容C5到零 电位电压VSS的线路，输出端子VNx的电压为输入电压VN1减去t3时间内存 储在电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2，实现-5VDD的负高压 升压。如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、放电后，可获 取正高压输出VPx = VDD+VP2+VP2 = 5VDD ,负高压输出 VNx = VN1國VP2國VP2 = -5VDD。当正、负高压输出分别为5倍、-4倍时第二级电荷泵的控制时序如图16 所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp4、 Sp6、 Sn3及Sn5—直处于断 开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23及S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp5、 Sn及Sn4断开，电容C2的C2A端经过电子开关S21连接到VP2, C2B 端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS，则在VP2经电容C2到零电位电 压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成VP2电压。 同时，电容C3的C3A端连接到VP2, C3B端连接到零电位电压VSS,则在 VP2经C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对C3充电，并在电容C3两 端形成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn4断开，电子开关 S25、 Sp及Sp5导通，电容C3的C3B端经电子开关Sp5连接到VDD, C3A端 经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端连接到输出端子 VPx，形成了输入电压VDD经电子开关Sp5、电容C3、电子开关S25、电容 C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电压VSS的线路，输 出端子VPx的电压为VDD加上tl时间内存储在电容C2的电压VP2和存储在 电容C3的电压VP2，实现5VDD的正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况跟在tl时间内一样，在VP2经电 容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两 端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2， C3B端连接到零电位 电压VSS，则在VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容 C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp5断开，电子开关 S25、 Sn和Sn4导通，电容C2的C2A端经过电子开关S21连接到零电位电压 VSS, C2B端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端连 接到输出端子VNx，则形成了零电位电压VSS经电子开关Sn4、电容C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、输出电容C5到零电位电 压VSS的线路，输出端子VNx的电压为零电位电压VSS减去t3时间内存储在 电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现-4VDD的负高压升压。 如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、放电后，可获取正高 压输出VPx = VDD+VP2+VP2 = 5VDD,负高压输出VNx-VSS-VP2-VP2 = -4VDD0
当正、负高压输出分别为5倍、-3倍时，该电荷泵电子开关的控制时序如 图17所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp4、 Sp6、 Sn4及Sn5—直 处于断开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23及S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp5、 Sn及Sn3断开，电容C2的C2A端经过电子开关S21连接到VP2, C2B 端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS，则在VP2经电容C2到零电位电 压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成VP2电压。 同时，电容C3的C3A端经过电子开关S22连接到VP2， C3B端经过电子开关 S24连接到零电位电压VSS,则在VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线 路中VP2对电容C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn3断开，电子开关 S25、 Sp及Sp5导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp5连接到VDD, C3A 端经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经过电子开关 Sp连接到输出端子VPx，形成了输入电压VDD经电子开关Sp5、电容C3、电 子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电 压VSS的线路，输出端子VPx的电压为VDD加上tl时间内存4诸在电容C2的 电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现5VDD的正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况与在tl时间内一样，在VP2经电 容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两 端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2， C3B端连接到零电位电压VSS,则在VP2经C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对C3充电并 在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp5断开，电子开关 S25、 Sn及Sn3导通，电容C2的C2A端经过电子开关Sn3连接到VDD, C2B 端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端连接到输出端 子VNx，形成了输入电压VDD经电子开关Sn3、电容C2、电子开关S25、电 容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、输出电容C5到零电位电压VSS的线路，
在电容C3的电压VP2，实现-3VDD的负高压升压。如果不考虑电子开关和电 容的功率消耗，通过反复充电、放电后，可获取正高压输出VPx-VDD+VP2+VP2 = 5VDD，负高压输出VNx = VDD-VP2-VP2 = -3VDD。
当正、负高压输出分别为4倍、-5倍时第二级电荷泵的控制时序如图18 所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp5、 Sp6、 Sn3及Sn4—直处于断 开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23及S24导通，电子开关S25、 Sp、 Sp4、 Sn及Sn5断开，电容C2的C2A端经电子开关S21连接到VP2， C2B端 经过电子开关S23连接到零电位电压VSS，则在VP2经电容C2到零电位电压 VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两端形成VP2电压。同 时，电容C3的C3A端连接到VP2, C3B端连接到零电位电压VSS，则在VP2 经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C3充电，并在电容C3 两端形成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn5断开，电子开关 S25、 Sp及Sp4导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp4连接到零电位电压 VSS， C3A端经S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经过电子开 关Sp连接到输出端子VPx,则形成了零电位电压VSS经电子开关Sp4、电容 C3、电子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零电位电压VSS的线路，输出端子VPx的电压为零电位电压VSS加上tl时间内 存储在电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2，实现4VDD的正高 压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况跟在tl时间内一样，在VP2经电 容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两 端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2， C3B端连接到零电位 电压VSS，则在VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容 C3充电并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp4断开，电子开关 S25、 Sn及Sn5导通，电容C2的C2A端经过电子开关Sn5连接到第一级电荷 泵的负压输出端子VN1， C2B端经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电 容C3的C3B端经电子开关Sn连接到输出端子VNx，形成了输入电压VN1经 电子开关Sn5、电容C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn、 ^T出端子VNx、 输出电容C5到零电位电压VSS的线路，输出端子VNx的电压为输入电压VN1
-5VDD的负高压升压。如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、 放电后，可获取正高压输出VPx = VSS+VP2+VP2 = 4VDD,负高压输出VNx =VN1國VP2-VP2 = -5VDD。
当正、负高压输出分別为4倍、-4倍时该电荷泵电子开关的控制时序如图 19所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp5、 Sp6、 Sn3和Sn5—直处于 断开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23和S24导通，S25、 Sp、 Sp4、 Sn 和Sn4断开，电容C2的C2A端连接到VP2， C2B端连接到零电位电压VSS， 则在VP2经C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对C2充电，并在电容 C2两端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端经过电子开关S21连接到VP2，C3B端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS，则在VP2经电容C3到零电
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn4断开，电子开关 S25、 Sp及Sp4导通，电容C3的C3B端经过电子开关Sp4连接到零电位电压 VSS, C3A端经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经 过电子开关Sp连接到输出端子VPx,则形成了零电位电压VSS经电子开关Sp4、 电容C3、电子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7 到零电位电压VSS的线路，输出端子VPx的电压为零电位电压VSS加上tl时 间内存储在电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现4VDD的 正高压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况与在tl时间内一样，在VP2经电 容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两 端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2, C3B端连接到零电位 电压VSS,则在VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容 C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp4断开，电子开关 S25、 Sn及Sn4导通，电容C2的C2A端经过电子开关Sn4连接到零电位电压 VSS, C2B端经过电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端 经过电子开关Sn连接到输出端子VNx，形成了零电位电压VSS经电子开关 Sn4、电容C2、电子开关S25、电容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、输出 电容C5到零电位电压VSS的线路，输出端子VNx的电压为零电位电压VSS
-4VDD的负高压升压。如果不考虑电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、 放电后，可获取正高压输出VPx = VSS+VP2+VP2 = 4VDD,负高压输出VNx =VSS-VP2-VP2 = -4VDD。当正、负高压输出分别为4倍、-3倍时第二级电荷泵的控制时序如图20 所示。在整个充电、放电过程中，电子开关Sp5、 Sp6、 Sn4及Sn5—直处于断 开状态。
在tl时间内，电子开关S21、 S22、 S23和S24导通，S25、 Sp、 Sp4、 Sn 和Sn3断开，电容C2的C2A端连接到VP2, C2B端连接到零电位电压VSS， 则在VP2经电容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并 在电容C2两端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端经过电子开关S21连 接到VP2， C3B端经过电子开关S23连接到零电位电压VSS，则在VP2经电容 C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C3充电，并在电容C3两端形 成VP2电压。
在t2时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn3断开，电子开关 S25 、 Sp及Sp4导通，电容C3的C3B端经电子开关Sp4连接到零电位电压VSS, C3A端经电子开关S25连接到电容C2的C2B端，电容C2的C2A端经电子开 关Sp连接到输出端子VPx,则形成了零电位电压VSS经电子开关Sp4、电容 C3、电子开关S25、电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C7到零 电位电压VSS的线路，输出端子VPx的电压为零电位电压VSS加上tl时间内 存储在电容C2的电压VP2和存储在电容C3的电压VP2，实现4VDD的正高 压升压。
在t3时间内，所有电子开关的工作情况与在tl时间内一样，在VP2经电 容C2到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容C2充电，并在电容C2两 端形成VP2电压。同时，电容C3的C3A端连接到VP2， C3B端连接到零电位 电压VSS，则在VP2经电容C3到零电位电压VSS形成的线路中VP2对电容 C3充电，并在电容C3两端形成VP2电压。
在t4时间内，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp4断开，电子开关 S25、 Sn及Sn3导通，电容C2的C2A端经电子开关Sn3连接到VDD， C2B端 经电子开关S25连接到电容C3的C3A端，电容C3的C3B端经电子开关Sn连接到输出端子VNx，形成了输入电压VDD经电子开关Sn3、电容C2、电子 开关S25、电容C3、电子开关Sn、输出端子VNx、输出电容C5到零电位电压 VSS的线路，输出端子VNx的电压为VDD减去t3时间内存储在电容C2的电 压VP2和存储在电容C3的电压VP2,实现-3VDD的负高压升压。如果不考虑 电子开关和电容的功率消耗，通过反复充电、放电后，可获取正高压输出VPx =VSS+VP2+VP2 = 4VDD，负高压输出VNx = VDD画VP2國VP2 = -3VDD。
图21示出了第二级电荷泵共享三个耦合电容时的结构，可以产生 VPx-5VDD(或6VDD，或7VDD,或8VDD)和VNx;4VDD(或-5VDD，或-6VDD, 或-7VDD)的正、负高压输出。通过不相交叠的时序控制电子开关的导通与断开， 对电容进行充电、放电。该电荷泵包括16种工作状态，可由数字逻辑控制选择 其中一种工作状态，即16种不同的正、负电压^r出。
对电容C2、 C3及C4同时充电时，电子开关S21、 S22、 S23、 S24、 S25 及S26导通，电子开关S27、 S28、 Sp5、 Sp6、 Sp7、 Sp8、 Sn4、 Sn5、 Sn6及 Sn7断开，VP2分别对电容C2、 C3和C4充电，并分别在电容两端形成VP2 电压。
电容C2、 C3及C4同时泵送时，当某一线路打开时，其他线路中的电子开 关都断开，则在输入电压VNl经电子开关Sp5、电容C4、电容C3、电容C2、 输出端子VPx、输出电容C6到零电位电压VSS的线路中可获得VPx = 5VDD; 在零电位电压VSS经电子开关Sp6、电容C4、电容C3、电容C2、输出端子 VPx、输出电容C6到零电位电压VSS的线路中可获得VPx = 6VDD;在输入电 压VDD经电子开关Sp7、电容C4、电容C3、电容C2、输出端子VPx、输出 电容C6到零电位电压VSS的线路中可获得VPx = 7VDD;在输入电压VP2经 电子开关Sp8、电容C4、电容C3、电容C2、输出端子VPx、输出电容C6到 零电位电压VSS的线路中可获得VPx-8VDD;在输入电压VP2经电子开关 Sn4、电容C2、电容C3、电容C4、输出端子VNx、输出电容C5到零电位电 压VSS的线路中可获得负高压输出VNx = -4VDD;在输入电压VDD经电子开关Sn5、电容C2、电容C3、电容C4、输出端子VNx、输出电容C5到零电位 电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx = -5VDD;在零电位电压VSS经电 子开关Sn6、电容C2、电容C3、电容C4、输出端子VNx、输出电容C5到零 电位电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx = -6VDD;在输入电压VN1经 电子开关Sn7、电容C2、电容C3、电容C4、输出端子VNx、输出电容C5到 零电位电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx = -7VDD。
如图22所示，在第二级电荷泵中，通过共享(m-l)个电容C2、 C3至Cm产 生VPx和VNx高压l命出。通过不相交叠的时序控制相应电子开关的导通与断 开，对电容C2、 C3至Cm进行充电、放电，实现电荷泵的充电动作和泵送动 作。该电荷泵包括正电荷泵和负电荷泵，正、负电荷泵在充、放电过程中共享 相同的耦合电容。
C2、 C3至Cm共(m-l)个电容依次在电子开关S(2m-1)、 S(2m).......S(3m-4)
的控制下串联而成，其中m为大于或等于2的整数。电容C2、 C3......Cm的第
一端子分別接电子开关Sl、 S2.......Sm-l，电子开关S1、 S2.......Sm-l分别
接VCC2、 VCC3.......VCCm,控制电容C2、 C3……Cm是否接上VCC2、
VCC3.......VCCm。
电容C2、 C3......Cm的第二端子分别接电子开关Sm、 Sm+1......S(2m-2),
电子开关Sm、 Sm+1......S(2m-2)分别接VEE2、 VEE3、 ......VEEm,控制电容
C2、 C3......Cm是否接上VEE2、 VEE3.......VEEm。
另外，电容C2的第一端子还分别与四个电子开关Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m誦4)连接，电子开关Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-4) 分别接电压VGG1、 VGG2、 VGG3、 VGG4，控制电容C2是否接上电压VGG1、 VGG2、 VGG3、 VGG4。电容C2的第一端子接电子开关Sp，电子开关Sp接输 出端子VPx，控制电容C2是否接上输出端子VPx。
电容Cm的第二端子还分别与电子开关Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)和 Sp(2m-3)连接，电子开关Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)和Sp(2m-3)接电压VHH1、VHH2、 VHH3、 VHH4，控制电容Cm是否接上电压VHH1、 VHH2、 VHH3、 VHH4。电子开关Sn的一端接输出端子VNx，另 一端接电容Cm的第二端子， 控制电容Cm是否接上输出端子VNx。
该电荷泵含有16种工作状态，可由数字逻辑控制选择其中一种工作状态， 即16种不同的正、负高压输出。当去掉连接电容C2第一端子的电子开关S(2m-4) 和其控制是否接上电容C2的输入电压VGG4，并去掉连接电容Cm第二端子的 电子开关Sp(2m-3)和其控制是否接上输入电压VHH4电容Cm的时，该电荷泵 含有9种工作状态。
当VCC2=VCC3= =VCCm=VP2 , VEE2=VEE3= ... =VEEm = VSS ， VGG1=VN1 , VGG2 = VSS ， VGG3=VDD , VGG4=VP2 ， VHH1 = VP2 ， VHH2=VDD， VHH3=VSS， VHH4=VN1时，可获得以下正、负高压输出VPx =(2m國3)VDD,或VPx = (2m-2)VDD,或VPx = (2m-l)VDD，或VPx = (2m)VDD; VNx = -(2m-4)VDD,或VNx =-(2m-3)VDD,或VNx =-(2m-2)VDD,或VNx =-(2m-l)VDD，电荷泵的结构如图23所示。
对电容C2、C3至Cm同时充电时，电子开关SI 、S2至S(2m-2)导通，S(2m-1)、 S(2m)至S(3m-4)断开，电子开关Sp、 Sn、 Sp(2m画3)、 Sp(2m漏2)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m)、 Sn(2m-4)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-2)和Sn(2m-1)断开，输入电压VP2分别对C2、 C3 至Cm充电，并分别在电容两端形成VP2电压。
电容C2、 C3至Cm同时泵送时，当某一线路打开时其他线路中的电子开关 都断开，则在第一级电荷泵的负压输出端子VN1经电子开关Sp(2m-3)、电容 Cm至电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C(m+3)、到零电位电 压VSS的线路中可获得VPx = (2m-3)VDD;在零电位电压VSS经电子开关 Sp(2m-2)、电容Cm至电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电容C(m+3)、 到零电位电压VSS的线路中可获得VPx = (2m-2)VDD;在输入电压VDD经电 子开关Sp(2m-l)、电容Cm至电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、输出电 容C(m+3)、到零电位电压VSS的线路中可获得VPx = (2m-l)VDD;在输入电压VP2经电子开关Sp(2m)、电容Cm至电容C2、电子开关Sp、输出端子VPx、 输出电容C(m+3)、到零电位电压VSS的线路中可获得VPx-(2m)VDD;在输 入电压VP2经电子开关Sn(2m-4)、电容C2、电容C3至电容Cm、电子开关Sn、 输出端子VNx、输出电容C(m+4)、到零电位电压VSS的线路中可获得负高压 输出VNx = -Sn(2m-4)VDD;在输入电压VDD经电子开关Sn(2m-3)、电容C2、 电容C3至电容Cm、电子开关Sn、输出端子VNx、输出电容C(m+4)、到零电 位电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx =-Sn(2m-3)VDD;在零电位电压 VSS经电子开关Sn(2m-2)、电容C2、电容C3至电容Cm、电子开关Sn、输出 端子VNx、输出电容C(m+4)、到零电位电压VSS的线路中可获得负高压输出 VNx =-Sn(2m-2)VDD;在第一级电荷泵的负压输出端子VN1经电子开关 Sn(2m-1)、电容C2、电容C3至电容Cm、电子开关Sn、输出端子VNx、输出 电容C(m+4)、到零电位电压VSS的线路中可获得负高压输出VNx-画Sn(2m-l)VDD。
在本发明实施例中，电容可以是片内电容或者片外电容，电子开关可以为 MOS管等开关元件。
在本发明实施例中，正、负电荷泵在充、放电过程中共享相同的耦合电容， 通过时序控制，分时工作，可以同时获取升压倍率可调的正、负电压输出，升 压倍率可通过数字逻辑控制。通过本发明实施例，可以大大降低芯片的尺寸和 制造成本，电荷泵结构简单，易于实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1、一种电荷泵装置，包含正电荷泵电路和负电荷泵电路，利用电荷泵的充、放电动作，获取多个正、负电压输出，其特征在于，所述电荷泵装置包括一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容组；与所述电容组连接的多个电子开关；多个输出电容；以及控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序；在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出电容输出相应升压倍率的正、负电压。
2、 如权利要求l所述的电荷泵装置，其特征在于，所述电容组包括一个电 容，所述电容的第一端子分别连接第一、第二及第三电子开关，第二端子分别 连接连接第四、第五及第六电子开关；所述第一电子开关接第一电压，所述第二电子开关接第二电压，所述第三 电子开关接第一输出电压端；所述第四电子开关接第三电压，所述第五电子开关接第四电压，所述第六 电子开关接第二输出电压端。.
3、 如权利要求2所述的电荷泵装置，其特征在于，当所述第一电压等于第 四电压等于零电位电压，第二电压等于第三电压时，所述电荷泵装置输出2倍 升压和-l倍升压。
4、 如权利要求1所述的电荷泵装置，其特征在于，所述电容组包括m个 电容Cl Cm， m^2;所述m个电容依次在电子开关S(2m+1)、 S(2m+2)......S(3m-1)的控制下串联，电容Cl Cm的第一端子分别接电子开关Sl~Sm,电子开关Sl Sm分 别接电压VCCl-VCCm,电容Cl Cm的第二端子分别接电子开关 'S(m+l) S(2m)，电子开关S(m+l) S(2m)分别接电压VEE1 ~ VEEm;电容Cl的第一端子还分别接电子开关Sn(m)、 Sn(m-l)和Sp,电子开关 Sn(m)、 Sn(m-l)和Sp分别接电压VGG1、 VGG2和正高压输出端VPx;电容Cm的第二端子还分别接电子开关Sp(m+1) 、 Sp(m)和Sn,电子开关 Sp(m+1) 、 Sp(m)和Sn分别接电压VHH1、 VHH2和负高压输出端VNx。
5、 如权利要求4所述的电荷泵装置，其特征在于，当电压VCC1=VCC2=......=VCCm=VDD,电压VEE1=VEE2=......=VEEm = 0时，输出电压VPx:mVDD、 VNx:-mVDD，或VPx:mVDD、 VNx =-(m-l)VDD， 或VPx = (m+l)VDD、 VNx =國mVDD,或VPx = (m+l)VDD、 VNx = -(m國l)VDD。
6、 如权利要求1至5任一权利要求所述的电荷泵装置，其特征在于，所述 不相交叠时序通过^t字逻辑控制。
7、 一种电荷泵装置，其特征在于，所述电荷泵装置包括多级级联的子电荷 泵，每级电荷泵包括利用电荷泵的充、放电动作，获取多个正、负电压输出的 正电荷泵电路和负电荷泵电路；一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容组；与所述电容组连接的多个电子开关； 多个输出电容；以及控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序； 在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
8、 如权利要求7所述的电荷泵装置，其特征在于，所述电荷泵装置包括两 级级联的子电荷泵。
9、 如权利要求8所述的电荷泵装置，其特征在于，所述第一级电荷泵的电 容组包括一个电容，所述电容的第一端子分别连接第一、第二及第三电子开关， 第二端子分别连接连接第四、第五及第六电子开关；所述第一电子开关接第一电压，所述第二电子开关接第二电压，所述第三电子开关接第一输出电压端；所述第四电子开关接第三电压，所述第五电子开关接第四电压，所述第六 电子开关接第二输出电压端。
10、 如权利要求8所述的电荷泵装置，其特征在于，所述第二级电荷泵的 电容组包括m-l个电容C2 Cm， w^2;所述m-l个电容依次在电子开关S(2m-1)、 S(2m)......S(3m-4)的控制下串联，电容C2 Cm的第一端子分别接电子开关Sl ~S(m-l),电子开关SI ~ S(m-l) 分别接电压VCC2 VCCm,电容C2~Cm的第二端子分别接电子开关 Sm~S(2m-2)，电子开关Sm S(2m-2)分別接电压VEE2 ~ VEEm;电容C2的第一端子还分别接电子开关Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-4)和Sp，电子开关Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-4)和Sp分别 接电压VGG1、 VGG2、 VGG3、 VGG4和正高压输出端VPx;电容Cm的第二端子还分别接电子开关Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)、 Sp(2m-3)和Sn，电子开关Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)、 Sp(2m-3)和Sn分別接 电压VHH1、 VHH2、 VHH3、 VHH4和负高压输出端VNx。
11、 如权利要求7所述的电荷泵装置，其特征在于，在所述多级级联的子 电荷泵中，前一级电荷泵的输出电压作为下一级电荷泵的输入电压。
12、 如权利要求7至ll任一权利要求所述的电荷泵装置，其特征在于，所 述不相交叠时序通过数字逻辑控制。
13、 一种电源电路，其特征在于，所述电源电路包括电荷泵装置，包含利用电荷泵的充、放电动作，获取多个正、负电压输出 的正电荷泵电路和负电荷泵电路；以及与所述电荷泵装置连接，输出控制所述电荷泵装置工作的不相交叠时序输 出装置;所述电荷泵装置包括一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容组；与所述电容组连接的多个电子开关； 多个输出电容；以及控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序； 在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
14、 如权利要求13所述的电源电路，其特征在于，所述不相交叠时序通过 数字逻辑控制。
15、 一种电源电路，其特征在于，所述电源电路包括 电荷泵装置，以及与所述电荷泵装置连接，输出控制所述电荷泵装置工作的不相交叠时序输 出装置；所述电荷泵装置包括多级级联的子电荷泵，每级电荷泵包括利用电荷泵的 充、放电动作，获取多个正、负电压输出的正电荷泵电路和负电荷泵电路； 一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容组；与所述电容组连接的多个电子开关； 多个输出电容；以及控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序； 在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出 电容输出相应升压倍率的正、负电压。
16、 如权利要求15所述电源电路，其特征在于，所述不相交叠时序通过数 字逻辑控制。
全文摘要
本发明适用于集成电路领域，提供了一种电荷泵装置及电源电路，所述电荷泵装置包含正电荷泵电路和负电荷泵电路，利用电荷泵的充、放电动作，获取多个正、负电压输出，所述电荷泵装置包括一个具备充、放电动作，为所述正电荷泵电路和负电荷泵电路共享的电容组；与所述电容组连接的多个电子开关；多个输出电容；以及控制所述多个电子开关导通和关断的不相交叠时序；在所述不相交叠时序的控制下，相应电子开关导通和关断，控制所述输出电容输出相应升压倍率的正、负电压。本发明在电荷泵的充、放电过程中共享耦合电容，通过时序控制，分时工作，可以同时获取升压倍率可调的正、负电压输出，电荷泵结构简单，易于实现，成本低。
文档编号H02M3/04GK101309048SQ200710074500
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者卫 冯, 张礼振, 徐坤平, 云 杨 申请人:比亚迪股份有限公司