本实用新型涉及一种多级高压电荷泵电路。
背景技术：
LCD（液晶显示）驱动芯片中，GATE（栅极）扫描信号用于开启和关断TFT（薄膜晶体管）开关管，其中高电平VGH可以达到20V，低电平VGL可以达到-15V，通常使用电荷泵电路来产生这两个电压。
一种现有电荷泵电路的做法是使用高压器件和片外电容来产生前述电压，这会导致芯片面积的增加和系统整体成本的上升；另一种现有电荷泵电路使用中压器件和片上电容来产生前述电压，但是由于采用固定的电荷泵单元数目，只能实现固定的升压倍数，例如两倍升压只能从VDD~VSS升高到2VDD~VDD，三倍升压只能从VDD~VSS升高到3VDD~2VDD…其升压倍数不能灵活切换，因而导致工作效率较低。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种多级高压电荷泵电路，灵活切换升压倍数，提高工作效率，节省芯片面积和系统成本。
基于以上考虑，本实用新型提供一种多级高压电荷泵电路，包括至少两级电荷泵单元，每一级电荷泵单元分别通过各自的开关选择单元选择输入电压，所述电荷泵电路的输入电压VDD、VSS分别连接至每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别连接至后面每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别通过输出开关连接至所述电荷泵电路的输出电压。
优选的，所述每一级电荷泵单元采用中压器件和片上电容。
优选的，所述每一级电荷泵单元的两个输入电压之间的压差符合所述中压器件和片上电容的工作电压范围。
优选的，所述每一级电荷泵单元的两个输入电压之间的压差不超过VDD。
优选的，所述每一级电荷泵单元包括主电荷泵单元和辅助电荷泵单元，所述辅助电荷泵单元用于为各自的主电荷泵单元提供时钟信号。
优选的，所述多级高压电荷泵电路还包括倍数选择单元，用于分别为每一级电荷泵单元的开关选择单元和输出开关提供控制信号。
优选的，所述多级高压电荷泵电路为四级高压电荷泵电路，所述四级高压电荷泵电路的输出电压为输入电压的两倍至五倍。
本实用新型的多级高压电荷泵电路，包括至少两级电荷泵单元，每一级电荷泵单元分别通过各自的开关选择单元选择输入电压，所述电荷泵电路的输入电压VDD、VSS分别连接至每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别连接至后面每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别通过输出开关连接至所述电荷泵电路的输出电压，于是可以根据输出电压和负载能力的要求来选择电荷泵单元数目，从而灵活切换升压倍数，提高工作效率，并且通过采用中压器件和片上电容，节省芯片面积和系统成本。
附图说明
通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本实用新型某些原理的具体实施方式，本实用新型所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。
图1为本实用新型的多级高压电荷泵电路的示意图；
图2为本实用新型的多级高压电荷泵电路的五倍升压模式的部分示意图；
图3为本实用新型的多级高压电荷泵电路的辅助电荷泵单元的示意图；
图4为本实用新型的多级高压电荷泵电路的开关选择单元的示意图。
具体实施方式
为解决上述现有技术中的问题，本实用新型提供一种多级高压电荷泵电路，包括至少两级电荷泵单元，每一级电荷泵单元分别通过各自的开关选择单元选择输入电压，所述电荷泵电路的输入电压VDD、VSS分别连接至每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别连接至后面每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别通过输出开关连接至所述电荷泵电路的输出电压，于是可以根据输出电压和负载能力的要求来选择电荷泵单元数目，从而灵活切换升压倍数，提高工作效率，并且通过采用中压器件和片上电容，节省芯片面积和系统成本。
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。
本实用新型的多级高压电荷泵电路包括至少两级电荷泵单元，图1示出的一个实施例是以四级电荷泵单元CP1、CP2、CP3、CP4为例，其中每一级电荷泵单元CP1、CP2、CP3、CP4分别通过各自的开关选择单元PS1、PS2、PS3、PS4选择输入电压VP、VN，每一级电荷泵单元的输出电压VCP = (VP - VN) + VP。
所述电荷泵电路的输入电压VDD、VSS分别连接至每一级电荷泵单元的开关选择单元PS1、PS2、PS3、PS4，前三级电荷泵单元的输出电压VCP1、VCP2、VCP3分别连接至后面每一级电荷泵单元的开关选择单元PS2、PS3、PS4，因此：
第一级电荷泵单元CP1的输入电压VP1、VN1只有VDD和VSS两个选择，第一级电荷泵单元CP1的输出电压VCP1 = (VDD - VSS) + VDD = 2VDD；
第二级电荷泵单元CP2的输入电压VP2、VN2有三个选择，即VDD、VSS和VCP1；
第三级电荷泵单元CP3的输入电压VP3、VN3有四个选择，即VDD、VSS、VCP1和VCP2；
第四级电荷泵单元CP4的输入电压VP4、VN4有五个选择，即VDD、VSS、VCP1、VCP2和VCP3。
每一级电荷泵单元的输出电压VCP1、VCP2、VCP3、VCP4分别通过输出开关S1、S2、S3、S4连接至电荷泵电路的输出电压VOUT，也就是说，输出开关S1、S2、S3、S4分别决定每一级电荷泵单元的输出电压VCP1、VCP2、VCP3、VCP4是否连接到最终输出电压总线VOUT上，于是可以根据输出电压和负载能力的要求来选择电荷泵单元数目，从而灵活切换升压倍数，提高工作效率。
还是以前述四级电荷泵单元为例进行分析，具体如何分别实现两倍至五倍升压模式：
（1）两倍模式
VP1 = VP2 = VP3 = VP4 = VDD
VN1 = VN2 = VN3 = VN4 = VSS
S1 ~ S4闭合
VCP1 =VCP2= VCP3= VCP4 =2VDD
VOUT = VCP1 & VCP2 & VCP3 & VCP4 = 2VDD
（2）三倍模式
VP1 = VDD, VP2 = VCP1, VP3 = VDD, VP4 = VCP3
VN1 = VSS, VN2 = VDD, VN3 = VSS, VN4 = VDD
S1断路，S2闭合，S3断路，S4闭合
VCP1 = 2VDD, VCP2 = 3VDD, VCP3 = 2VDD, VCP4 = 3VDD
VOUT = VCP2 & VCP4 = 3VDD
（3）四倍模式（三种实现方式）
四倍模式A（双单元生成2VDD）
VP1 = VDD, VP2 = VDD, VP3 = VCP1 & VCP2, VP4 = VCP3
VN1 = VSS, VN2 = VSS, VN3 = VDD, VN4 = VCP1 & VCP2
S1断路，S2断路，S3断路，S4闭合
VCP1 = 2VDD, VCP2 = 2VDD, VCP3 = 3VDD, VCP4 = 4VDD
VOUT = VCP4 = 4VDD
四倍模式B（双单元生成3VDD）
VP1 = VDD, VP2 = VCP1, VP3 = VCP1, VP4 = VCP2 & VCP3
VN1 = VSS, VN2 = VDD, VN3 = VDD, VN4 = VCP1
S1断路，S2断路，S3断路，S4闭合
VCP1 = 2VDD, VCP2 = 3VDD, VCP3 = 3VDD, VCP4 = 4VDD
VOUT = VCP4 = 4VDD
四倍模式C（双单元生成4VDD）
VP1 = VDD, VP2 = VCP1, VP3 = VCP2, VP4 = VCP2
VN1 = VSS, VN2 = VDD, VN3 = VCP1, VN4 = VCP1
S1断路，S2断路，S3闭合，S4闭合
VCP1 = 2VDD, VCP2 = 3VDD, VCP3 = 4VDD, VCP4 = 4VDD
VOUT = VCP3 & VCP4 = 4VDD
（4）五倍模式，具体实现方式参见图2
VP1 = VDD, VP2 = VCP1, VP3 = VCP2, VP4 = VCP3
VN1 = VSS, VN2 = VDD, VN3 = VCP1, VN4 = VCP2
S1断路，S2断路，S3断路，S4闭合
VCP1 = 2VDD, VCP2 = 3VDD, VCP3 = 4VDD, VCP4 = 5VDD
VOUT = VCP4 = 5VDD
本领域技术人员可以理解，对于包含其他级数电荷泵单元的电荷泵电路，即可依次类推，根据每级电荷泵单元的输入电压的选择即可形成不同输出电压，不同负载能力的级联电荷泵。只要保证每级电荷泵两个输入电压之间的压差不超过VDD，即可使用中压器件，同时也可以把片上电容的耐压要求降低至VDD，以使每一级电荷泵单元的两个输入电压之间的压差符合中压器件和片上电容的工作电压范围，节省芯片面积和系统成本。
对于单个电荷泵单元，输入电压为VP和VN，输出电压为VCP，则其飞电容下极板所连开关的工作电压域为VP ~ VN，上极板所连开关的工作电压域为VP ~ VCP。由于每个电荷泵单元输入电压的选择范围很大，所以每一级电荷泵单元包括主电荷泵单元和辅助电荷泵单元，其中，辅助电荷泵单元用于为各自的主电荷泵单元提供时钟信号，辅助电荷泵单元的一个实施例的电路示意图如图3所示。考虑中压器件的工作电压，输入信号的幅度不能超过VDD ~ VSS，而输出信号的电压域则由前述开关选择单元决定，可以是2VDD ~ VDD，3VDD ~ 2VDD，4VDD ~ 3VDD等等，只要高低电位之间的幅度不超过VDD都可以由中压器件实现。
此外，图1中本实用新型的多级高压电荷泵电路还包括倍数选择单元CTRL，用于分别为每一级电荷泵单元的开关选择单元PS1、PS2、PS3、PS4和输出开关S1、S2、S3、S4提供控制信号。以PS4为例，一种开关选择单元的结构如图4所示，各个开关的通断由倍数选择单元CTRL提供的逻辑信号控制，可以有一个或多个电压被选通到VP4或者VN4。参考前述四倍模式B（双单元生成3VDD），VP4 = VCP2 & VCP3，即表示与VCP2和VCP3相连的开关闭合，二者均连通至VP4。
本实用新型的多级高压电荷泵电路，包括至少两级电荷泵单元，每一级电荷泵单元分别通过各自的开关选择单元选择输入电压，所述电荷泵电路的输入电压VDD、VSS分别连接至每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别连接至后面每一级电荷泵单元的开关选择单元，每一级电荷泵单元的输出电压分别通过输出开关连接至所述电荷泵电路的输出电压，于是可以根据输出电压和负载能力的要求来选择电荷泵单元数目，从而灵活切换升压倍数，提高工作效率，并且通过采用中压器件和片上电容，节省芯片面积和系统成本。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。