专利名称：一种电荷泵电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电荷泵电路，尤其涉及一种采用PMOS作为电荷 泵的整流管的低工作电压高转换效率的新型电荷泵电路。
背景技术：
在存储器电路中， 一般需要使用一个十几伏高压对存储单元进行 编程。由于电源电压一般在1~5V之间，所以一般在芯片内部设计一 个电荷泵，其作用是将较低的编程电压转换成较高的编程电压。
传统的电荷泵电路一般采用称为DICKSON式的电路，原理图如图5 所示，考虑到工艺的原因，实际电路往往用NMOS管替代二极管。
该结构的特点是，每级(包括一个电容和一个整流二极管)抬高 的电压即电压增益，第N级的电压增益为<formula>formula see original document page 3</formula>,其中
p;为第N级的输出电压，F"一为第N-1级的输出电压，AV为电压变化， Vtn为丽0S整流管的阈值电压，考虑到衬偏效应的影响，Vtn—般大 于1V。 N级电荷泵的最终输出电压等于
所以在不考虑电压转换效率情况下，电荷泵的工作条件
是Vdd〉L,其中Vdd是输入电源电压。但实际上当电源电压接近Vtn 时，每级只能提供很低的电压增益，例如当Vdd-L2V， Vti^lV时，要 提供16V的编程电压就需要80级这样的电荷泵串联，这样的电荷不仅面积会大到让人无法接受，而且电源的转换效率极低，根本无法提供 足够的驱动能力。
为了降低电荷泵的工作频率，较先进的设计中一般是设法降低整
流管的导通电压(即二极管的正向压降或者M0S管的阈值)的方法来 降低工作电压，提高电压增益。但是这样做存在三方面问题，首先 Gv=k—, =AV-Vtn，意味着降低整流管的导通电压只能减小Vtn的 影响而不能消除Vtn带来的电压损失，其次整流管的导通电压降低一 般会带来一定的漏电，第三，要降低整流管的导通电压对工艺提出了 特殊的要求.
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种低工作电压高转换效率的新型电 荷泵电路。
根据本发明的电荷泵电路，包括多级电荷泵，每级电荷泵由电容 和整流管组成，其中电荷泵的整流管采用PM0S管。每级电荷泵包括两 个电容和两个整流管。PMOS管Pl的源极和PMOS管P2的棚-极连接到输 入端的电压，同时通过电容C^与时钟信号CP相连；PM0S管P1的漏极 与PMOS管P2的漏极连接到输出端，并通过电容C/与时钟信号NCP相 连；PM0S管Pl的栅极和PM0S管P2的源极通过电容C,与时钟信号ngcp 相连。PMOS管的导通与否取决于输入端IN的输入电压Vdd、电容C,连 接的时钟信号ngcp以及电容(:2连接的时钟信号CP。
本发明的电荷泵电路的衬偏电压较小，阈值较低，采用较少的级 数即可得到所需电压，是一种低工作电压高转换效率的新型电荷泵电路。
图l是本发明的核心电路结构图。
图2是本发明中图1的相关信号示意图。 图3是实现倍压时钟的电路图。 图4是实现倍压时钟的时序图. 图5是传统电荷泵电路的原理图。
具体实施例方式
下面将结合附图及其优选实施例详细说明本发明。
图1是本发明的电荷泵电路中一级电荷泵的电路结构，图2是本 发明的一级电荷泵电路相关的信号示意图。
如图1所示，Cp C2, Pl， P2构成一级电荷泵，C2，作为下级 电荷泵的输入。讨论电路稳态工作时一个时钟周期的工作情形，起始 状态为CP二O, NCP=0, ngcp=l (高电平2n^dd),节点IN已建立起 一个稳定的基准电位(最低电位)V0。
第1步CP上跳，Vin被上举到V0+Vdd,而Vout=V0+Vdd-AV, 其中-AV代表电荷转移产生的电压损失。
第2步ngcp下跳，由于之前节点A的电位最高为VA=V0+2 *Vdd-AV (因A电位来自输出端OUT的充电，而OUT最高电位为 Vin+Vdd=V0+2*Vdd-AV,并且这个最高电位发生在NCP=1时，此时 ngcp为高)，所以下跳后VA最高-V0-AV，所以PI导通，In对out充 电，使Vout= V0+Vdd。
第3步ngcp上跳，VA=V0+Vdd-AV, Pl截止，IN停止对OUT充电。
第4步CP下跳，Vin=V0, P2打开将VA充电到VA= V0+Vdd。
第5步NCP上跳，Vout=V0+2*Vdd, P2打开，VA=V0+2*Vdd-AV。 第6步NCP下跳，Vout下降到Vout=VO+Vdd-AV。回到起始状态。
如此就将输入电压抬高一个Vdd。
和传统电荷泵相比，N级这样的电荷泵输出电压等于N*Vdd,而 传统电荷泵能提供的电压为N* (Vdd-Vtn);电荷泵的工作条件为 Vdd>Vtn，由于使用独立的阱电位，所以衬偏电压较小，阈值较低；而 传统电荷泵的工作条件为Vdd>Vtn，由于衬底统一4妄地，所以衬偏电 压较小，阈值较高，且当两者较接近时，由于所需级数太多，事实上 不可行。
电路中所需的辅助信号一倍压时钟ngcp可用如图3、图4所示的 结构方便地实现。图3是实现倍压时钟的电路图，包括两个PMOS管P0 和P1、两个NMOS管Nl和N2，以及一个电容Cp。图4是实现倍压时钟 的时序图，示出了在各个时段节点A,E，C和倍压时钟ngcp的电位，其 中X、 Y为节点标识。其工作原理简要说明如下初始状态tl时段，A 为低电平，Pl导通，C为高电平，E为低电平(C, E信号为反相关系), P2导通，相当于将P0接成二极管的形式，这样可以将X电位和输出 ngcp均置为vdd-Vthp。在t2时段，C下跳，电容下端接地，E上跳， N2接地，将PO栅电位下拉到0v, P0开启，对电容充电，充电结束后， X点电位变成vdd,在此过程中，由于A信号没有变化，所以输出ngcp电位跟随X电位变化。在t3时段，A上跳，将输出拉到地，但其它信 号均无变化，所以电容电压和X点电位均保持不变。直到U时段结束。 在t4时段，电路恢复t2段的情况。在t4时段结束时，E信号下跳， P0重新接成二极管形式。同时C信号上跳，将X点的电位抬高到2*vdd, 并输出给ngcp。以后重复tl-14的动作，就形成一个最高幅度为2*vdd 的时钟。
对本领域的技术人员来说，本发明可以做出各种不同的修改。只 要这些修改落入附加的权利要求书范围内，本发明将覆盖这些修改。
权利要求
1、一种电荷泵电路，包括多级电荷泵，其特征在于各级电荷泵由电容和PMOS整流管组成。
2、 如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于该电容和PM0S 整流管分别是两个。
3、 如权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于PM0S整流管 Pl的源极和PM0S整流管P2的栅极连接到输入端，通过一电容(:2与时 钟信号CP相连；PM0S整流管Pl的漏极与PM0S整流管P2的漏极连接 输出端，并通过电容C/与时钟信号NCP相连；PM0S整流管P1的栅极 和PM0S整流管P2的源极通过电容C,与时钟信号ngcp相连。
4、 如权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于PM0S整流管的 导通与否取决于输入端的输入电压、电容C,连接的时钟信号ngcp以及 电容C,连接的时钟信号CP。
全文摘要
本发明公开了一种电荷泵电路，其采用PMOS管作为电荷泵的整流管，只要电源电压大于PMOS管的阈值，电荷泵就能正常工作，且每增加一级电荷泵就能抬升一个电源电压，是一种低工作电压高转换效率的新型电荷泵电路。
文档编号H02M3/07GK101192794SQ200610118979
公开日2008年6月4日 申请日期2006年12月1日 优先权日2006年12月1日
发明者王光春 申请人:上海贝岭股份有限公司