一种正负电压电荷泵电路、芯片及通信终端的制作方法

1.本发明涉及一种正负电压电荷泵电路，同时也涉及包括该正负电压电荷泵电路的集成电路芯片及相应的通信终端，属于模拟集成电路技术领域。


背景技术：

2.随着集成电路集成度的不断提高，工艺节点不断向深亚微米极限演进，以及芯片应用环境的多元化，电荷泵电路作为一个基本的模块电路，广泛应用于各种集成电路产品中。电荷泵电路的主要作用是为系统提供高于输入电源电压正轨的正电压源，以及低于输入电源电压负轨的负电压源，从而更好地满足系统设计指标。尽管正电源高压电荷泵电路已经在较多的应用场景出现，但是随着系统指标要求的不断提高，越来越多的电子系统内部需要能够同时产生正向高压和负向高压来稳定可靠的工作。因此，对于能够提供稳定可靠，且同时产生高于输入电源正轨以及低于输入电源负轨电压的电荷泵电路设计的需求日益紧迫。
3.在专利号为zl 200810142157.2的中国发明专利中，公开了一种正负高压的电荷泵电路，其工作原理是基于非对称交叉耦合单边级联电荷泵结构，并通过选择器来实现正高压或者负高压输出。但是，该电路无法做到同时输出正电源电压和负电源电压。另外，在专利号为zl 201610004368.4中公开了一种产生正负电压源的电荷泵电路，其采用了三相分频器实现了固定脉冲序列的三个时钟信号来控制电容充放电实现正负电压源的输出。尽管该电路可以实现正、负电压源输出，但是其输出电压源的绝对值都比输入电压源低，使得在实际应用中存在很大的局限性。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种正负电压电荷泵电路。
5.本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括正负电压电荷泵电路的芯片及相应的通信终端。
6.为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
7.根据本发明实施例的第一方面，提供一种正负电压电荷泵电路，包括时钟发生模块、正电压电荷泵模块、瞬态增强模块和负电压电荷泵模块，所述时钟发生模块的输出端连接所述正电压电荷泵模块和所述负电压电荷泵模块的输入端，所述正电压电荷泵模块的输出端连接所述瞬态增强模块的输入端，所述瞬态增强模块的输出端连接所述负电压电荷泵模块的输入电源端，所述时钟发生模块、所述正电压电荷泵模块和所述瞬态增强模块的电源端均连接供电电压；
8.所述正电压电荷泵模块根据所述时钟发生模块输出的时钟信号产生正电压，所述正电压与所述供电电压作为输入电压源被所述瞬态增强模块采样并转换成电流后进行比较，根据比较结果为所述负电压电荷泵模块提供可切换的输入电压，使得所述负电压电荷泵模块根据所述时钟发生模块输出的时钟信号产生负电压。
9.其中较优地，所述正电压电荷泵模块包括第一时钟转换单元和至少一个正电压电荷泵单元，所述第一时钟转换单元的输入端连接所述时钟发生模块的输出端，所述第一时钟转换单元的输出端连接每个所述正电压电荷泵单元的输入端。
10.其中较优地，所述第一时钟转换单元包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第五反相器、第一与非门和第二与非门；所述第一反相器的输入端连接所述时钟发生模块的输出端与所述第二与非门的一个输入端，所述第一反相器的输出端连接所述第一与非门的一个输入端，所述第一与非门的输出端连接所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接第一输出端与所述第三反相器的输入端，所述第三反相器的输出端连接所述第二与非门的另一个输入端与第二输出端，所述第二与非门的输出端连接所述第四反相器的输入端，所述第四反相器的输出端连接第四输出端与所述第五反相器的输入端，所述第五反相器的输出端连接所述第一与非门的另一个输入端与第三输出端。
11.其中较优地，当采用多个所述正电压电荷泵单元时，从第二个正电压电荷泵单元开始，每一个正电压电荷泵单元的输入电压连接其上一个正电压电荷泵单元的正压输出端。
12.其中较优地，所述正电压电荷泵单元包括第一nmos管、第二nmos管、第一pmos管、第二pmos管、第三nmos管、第四nmos管、第三pmos管、第四pmos管、第一电容、第二电容和第三电容；所述第一nmos管的栅极连接第一时钟转换单元的第四输出端，所述第一nmos管与所述第二nmos管的源极分别接地，所述第一nmos管漏极分别连接所述第二电容的一端与所述第一pmos管的漏极，所述第一pmos管的栅极连接所述第一时钟转换单元的第二输出端，所述第二nmos管的栅极连接所述第一时钟转换单元的第一输出端，所述第二nmos管的漏极分别连接所述第一电容的一端与所述第二pmos管的漏极，所述第二pmos管的栅极连接所述第一时钟转换单元的第三输出端，所述第二pmos管、所述第一pmos管、所述第三nmos管和所述第四nmos管的源极均连接输入电压，所述第四nmos管的栅极分别连接所述第三nmos管漏极、所述第一电容的另一端、所述第四pmos管的栅极和所述第三pmos管的漏极，所述第三nmos管的栅极分别连接所述第四nmos管漏极、所述第二电容的另一端、所述第三pmos管的栅极和所述第四pmos管的漏极，所述第三pmos管与所述第四pmos管的源极均连接所述第三电容的一端和正压输出端，所述第三电容的另一端接地。
13.其中较优地，所述瞬态增强模块包括电压采样比较单元和电压切换单元，所述电压采样比较单元的输入端连接所述正电压电荷泵单元的正压输出端和供电电压，所述电压采样比较单元的输出端连接所述电压切换单元的输入端。
14.其中较优地，所述电压采样比较单元包括第一电阻、第五nmos管、第六nmos管、第七nmos管、第八nmos管、第五pmos管、第六pmos管、第二电阻、第三电阻、第四电容；所述第一电阻的一端、所述第五pmos管与所述第六pmos管的源极分别连接供电电压，所述第一电阻的另一端分别连接所述第五nmos管的漏极和栅极、所述第六nmos管的栅极，所述第六nmos管的漏极分别连接所述第五pmos管的漏极与栅极、所述第六pmos管的栅极，所述第六pmos管的漏极分别连接所述第四电容的一端与所述第三电阻的一端、所述第七nmos管的漏极以及所述电压切换单元，所述第七nmos管的栅极分别连接所述第八nmos管的栅极与漏极以及所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述正电压电荷泵单元的正压输出端,所述第八nmos管与所述第七nmos管的源极、所述第三电阻与所述第四电容的另一端以及所
述第六nmos管与所述第五nmos管的源极均接地。
15.其中较优地，所述电压切换单元包括迟滞反相器、逻辑电平转换子单元和开关子单元；所述迟滞反相器的输入端连接所述电压采样比较单元的输出端，所述迟滞反相器的输出端连接所述逻辑电平转换子单元的输入端，所述逻辑电平转换子单元的输出端连接所述开关子单元的输入端。
16.其中较优地，所述逻辑电平转换子单元包括第六反相器、第七反相器、第十二nmos管、第十三nmos管、第十四nmos管、第十五nmos管、第十六nmos管、第十七nmos管、第十八nmos管、第十pmos管、第十一pmos管、第十二pmos管、第十三pmos管、第十四pmos管、第十五pmos管、第五电容、第六电容、第三与非门、第四与非门、异或门和多个数字延迟单元；所述第六反相器的输入端连接所述迟滞反相器的输出端，所述第六反相器的输出端连接所述第七反相器的输入端、所述第十三nmos管的栅极，所述第七反相器的输出端连接所述开关子单元的一个输入端、所述第十四nmos管的栅极；x节点分别连接所述迟滞反相器的输出端、第一数字延迟单元的输入端、所述异或门的一个输入端，所述第一数字延迟单元的输出端到最后一个数字延迟单元的输入端之间串联多个数字延迟单元，最后一个数字延迟单元的输出端连接所述异或门的另一个输入端，所述异或门的输出端分别连接所述第十八nmos管与所述第十七nmos管的栅极以及所述第十四pmos管与所述第十五pmos管的栅极，所述第十五pmos管的漏极分别连接所述第六电容的一端、所述第十八nmos管的漏极，所述第十八nmos管的源极连接所述第十四nmos管的漏极，所述第六电容的另一端分别连接所述第十五nmos管的源极、所述第三与非门的一个输入端、所述第十pmos管的漏极，所述第十五nmos管的漏极分别连接所述第十六nmos管的漏极，所述第十六nmos管的源极分别连接所述第十一pmos管的漏极、所述第五电容的一端以及所述第四与非门的一个输入端，所述第五电容的另一端分别连接所述第十四pmos管的漏极、所述第十七nmos管的漏极，所述第十七nmos管的源极连接所述第十三nmos管的漏极，所述第十二nmos管的栅极连接所述第五nmos管的漏极，所述第十二nmos管的漏极分别连接所述第十三pmos管的漏极和栅极、所述第十六nmos管与所述第十五nmos管的栅极，所述第十三pmos管的源极分别连接所述第十二pmos管的漏极和栅极、所述第十一pmos管与所述第十pmos管的栅极，所述第十二pmos管、所述第十一pmos管、所述第十pmos管的源极和所述第十五nmos管的漏极、所述第十六nmos管的漏极均连接所述正电压电荷泵单元的正压输出端，所述第十四nmos管、所述第十三nmos管和所述第十二nmos管的源极分别接地，所述第十四pmos管与所述第十五pmos管的源极分别连接所在电压域的负轨电压，所述第三与非门的另一个输入端分别连接所述第四与非门的输出端、所述开关子单元的另一个输入端，所述第三与非门的输出端连接所述第四与非门的另一个输入端。
17.其中较优地，所述开关子单元包括第十六pmos管与第十七pmos管，所述第十六pmos管的栅极连接所述第四与非门的输出端，所述第十六pmos管的源极连接所述正电压电荷泵单元的正压输出端，所述第十七pmos管的栅极连接所述第七反相器的输出端，所述第十七pmos管的源极连接供电电压，所述第十七pmos管与所述第十六pmos管的漏极作为所述开关子单元的输出端。
18.其中较优地，所述负电压电荷泵模块包括第二时钟转换单元和负电压电荷泵单元，所述第二时钟转换单元的输入端连接所述时钟发生模块的输出端，所述第二时钟转换
单元的输出端连接所述负电压电荷泵单元的输入端，所述负电压电荷泵单元的输入端连接所述电压切换单元的输出端。
19.其中较优地，所述第二时钟转换单元包括第八反相器、第九反相器、第十反相器、第十一反相器、第十二反相器、第五与非门和第六与非门；所述第八反相器的输入端连接所述时钟发生模块的输出端与所述第六与非门的一个输入端，所述第八反相器的输出端连接所述第五与非门的一个输入端，所述第五与非门的输出端连接所述第九反相器的输入端，所述第九反相器的输出端连接第五输出端与所述第十反相器的输入端，所述第十反相器的输出端连接所述第六与非门的另一个输入端与第六输出端，所述第六与非门的输出端连接所述第十一反相器的输入端，所述第十一反相器的输出端连接第八输出端与所述第十二反相器的输入端，所述第十二反相器的输出端连接所述第五与非门的另一个输入端与第七输出端。
20.其中较优地，所述负电压电荷泵单元包括第十八pmos管、第十九pmos管、第十九nmos管、第二十nmos管、第二十pmos管、第二十一pmos管、第二十一nmos管、第二十二nmos管、第七电容、第八电容和第九电容；所述第十八pmos管的栅极连接所述第二时钟转换单元的第八输出端，所述第十八pmos管与所述第十九pmos管的漏极分别连接所述电压切换单元的输出电压，所述第十八pmos管的源极分别连接所述第八电容的一端与所述第十九nmos管的源极，所述第十九nmos管的栅极连接所述第二时钟转换单元的第六输出端，所述第十九pmos管的栅极连接所述第二时钟转换单元的第五输出端，所述第十九pmos管的源极分别连接所述第七电容的一端与所述第二十nmos管的源极，所述第二十nmos管的栅极连接所述第二时钟转换单元的第七输出端，所述第十九nmos管、所述第二十nmos管、所述第二十pmos管和所述第二十一pmos管的漏极分别接地，所述第二十一pmos管的栅极分别连接所述第二十pmos管的源极、所述第七电容的另一端、所述第二十二nmos管的栅极和所述第二十一nmos管的源极，所述第二十pmos管的栅极分别连接所述第二十一pmos管的源极、所述第八电容的另一端、所述第二十一nmos管的栅极和所述第二十二nmos管的源极，所述第二十一nmos管与所述第二十二nmos管的漏极分别连接所述第九电容和负压输出端，所述第九电容的另一端接地。
21.根据本发明实施例的第二方面，提供一种集成电路芯片，包括上述的正负电压电荷泵电路。
22.根据本发明实施例的第三方面，提供一种通信终端，包括上述的正负电压电荷泵电路。
23.本发明实施例提供的正负电压电荷泵电路通过正电压电荷泵模块根据时钟发生模块输出的时钟信号产生正电压，同时采用瞬态增强模块将该正电压和供电电压进行采样并转换成电流进行比较，根据比较结果实现为负电压电荷泵模块提供可切换的输入电压，负电压电荷泵模块根据时钟发生模块输出的时钟信号不仅能够快速可靠的建立负电压，进而提高负电压电荷泵模块产生负电压的速度和效率，而且还可以灵活地实现不同负压的要求。
附图说明
24.图1为本发明实施例提供的正负电压电荷泵电路原理框图；
25.图2为本发明实施例提供的正负电压电荷泵电路中，正电压电荷泵模块的电路原理图；
26.图3为本发明实施例提供的正负电压电荷泵电路中，瞬态增强模块的电路原理图；
27.图4为本发明实施例提供的正负电压电荷泵电路中，负压电荷泵模块的电路原理图。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。
29.为了能够同时稳定可靠地实现高于输入电源电压正轨的正电压以及低于输入电源电压负轨的负电压的输出，并使得输出的负电压灵活、快速地建立，如图1所示，本发明实施例中提供了一种正负电压电荷泵电路，包括时钟发生模块100、正电压电荷泵模块101、瞬态增强模块102和负电压电荷泵模块103。时钟发生模块100的输出端连接正电压电荷泵模块101和负电压电荷泵模块103的输入端，正电压电荷泵模块101的输出端连接瞬态增强模块102的输入端，瞬态增强模块102的输出端连接负电压电荷泵模块103的输入电源端，时钟发生模块100、正电压电荷泵模块101和瞬态增强模块102的电源端均连接供电电压vdd。
30.正电压电荷泵模块101根据时钟发生模块100输出的时钟信号产生正电压，该正电压与供电电压作为输入电压源被瞬态增强模块102采样并转换成电流后进行比较，根据比较结果为负电压电荷泵模块103提供可切换的输入电压，使得负电压电荷泵模块103根据时钟发生模块100输出的时钟信号产生负电压输出。
31.时钟发生模块100，用于产生时钟信号。该时钟发生模块100可以采用任意结构的振荡器实现，其主要目的是为正电压电荷泵模块101和负电压电荷泵模块103提供一定频率的时钟信号。
32.如图2所示，正电压电荷泵模块101包括第一时钟转换单元201和至少一个正电压电荷泵单元202，第一时钟转换单元201的输入端连接时钟发生模块100的输出端，第一时钟转换单元201的输出端连接每个正电压电荷泵单元202的输入端。
33.第一时钟转换单元201，用于将时钟发生模块100输出的时钟信号进行转换，产生2路互补的非交叠时钟信号。如图2所示，第一时钟转换单元201包括第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3、第四反相器inv4、第五反相器inv5、第一与非门nand1和第二与非门nand2；第一反相器inv1的输入端连接时钟发生模块100的输出端与第二与非门nand2的一个输入端，第一反相器inv1的输出端连接第一与非门nand1的一个输入端，第一与非门nand1的输出端连接第二反相器inv2的输入端，第二反相器inv2的输出端连接第一输出端与第三反相器inv3的输入端，第三反相器inv3的输出端连接第二与非门nand2的另一个输入端与第二输出端，第二与非门nand2的输出端连接第四反相器inv4的输入端，第四反相器inv4的输出端连接第四输出端与第五反相器inv5的输入端，第五反相器inv5的输出端连接第一与非门nand1的另一个输入端与第三输出端。
34.第一时钟转换单元201接收时钟发生模块100输出的时钟信号clk，并将该时钟信号clk通过反相器inv1～inv5以及2输入与非门nand1和nand2，转化为2路非交叠时钟信号，第一路非交叠时钟信号clk_i和clk_b；第二路非交叠时钟信号为clk_if和clk_bf。第一时钟转换单元201将时钟信号clk转化为2路非交叠时钟信号是现有成熟技术，在此不再详述。
35.另外，若第一时钟转换单元201的电压域和接收的时钟信号clk的电压域不同，则该第一时钟转换单元201需要完成电平转换功能。例如：时钟信号clk的电压域为供电电压vdd和接地电压vss，其中供电电压vdd为输入信号电压正轨，vss为输入信号电压负轨；第一时钟转换单元201需要将时钟信号clk摆幅转换到所需要转换目标电压的正轨值vddi和接地电压vss电压域中。
36.如图2所示，正电压电荷泵单元202包括第一nmos管mn0、第二nmos管mn1、第一pmos管mp0、第二pmos管mp1、第三nmos管mn2、第四nmos管mn3、第三pmos管mp2、第四pmos管mp3、第一电容cf1、第二电容cf2和第三电容chold；第一nmos管mn0的栅极连接第一时钟转换单元201的第四输出端，第一nmos管mn0与第二nmos管mn1的源极均接地，第一nmos管mn0漏极分别连接第二电容cf2的一端与第一pmos管mp0的漏极，第一pmos管mp0的栅极连接第一时钟转换单元201的第二输出端，第二nmos管mn1的栅极连接第一时钟转换单元201的第一输出端，第二nmos管mn1的漏极分别连接第一电容cf1的一端与第二pmos管mp1的漏极，第二pmos管mp1的栅极连接第一时钟转换单元201的第三输出端，第二pmos管mp1、第一pmos管mp0、第三nmos管mn2和第四nmos管mn3的源极均连接输入电压vin，第四nmos管mn3的栅极分别连接第三nmos管mn2漏极、第一电容cf1的另一端、第四pmos管mp3的栅极和第三pmos管mp2的漏极，第三nmos管mn2的栅极分别连接第四nmos管mn3漏极、第二电容cf2的另一端、第三pmos管mp2的栅极和第四pmos管mp3的漏极，第三pmos管mp2与第四pmos管mp3的源极分别连接第三电容chold的一端和正压输出端vddh，第三电容chold的另一端接地。
37.其中，第一nmos管mn0、第二nmos管mn1、第一pmos管mp0、第二pmos管mp1分别为开关管，第三nmos管mn2、第四nmos管mn3、第三pmos管mp2、第四pmos管mp3分别为传输管；通过第一时钟转换单元201输出的2路互补的非交叠时钟信号控制第一nmos管mn0、第二nmos管mn1、第一pmos管mp0、第二pmos管mp1的导通和关断，实现对第一电容cf1和第二电容cf2进行逐次充放电，并通过第三nmos管mn2、第四nmos管mn3、第三pmos管mp2、第四pmos管mp3的导通和关断，实现将第一电容cf1和第二电容cf2的电荷传输至第三电容chold，从而实现正电压输出。其中，第一电容cf1和第二电容cf2的电容值相等，并且输入电压vin最高等于供电电压vdd。
38.具体地说，以输入电压vin最高等于供电电压vdd为例，当非交叠时钟信号clk_i为高电平，即为第一时钟转换单元201提供供电电压vdd时，非交叠时钟信号clk_b为低电平，即为第一时钟转换单元201提供接地电压vss，同时，非交叠时钟信号clk_if和clk_bf的电平分别为供电电压vdd和接地电压vss。此时，第一nmos管mn0和第二pmos管mp1处于导通状态，第一pmos管mp0和第二nmos管mn1处于关断状态，使得第一电容cf1的两端分别接入供电电压vdd，实现向第四nmos管mn3提供栅极电压为2倍的供电电压vdd，第四nmos管mn3的源极电压为vdd，使得第四nmos管mn3处于导通状态，第三pmos管mp2的栅极电压为供电电压vdd，使得第三pmos管mp2为导通状态，实现将第一电容cf1中的电荷通过第三pmos管mp2全部传输至第三电容chold，即对第三电容chold进行充电，从而实现正电压输出。而第三nmos管mn2的栅极电压和源极电压均为供电电压vdd，使得第三nmos管mn2处于截止状态，第四pmos管mp3同样处于截止状态，并且第二电容cf2的一端接入供电电压vdd，另一端接入接地电压vss，实现为第二电容cf2进行充电。
39.同理，当非交叠时钟信号clk_i为低电平，即为第一时钟转换单元201提供接地电
压vss时，非交叠时钟信号clk_b为高电平，即为第一时钟转换单元201提供供电电压vdd，同时，非交叠时钟信号clk_if和clk_bf的电平分别为接地电压vss和供电电压vdd。此时，第二nmos管mn1和第一pmos管mp0处于导通状态，第一nmos管mn0和第二pmos管mp1处于关断状态，使得第二电容cf2的两端分别接入供电电压vdd，实现向第三nmos管mn2提供栅极电压为2倍的供电电压vdd，第三nmos管mn2的源极电压为vdd，使得第三nmos管mn2处于导通状态，第四pmos管mp3的栅极电压为供电电压vdd，使得第四pmos管mp3为导通状态，实现将第二电容cf2中的电荷通过第四pmos管mp3全部传输至第三电容chold，即对第三电容chold进行充电，从而实现正电压输出。而第四nmos管mn3的栅极电压和源极电压均为供电电压vdd，使得第四nmos管mn3处于截止状态，第三pmos管mp2同样处于截止状态，并且第一电容cf1的一端接入供电电压vdd，另一端接入接地电压vss，实现为第一电容cf1进行充电。经过若干周期对第一电容cf1和第二电容cf2中的电荷搬移，使得正压输出端vddh最终达到输出2倍的供电电压vdd。
40.需要强调的是，非交叠时钟信号clk_if和clk_bf分别对应为非交叠时钟信号clk_i和clk_b超前相位的非交叠时钟信号，并且，非交叠时钟信号clk_if与非交叠时钟信号clk_i为同相非交叠时钟信号，非交叠时钟信号clk_bf与非交叠时钟信号clk_b为同相非交叠时钟信号；通过非交叠时钟信号clk_if和clk_bf可以避免正电压电荷泵单元202中的pmos管与nmos管发生同时导通的问题。
41.此外，如果需要正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出更高的正电压，可以采用将多个正电压电荷泵单元202进行级联，即除从第二个正电压电荷泵单元202开始，每一个正电压电荷泵单元202的输入电压vin连接其上一个正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh。
42.如图3所示，瞬态增强模块102包括电压采样比较单元301和电压切换单元302，电压采样比较单元301的输入端连接正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh和供电电压vdd，电压采样比较单元301的输出端连接电压切换单元302的输入端。通过电压采样比较单元301采样正电压电荷泵单元202输出的正电压和供电电压vdd，将该正电压与供电电压vdd转换成相应电流后进行比较，使得节点vdet输出检测信号的状态，电压切换单元302将检测信号的状态进行必要的电平转换处理之后控制开关实现电压的切换，从而为负电压电荷泵模块103提供可切换的输入电压，进而提高负电压电荷泵模块103产生负电压的速度和效率。
43.如图3所示，电压采样比较单元301包括第一电阻r1、第五nmos管mn4、第六nmos管mn5、第七nmos管mn6、第八nmos管mn7、第五pmos管mp4、第六pmos管mp5、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电容c1；第一电阻r1的一端、第五pmos管mp4与第六pmos管mp5的源极分别连接供电电压vdd，第一电阻r1的另一端分别连接第五nmos管mn4的漏极和栅极、第六nmos管mn5的栅极，第六nmos管mn5的漏极分别连接第五pmos管mp4的漏极与栅极、第六pmos管mp5的栅极，第六pmos管mp5的漏极分别连接第四电容c1的一端与第三电阻r3的一端、第七nmos管mn6的漏极以及电压切换单元302，第七nmos管mn6的栅极分别连接第八nmos管mn7的栅极与漏极以及第二电阻r2的一端，第二电阻r2的另一端连接正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh,第八nmos管mn7与第七nmos管mn6的源极、第三电阻r3与第四电容c1的另一端以及第六nmos管mn5与第五nmos管mn4的源极均接地。
44.电压采样比较单元301的工作原理为：通过第二电阻r2与第八nmos管mn7采样正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出电压，并将该正电压转换成相应的电流，该电流经过第七nmos管mn6按照预设比例进行复制；通过第一电阻r1与第五nmos管mn4采样供电电压vdd，并将该供电电压vdd转换成相应的电流，该电流依次经过第六nmos管mn5、第五pmos管mp4和第六pmos管mp5按照预设比例进行复制；其中，正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压与供电电压vdd被采样并转换成相应的电流，该电流按照预设比例对应复制到第八nmos管mn7漏极与第六pmos管mp5漏极上，分别表示为：
[0045][0046][0047]
上式中，r1为第一电阻，r2为第二电阻，β0＝μncoxw0/l0，β3＝μncoxw3/l3，un为电子迁移率，cox为栅氧化层电容，w0/l0为第五nmos管mn4的宽长比,w3/l3为第八nmos管mn7的宽长比；vddh为正电压电荷泵单元的正压输出端vddh输出的正电压，vdd为供电电压，v
t
为电路设计阈值电压。
[0048]
当正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压和供电电压vdd相等时，第六pmos管mp5中电流大于第七nmos管mn6中电流，使得节点vdet输出的检测信号的状态为接近于供电电压vdd的高电平，随着正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压逐渐增大，i
d7
电流也会随之增加；当正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压超过电路设计阈值电压或者达到目标稳态(如达到两倍供电电压vdd)时第七nmos管mn6中的电流远大于第六pmos管mp5中的电流，节点vdet输出的检测信号的状态为从高电平供电电压vdd跳变为一个低电平接地电压vss输出；由此实现对正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压的动态检测。只有当正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压升高或者下降达到预定值，电压采样比较单元301输出的检测信号的状态则发生一次翻转。
[0049]
如图3所示，电压切换单元302包括迟滞反相器3020、逻辑电平转换子单元3021和开关子单元3022；迟滞反相器3020的输入端连接电压采样比较单元301的输出端，迟滞反相器3020的输出端连接逻辑电平转换子单元3021的输入端，逻辑电平转换子单元3021的输出端连接开关子单元3022的输入端。
[0050]
如图3所示，迟滞反相器3020包括第九nmos管mn8、第十nmos管mn9、第十一nmos管mn10、第七pmos管mp6、第八pmos管mp7、第九pmos管mp8，第九nmos管mn8、第十nmos管mn9、第七pmos管mp6、第八pmos管mp7的栅极连接在一起作为迟滞反相器3020的输入端，用于连接采样比较单元301的节点vdet，以接收电压采样比较单元301输出的检测信号的状态，第九nmos管mn8的漏极与第十nmos管mn9的源极分别连接第九pmos管mp8的漏极，第十nmos管mn9的漏极与第八pmos管mp7的漏极、第九pmos管mp8与第十一nmos管mn10的栅极相互连接作为迟滞反相器3020的输出端，第八pmos管mp7的源极与第七pmos管mp6的漏极分别连接第十一nmos管mn10的漏极，第七pmos管mp6与第九pmos管mp8的源极分别连接供电电压vdd，第九nmos管mn8与第十一nmos管mn10的源极接地。
[0051]
迟滞反相器3020工作电压域为供电电压vdd和接地电压vss。迟滞反相器3020的主
要作用是将电压采样比较单元301输出的检测信号的状态进行整形，得到与检测信号的状态反向的逻辑电平，同时实现一定的迟滞功能，防止供电电压vdd和检测信号的状态出现毛刺电平，使电路更加安全可靠的工作。
[0052]
如图3所示，逻辑电平转换子单元3021包括第六反相器inv6、第七反相器inv7、第十二nmos管mn11、第十三nmos管mn12、第十四nmos管mn13、第十五nmos管mn14、第十六nmos管mn15、第十七nmos管mn16、第十八nmos管mn17、第十pmos管mp9、第十一pmos管mp10、第十二pmos管mp11、第十三pmos管mp12、第十四pmos管mp13、第十五pmos管mp14、第五电容c2、第六电容c3、第三与非门nand3、第四与非门nand4、数字延迟单元d1～d4和异或门xor1；逻辑电平转换子单元3021各个部分连接关系如下：第六反相器inv6的输入端连接迟滞反相器3020的输出端，第六反相器inv6的输出端分别连接第七反相器inv7的输入端、第十三nmos管mn12的栅极，第七反相器inv7的输出端分别连接开关子单元3022的一个输入端、第十四nmos管mn13的栅极；x节点分别连接迟滞反相器3020的输出端、第一数字延迟单元d1的输入端、异或门xor1的一个输入端，第一数字延迟单元d1的输出端到第四数字延迟单元d4的输入端之间串联第二数字延迟单元d2和第三数字延迟单元d3，第四数字延迟单元d4的输出端连接异或门xor1的另一个输入端，异或门xor1的输出端分别连接第十八nmos管mn17与第十七nmos管mn16的栅极以及第十四pmos管mp13与第十五pmos管mp14的栅极，第十五pmos管mp14的漏极分别连接第六电容c3的一端、第十八nmos管mn17的漏极，第十八nmos管mn17的源极连接第十四nmos管mn13的漏极，第六电容c3的另一端分别连接第十五nmos管mn14的源极、第三与非门nand3的一个输入端、第十pmos管mp9的漏极，第十五nmos管mn14的漏极分别连接第十六nmos管mn15的漏极，第十六nmos管mn15的源极分别连接第十一pmos管mp10的漏极、第五电容c2的一端以及第四与非门nand4的一个输入端，第五电容c2的另一端分别连接第十四pmos管mp13的漏极、第十七nmos管mn16的漏极，第十七nmos管mn16的源极连接第十三nmos管mn12的漏极，第十二nmos管mn11的栅极连接第五nmos管的漏极，第十二nmos管mn11的漏极分别连接第十三pmos管mp12的漏极和栅极、第十六nmos管mn15与第十五nmos管mn14的栅极，第十三pmos管mp12的源极分别连接第十二pmos管mp11的漏极和栅极、第十一pmos管mp10与第十pmos管mp9的栅极，第十二pmos管mp11、第十一pmos管mp10、第十pmos管mp9的源极和第十五nmos管mn14、第十六nmos管mn15的漏极均连接正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh，第十四nmos管mn13、第十三nmos管mn12和第十二nmos管mn11的源极分别接地，第十四pmos管mp13与第十五pmos管mp14的源极分别连接所在电压域的负轨电压vddl，第三与非门nand3的另一个输入端分别连接第四与非门nand4的输出端、开关子单元3022的另一个输入端，第三与非门nand3的输出端连接第四与非门nand4的另一个输入端。
[0053]
如图3所示，开关子单元3022包括第十六pmos管mp15与第十七pmos管mp16，第十六pmos管mp15的栅极作为开关子单元3022的另一个输入端，用于连接第四与非门nand4的输出端，第十六pmos管mp15的源极连接正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh，第十七pmos管mp16的栅极作为开关子单元3022的一个输入端，用于连接第七反相器inv7的输出端，第十七pmos管mp16的源极连接供电电压vdd，第十七pmos管mp16与第十六pmos管mp15的漏极作为开关子单元3022的输出端，用于输出电压vdd_neg，实现为负电压电荷泵模块103提供可切换的输入电压。
[0054]
需要强调的是，第三与非门nand3与第四与非门nand4工作的电压域为正电压电荷
泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压(所在电压域的正轨电压值)和所在电压域的负轨电压vddl。在本发明的实施例中，所在电压域的负轨电压vddl设置为供电电压vdd。当电压采样比较单元301输出的检测信号的状态由高电平供电电压vdd和低电平接地电压vss的电压域转换至高电平正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压和低电平供电电压vdd的电压域中之后，通过控制开关管第十六pmos管mp15与第十七pmos管mp16的栅电压来选择瞬态增强模块102的输出电压vdd_neg。并且，通过第十二nmos管mn11按照预设比例复制电压采样比较单元301中第五nmos管mn4的电流，第十二pmos管mp11与第十三pmos管mp12连接，第十三pmos管mp12为二极管方式连接，第十pmos管mp9、第十一pmos管mp10和第十二pmos管mp11为比例镜像电流源，第十三pmos管mp12为第十六nmos管mn15与第十五nmos管mn14提供静态栅极电压，通过窄脉冲信号rst为第十四pmos管mp13、第十五pmos管mp14、第十七nmos管mn16、第十八nmos管mn17的栅极电压进行控制来实现对第五电容c2、第六电容c3预充电，第五电容c2、第六电容c3电容值相等,将两个电容电荷进行初始化，由数字延迟单元d1～d4和异或门xor1对x节点输出信号组合逻辑之后,产生一个窄脉冲信号rst,利用该信号rst来实现对节点vdet输出的检测信号的电平转换。
[0055]
为了便于对电压切换单元302工作原理的理解，下面结合电压采样比较单元301，对电压切换单元302的工作原理进行详细说明。其中，瞬态增强模块102的工作过程为：当电路上电后，正电压电荷泵模块101开始工作，在正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压从供电电压vdd开始逐渐增大，但还未达到目标电压的过程中，使得节点vdet输出的检测信号的状态为接近于供电电压vdd的高电平，经过第六反相器inv6和第七反相器inv7之后，第十三nmos管mn12和第十四nmos管mn13的栅电压分别为供电电压vdd和接地电压vss，使得第十三nmos管mn12处于导通状态，第十四nmos管mn13处于截止状态，此时向作为开关管的第十七pmos管mp16提供的栅电压xl接地电压vss，从而使得第十七pmos管mp16处于导通状态。
[0056]
当节点vdet输出的检测信号的状态发生跳变时，经过迟滞反相器3020整形，使得x节点输出信号也随之发生状态的跳变，该输出信号经过数字延时单元d1～d4以及异或门xor1的组合逻辑之后，产生一个高电平为供电电压vdd的窄脉冲信号rst，利用信号rst来实现对节点vdet输出的检测信号的电平转换。
[0057]
当电源电压正常上电之后，节点vdet输出的检测信号从接地电压vss跳变为供电电压vdd，x节点电压由电源电压vdd跳变为接地电压vss，经过数字延时单元d1～d4以及异或门xor1构成的组合逻辑子单元之后，产生一个高电平为供电电压vdd的窄脉冲信号rst；当窄脉冲信号rst电平为接地电压vss时，第十四pmos管mp13和第十五pmos管mp14导通，第十七nmos管mn16和第十八nmos管mn17截止，则第五电容c2和第六电容c3的极板a和b进行预充电至供电电压vdd，同时第五电容c2和第六电容c3的极板c和d被第十pmos管mp9和第十一pmos管mp10充电至与正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等；
[0058]
当窄脉冲信号rst为供电电压vdd时，第十四pmos管mp13和第十五pmos管mp14截止，第十七nmos管mn16和第十八nmos管mn17导通，由于第十三nmos管mn12导通，第十四nmos管mn13截止，因此第五电容c2的a极板电压被迅速拉到接地电压vss，则第五电容c2的极板c的电压也迅速下降；当第五电容c2的极板c电压下降到一定幅值，第十六nmos管mn15导通，将第五电容c2的极板c的电压上拉；直到第十六nmos管mn15截止后，通过第十四nmos管mn13
将第五电容c2的极板c电压充电至与正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等与正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等，在此过程中由于第十四nmos管mn13处于截止状态，使得第六电容两端电压未发生变化；
[0059]
当窄脉冲信号rst再次变为接地电压vss后，第十四pmos管mp13和第十五pmos管mp14再次导通，第十七nmos管mn16和第十八nmos管mn17截止，第五电容c2和第六电容c3再次处于预充电状态，等待窄脉冲信号rst的下一个窄脉冲触发。
[0060]
在上述过程中，第六电容c3极板d电压在整个过程中未发生变化，依然保持与正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等；由于第五电容c2的极板c电压先降低后升高至与正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等，当第五电容c2的极板c电压接近供电电压vdd电压时，第四与非门nand4输出的电压xh拉高至与正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等，因此作为开关管的第十六pmos管mp15处于截止状态。由于第十七pmos管mp16导通，第十六pmos管mp15截止，因此该状态下电压切换单元302的输出电压vdd_neg等于供电电压vdd。
[0061]
当正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压从完成建立或者达到目标电压后，节点vdet输出的检测信号由高电平供电电压vdd跳变为低电平接地电压vss，第十三nmos管mn12和第十四nmos管mn13的栅电压分别为接地电压vss和供电电压vdd，使得第十四nmos管mn13处于导通状态，第十三nmos管mn12处于截止状态，因此，第十七pmos管mp16处于截止状态；同时x节点电压由接地电压vss跳变为供电电压vdd，经过数字延时单元d1～d4以及异或门xor1构成的组合逻辑子单元之后，产生一个高电平为供电电压vdd的窄脉冲信号rst，即有效的检测脉冲，使得第六电容c3极板d电压会先降后升，而第五电容c2两个极板电压保持不变，因此第三与非门nand3输出的电压与完成建立或者达到目标电压的正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等，第四与非门nand4输出的电压为低电平供电电压vdd，使得第四与非门nand4输出的电压xh为供电电压vdd，此时，第十六pmos管mp15处于导通状态。由于第十七pmos管mp16截止，第十六pmos管mp15导通，因此该状态下电压切换单元302的输出电压vdd_neg与完成建立或者达到目标电压的正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压相等。
[0062]
负电压电荷泵模块103根据时钟发生模块100产生的时钟信号以及瞬态增强模块102提供的时钟摆幅电压vdd_neg来产生负电压输出。如图4所示，负电压电荷泵模块103包括第二时钟转换单元401和负电压电荷泵单元402，第二时钟转换单元401的输入端连接时钟发生模块100的输出端，第二时钟转换单元401的输出端连接负电压电荷泵单元402的输入端，负电压电荷泵单元402的输入端连接电压切换单元302的输出端。
[0063]
第二时钟转换单元401，用于将时钟发生模块100输出的时钟信号进行转换，产生2路互补的非交叠时钟信号。如图4所示，第二时钟转换单元401包括第八反相器inv8、第九反相器inv9、第十反相器inv10、第十一反相器inv11、第十二反相器inv12、第五与非门nand5和第六与非门nand6；第八反相器inv8的输入端连接时钟发生模块100的输出端与第六与非门nand6的一个输入端，第八反相器inv8的输出端连接第五与非门nand5的一个输入端，第五与非门nand5的输出端连接第九反相器inv9的输入端，第九反相器inv9的输出端连接第五输出端与第十反相器inv10的输入端，第十反相器inv10的输出端连接第六与非门nand6的另一个输入端与第六输出端，第六与非门nand6的输出端连接第十一反相器inv11的输入
端，第十一反相器inv11的输出端连接第八输出端与第十二反相器inv12的输入端，第十二反相器inv12的输出端连接第五与非门nand5的另一个输入端与第七输出端。
[0064]
第二时钟转换单元401接收时钟发生模块100输出的时钟信号clk，并将该时钟信号clk通过反相器inv8～inv12以及2输入与非门nand5和nand6，转化为2路非交叠时钟信号，第一路非交叠时钟信号clk_iˊ和clk_bˊ；第二路非交叠时钟信号为clk_ifˊ和clk_bfˊ。其中，2输入与非门nand5和nand6的工作电压域为电压切换单元302的输出电压vdd_neg和接地电压vss。第二时钟转换单元401将时钟信号clk转化为2路非交叠时钟信号是现有成熟技术，在此不再详述。
[0065]
如图4所示，负电压电荷泵单元402包括第十八pmos管mp17、第十九pmos管mp18、第十九nmos管mn18、第二十nmos管mn19、第二十pmos管mp19、第二十一pmos管mp20、第二十一nmos管mn20、第二十二nmos管mn21、第七电容cf3、第八电容cf4和第九电容chold1；第十八pmos管mp17的栅极连接第二时钟转换单元401的第八输出端，第十八pmos管mp17与第十九pmos管mp18的漏极分别连接电压切换单元302的输出电压vdd_neg，第十八pmos管mp17的源极分别连接第八电容cf4的一端与第十九nmos管mn18的源极，第十九nmos管mn18的栅极连接第二时钟转换单元401的第六输出端，第十九pmos管mp18的栅极连接第二时钟转换单元401的第五输出端，第十九pmos管mp18的源极分别连接第七电容cf3的一端与第二十nmos管mn19的源极，第二十nmos管mn19的栅极连接第二时钟转换单元401的第七输出端，第十九nmos管mn18、第二十nmos管mn19、第二十pmos管mp19和第二十一pmos管mp20的漏极分别接地，第二十一pmos管mp20的栅极分别连接第二十pmos管mp19的源极、第七电容cf3的另一端、第二十二nmos管mn21的栅极和第二十一nmos管mn20的源极，第二十pmos管mp19的栅极分别连接第二十一pmos管mp20的源极、第八电容cf4的另一端、第二十一nmos管mn20的栅极和第二十二nmos管mn21的源极，第二十一nmos管mn20与第二十二nmos管mn21的漏极均连接第九电容chold1和负压输出端vssh，第九电容chold1的另一端接地。
[0066]
当正负电压电荷泵电路开始工作时，正电压电荷泵单元202和负电压电荷泵单元402同时工作，如果正负电压电荷泵电路电压域的正轨电压为供电电压vdd，负轨电压为接地电压vss，正电压电荷泵单元202产生的电压将快速建立到目标电压；在此过程中，瞬态增强模块102对供电电压vdd和正电压电荷泵单元202的正压输出端vddh输出的正电压进行采样，若采样的正电压电荷泵单元202的正电压未达到目标值，将供电电压vdd作为负电压电荷泵单元402的输入电压，当非交叠时钟信号clk_iˊ为高电平时，非交叠时钟信号clk_bˊ为低电平，同时，非交叠时钟信号clk_ifˊ和clk_bfˊ的电平分别为供电电压vdd和接地电压vss。此时，第十八pmos管mp17和第二十nmos管mn19处于导通状态，第十九nmos管mn18和第十九nmos管mn18处于关断状态，使得第七电容cf3的两端分别接入供电电压vdd，实现向第二十一pmos管mp20提供栅极电压为接地电压vss-供电电压vdd，第二十一pmos管mp20的源极电压为vdd，使得第二十一pmos管mp20处于导通状态，第二十一nmos管mn20的栅极电压为供电电压vdd，使得第二十一nmos管mn20为导通状态，实现将第七电容cf3中的电荷通过第二十一nmos管mn20全部传输至第九电容chold1，即对第九电容chold1进行充电，从而实现负电压输出，该负电压vssh＝vss-vdd_neg，即当瞬态增强模块102采样的正电压电荷泵单元202的正电压未达到目标值时，瞬态增强模块102为负电压电荷泵单元402提供的电压vdd_neg为供电电压vdd，此时负电压电荷泵单元402产生的负电压vssh为接地电压vss-供
电电压vdd。而第二十pmos管mp19与第二十二nmos管mn21处于截止状态，并且第八电容cf4的一端接入供电电压vdd，另一端接入接地电压vss，实现为第八电容cf4进行充电。
[0067]
当正电压电荷泵单元202的正电压达到目标值后，将正电压电荷泵单元202的正电压作为负电压电荷泵单元402的输入电压，此时通过非交叠时钟信号控制第十九pmos管mp18与第十九nmos管mn18处于导通状态，第十八pmos管mp17和第二十nmos管mn19处于截止状态，第二十pmos管mp19与第二十二nmos管mn21处于导通状态，第二十一pmos管mp20与第二十一nmos管mn20处于截止状态，使得实现将第八电容cf4中的电荷通过第二十二nmos管mn21全部传输至第九电容chold1，即对第九电容chold1进行充电，从而实现负电压输出，该负电压vssh＝vss-vdd_neg，即当瞬态增强模块102采样的正电压电荷泵单元202的正电压达到目标值时，瞬态增强模块102为负电压电荷泵单元402提供的电压vdd_neg为正电压电荷泵单元202的正电压，此时负电压电荷泵单元402产生的负电压vssh为接地电压vss-正电压电荷泵单元202的正电压。
[0068]
因此，正电压电荷泵单元202的输出电压建立好之后，负电压电荷泵单元402才会从正电压电荷泵单元202中抽取电流，完成自己的负压建立。由此可知，正电压电荷泵单元202输出电压的建立时间不会受负电压电荷泵单元402工作的影响，与此同时，在正电压建立过程中，负电压电荷泵单元402已经提前建立到接地电压vss-供电电压vdd的电压，当正电压电荷泵单元202输出电压达到稳定状态之后，再利用该电压完成负电压的生成，从而又加快了负电压电荷泵单元402的负电压建立时间。
[0069]
需要强调的是，非交叠时钟信号clk_ifˊ和clk_bfˊ分别对应为非交叠时钟信号clk_iˊ和clk_bˊ超前相位时钟信号，并且，时钟信号clk_ifˊ与clk_iˊ为同相，时钟信号clk_bfˊ与clk_bˊ为同相时钟信号；通过非交叠时钟信号clk_ifˊ和clk_bfˊ可以避免负电压电荷泵单元402中的pmos管与nmos管发生同时导通的问题。
[0070]
另外，本发明实施例中提供的正负电压电荷泵电路可以被用在集成电路芯片中。对于该集成电路芯片中正负电压电荷泵电路的具体结构，在此不再一一详述。
[0071]
上述正负电压电荷泵电路还可以被用在通信终端中，作为模拟集成电路的重要组成部分。这里所说的通信终端是指可以在移动环境中使用，支持gsm、edge、td_scdma、tdd_lte、fdd_lte等多种通信制式的计算机设备，包括移动电话、笔记本电脑、平板电脑、车载电脑等。此外，本发明实施例提供的技术方案也适用于其他模拟集成电路应用的场合，例如通信基站等。
[0072]
本发明实施例提供的正负电压电荷泵电路通过正电压电荷泵模块产生正电压，同时采用瞬态增强模块将该正电压和供电电压进行采样并转换成电流进行比较，根据比较结果实现为负电压电荷泵模块提供可切换的输入电压，负电压电荷泵模块根据时钟发生模块输出的时钟信号不仅能够快速可靠的建立负电压，进而提高负电压电荷泵模块产生负电压的速度和效率，而且还可以灵活地实现不同负压的要求。
[0073]
以上对本发明所提供的正负电压电荷泵电路、芯片及通信终端进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。