一种升压电荷泵及其应用的制作方法

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种升压电荷泵及其应用。

背景技术：

升压电荷泵是一种供电电路，具有结构简单、易于应用等特点。图1是传统升压电荷泵的应用原理图。电压V_IN输入给电荷泵，经过升压后得到输出电压V_OUT。当电荷泵的负载比较重的时候，电荷泵的输出电压V_OUT不易稳定，因此通常在电荷泵和负载之间插入低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)，V_OUT给LDO供电，LDO的输出V_LDO再给负载供电。电压V_REF是提供给LDO的稳定参考电平，V_LDO的大小由V_REF确定，可以记为KV_REF(K为常数)，在LDO负反馈环路的作用下，V_LDO也具有稳定的电压。

升压电荷泵的工作原理如图2所示。在两相时钟(图中没有画出)的作用下，电荷泵工作在两个状态。在第一相，输入V_IN1(大小为V_I)接电容C_IN上极板、给C_IN充电，在第一相结束时，C_IN上的电压为V_I；同时大电容C_OUT单独给外接电路供电，供电电压为V_OUT1。在第二相，输入V_IN2(大小为V_I)接电容C_IN下极板，C_IN的上极板和C_OUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为V_OUT2。由于电容C_IN两端的电压不能突变，因此V_OUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻V_IN1和第二相初始时刻V_IN2之和。当外接电路不耗电时，在两相开关交替开闭的情况下，电荷泵的输出为2V_I，实现了输出升压的功能。实际应用中，由于电荷泵外接电路时刻消耗电能，因此电荷泵的输出电压低于2V_I。

当负载较重时，负载上的电流较大，电荷泵电容上积累的电荷消耗较快，电荷泵的输出电压变化较大，因此需要在电荷泵输出和负载之间插入LDO，以稳定负载的供电电压。当负载较轻时，负载上的电流较小，电荷泵电容上积累的电荷消耗较慢，电荷泵的输出电压基本不变，这时在电荷泵输出和负载之间不再需要LDO。如何在轻负载下去掉LDO，同时给负载提供合适的电源电压是需要解决的问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种升压电荷泵，可以直接驱动负载，并具有稳定的输出电压，尤其适用于驱动轻负载。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种升压电荷泵，在两相时钟的作用下，其工作在两个状态，在第一相，输入V_IN1接电容C_IN上极板，给C_IN充电，同时大电容C_OUT单独给外接电路供电，供电电压为V_OUT1；在第二相，输入V_IN2接电容C_IN下极板，C_IN的上极板和C_OUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为V_OUT2，其特征在于，所述输入V_IN1的大小为V_I，输入V_IN2的大小为KV_REF-V_I，K为常数，V_REF是稳定参考电平，V_OUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻V_IN1和第二相初始时刻V_IN2之和，其大小为V_I+(KV_REF-V_I)＝KV_REF。

本发明省去LDO，将用于稳定LDO输出电压的参考电压V_REF作为电荷泵的输入，此时V_REF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。

与现有技术相比，本发明不需要在输出端外接LDO，具有节约面积、消除LDO自身功耗的优点。

附图说明

图1是传统升压电荷泵应用原理图。

图2是传统升压电荷泵工作原理说明。

图3是驱动轻负载的升压电荷泵应用原理图。

图4是驱动轻负载的升压电荷泵工作原理说明。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图3是驱动轻负载的升压电荷泵应用原理图。和传统的带有LDO的升压电荷泵相比，该升压电荷泵省掉了LDO，同时将用于稳定LDO输出电压的参考电压V_REF改为电荷泵的输入，此时V_REF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。

电荷泵的工作原理如图4所示。在两相时钟(图中没有画出)的作用下，电荷泵工作在两个状态。在第一相，输入V_IN1(大小为V_I)接电容C_IN上极板、给C_IN充电，在第一相结束时，C_IN上的电压为V_I；同时大电容C_OUT单独给外接电路供电，供电电压为V_OUT1。在第二相，输入V_IN2(大小为KV_REF-V_I)接电容C_IN下极板，C_IN的上极板和C_OUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为V_OUT2。由于电容C_IN两端的电压不能突变，因此V_OUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻V_IN1和第二相初始时刻V_IN2之和，其大小为V_I+(KV_REF-V_I)＝KV_REF。由于负载较轻，负载电流较小，电荷泵中电容消耗的电荷也较少，因此电荷泵的输出电压能稳定在KV_REF。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。