专利名称：一种0.75倍电荷泵电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种调制输出电压为输入电压非整数分数倍 的电荷泵电路结构。
背景技术：
集成电路中常常需要使用比电源电压更高或者比电源电压稍小一些的电压，因此 用于调制电源电压的电荷泵的应用领域相当广泛。如DC-to-DC转换器提供电源电压以外 的电平；给运算放大器提供高电压；及所有外部提供单一电压，而内部需要多种电平的电 路，尤其是在非易失性存储器提供所需电压方面，发挥着至关重要的作用。一般而言，用于调制比电源电压更高倍数的输出电压的电荷泵电路已相对成熟， 例如2倍、4倍的电荷泵电路已普遍应用。但在许多情况下，集成电路芯片内部的某些电路 需要低于电源电压的电压输出加以驱动，比较常用的一种电荷泵电路规格为0. 75倍电荷 泵电路。但是现有直接的0.75倍电荷泵电路结构需要4个飞电容和11个开关方能实现， 这在一定程度上增加了 50%以上与开关相应的芯片面积，同时增加4个管脚，从而导致芯 片成本的大幅升高。即使另有类似0. 75倍电荷泵也只需要2个飞电容和7个开关即可实现的电路结 构，但在其运作的第三阶段中，输入电压被接在Cl-，Cl+被接在C2+，C2-被接在输出电压， 这样的连接将导致节点Cl+和C2+在第三阶段中的电压值大于输入电压。这在基于CMOS 的实际电路设计中会产生PN结的漏电流，从而导致电荷泵电路的静态功耗增大，甚至无法 正常工作。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提出一种新型的0.75倍电荷 泵电路结构，一方面缩减芯片面积及制造成本，另一方面克服同类电路设计中的缺陷。本发明的目的，将通过以下技术方案得以实现一种0. 75倍电荷泵电路，包括电容和开关，通过对电容和开关选择控制调制输出 电压，其特征在于所述开关(Si)和开关(S2) —端共同连接到输入电压Vin，开关(Si)的另一端分 别连接到电容(Cl)和开关(S5)，开关(S2)的另一端分别连接至电容(C2)和开关(S3)，所 述开关(S3)的另一端同时与电容(Cl)相对于开关(Si)的另一端、开关(S6)及开关(S7) 相连，且所述开关(S6)的另一端与开关(S5)的另一端一并构成电荷泵电路的输出端V。ut， 所述输出端V-通过一负载电容(C3)接地；而所述开关(S7)另一端与电容(C2)另一端相 连，并通过一开关(S4)接地。所述电荷泵电路的运作过程包括一个周期内的三个阶段第一阶段开关(S3)、开关(S4)及开关(S5)导通，开关(Si)、开关(S2)、开关(S6) 及开关(S7)断开；
第二阶段开关(Si)和开关(S6)导通，开关(S2)、开关(S3)、开关(S4)、开关(S5) 及开关(S7)断开；第三阶段开关(S2)、开关(S5)及开关(S7)导通，开关(Si)、开关(S3)、开关(S4)、 开关(S6)断开。本发明的上述技术方案，还可进一步优化为所述开关(Si)至开关(S7)均为 CMOS开关，由控制信号驱动开启或关闭；所述控制信号为兆赫兹级别的开关频率；所述电 容(Cl)和电容(C2)为飞电容。本发明0.75倍电荷泵电路的应用实施后，较之于传统技艺的电荷泵电路，节省了 4个封装管脚和2个飞电容，可以有效减少电荷泵电路在芯片上的面积达30 %以上，从而降 低了芯片的静态功耗和应用成本；同时避免了同类技术中PN结产生漏电流的缺陷。以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详述，以使本发明 技术方案更易于理解、掌握。
图Ia是本发明电荷泵电路第一阶段的开关状态示意图；图Ib是本发明电荷泵电路第二阶段的开关状态示意图；图Ic是本发明电荷泵电路第三阶段的开关状态示意图；图2a是图Ia的简化系统框图；图2b是图Ib的简化系统框图；图2c是图Ic的简化系统框图。
具体实施例方式本发明出于芯片微型化设计及缩减制造成本的目的，同时也为克服传统同类电路 设计中的缺陷，本发明研究人员经仔细的电路研究与反复实验，终提出了一种新型的0. 75 倍电荷泵电路结构，通过简单的开关与电容组合结构，形成了可实现且满足各项功能要求 的电荷泵电路系统。本发明的该种0. 75倍电荷泵电路，包括电容和开关，通过兆赫兹级别的开关频率 对电容和开关选择控制调制输出电压，其具体的电路结构特征如图Ia 图Ic所示。其中 开关(Si)和开关(S2) —端共同连接到输入电压Vin，开关(Si)的另一端分别连接到电容 (Cl)和开关(S5)，开关(S2)的另一端分别连接至电容(C2)和开关(S3)，开关(S3)的另一 端同时与电容(Cl)相对于开关(Si)的另一端、开关(S6)及开关(S7)相连，且开关(S6) 的另一端与开关(S5)的另一端一并构成电荷泵电路的输出端V。ut，输出端V。ut通过一负载 电容(C3)接地；而开关(S7)另一端与电容(C2)另一端相连，并通过一开关(S4)接地。上述电荷泵电路是由一个周期性的控制信号调控运作的，所述各CMOS开关由控 制信号独立控制，该控制信号运作过程在一个周期内分为三个阶段，各阶段的开关状态如 图2a 图2c所示第一阶段开关(S3)、开关(S4)及开关(S5)导通，开关(Si)、开关(S2)、开关(S6) 及开关(S7)断开；此时，Cl和C2串联，Cl+接输出端V。ut，C2-接地，Cl和Cl对C3释放电 荷；等效的环路电压公式为
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Eq. 1V。ut = V1+V2，其中Vl、V2为飞电容的电压；第二阶段开关(Si)和开关(S6)导通，开关(S2)、开关(S3)、开关(S4)、开关(S5) 及开关(S7)断开；此时，Cl+接输入端Vin，Cl-接输出端V。ut，输入端Vin对Cl和C3充电； 等效的环路电压公式为Eq. 2Vout = Vin-Vl第三阶段开关(S2)、开关(S5)及开关(S7)导通，开关(Si)、开关(S3)、开关(S4)、 开关(S6)断开；此时，C2+接输入端Vin，C2-接Cl-，Cl+接输出端V。ut，Vin和Cl对C2和C3 充电；等效的环路电压公式为Eq. 3Vout = Vin-V2+Vl联解上述三个环路电压公式，可推导得出当电路出于动态平衡的状态下，输出电 压为输入电压的0. 75倍，在理想开关的条件下(即无内部功率损耗)，输出电流为输出电流 的 0. 75 倍。V。ut = 0. 75Vin。在一个周期的控制信号后，各开关(Si)至(S7)恢复至原始位置，进入下一周期 的开关控制调制，通过调节控制信号适宜的频率及本发明的电路，可输出0. 75倍的输入电压。本发明四分之三倍电荷泵电路的应用实施后，较之于传统技术的电荷泵电路，节 省了 4个封装管脚和2个飞电容，可以有效减少电荷泵电路在芯片上的面积达30%以上，从 而降低了芯片的静态功耗和应用成本；同时避免了同类技术中PN结产生漏电流的缺陷。
权利要求
一种0.75倍电荷泵电路，包括电容和开关，通过对电容和开关选择控制调制输出电压，其特征在于所述开关(S1)和开关(S2)一端共同连接到输入电压Vin，开关(S1)的另一端分别连接到电容(C1)和开关(S5)，开关(S2)的另一端分别连接至电容(C2)和开关(S3)，所述开关(S3)的另一端同时与电容(C1)相对于开关(S1)的另一端、开关(S6)及开关(S7)相连，且所述开关(S6)的另一端与开关(S5)的另一端一并构成电荷泵电路的输出端Vout，所述输出端Vout通过一负载电容(C3)接地；而所述开关(S7)另一端与电容(C2)另一端相连，并通过一开关(S4)接地。
2.根据权利要求1所述的一种0.75倍电荷泵电路，其特征在于所述开关(Si)至开 关(S7)均为CMOS开关，由控制信号驱动开启或关闭。
3.根据权利要求1所述的一种0.75倍电荷泵电路，其特征在于所述控制信号为兆赫 兹级别的开关频率。
4.根据权利要求1所述的一种0.75倍电荷泵电路，其特征在于所述电容(Cl)和电 容(C2)为飞电容。
5.根据权利要求1所述的一种0.75倍电荷泵电路，其特征在于所述电荷泵电路的运 作过程包括一个周期内的三个阶段第一阶段开关(S3)、开关(S4)及开关(S5)导通，开关(Si)、开关(S2)、开关(S6)及开 关(S7)断开；第二阶段开关(Si)和开关(S6)导通，开关(S2)、开关(S3)、开关(S4)、开关(S5)及开 关(S7)断开；第三阶段开关(S2)、开关(S5)及开关(S7)导通，开关(Si)、开关(S3)、开关(S4)、开 关(S6)断开。
全文摘要
本发明揭示了一种0.75倍电荷泵电路，包括电容和开关，通过对电容和开关选择控制调制输出电压，其特征在于所述开关(S1)和开关(S2)一端共同连接到输入电压Vin，开关(S1)的另一端分别连接到电容(C1)和开关(S5)，开关(S2)的另一端分别连接至电容(C2)和开关(S3)，所述开关(S3)的另一端同时与电容(C1)相对于开关(S1)的另一端、开关(S6)及开关(S7)相连，且所述开关(S6)的另一端与开关(S5)的另一端一并构成电荷泵电路的输出端Vout，所述输出端Vout通过一负载电容(C3)接地；而所述开关(S7)另一端与电容(C2)另一端相连，并通过一开关(S4)接地。本发明避免了PN结产生漏电流的缺陷，有效降低了芯片静态功耗和应用成本。
文档编号H02M3/07GK101944846SQ20101027468
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者周之栩, 牟陟 申请人:思瑞浦(苏州)微电子有限公司