专利名称：电荷泵的制作方法
技术领域：
本发明属于半导体集成电路设计领域，特别涉及一种电荷泵。
背景技术：
传统的电荷泵(charge pump)如图1所示，包括m级升压电路和电压钳位电路，m 级升压电路的1 m级的时钟采用同一时钟CLK，同一时钟CLK驱动m级升压电路的各级进 行工作，将输出电压Vpph逐渐抬升，当输出电压Vpph达到电压钳位电路的钳位高电压时， 也即电荷泵启动完成时，m级升压电路使能信号pump_en就从高电平变为低电平，从而将m 级升压电路关闭，当输出电压Vpph由于漏电等原因降到低于电压钳位电路的钳位低电压 时，m级升压电路使能信号pump_en从低电平变成高电平，m级升压电路再次启动，如此循 环可以将输出电压Vpph维持在一个比较稳定的高压上。电荷泵启动时消耗的电流主要和 m级升压电路的时钟频率、级数和每一级的电容大小有关系，在启动阶段由于m级升压电路 各级的电容上面都没有电荷，需要对所有的电容进行充电，所以启动电流会很大。在现代工业中，电荷泵在射频卡中的应用越来越多，射频卡的能量是通过电感耦 合得到的，功率⑵=电流(I)*电源电压(VDD)，由于P是恒定的，如果I过大的话则VDD 必然降低，导致芯片内其它电路不能正常工作。传统的电荷泵由于会在启动阶段产生较大 的电流，所以不能用在一些对瞬态功耗要求严格的平台上，仅适用于VDD恒定的平台，不适 用于功率恒定的平台。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电荷泵，电荷泵的启动电流低。为解决上述技术问题，本发明的电荷泵，包括一 m级升压电路，一电压钳位电路， 所述m级升压电路的输出电压作为电荷泵输出，所述电压钳位电路接所述m级升压电路的 输出电压，输出升压电路使能信号接到所述m级升压电路的使能端，当输出电压高于所述 电压钳位电路的钳位高电压时，所述升压电路使能信号控制将所述m级升压电路关闭，当 输出电压降到低于所述电压钳位电路的钳位低电压时，所述m级升压电路使能信号控制将 所述m级升压电路再次启动，如此循环维持一个稳定的输出电压；其特征在于，还包括一控 制逻辑电路，一 η位的同步计数器，一选择电路，所述η位的同步计数器接原始输入时钟，输 出分频时钟信号QO Qn-1，Q0的频率是原始输入时钟的1/2，Q1的频率是原始输入时钟的 1/4, Q2的频率是原始输入时钟的1/8，Qk的频率是原始输入时钟的l/2k+1 ；所述选择电路接 所述η位的同步计数器输出的分频时钟信号Qk，并且接所述升压电路使能信号，输出启动 选择信号和启动完成选择信号两个选择信号；所述控制逻辑电路接所述两个选择信号、所 述η位的同步计数器接输出的分频时钟信号QO Qk-Ι、原始输入时钟，输出m个升压电路 时钟信号clkl clkm ；所述m级升压电路第1到m级的时钟信号输入端分别接所述控制 逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clkl clkm ；所述η位的同步计数器输出的分频时钟信号Qk及所述升压电路使能信号一起作为所述选择电路的控制信号，控制两个选择信号的变化，取所述η位的同步计数器输出的 分频时钟信号Qk-x Qk-Ι，和所述两个选择信号一起作为所述控制逻辑电路的控制信号， 用来控制所述控制逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clkl clkm的频率的变化，在 电荷泵启动时clkl clkm频率由低变高，且在电荷泵输出达到电压钳位电路钳位高电压 后clkl clkm的频率与原始输入时钟的频率一样；其中n、m、k、χ为正整数，且k > χ，η_1≥m≥2，η_1≥k≥2。当Qk第一次变为高电平时，所述启动选择信号从低电平变为高电平，将所述控制 逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clkl clkm全部设置成一个统一的启动频率，该 启动频率不低于clkl clkm先前的频率。可以是随着所述控制逻辑电路的控制信号的变化，clkl clkm的频率按照从 clkl到clkm的顺序依次变为更高。本发明的电荷泵，将m级升压电路的各级时钟信号输入端接不同的升压电路时钟 信号，并通过一个控制逻辑电路根据控制信号的变化来调整各升压电路时钟信号的频率， 在开始启动时各级时钟信号输入端接的升压电路时钟信号频率较低，随后逐步调高，且在 电荷泵输出达到钳位高电压后将各升压电路时钟信号的频率设置成与原始输入时钟CLK 的频率一样，让m级升压电路各级在启动的不同时段工作在不同的时钟频率下来使得电荷 泵的启动电流下降，同时最终输出电压Vpph也能达到钳位高电压，从而既降低了电荷泵的 启动电流又保证了电荷泵的能力，使电荷泵能应用于电源功率恒定的场合。
下面结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是传统的电荷泵的电路图；图2是本发明的电荷泵一实施方式示意图。
具体实施例方式本发明的电荷泵的一实施方式如图2所示，包括一 m级升压电路，一电压钳位电 路，所述m级升压电路的输出电压Vpph作为电荷泵输出，所述电压钳位电路接所述m级升 压电路的输出电压Vpph，输出升压电路使能信号pump_en接到所述m级升压电路的使能端， 当输出电压Vpph高于所述电压钳位电路的钳位高电压时，所述升压电路使能信号pump_en 控制将所述m级升压电路关闭，当输出电压Vpph降到低于所述电压钳位电路的钳位低电压 时，所述m级升压电路使能信号pump_en控制将所述m级升压电路再次启动，如此循环维持 一个稳定的输出电压Vpph ；还包括一控制逻辑电路，一 η位的同步计数器，一选择电路，所 述η位的同步计数器接原始输入时钟CLK，输出分频时钟信号QO Qn-1，Q0的频率是原始 输入时钟CLK的1/2，Ql的频率是原始输入时钟CLK的1/4，Q2的频率是原始输入时钟CLK 的l/8，Qk的频率是原始输入时钟CLK的l/2k+1 ；所述选择电路接所述η位的同步计数器输 出的分频时钟信号Qk，并且接所述升压电路使能信号pump_en，输出启动选择信号selO和 启动完成选择信号sell两个选择信号；所述控制逻辑电路接所述两个选择信号、所述η位 的同步计数器接输出的分频时钟信号QO Qk-I、原始输入时钟CLK，输出m个升压电路时 钟信号clkl clkm ；所述m级升压电路第1到m级的时钟信号输入端分别接所述控制逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clkl clkm。所述η位的同步计数器输出的分频时钟信号Qk及所述升压电路使能信号pump_ en —起作为所述选择电路的控制信号，控制两个选择信号的变化，取所述η位的同步计数 器输出的分频时钟信号Qk-x Qk-Ι，和所述两个选择信号一起作为所述控制逻辑电路的 控制信号，用来控制所述控制逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clkl clkm的频率 的变化，在电荷泵启动时clkl clkm频率由低变高，例如随着所述控制逻辑电路的控制 信号的变化，clkl clkm的频率按照从clkl到clkm的顺序依次变为更高，当Qk第一次 变为高电平时，所述启动选择信号selO从低电平变为高电平，将所述控制逻辑电路输出的 m个升压电路时钟信号clkl clkm全部设置成一个统一的启动频率，该启动频率不低于 clkl clkm先前的频率，且在电荷泵输出达到电压钳位电路钳位高电压后(即电荷泵启动 完成时)，升压电路使能信号pump_en控制所述选择电路输出的启动选择信号selO和启动 完成选择信号sell两个选择信号从低电平变为高电平，从而控制clkl clkm的频率与原 始输入时钟CLK的频率一样，并一直保持这个状态直到所述电荷泵下电为止。其中n、m、k、 χ为正整数，且k > χ，n-1彡m彡2，n-1彡k彡2。一实施例具体分频时钟的变化方式如表1和表2所示，表1所示为控制逻辑电路 真值表(以m = 4，k = 11，X = 3为例)，表2所示为选择电路真值表，表1中频率1 频 率3是原始输入时钟CLK经过η位的同步计数器分频后得到的，遵循频率1 <频率2 <频 率3 <原始输入时钟CLK，可见随着所述控制逻辑电路的控制信号的变化，clkl clk4的 频率按照从clkl到clk4的顺序依次变为更高，初始时clkl到clk4的频率都为频率1，然 后按照从clkl到clk4的顺序，依次变为更高的频率2，然后再按照从clkl到clk4的顺序， 依次变为更高的频率3。表1
权利要求
一种电荷泵，包括一m级升压电路，一电压钳位电路，所述m级升压电路的输出电压作为电荷泵输出，所述电压钳位电路接所述m级升压电路的输出电压，输出升压电路使能信号接到所述m级升压电路的使能端，当输出电压高于所述电压钳位电路的钳位高电压时，所述升压电路使能信号控制将所述m级升压电路关闭，当输出电压降到低于所述电压钳位电路的钳位低电压时，所述m级升压电路使能信号控制将所述m级升压电路再次启动，如此循环维持一个稳定的输出电压；其特征在于，还包括一控制逻辑电路，一n位的同步计数器，一选择电路，所述n位的同步计数器接原始输入时钟，输出分频时钟信号Q0～Qn 1，Q0的频率是原始输入时钟的1/2，Q1的频率是原始输入时钟的1/4，Q2的频率是原始输入时钟的1/8，Qk的频率是原始输入时钟的1/2k+1；所述选择电路接所述n位的同步计数器输出的分频时钟信号Qk，并且接所述升压电路使能信号，输出启动选择信号和启动完成选择信号两个选择信号；所述控制逻辑电路接所述两个选择信号、所述n位的同步计数器接输出的分频时钟信号Q0～Qk 1、原始输入时钟，输出m个升压电路时钟信号clk1～clkm；所述m级升压电路第1到m级的时钟信号输入端分别接所述控制逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clk1～clkm；所述n位的同步计数器输出的分频时钟信号Qk及所述升压电路使能信号一起作为所述选择电路的控制信号，控制两个选择信号的变化，取所述n位的同步计数器输出的分频时钟信号Qk x～Qk 1，和所述两个选择信号一起作为所述控制逻辑电路的控制信号，用来控制所述控制逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clk1～clkm的频率的变化，在电荷泵启动时clk1～clkm频率由低变高，且在电荷泵输出达到电压钳位电路钳位高电压后clk1～clkm的频率与原始输入时钟的频率一样；其中n、m、k、x为正整数，且k＞x，n 1≥m≥2，n 1≥k≥2。
2.根据权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，当Qk第一次变为高电平时，所述启动 选择信号从低电平变为高电平，将所述控制逻辑电路输出的m个升压电路时钟信号clkl clkm全部设置成一个统一的启动频率，该启动频率不低于clkl clkm先前的频率。
3.根据权利要求1或2所述的电荷泵，其特征在于，以m= 4，k = 11，χ = 3。
4.根据权利要求1或2所述的电荷泵，其特征在于，随着所述控制逻辑电路的控制信号 的变化，clkl clkm的频率按照从clkl到clkm的顺序依次变为更高。
全文摘要
本发明公开了一种电荷泵，将多级升压电路的各级时钟信号输入端接不同频率的时钟信号，并通过一个控制逻辑电路根据控制信号的变化来调整各级升压电路时钟信号的频率，在开始启动时各级时钟信号输入端接的升压电路时钟信号频率较低，随后逐步调高，且在电荷泵输出达到钳位高电压后将各升压电路时钟信号的频率设置成与原始输入时钟CLK的频率一样。本发明的电荷泵，既降低了电荷泵的启动电流又保证了电荷泵的能力，使电荷泵能应用于电源功率恒定的场合。
文档编号G05F3/08GK101943927SQ20091005758
公开日2011年1月12日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者骆川 申请人:上海华虹Nec电子有限公司