一种用于BCD工艺的实现多倍压输出的开关电容电路的制作方法

一种用于bcd工艺的实现多倍压输出的开关电容电路
技术领域
[0001]
本发明涉及电路技术领域，尤其是涉及一种开关电容电路。


背景技术：

[0002]
目前随着科学技术的发展，家用电器不断地小型化集成化，也就加大了对芯片的需求，对芯片的面积要求也是越小越好，成本越低越好。在芯片内部电路部分中有时会需要比外部电压更高的工作电压，才能够使得芯片正常工作。在传统的技术中，当电路中存在电荷泵电路时，由于电荷泵输出电压越大，电路内部nmos管开启时需要的栅极电压越大，就需要单独的为nmos管的栅极提供大的开启电压，这样就会导致整个电荷泵电路中存在很大的电源功耗，不利于整体电路的优化设计。


技术实现要素：

[0003]
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于bcd工艺的实现多倍压输出的开关电容电路。本发明通过二级倍压技术，降低单独nmos管的栅极开启电压，可以大大减小电路中的电源功耗，可以有效地解决相关领域的技术难题。
[0004]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005]
一种用于bcd工艺的实现多倍压输出的开关电容电路，包括p沟道增强型mos 管pm1-pm4，n沟道增强型mos管nm1-nm4，电容c1-c4，整流二极管d1、d2，反相器inv1，以及vin输入端口、clk逻辑输入端口和vbst输出端口；
[0006]
所述p沟道增强型mos管pm1源极连接p沟道增强型mos管pm2源极、整流二极管d1的阳极和vbst输出端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm2栅极、n 沟道增强型mos管nm1漏极、n沟道增强型mos管nm2栅极和电容c1的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm2漏极、n沟道增强型mos管nm1栅极、n沟道增强型mos管nm2漏极和电容c3的上极板；
[0007]
所述p沟道增强型mos管pm2源极连接p沟道增强型mos管pm1源极、整流二极管d1的阳极和vbst输出端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm1栅极、n 沟道增强型mos管nm2漏极、n沟道增强型mos管nm1栅极和电容c3的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm1漏极、n沟道增强型mos管nm2栅极、n沟道增强型mos管nm1漏极和电容c1的上极板；
[0008]
所述n沟道增强型mos管nm1源极连接p沟道增强型mos管pm3源极、p 沟道增强型mos管pm4源极和n沟道增强型mos管nm2源极，漏极连接p沟道增强型mos管pm1漏极、p沟道增强型mos管pm2栅极、n沟道增强型mos管 nm2栅极和电容c1的上极板；
[0009]
所述n沟道增强型mos管nm2源极连接p沟道增强型mos管pm3源极、p 沟道增强型mos管pm4源极和n沟道增强型mos管nm1源极，n沟道增强型mos 管nm2的漏极连接p沟道增强型mos管pm2漏极、p沟道增强型mos管pm1栅极、n沟道增强型mos管nm1栅极和电容c3的上极板，栅极连接p沟道增强型 mos管pm1漏极、p沟道增强型mos管pm2栅极、n沟道增强型mos管nm1漏极和电容c1的上极板；
[0010]
所述p沟道增强型mos管pm1、pm2和n沟道增强型mos管nm1、nm2在电路中充当开关
管使用，共同构成开关电容电路的第二层增压电路；
[0011]
所述p沟道增强型mos管pm3源极连接n沟道增强型mos管nm1源极、n 沟道增强型mos管nm2源极和p沟道增强型mos管pm4源极，漏极连接p沟道增强型mos管pm4栅极、n沟道增强型mos管nm3漏极、n沟道增强型mos管nm4 栅极和电容c2的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm4漏极、n沟道增强型 mos管nm3栅极、n沟道增强型mos管nm4漏极和电容c4的上极板；
[0012]
所述p沟道增强型mos管pm4源极连接n沟道增强型mos管nm1源极、n 沟道增强型mos管nm2源极和p沟道增强型mos管pm3源极，漏极连接p沟道增强型mos管pm3栅极、n沟道增强型mos管nm3栅极、n沟道增强型mos管nm4 漏极和电容c4上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm3漏极、n沟道增强型mos 管nm3漏极、n沟道增强型mos管nm4栅极和电容c2上极板；
[0013]
所述n沟道增强型mos管nm3源极连接n沟道增强型mos管nm4源极、整流二极管d2的阳极和vin输入端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm3漏极、p 沟道增强型mos管pm4栅极、n沟道增强型mos管nm4栅极和电容c2上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm4漏极、n沟道增强型mos管nm4漏极、p沟道增强型mos管pm3栅极和电容c4的上极板；
[0014]
所述n沟道增强型mos管nm4源极连接n沟道增强型mos管nm3源极、整流二极管d2的阳极和vin输入端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm4漏极、p 沟道增强型mos管pm3栅极、n沟道增强型mos管nm3栅极和电容c4上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm4栅极、n沟道增强型mos管nm3漏极、p沟道增强型mos管pm3漏极和电容c2的上极板；
[0015]
所述p沟道增强型mos管pm3、pm4和n沟道增强型mos管nm3、nm4在电路中充当开关管使用，共同构成开关电容电路的第一层增压电路；
[0016]
所述电容c1上极板连接p沟道增强型mos管pm1漏极、p沟道增强型mos管 pm2栅极、n沟道增强型mos管nm1漏极和n沟道增强型mos管nm2栅极，下极板连接clk逻辑输入端口、反相器inv1输入端和电容c2的下极板；
[0017]
所述电容c2上极板连接p沟道增强型mos管pm3漏极、p沟道增强型mos管 pm4栅极、n沟道增强型mos管nm3漏极和n沟道增强型mos管nm4栅极，下极板连接clk逻辑输入端口、反相器inv1输入端和电容c1的下极板；
[0018]
所述电容c3上极板连接p沟道增强型mos管pm2漏极、p沟道增强型mos管 pm1栅极、n沟道增强型mos管nm2漏极和n沟道增强型mos管nm1栅极，下极板连接反相器inv1输出端和电容c4的下极板；
[0019]
所述电容c4上极板连接p沟道增强型mos管pm4漏极、p沟道增强型mos管 pm3栅极、n沟道增强型mos管nm4漏极和n沟道增强型mos管nm3栅极，下极板连接反相器inv1输出端和电容c3的下极板；
[0020]
所述整流二极管d1阳极连接p沟道增强型mos管pm1源极、p沟道增强型mos 管pm2源极和vbst输出端口，阴极连接整流二极管d2的阴极；
[0021]
所述整流二极管d2阳极连接n沟道增强型mos管nm3源极、n沟道增强型 mos管nm4源极和vin输入端口，阴极连接整流二极管d1的阴极；
[0022]
所述反相器inv1输入端口连接clk逻辑输入端口、电容c1下极板和c2下极板，输出端连接电容c3下极板和c4下极板；
[0023]
所述电容c1-c4在电路中起到充电电容的作用，所述整流二极管d1和d2作用为防
止vbst电压倒灌。
[0024]
当用于bcd工艺的实现多倍压输出的开关电容电路工作时，第一层增压电路由于p沟道增强型mos管pm1-pm4和n沟道增强型mos管nm1-nm4在电路中充当开关管使用，所以电容c2和c4上极板的电压为vin，当clk逻辑端口输入处于高电平v1时，给电容c2进行充电，使c2的上极板电压变为vin+v1,此时n沟道增强型mos管nm4充当的开关管导通，拉低p沟道增强型mos管pm3栅极电压，p沟道增强型mos管pm3充当的开关管导通，使得p沟道增强型mos管pm3的源极电压等于电容c2的上极板电压变为vin+v1,同时clk逻辑端口电压通过反相器inv1处于低电平-v1，电容c4处于放电状态，c4上极板电压保持vin不变，所以n沟道增强型mos管nm3的栅极电压不变，n沟道增强型mos管nm3充当的开关管不导通， p沟道增强型mos管pm4的栅极电压为c2上极板电压，所以p沟道增强型mos管 pm4不导通；
[0025]
同理第二层增压电路在clk为高电平时，n沟道增强型mos管nm2和p沟道增强型mos管pm1导通，n沟道增强型mos管nm1和p沟道增强型mos管pm2 不导通，由于第一层增压电路将p沟道增强型mos管pm3的源端电压提高到vin+v1，所以通过第二层增压电路继续将电压提高到vin+v1+v1，实现多倍压的增加；经过反相器inv1到达c3、c4下极板电压为v1，通过第一层增压模块，电容c4 充电将p沟道增强型mos管pm4源极电压提高到vin+v1，继续通过第二级增压电路继续将电压提高到vin+v1+v1，整合clk逻辑电压的周期特点，在一个完整的电压周期内vbst输出端口都输出稳定的vin+v1+v1电压。
[0026]
本发明的有益效果在于：
[0027]
1.本发明整体电路设计简单，完全适用于常规bcd工艺，可广泛应用于dc-dc、 ldo、power switch等一系列电源芯片中。
[0028]
2.在倍压模块充当开关管的mos管栅极电压不会因为输出电压的变化而发生变化，可以有效地降低本电路的电源功耗。
附图说明
[0029]
图1为本发明用于常规bcd工艺的实现多倍压输出的开关电容电路示意图。
[0030]
图2为本发明当clk逻辑端口输出为高电平时电路简化图。
[0031]
图3为本发明当clk逻辑端口输出为低电平时电路简化图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0033]
一种常规bcd工艺的实现多倍压输出的开关电容电路，如图1所示：其主要包括p 沟道增强型mos管pm1-pm4，n沟道增强型mos管nm1-nm4，电容c1-c4，整流二极管d1、d2，反相器inv1，以及vin输入端口、clk逻辑输入端口和vbst输出端口。
[0034]
所述p沟道增强型mos管pm1源极连接p沟道增强型mos管pm2源极、整流二极管 d1的阳极和vbst输出端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm2栅极、n沟道增强型 mos管nm1漏极、n沟道增强型mos管nm2栅极和电容c1的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm2漏极、n沟道增强型mos管nm1栅极、n沟道增强型mos管nm2漏极和电容c3的上极板；所述p沟道增强型mos管pm2源极连接p沟道增强型mos管pm1 源极、整流二极管d1的阳极和vbst输出端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm1栅极、 n沟道增强型mos管nm2漏极、n沟道增强型mos管nm1
栅极和电容c3的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm1漏极、n沟道增强型mos管nm2栅极、n沟道增强型 mos管nm1漏极和电容c1的上极板；所述n沟道增强型mos管nm1源极连接p沟道增强型mos管pm3源极、p沟道增强型mos管pm4源极和n沟道增强型mos管nm2源极，漏极连接p沟道增强型mos管pm1漏极、p沟道增强型mos管pm2栅极、n沟道增强型 mos管nm2栅极和电容c1的上极板；所述n沟道增强型mos管nm2源极连接p沟道增强型mos管pm3源极、p沟道增强型mos管pm4源极和n沟道增强型mos管nm1源极，漏极连接p沟道增强型mos管pm2漏极、p沟道增强型mos管pm1栅极、n沟道增强型 mos管nm1栅极和电容c3的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm1漏极、p沟道增强型mos管pm2栅极、n沟道增强型mos管nm1漏极和电容c1的上极板。所述p沟道增强型mos管pm1、pm2和n沟道增强型mos管nm1、nm2在电路中充当开关管使用，共同构成开关电容电路的第二层增压电路。
[0035]
所述p沟道增强型mos管pm3源极连接n沟道增强型mos管nm1源极、n沟道增强型mos管nm2源极和p沟道增强型mos管pm4源极，漏极连接p沟道增强型mos管 pm4栅极、n沟道增强型mos管nm3漏极、n沟道增强型mos管nm4栅极和电容c2的上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm4漏极、n沟道增强型mos管nm3栅极、n沟道增强型mos管nm4漏极和电容c4的上极板；所述p沟道增强型mos管pm4源极连接 n沟道增强型mos管nm1源极、n沟道增强型mos管nm2源极和p沟道增强型mos管 pm3源极，漏极连接p沟道增强型mos管pm3栅极、n沟道增强型mos管nm3栅极、n 沟道增强型mos管nm4漏极和电容c4上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm3漏极、n沟道增强型mos管nm3漏极、n沟道增强型mos管nm4栅极和电容c2上极板；所述n沟道增强型mos管nm3源极连接n沟道增强型mos管nm4源极、整流二极管d2 的阳极和vin输入端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm3漏极、p沟道增强型mos管pm4栅极、n沟道增强型mos管nm4栅极和电容c2上极板，栅极连接p沟道增强型mos 管pm4漏极、n沟道增强型mos管nm4漏极、p沟道增强型mos管pm3栅极和电容c4 的上极板；所述n沟道增强型mos管nm4源极连接n沟道增强型mos管nm3源极、整流二极管d2的阳极和vin输入端口，漏极连接p沟道增强型mos管pm4漏极、p沟道增强型mos管pm3栅极、n沟道增强型mos管nm3栅极和电容c4上极板，栅极连接p沟道增强型mos管pm4栅极、n沟道增强型mos管nm3漏极、p沟道增强型mos管pm3 漏极和电容c2的上极板。所述p沟道增强型mos管pm3、pm4和n沟道增强型mos管 nm3、nm4在电路中充当开关管使用，共同构成开关电容电路的第一层增压电路。
[0036]
所述电容c1上极板连接p沟道增强型mos管pm1漏极、p沟道增强型mos管pm2 栅极、n沟道增强型mos管nm1漏极和n沟道增强型mos管nm2栅极，下极板连接clk 逻辑输入端口、反相器inv1输入端和电容c2的下极板；所述电容c2上极板连接p沟道增强型mos管pm3漏极、p沟道增强型mos管pm4栅极、n沟道增强型mos管nm3漏极和n沟道增强型mos管nm4栅极，下极板连接clk逻辑输入端口、反相器inv1输入端和电容c1的下极板；所述电容c3上极板连接p沟道增强型mos管pm2漏极、p沟道增强型mos管pm1栅极、n沟道增强型mos管nm2漏极和n沟道增强型mos管nm1栅极，下极板连接反相器inv1输出端和电容c4的下极板；所述电容c4上极板连接p沟道增强型mos管pm4漏极、p沟道增强型mos管pm3栅极、n沟道增强型mos管nm4漏极和n沟道增强型mos管nm3栅极，下极板连接反相器inv1输出端和电容c3的下极板；所述整流二极管d1阳极连接p沟道增强型mos管pm1源极、p沟道增强型mos管 pm2源极和vbst输出端口，阴极连接整流二极管d2的阴极；所述整流二极管d2阳极连接n沟道增强型mos管nm3源极、n沟道增强型mos管nm4源极和vin输入端口，阴极连接整流二极管d1的阴极；所述反相器
inv1输入端口连接clk逻辑输入端口、电容c1下极板和c2下极板，输出端连接电容c3下极板和c4下极板。所述电容c1-c4在电路中起到充电电容的作用，所述整流二极管d1和d2作用为防止vbst电压倒灌。
[0037]
当电路工作时，第一级增压模块由于p沟道增强型mos管pm1-pm4和n沟道增强型mos管nm1-nm4在电路中充当开关管使用，所以电容c2和c4上极板的电压为vin，当clk逻辑端口输入处于高电平v1时，给电容c2进行充电，使c2的上极板电压变为 vin+v1,此时n沟道增强型mos管nm4充当的开关管导通，拉低p沟道增强型mos管 pm3栅极电压，p沟道增强型mos管pm3充当的开关管导通，使得p沟道增强型mos管pm3的源极电压等于电容c2的上极板电压变为vin+v1,同时clk逻辑端口电压通过反相器inv1处于低电平-v1，电容c4处于放电状态，c4上极板电压保持vin不变，所以 n沟道增强型mos管nm3的栅极电压不变，n沟道增强型mos管nm3充当的开关管不导通，p沟道增强型mos管pm4的栅极电压为c2上极板电压，所以p沟道增强型mos 管pm4不导通。同理第二级增压模块在clk为高电平时，n沟道增强型mos管nm2和p 沟道增强型mos管pm1导通，n沟道增强型mos管nm1和p沟道增强型mos管pm2不导通，由于第一级增压模块将p沟道增强型mos管pm3的源端电压提高到vin+v1，所以通过第二级增压模块继续将电压提高到vin+v1+v1，实现多倍压的增加。当clk输入高电压v1时，电路简化图如图2所示。同理当clk输入为低电压-v1时，如图3所示，经过反相器inv1到达c3、c4下极板电压为v1，通过第一级增压模块，电容c4充电将p 沟道增强型mos管pm4源极电压提高到vin+v1，继续通过第二级增压模块继续将电压提高到vin+v1+v1。整合clk逻辑电压的周期特点，所以在一个完整的电压周期内 vbst输出端口都输出稳定的vin+v1+v1电压。
[0038]
综上，本发明提出了一种用于负载开关的多路高速宽带过流检测电路，可以有效地进行过流检测，并保证电路的安全可靠。相对于之前的过流检测电路，这种方法整体电路设计简单，对于电路的过流具有很好的保护作用，而且电路内部功耗很小，对于其他电路具有很好的过流保护效果。