一种带开关的电荷泵电路的制作方法

本发明涉及一种电荷泵电路，特别是涉及一种带开关的电荷泵电路。

背景技术：

图1为一种传统的2.5V电荷泵电路的电路示意图。如图1所示，传统的电荷泵电路由振荡器OSC、电荷泵单元Charge PUMP、R1-R2和C1-C2组成的取样电路、开关S1-S2、比较器CMP组成，振荡器OSC的输出CLKIN连接至电荷泵单元Charge PUMP的时钟输入端，开关S1、电阻R1、R2依次串联对输出电压VD25进行采样，采样电压经开关S2连接至比较器CMP的一输入端及滤波电容C1、C2的公共端，滤波电容C1、C2连接在输出电压VD25和地间对输出电压VD25及采样电压均有滤波作用，比较器CMP另一输入端连接由带隙基准源Bandgap产生的参考电压Vref，比较器CMP的输出连接至振荡器OSC的控制端以根据采样电压改变时钟CLKIN的频率从而调整输出电压VD25的幅度使其稳定输出，电荷泵Charge PUMP直接连接至负载Iloading和Cloading。

现有技术中，待机时该电荷泵电路的待机电流为：

Istandby＝Iosc+Icmp+Ipump

其中Iosc为振荡器OSC的待机电流，Icmp为比较器CMP的待机电流，Ipump为电荷泵单元Charge PUMP的待机电流(换算到电源电压vdd下)，Ipump的计算公式如下：

Ipump＝Efficiency*(Iloading+Idetect)*VD25/vdd

然而，传统2.5v电荷泵本身的待机功耗很小，实测的值在～100nA左右，已很难再减小了，负载电流Iloading即漏电流Ileak的大小会影响电荷泵整体的功耗，其所占比例很高。而漏电流Ileak与工艺/温度及2.5v电压的值相关，在电路上很难掌控

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种带开关的电荷泵电路，其通过在电荷泵输出2.5v与负载之间增加MOS开关，以在待机状态下关断开关，这样2.5v的电荷泵电路在待机状态下出现的leakage(泄漏)几乎为0，可降低flash的待机功耗。

为达上述及其它目的，本发明提出一种带开关的电荷泵电路，包括:

电荷泵模块，用于产生高压输出；

稳压电容，连接在该电荷泵模块的电荷泵单元的输出与地之间，用于在节流开关接通时进一步稳定输出电压；

节流开关，连接该电荷泵模块的输出以及该稳压电容，用于待机时断开负载以减小电荷泵电路的功耗。

进一步地，该电荷泵模块包括振荡器、电荷泵单元、滤波和采样电路、比较器以及第一开关、第二开关，所述振荡器的输出CLKIN连接至该电荷泵单元的时钟输入端，该电荷泵单元的输出与该滤波和采样电路、该第一开关的一端、该稳压电容的一端以及该节流开关的一端相连组成节点Vo，该第一开关的另一端连接该滤波和采样电路，该比较器的一输入端与该第二开关的一端组成节点Vdet，该比较器的另一输入端连接参考电压，该比较器的输出连接至该振荡器的控制端，该第二开关的另一端连接该滤波和采样电路，该第一开关与第二开关的控制端连接反相许可信号。

进一步地，该滤波和采样电路包括第一滤波电容、第二滤波电容、第一电阻以及第二电阻，该第一电阻的一端连接该第一开关，另一端连接该第二电阻的一端和该第二开关的一端，该第一滤波电容的另一端与该第二滤波电容的一端、该比较器的一输入端以及该第二开关的一端相连组成该节点Vdet，该第二滤波电容的另一端以及该第二电阻的另一端接地。

进一步地，该比较器的输出连接至该振荡器的控制端以根据采样电压改变时钟CLKIN的频率从而调整输出电压的幅度使其稳定输出。

进一步地，该节流开关的控制端连接节流控制信号CEB。

进一步地，该节流开关由电平位移电路和PMOS开关管组成，该电平位移电路的电源连接该电荷泵模块的输出，其输入端连接该节流控制信号CEB，其输出连接至PMOS开关管的栅极，该PMOS开关管的源极和衬底连接该电荷泵模块的输出，该PMOS开关管的漏极为该带开关的电荷泵电路的输出。

进一步地，该PMOS开关管的漏极连接负载Iloading及其分布电容。

进一步地，该带开关的电荷泵电路的输出端口通过二极管连接至电源电压以保证负载正常工作。

进一步地，该输出端口通过并联的PMOS二极管和NMOS二极管连接至电源电压。

进一步地，该NMOS二极管的栅极和漏极连接电源电压，其源极连接该输出端口，该PMOS二极管的源极连接电源电压，其栅极和漏极连接该输出端口。

与现有技术相比，本发明一种带开关的电荷泵电路通过在电荷泵输出2.5v与负载之间增加MOS开关，以在待机状态下关断开关，这样2.5v的电荷泵电路在待机状态下出现的leakage(泄漏)几乎为0，降低了flash的待机功耗。

附图说明

图1为一种传统的2.5V电荷泵电路的电路示意图；

图2为本发明一种带开关的电荷泵电路的电路示意图；

图3为本发明具体实施例中节流开关S3的具体结构示意图；

图4为本发明之具体实施例中电荷泵输出结构示意图；

图5为本发明具体实施例中节流开关两端待机和工作时的瞬时电压电流图；

图6为本发明具体实施例中节流控制信号CEB跳变时输出电压的细节图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种带开关的电荷泵电路的电路示意图。如图2所示，本发明一种带开关的电荷泵电路，包括:电荷泵模块10、稳定电容Cripple、节流开关S3和负载20。

其中，电荷泵模块10用于产生设定高压输出，一般由振荡器OSC、电荷泵单元Charge PUMP、滤波和采样电路、比较器CMP以及开关S1-S2(可称之为第一开关S1以及第二开关S2)组成，其中，滤波和采样电路由电阻R1-R2(可称之为第一电阻及第二电阻)以及滤波电容C1-C2(可称之为第一滤波电容及第二滤波电容)；稳压电容Cripple连接在电荷泵单元Charge PUMP的输出Vo和地之间，用于在节流开关S3接通时进一步稳定输出电压；节流开关S3由电平位移电路和MOS开关组成，用于待机时断开负载以减小电荷泵电路的功耗。

振荡器OSC的输出CLKIN连接至电荷泵单元Charge PUMP的时钟输入端，电荷泵单元Charge PUMP的输出与第一滤波电容C1之一端、第一开关S1之一端、稳压电容Cripple之一端以及节流开关S3之一端相连组成节点Vo，第一开关S1之另一端连接第一电阻R1之一端，第一电阻R1之另一端连接第二电阻R2之一端和第二开关S2之一端，第一滤波电容C1之另一端与第二滤波电容C2之一端、比较器之一输入端以及第二开关S2之另一端相连组成节点Vdet，第二滤波电容C2之另一端、第二电阻R2之另一端和稳压电容Cripple之另一端接地，比较器CMP另一输入端连接由带隙基准源Bandgap产生的参考电压Vref，比较器CMP的输出连接至振荡器OSC的控制端以根据采样电压改变时钟CLKIN的频率从而调整输出电压Vo的幅度使其稳定输出，节流开关S3之另一端为电荷泵电路的输出电压VD25，其连接至负载Iloading及其分布电容Cparastic，第一开关S1与第二开关S2之控制端连接反相许可信号enb，节流开关S3之控制端连接节流控制信号CEB。

图3为本发明具体实施例中节流开关S3的具体结构示意图。如图3所示，该节流开关S3包括电平位移电路I0以及PMOS开关管M0，其中，电平位移电路I0电源连接电荷泵模块的输出Vo，其输入端连接节流控制信号CEB，其输出连接至PMOS开关管M0的栅极，PMOS开关管M0的源极和衬底连接电荷泵模块的输出Vo，PMOS开关管M0的漏极为本发明带开关的电荷泵电路的输出。

由于本发明一种带开关的电荷泵电路在待机时断开电荷泵模块的输出和负载的电连接，输出端口VD25需要用二极管连接至电源电压vdd以保证负载正常工作，一般使用并联的PMOS和NMOS二极管(源极和栅极短接)，如图4所示，NMOS二极管M2的栅极和漏极连接电源电压vdd，其源极连接输出端口VD25，PMOS二极管M1的源极连接电源电压vdd，其栅极和漏极连接输出端口VD25。

由于要求从待机状态(standby)到工作状态(active)的等待时间为0，而在standby的时候稳压电容Cripple上面的电压为2.7v，分布电容Cparastic上面的电压为vdd，在节流控制信号CEB拉低的时候，由于电荷共享会拉低最终的输出电压。所以为了克服这个问题，需要尽可能大的稳压电容Cripple，或者在standby的情况下适当提高VD25的输出电压。

本发明通过在电荷泵输出2.5v与负载之间增加MOS开关，以在待机状态下关断开关，这样2.5v的电荷泵电路在待机状态下出现的leakage(泄漏)几乎为0。

图5为本发明具体实施例中节流开关两端待机和工作时的瞬时电压电流图，其中，Vd25_pro对应节流开关后电压即VD25，VD25_2对应节流开关前的电压即Vo，I(vvdd)对应电源电压vdd的电流，v(ceb)对应节点CEB的电压，待机时电源电压vdd的电流为6uA，工作时电流为50uA，

图6为本发明具体实施例中节流控制信号CEB跳变时输出电压的细节图，可见节流控制信号CEB为高时，电荷泵输出VD25_i(对应Vo)为2.68V，输出节点VD25电压为1.55V，节流控制信号CEB为低时，电荷泵输出VD25_i(对应Vo)为2.7V，输出节点VD25电压为2.7V左右，从高到低变化时，输出节点VD25电压建立很快，耗时约209nS；最上面为vdd功耗，节流控制信号CEB为高时，功耗约25uA，节流控制信号CEB为低时，功耗约51.7uA。

可见，本发明一种带开关的电荷泵电路通过在电荷泵输出2.5v与负载之间增加MOS开关，以在待机状态下关断开关，这样2.5v的电荷泵电路在待机状态下出现的leakage(泄漏)几乎为0，降低了flash的待机功耗。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。