專利名稱：電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種電荷泵。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的電荷泵(charge pump)如圖1所示，包括m級(jí)升壓電路和電壓鉗位電路，m 級(jí)升壓電路的1 m級(jí)的時(shí)鐘采用同一時(shí)鐘CLK，同一時(shí)鐘CLK驅(qū)動(dòng)m級(jí)升壓電路的各級(jí)進(jìn) 行工作，將輸出電壓Vpph逐漸抬升，當(dāng)輸出電壓Vpph達(dá)到電壓鉗位電路的鉗位高電壓時(shí)， 也即電荷泵啟動(dòng)完成時(shí)，m級(jí)升壓電路使能信號(hào)pump_en就從高電平變?yōu)榈碗娖?，從而將m 級(jí)升壓電路關(guān)閉，當(dāng)輸出電壓Vpph由于漏電等原因降到低于電壓鉗位電路的鉗位低電壓 時(shí)，m級(jí)升壓電路使能信號(hào)pump_en從低電平變成高電平，m級(jí)升壓電路再次啟動(dòng)，如此循 環(huán)可以將輸出電壓Vpph維持在一個(gè)比較穩(wěn)定的高壓上。電荷泵啟動(dòng)時(shí)消耗的電流主要和 m級(jí)升壓電路的時(shí)鐘頻率、級(jí)數(shù)和每一級(jí)的電容大小有關(guān)系，在啟動(dòng)階段由于m級(jí)升壓電路 各級(jí)的電容上面都沒有電荷，需要對(duì)所有的電容進(jìn)行充電，所以啟動(dòng)電流會(huì)很大。在現(xiàn)代工業(yè)中，電荷泵在射頻卡中的應(yīng)用越來越多，射頻卡的能量是通過電感耦 合得到的，功率⑵=電流(I)*電源電壓(VDD)，由于P是恒定的，如果I過大的話則VDD 必然降低，導(dǎo)致芯片內(nèi)其它電路不能正常工作。傳統(tǒng)的電荷泵由于會(huì)在啟動(dòng)階段產(chǎn)生較大 的電流，所以不能用在一些對(duì)瞬態(tài)功耗要求嚴(yán)格的平臺(tái)上，僅適用于VDD恒定的平臺(tái)，不適 用于功率恒定的平臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電荷泵，電荷泵的啟動(dòng)電流低。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的電荷泵，包括一 m級(jí)升壓電路，一電壓鉗位電路， 所述m級(jí)升壓電路的輸出電壓作為電荷泵輸出，所述電壓鉗位電路接所述m級(jí)升壓電路的 輸出電壓，輸出升壓電路使能信號(hào)接到所述m級(jí)升壓電路的使能端，當(dāng)輸出電壓高于所述 電壓鉗位電路的鉗位高電壓時(shí)，所述升壓電路使能信號(hào)控制將所述m級(jí)升壓電路關(guān)閉，當(dāng) 輸出電壓降到低于所述電壓鉗位電路的鉗位低電壓時(shí)，所述m級(jí)升壓電路使能信號(hào)控制將 所述m級(jí)升壓電路再次啟動(dòng)，如此循環(huán)維持一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓；其特征在于，還包括一控 制邏輯電路，一 η位的同步計(jì)數(shù)器，一選擇電路，所述η位的同步計(jì)數(shù)器接原始輸入時(shí)鐘，輸 出分頻時(shí)鐘信號(hào)QO Qn-1，Q0的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/2，Q1的頻率是原始輸入時(shí)鐘的 1/4, Q2的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/8，Qk的頻率是原始輸入時(shí)鐘的l/2k+1 ；所述選擇電路接 所述η位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk，并且接所述升壓電路使能信號(hào)，輸出啟動(dòng) 選擇信號(hào)和啟動(dòng)完成選擇信號(hào)兩個(gè)選擇信號(hào)；所述控制邏輯電路接所述兩個(gè)選擇信號(hào)、所 述η位的同步計(jì)數(shù)器接輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)QO Qk-Ι、原始輸入時(shí)鐘，輸出m個(gè)升壓電路 時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm ；所述m級(jí)升壓電路第1到m級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端分別接所述控制 邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm ；所述η位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk及所述升壓電路使能信號(hào)一起作為所述選擇電路的控制信號(hào)，控制兩個(gè)選擇信號(hào)的變化，取所述η位的同步計(jì)數(shù)器輸出的 分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk-x Qk-Ι，和所述兩個(gè)選擇信號(hào)一起作為所述控制邏輯電路的控制信號(hào)， 用來控制所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm的頻率的變化，在 電荷泵啟動(dòng)時(shí)clkl clkm頻率由低變高，且在電荷泵輸出達(dá)到電壓鉗位電路鉗位高電壓 后clkl clkm的頻率與原始輸入時(shí)鐘的頻率一樣；其中n、m、k、χ為正整數(shù)，且k > χ，η_1≥m≥2，η_1≥k≥2。當(dāng)Qk第一次變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，所述啟動(dòng)選擇信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖?，將所述控?邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm全部設(shè)置成一個(gè)統(tǒng)一的啟動(dòng)頻率，該 啟動(dòng)頻率不低于clkl clkm先前的頻率?？梢允请S著所述控制邏輯電路的控制信號(hào)的變化，clkl clkm的頻率按照從 clkl到clkm的順序依次變?yōu)楦?。本發(fā)明的電荷泵，將m級(jí)升壓電路的各級(jí)時(shí)鐘信號(hào)輸入端接不同的升壓電路時(shí)鐘 信號(hào)，并通過一個(gè)控制邏輯電路根據(jù)控制信號(hào)的變化來調(diào)整各升壓電路時(shí)鐘信號(hào)的頻率， 在開始啟動(dòng)時(shí)各級(jí)時(shí)鐘信號(hào)輸入端接的升壓電路時(shí)鐘信號(hào)頻率較低，隨后逐步調(diào)高，且在 電荷泵輸出達(dá)到鉗位高電壓后將各升壓電路時(shí)鐘信號(hào)的頻率設(shè)置成與原始輸入時(shí)鐘CLK 的頻率一樣，讓m級(jí)升壓電路各級(jí)在啟動(dòng)的不同時(shí)段工作在不同的時(shí)鐘頻率下來使得電荷 泵的啟動(dòng)電流下降，同時(shí)最終輸出電壓Vpph也能達(dá)到鉗位高電壓，從而既降低了電荷泵的 啟動(dòng)電流又保證了電荷泵的能力，使電荷泵能應(yīng)用于電源功率恒定的場合。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是傳統(tǒng)的電荷泵的電路圖；圖2是本發(fā)明的電荷泵一實(shí)施方式示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的電荷泵的一實(shí)施方式如圖2所示，包括一 m級(jí)升壓電路，一電壓鉗位電 路，所述m級(jí)升壓電路的輸出電壓Vpph作為電荷泵輸出，所述電壓鉗位電路接所述m級(jí)升 壓電路的輸出電壓Vpph，輸出升壓電路使能信號(hào)pump_en接到所述m級(jí)升壓電路的使能端， 當(dāng)輸出電壓Vpph高于所述電壓鉗位電路的鉗位高電壓時(shí)，所述升壓電路使能信號(hào)pump_en 控制將所述m級(jí)升壓電路關(guān)閉，當(dāng)輸出電壓Vpph降到低于所述電壓鉗位電路的鉗位低電壓 時(shí)，所述m級(jí)升壓電路使能信號(hào)pump_en控制將所述m級(jí)升壓電路再次啟動(dòng)，如此循環(huán)維持 一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓Vpph ；還包括一控制邏輯電路，一 η位的同步計(jì)數(shù)器，一選擇電路，所 述η位的同步計(jì)數(shù)器接原始輸入時(shí)鐘CLK，輸出分頻時(shí)鐘信號(hào)QO Qn-1，Q0的頻率是原始 輸入時(shí)鐘CLK的1/2，Ql的頻率是原始輸入時(shí)鐘CLK的1/4，Q2的頻率是原始輸入時(shí)鐘CLK 的l/8，Qk的頻率是原始輸入時(shí)鐘CLK的l/2k+1 ；所述選擇電路接所述η位的同步計(jì)數(shù)器輸 出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk，并且接所述升壓電路使能信號(hào)pump_en，輸出啟動(dòng)選擇信號(hào)selO和 啟動(dòng)完成選擇信號(hào)sell兩個(gè)選擇信號(hào)；所述控制邏輯電路接所述兩個(gè)選擇信號(hào)、所述η位 的同步計(jì)數(shù)器接輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)QO Qk-I、原始輸入時(shí)鐘CLK，輸出m個(gè)升壓電路時(shí) 鐘信號(hào)clkl clkm ；所述m級(jí)升壓電路第1到m級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端分別接所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm。所述η位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk及所述升壓電路使能信號(hào)pump_ en —起作為所述選擇電路的控制信號(hào)，控制兩個(gè)選擇信號(hào)的變化，取所述η位的同步計(jì)數(shù) 器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk-x Qk-Ι，和所述兩個(gè)選擇信號(hào)一起作為所述控制邏輯電路的 控制信號(hào)，用來控制所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm的頻率 的變化，在電荷泵啟動(dòng)時(shí)clkl clkm頻率由低變高，例如隨著所述控制邏輯電路的控制 信號(hào)的變化，clkl clkm的頻率按照從clkl到clkm的順序依次變?yōu)楦?，?dāng)Qk第一次 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，所述啟動(dòng)選擇信號(hào)selO從低電平變?yōu)楦唠娖?，將所述控制邏輯電路輸出?m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm全部設(shè)置成一個(gè)統(tǒng)一的啟動(dòng)頻率，該啟動(dòng)頻率不低于 clkl clkm先前的頻率，且在電荷泵輸出達(dá)到電壓鉗位電路鉗位高電壓后(即電荷泵啟動(dòng) 完成時(shí))，升壓電路使能信號(hào)pump_en控制所述選擇電路輸出的啟動(dòng)選擇信號(hào)selO和啟動(dòng) 完成選擇信號(hào)sell兩個(gè)選擇信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖?，從而控制clkl clkm的頻率與原 始輸入時(shí)鐘CLK的頻率一樣，并一直保持這個(gè)狀態(tài)直到所述電荷泵下電為止。其中n、m、k、 χ為正整數(shù)，且k > χ，n-1彡m彡2，n-1彡k彡2。一實(shí)施例具體分頻時(shí)鐘的變化方式如表1和表2所示，表1所示為控制邏輯電路 真值表(以m = 4，k = 11，X = 3為例)，表2所示為選擇電路真值表，表1中頻率1 頻 率3是原始輸入時(shí)鐘CLK經(jīng)過η位的同步計(jì)數(shù)器分頻后得到的，遵循頻率1 <頻率2 <頻 率3 <原始輸入時(shí)鐘CLK，可見隨著所述控制邏輯電路的控制信號(hào)的變化，clkl clk4的 頻率按照從clkl到clk4的順序依次變?yōu)楦撸跏紩r(shí)clkl到clk4的頻率都為頻率1，然 后按照從clkl到clk4的順序，依次變?yōu)楦叩念l率2，然后再按照從clkl到clk4的順序， 依次變?yōu)楦叩念l率3。表1
權(quán)利要求
一種電荷泵，包括一m級(jí)升壓電路，一電壓鉗位電路，所述m級(jí)升壓電路的輸出電壓作為電荷泵輸出，所述電壓鉗位電路接所述m級(jí)升壓電路的輸出電壓，輸出升壓電路使能信號(hào)接到所述m級(jí)升壓電路的使能端，當(dāng)輸出電壓高于所述電壓鉗位電路的鉗位高電壓時(shí)，所述升壓電路使能信號(hào)控制將所述m級(jí)升壓電路關(guān)閉，當(dāng)輸出電壓降到低于所述電壓鉗位電路的鉗位低電壓時(shí)，所述m級(jí)升壓電路使能信號(hào)控制將所述m級(jí)升壓電路再次啟動(dòng)，如此循環(huán)維持一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓；其特征在于，還包括一控制邏輯電路，一n位的同步計(jì)數(shù)器，一選擇電路，所述n位的同步計(jì)數(shù)器接原始輸入時(shí)鐘，輸出分頻時(shí)鐘信號(hào)Q0～Qn 1，Q0的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/2，Q1的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/4，Q2的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/8，Qk的頻率是原始輸入時(shí)鐘的1/2k+1；所述選擇電路接所述n位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk，并且接所述升壓電路使能信號(hào)，輸出啟動(dòng)選擇信號(hào)和啟動(dòng)完成選擇信號(hào)兩個(gè)選擇信號(hào)；所述控制邏輯電路接所述兩個(gè)選擇信號(hào)、所述n位的同步計(jì)數(shù)器接輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Q0～Qk 1、原始輸入時(shí)鐘，輸出m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm；所述m級(jí)升壓電路第1到m級(jí)的時(shí)鐘信號(hào)輸入端分別接所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm；所述n位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk及所述升壓電路使能信號(hào)一起作為所述選擇電路的控制信號(hào)，控制兩個(gè)選擇信號(hào)的變化，取所述n位的同步計(jì)數(shù)器輸出的分頻時(shí)鐘信號(hào)Qk x～Qk 1，和所述兩個(gè)選擇信號(hào)一起作為所述控制邏輯電路的控制信號(hào)，用來控制所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clk1～clkm的頻率的變化，在電荷泵啟動(dòng)時(shí)clk1～clkm頻率由低變高，且在電荷泵輸出達(dá)到電壓鉗位電路鉗位高電壓后clk1～clkm的頻率與原始輸入時(shí)鐘的頻率一樣；其中n、m、k、x為正整數(shù)，且k＞x，n 1≥m≥2，n 1≥k≥2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，當(dāng)Qk第一次變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，所述啟動(dòng) 選擇信號(hào)從低電平變?yōu)楦唠娖?，將所述控制邏輯電路輸出的m個(gè)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)clkl clkm全部設(shè)置成一個(gè)統(tǒng)一的啟動(dòng)頻率，該啟動(dòng)頻率不低于clkl clkm先前的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電荷泵，其特征在于，以m= 4，k = 11，χ = 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電荷泵，其特征在于，隨著所述控制邏輯電路的控制信號(hào) 的變化，clkl clkm的頻率按照從clkl到clkm的順序依次變?yōu)楦摺?br> 全文摘要
本發(fā)明公開了一種電荷泵，將多級(jí)升壓電路的各級(jí)時(shí)鐘信號(hào)輸入端接不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，并通過一個(gè)控制邏輯電路根據(jù)控制信號(hào)的變化來調(diào)整各級(jí)升壓電路時(shí)鐘信號(hào)的頻率，在開始啟動(dòng)時(shí)各級(jí)時(shí)鐘信號(hào)輸入端接的升壓電路時(shí)鐘信號(hào)頻率較低，隨后逐步調(diào)高，且在電荷泵輸出達(dá)到鉗位高電壓后將各升壓電路時(shí)鐘信號(hào)的頻率設(shè)置成與原始輸入時(shí)鐘CLK的頻率一樣。本發(fā)明的電荷泵，既降低了電荷泵的啟動(dòng)電流又保證了電荷泵的能力，使電荷泵能應(yīng)用于電源功率恒定的場合。
文檔編號(hào)G05F3/08GK101943927SQ20091005758
公開日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者駱川 申請(qǐng)人:上海華虹Nec電子有限公司