專利名稱：多級電荷泵電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多級電荷泵(Charge Pump)電路，且特別是涉及一種 可進(jìn)行電荷再利用(ChargeRecycling)的多級電荷泵電路。
背景技術(shù)：
在日新月異的科技時(shí)代中，多級電荷泵(Charge Pump)已廣泛地應(yīng)用 在需使用電壓高于電源電壓之電壓信號的場合中，如對電可擦寫只讀存儲 器(Electrically Erasable Programmable Read only Memory, EEPROM) 進(jìn)行寫入或擦除操作時(shí)所需的高電壓。
請參照圖l，其為傳統(tǒng)多級電荷泵的電路圖。傳統(tǒng)多級電荷泵ioo包 括四級單元電路120，其包括二極管D及泵電容C。時(shí)序信號CK1及CK2 彼此反相，用以分別控制奇數(shù)級單元電路及偶數(shù)級單元電路中二極管在錯(cuò) 開的時(shí)序周期中導(dǎo)通，來以前一級單元電路的泵電容中的電荷對對應(yīng)的單 元電路中的泵電容充電。如此可透過迭加產(chǎn)生電壓的電位接近電壓 (Vdd-Vd)的五倍的輸出信號Vo。電壓Vd為二極管D的閾值電壓(Threshold
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然而，由于需要對各個(gè)泵電容反復(fù)地充電與放電，因此傳統(tǒng)多級電荷 泵電路有耗電量高及用電效率低的缺點(diǎn)，因此，如何設(shè)計(jì)出低耗電量且高 用電效率的多級電荷泵電路為業(yè)界不斷致力的方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多級電荷泵(Charge Pump)電路，其相對于 傳統(tǒng)多級電荷泵電路是具有耗電量較低及用電效率較高之優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明提出一種多級電荷泵(Multiple-stage Charge Pump)電 路，包括第一、第二泵電容、電荷回收電路、第一級與第二級傳輸電路。
電荷回收電路用以在第一時(shí)序周期中連接第一及第二泵電容的第二端，電 荷回收電路包括第一節(jié)點(diǎn)、第一、第二驅(qū)動電路及第一開關(guān)電路。第一開 關(guān)電路用以于第二及第三時(shí)序周期中導(dǎo)通以提供高電壓至第一節(jié)點(diǎn)，并在 第一時(shí)序周期中關(guān)閉。第一及第二驅(qū)動電路分別在第一時(shí)序周期中響應(yīng)第 一及第二時(shí)序信號連接第一泵電容及第二泵電容的第二端至第一節(jié)點(diǎn)。第 一級與第二級傳輸電路分別在第二時(shí)序周期中提供高電壓至第一泵電容 的第一端與第三時(shí)序周期中提供第一泵電容的第一端的電壓至第二泵電 容的第一端。其中，第一驅(qū)動電路分別在第二及第三時(shí)序周期中提供低電 壓及高電壓至第一泵電容的第二端；第二驅(qū)動電路分別在第二及第三時(shí)序 周期中提供高電壓及低電壓至第二泵電容的第二端。
根據(jù)本發(fā)明提出一種電荷回收方法，應(yīng)用于包括第一及第二泵電容的 多級電荷泵電路。電荷回收方法用以在第一期間中回收并轉(zhuǎn)移第一泵電容 中的電荷至第二泵電容，或回收并轉(zhuǎn)移第二泵電容中的電荷至第一泵電 容。電荷回收方法包括在第二期間中致能第一開關(guān)以提供第一電壓至第 一節(jié)點(diǎn)，并提供第一節(jié)點(diǎn)上的第一電壓至第一泵電容的第一端；在第三期 間中致能第一開關(guān)以提供第一電壓至第一節(jié)點(diǎn)，并提供第一節(jié)點(diǎn)上的第一 電壓至第二泵電容的第一端；以及在第一期間中非致能第一開關(guān)以使第一 節(jié)點(diǎn)為實(shí)質(zhì)上浮接(Floating)，并短路連接第一及第二泵電容的第一端，
以將儲存在第一及第二泵電容其中之一的電荷轉(zhuǎn)換至第一及二第泵電容 其中之另一。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一較優(yōu)實(shí)施例，并配 合所附圖式，作詳細(xì)說明如下


圖1為傳統(tǒng)多級電荷泵的電路圖2為按照本發(fā)明第一實(shí)施例的多級電荷泵電路的電路圖3為圖2中相關(guān)信號的時(shí)序圖4為本實(shí)施例的多級電荷泵電路的另一電路圖5為按照本發(fā)明第二實(shí)施例的多級電荷泵電路的電路圖6為圖5中相關(guān)信號的時(shí)序圖7為本實(shí)施例的多級電荷泵電路的另一電路圖8為按照本發(fā)明第三實(shí)施例的多級電荷泵電路的電路圖9為本實(shí)施例的多級電荷泵電路的另一電路圖。
主要組件符號說明
100:傳統(tǒng)多級電荷泵 120:單元電路 D: 二極管
C、 Cpl、 Cp2:泵電容
10、 10' 、 10":多級電荷泵電路
12、 12' 、 12":電荷回收電路
122、 124:驅(qū)動電路
14、 16:傳輸電路 18:輸出級電路
20、 30、 40、 50:電荷泵電路
Ctl、 Ct2:傳輸電容 T1 T10:晶體管
SW1、 SW2:開關(guān)電路
NT、 NT':節(jié)點(diǎn)
Ell、 E21、 E31、 E41:第一端
E12、 E22、 E32、 E42、 E12， 、 E22':第二端
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的目的是提供一種多級電荷泵(Charge Pump)電路，使用電荷 回收電路，使得一級電荷泵電路中對應(yīng)的泵電容中儲存的電荷可經(jīng)由電荷 回收電路形成的短路回路被另一級電荷泵電路中對應(yīng)的電容再利用
(Recycle),達(dá)到節(jié)省功率消耗的目的。 第一實(shí)施例
請參照圖2及圖3，圖2為依照本發(fā)明第一實(shí)施例的多級電荷泵電路 的電路圖，圖3為圖2中相關(guān)信號的時(shí)序圖。多級電荷泵電路10包括泵 電容Cpl、 Cp2、電荷回收電路12、傳輸電路14及16。泵電容Cpl包括第 一端及第二端Ell及E12，泵電容Cp2包括第一端及第二端E21及E22。 第一端Ell及E21分別連接至傳輸電路14及16，第二端E12及E22連接 至電荷回收電路12。
電荷回收電路12包括開關(guān)電路SW1、節(jié)點(diǎn)NT、驅(qū)動電路122及124。 開關(guān)電路SW1的兩端分別接收高電壓Vdd及耦接至節(jié)點(diǎn)NT，驅(qū)動電路122 的三端分別耦接至節(jié)點(diǎn)NT、耦接至第二端E12及接收低電壓Vss，驅(qū)動電 路124的三端分別耦接至節(jié)點(diǎn)NT、耦接至第二端E22及接收低電壓Vss。
在第二時(shí)序周期TP4、第三時(shí)序周期TP8、時(shí)序周期TP3及TP7中開 關(guān)電路SW1導(dǎo)通(Turn on)以提供高電壓Vdd至NT。從時(shí)序周期TP2開始， 驅(qū)動電路122提供低電壓Vss至第二端E12。從時(shí)序周期TP6開始，驅(qū)動 電路124提供低電壓Vss至第二端E22。從時(shí)序周期TP3開始，驅(qū)動電路 124提供高電壓Vdd至第二端E22。從時(shí)序周期TP7開始，驅(qū)動電路122 提供高電壓Vdd至第二端E12。
在第一時(shí)序周期TP1及時(shí)序周期TP5中，第二端E12及E22系短路連 接，而開關(guān)電路SW1關(guān)閉(Turn off)，使第二端E12、 E22及節(jié)點(diǎn)NT與其 它回路為浮接。如此，電壓較高的第二端E12及E22上的電荷可經(jīng)由上述 短路路徑轉(zhuǎn)移到另一第二端E22及E12，如此，使第二端E22及E12上的
電荷能被再利用。接下來對多級電荷泵電路io中各細(xì)部電路進(jìn)行進(jìn)一步 說明。
開關(guān)電路SW1為P型金屬氧化物半導(dǎo)體(Metal Oxide Semiconductor, M0S)晶體管，它的源極(Source)接收高電壓Vdd，漏極(Drain)耦接至節(jié)點(diǎn) NT，柵極(Gate)接收控制信號Cp。在第一時(shí)序周期TP1、時(shí)序周期TP2、 TP5及TP6中控制信號Cp為高電位，在第二時(shí)序周期TP4、第三時(shí)序周期 TP8、時(shí)序周期TP3及TP7中控制信號Cp為低電位；開關(guān)電路SW1響應(yīng)于 控制信號Cp的低電位在第二時(shí)序周期TP4、第三時(shí)序周期TP8、時(shí)序周期 TP3、及TP7中導(dǎo)通以提供高電壓Vdd至節(jié)點(diǎn)NT，并響應(yīng)于控制信號Cp 的高電位在第一時(shí)序周期TP1及時(shí)序周期TP2、 TP5及TP6中關(guān)閉。
驅(qū)動電路122包括晶體管Tl與T2，其例如分別為P型MOS及N型MOS 晶體管。晶體管T1與T2的漏極耦接至第二端E12，源極分別耦接至節(jié)點(diǎn) NT及接收低電壓Vss，柵極接收時(shí)序信號P2。晶體管Tl與T2分別響應(yīng)時(shí) 序信號P2的低電位及高電位導(dǎo)通來分別提供節(jié)點(diǎn)NT上的電壓及低電壓 Vss至第二端E12。驅(qū)動電路124與122具有實(shí)質(zhì)上相近的電路結(jié)構(gòu)及動 作，其中晶體管T3及T4分別響應(yīng)時(shí)序信號P3的低電位及高電位導(dǎo)通來 分別提供節(jié)點(diǎn)NT上的電壓及低電壓Vss至第二端E22。
時(shí)序信號P2及P3間的相位差(Phase Difference)實(shí)質(zhì)上接近180度， 用以控制驅(qū)動電路124與122進(jìn)行實(shí)質(zhì)上反相的操作以控制第二端E12及 E22的電壓電位。然而本實(shí)施例的時(shí)序信號P2與P3的工作周期(Duty Cycle)均小于50%且在第一時(shí)序周期TP1及時(shí)序周期TP5中同為低電位， 使晶體管T2與T4截止、晶體管T1與T3導(dǎo)通，如此，第二端E12及E22 實(shí)質(zhì)上短路連接至節(jié)點(diǎn)NT。在第一時(shí)序周期TP1及時(shí)序周期TP5中控制信 號Cp為高電位，使開關(guān)電路SW1關(guān)閉。這樣一來，第二端E12及E22其中之一儲存的電荷可經(jīng)由晶體管Tl及T3形成的短路路徑轉(zhuǎn)移到其中之另
一。例如在第一時(shí)序周期TP1中，第二端E12的起始電壓高于第二端E22。 此時(shí)儲存在第二端E12中的電荷可經(jīng)由上述短路路徑轉(zhuǎn)移到第二端E22 上，使第二端E12及E22的電壓變得實(shí)質(zhì)上相近。而在時(shí)序周期TP5中第 二端E22中的電荷亦可經(jīng)由實(shí)質(zhì)上相近的路徑轉(zhuǎn)移至第二端E12。如此， 本實(shí)施例的多級電荷泵電路10可有效地對第二端E12及E22上的電荷進(jìn) 行再利用，以減低其操作時(shí)所需耗損的功率。
傳輸電路14包括轉(zhuǎn)移電容Ctl、晶體管T5及T6，傳輸電路16包括 轉(zhuǎn)移電容Ct2、晶體管T7及T8。由于傳輸電路14與16具有實(shí)質(zhì)上相等 的電路結(jié)構(gòu)及操作，其不同之處僅在于其接收的時(shí)序信號P4與Pl相位差 為180度，接下來以傳輸電路14為例做說明。
轉(zhuǎn)移電容Ctl包括第一端E31及第二端E32，第一端E31接收時(shí)序信 號P4。晶體管T5例如為N型M0S晶體管，它的柵極、漏極及源極分別耦 接至第一端E1、接收高電壓Vdd及耦接至第二端E32。晶體管T5用以在 第一端Ell的電壓提升為高電位時(shí)設(shè)定第二端E32的電壓，此時(shí)晶體管T6 實(shí)質(zhì)上被偏壓為二極管。而在第二端E32的電壓設(shè)定完畢后時(shí)序信號P4 提升為高電位，如此將使得第二端E32的電壓更進(jìn)一步地提高，此時(shí)第二 端E32的電壓實(shí)質(zhì)上接近兩倍高電壓Vdd。轉(zhuǎn)移電容Ct2包括第一端E41 及第二端E42，第一端E41接收時(shí)序信號P1。晶體管T7，例如為？型MOS 晶體管，它的柵極、漏極及源極分別耦接至第一端E21、第一端E11上的 高電壓及耦接至第二端E42。晶體管T7用以在第一端E21的電壓提升為高 電位時(shí)設(shè)定第二端E42只？電壓，此時(shí)晶體管T8被偏壓為二極管。而在 第二端E42的電壓設(shè)定完畢后時(shí)序信號Pl提升為高電位，如此將使得第 二端E42的電壓更進(jìn)一步地提高，此時(shí)第二端E42只？電壓實(shí)質(zhì)上接近兩
倍高電壓Vdd。
晶體管T6例如為N型MOS晶體管，它的柵極、漏極及源極分別耦接 至第二端E32、接收高電壓Vdd及耦接至第一端Ell。晶體管T6用以在第 二端E32的電壓高于第一端E11的電壓時(shí)導(dǎo)通，使高電壓Vdd有效地傳輸 至第一端El 1 。在高電壓Vdd有效地經(jīng)由晶體管T6傳輸至第一端El 1之后， 時(shí)序信號P4降低為低電位，以降低第二端E32的電壓并關(guān)閉晶體管T6， 以避免電荷自第一端Ell經(jīng)由導(dǎo)通的晶體管T6回流至晶體管T6接收高電 壓Vdd的端點(diǎn)。晶體管T8例如是N型MOS晶體管，它的柵極、漏極與源 極分別耦接至第二端E42、接收第一端Ell的高電壓及耦接至第一端E21。 晶體管T8用以在第二端E42的電壓高于第一端E21的電壓時(shí)導(dǎo)通，使第 一端Ell上的高電壓有效地傳輸至第一端E21。在第一端Ell上的高電壓 有效地經(jīng)由晶體管T8傳輸至第一端E21之后，時(shí)序信號Pl降低為低電位， 以降低第二端E42的電壓并關(guān)閉晶體管T8，以避免電荷自第一端E21經(jīng)由 導(dǎo)通的晶體管T6回流至第一端Ell。
此時(shí)第二端E12的電壓被驅(qū)動電路122拉低至低電壓Vss，使得第一 端Ell相對于第二端E12的電壓實(shí)質(zhì)上接近高電壓Vdd。如此，當(dāng)驅(qū)動電 路122響應(yīng)時(shí)序信號P2的低電位提升第二端E12的電壓由低電壓Vss至 高電壓Vdd時(shí)，第一端Ell的電壓是接近2倍高電壓Vdd。之后根據(jù)實(shí)質(zhì) 上相近的操作使第一端E21的電壓接近3倍高電壓Vdd，并將其輸出。如 此，本實(shí)施例的多級電荷泵電路10可有效地輸出接近三倍高電壓Vdd的 輸出信號Vout。
本實(shí)施例的多級電荷泵電路10還包括輸出級電路18，其中包括轉(zhuǎn)移 電容Ct3、晶體管T9及T10。輸出級電路18與傳輸電路14具有實(shí)質(zhì)上相 等的結(jié)構(gòu)及動作，用以提供第一端E21的電壓至輸出端OUT以作為輸出信
號Vout。而輸出級電路18還可在第一端E21的電壓低于輸出端OUT的電 壓時(shí)透過導(dǎo)通晶體管T9而使晶體管T10等效地為二極管(Diode)以避免輸 出信號Vout對泵電容Cp2充電而影響輸出信號Vout的電壓。
傳輸電路14、泵電容Cpl及驅(qū)動電路122實(shí)質(zhì)上形成第一級電荷泵 電路20，而傳輸電路16、泵電容Cp2及驅(qū)動電路124實(shí)質(zhì)上形成第二級 電荷泵電路30。在本實(shí)施例中雖僅以多級電荷泵電路10包括第一及第二 級電荷泵電路20及30的情形為例做說明，然，本實(shí)施例的多級電荷泵電 路還可包括第一至第四級電荷泵電路20~50，其中所有驅(qū)動電路的P型MOS 晶體管的源極及N型MOS晶體管源極是分別相互耦接，以輸出電壓實(shí)質(zhì)上 接近5倍高電壓Vdd的輸出信號Vo'，如圖4所示。而本實(shí)施例的多級電 荷泵電路10還可包括第一至第n級電荷泵電路，n為大于l之自然數(shù)，以 輸出電壓實(shí)質(zhì)上接近n+l倍高電壓Vdd的輸出信號。
本實(shí)施例的多級電荷泵電路包括電荷回收電路，使得一級電路中對應(yīng) 的泵電容中儲存的電荷可經(jīng)由電荷回收電路形成的短路回路被另一級電 荷泵電路中對應(yīng)的電容再利用，達(dá)到節(jié)省功率消耗的目的。如此，本實(shí)施 例的多級電荷泵電路相對于傳統(tǒng)多級電荷泵電路是具有耗電量較低及用 電效率較高的優(yōu)點(diǎn)。
第二實(shí)施例
請參照圖5及圖6，圖5為按照本發(fā)明第二實(shí)施例的多級電荷泵電路 的電路圖，圖6為圖5中相關(guān)信號的時(shí)序圖。電荷泵電路10'與第一實(shí)施 例中的電荷泵電路10不同之處在于電荷回收電路12'中以開關(guān)電路SW2 及節(jié)點(diǎn)NT'來取代開關(guān)電路SW1及節(jié)點(diǎn)NT，而在第一時(shí)序周期TP1'及時(shí) 序周期TP5'中，時(shí)序信號P2，及P3'均為高電位，使晶體管T2，及T4'
在第一時(shí)序周期TP1'及時(shí)序周期TP5'中導(dǎo)通以分別將第二端E12'及 E22，連接至節(jié)點(diǎn)NT，。
開關(guān)電路SW2例如為N型MOS晶體管，其為響應(yīng)與控制信號Cp互為 反相的控制信號Cn的高電位導(dǎo)通提供低電壓Vss至節(jié)點(diǎn)NT'，并響應(yīng)控 制信號Cn的低電位關(guān)閉。在第一時(shí)序周期TP1'及時(shí)序周期TP5'中，控 制信號Cn為低電位以關(guān)閉開關(guān)電路SW2及避免低電壓Vss影響第二端 E12'及E22'的電位。此時(shí)，儲存在E12'及E22'其中一端的電荷可透 過由晶體管T2'及T4'形成的短路路徑轉(zhuǎn)移至其中之另一，使第二端 E12，及E22'的電壓實(shí)質(zhì)上相近。
而本實(shí)施例的多級電荷泵電路10'亦可包括n級電荷泵電路，以產(chǎn) 生實(shí)質(zhì)上等于n+l倍高電壓Vdd的輸出信號Vo"，如圖7所示。如此，本 實(shí)施例的多級電荷泵電路相對于傳統(tǒng)多級電荷泵電路是具有耗電量較低 及用電效率較高的優(yōu)點(diǎn)。
第三實(shí)施例
請參照圖8，其為按照本發(fā)明第三實(shí)施例的多級電荷泵電路的電路 圖。第三實(shí)施例的多級電荷泵電路10"與第二實(shí)施例的多級電荷泵電路 10"不同之處在于它的電荷回收電路12"還包括開關(guān)電路SW1及節(jié)點(diǎn)NT。 如此，本實(shí)施例的多級電荷泵電路10"可響應(yīng)于時(shí)序信號P廣P4、控制信 號Cp來有效地執(zhí)行與第一實(shí)施例的多級電荷泵電路10實(shí)質(zhì)上相同的操 作，并可響應(yīng)于時(shí)序信號PK P2' 、 P3' 、 P4、控制信號Cn來有效地執(zhí) 行與第二實(shí)施例的多級電荷泵電路10，實(shí)質(zhì)上相同的操作。
在本實(shí)施例中雖僅以多級電荷泵電路10"響應(yīng)于第二實(shí)施例中之信 號來執(zhí)行與第二實(shí)施例的多級電荷泵電路10'實(shí)質(zhì)上相同的操作的情形
為例做說明，然而，本實(shí)施例的多級電荷泵電路io"亦可響應(yīng)于第一實(shí)施
例的時(shí)序信號P廣P4及控制信號Cp來執(zhí)行與第一實(shí)施例的多級電荷泵電 路10實(shí)質(zhì)上相同的操作。其中，亦可再額外使用第一實(shí)施例中的控制信
號Cp來控制開關(guān)單元SW1的動作。
而本實(shí)施例的多級電荷泵電路10"亦可包括n級電荷泵電路，以產(chǎn) 生實(shí)質(zhì)上等于n+l倍高電壓Vdd的輸出信號Vo，"，如圖9所示。如此， 本實(shí)施例的多級電荷泵電路相對于傳統(tǒng)多級電荷泵電路是具有耗電量較 低及用電效率較高之優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一較佳實(shí)施例公開如上，然其并非用以限 定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精 神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的改動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán) 利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多級電荷泵，其特征在于，包括一第一泵電容及一第二泵電容，分別包括一第一端及一第二端；一電荷回收電路，在一第一時(shí)序周期中連接所述第一及所述第二泵電容的第二端，所述電荷回收電路包括一第一節(jié)點(diǎn)；一第一開關(guān)電路，在一第二及一第三時(shí)序周期中導(dǎo)通以提供一第一電壓至所述第一節(jié)點(diǎn)，并在所述第一時(shí)序周期中關(guān)閉；及一第一驅(qū)動電路及一第二驅(qū)動電路，用以在所述第一時(shí)序周期中分別響應(yīng)一第一時(shí)序信號及一第二時(shí)序信號連接所述第一泵電容的第二端及所述第二泵電容的第二端至所述第一節(jié)點(diǎn)；一第一級傳輸電路，在所述第二時(shí)序周期中提供一供應(yīng)電壓至所述第一泵電容的第一端；以及一第二級傳輸電路，在所述第三時(shí)序周期中提供所述第一泵電容的第一端的電壓至所述第二泵電容的第一端。
2. 如權(quán)利要求l所述的多級電荷泵電路，其特征在于， 所述第一驅(qū)動電路分別在所述第二及該第三時(shí)序周期中提供一第二電壓及所述第一電壓至所述第一泵電容的第二端；所述第二驅(qū)動電路分別在所述第二及該第三時(shí)序周期中提供所述第 一電壓及所述第二電壓至所述第二泵電容的第二端。
3. 如權(quán)利要求1所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一驅(qū)動 電路包括一第一晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述第 一端及所述第二端分別接收所述第一時(shí)序信號、耦接至所述第一節(jié)點(diǎn)及耦接至所述第一泵電容的第二端；及 一第二晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述第 一端及所述第二端分別接收所述第一時(shí)序信號、接收所述第二電壓及耦接 至所述第一泵電容的第二端。
4. 如權(quán)利要求l所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第二驅(qū)動 電路包括一第三晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述第 一端及所述第二端分別接收所述第二時(shí)序信號、耦接至所述第一節(jié)點(diǎn)及耦 接至所述第二泵電容的第二端；及一第四晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述第 一端及所述第二端分別接收所述第二時(shí)序信號、接收所述第二電壓及耦接 至所述第二泵電容的第二端。
5. 如權(quán)利要求l所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一級傳 輸電路包括一第一轉(zhuǎn)移電容，包括一第一端及一第二端，所述第一轉(zhuǎn)移電容的第 一端接收一第三時(shí)序信號；一第五晶體管，用以在所述第一轉(zhuǎn)移電容的第二端的電壓高于所述第 一泵電容的第一端的電壓時(shí)提供所述供應(yīng)電壓至所述第一泵電容的第一端，I'w ， 'z 、一第六晶體管，用以提供所述供應(yīng)電壓至所述第一轉(zhuǎn)移電容的第二 端，以設(shè)定所述第五晶體管的柵極電壓。
6. 如權(quán)利要求l所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第二級傳輸電路包括一第二轉(zhuǎn)移電容，包括一第一端及一第二端，所述第二轉(zhuǎn)移電容的第 一端接收一第四時(shí)序信號；一第七晶體管，用以在所述第二轉(zhuǎn)移電容的第二端的電壓高于所述第 二泵電容的第一端的電壓時(shí)提供所述第一泵電容的第一端的電壓至所述第二泵電容的第一端；及一第八晶體管，用以提供所述第一泵電容的第一端的電壓至所述第二 轉(zhuǎn)移電容的第二端，以設(shè)定所述第七晶體管的柵極電壓。
7. 如權(quán)利要求l所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一開關(guān) 電路包括一第九晶體管，包括一控制端、 一第一端及一第二端，所述第九晶體 管的控制端、第一端及第二端分別接收一第一開關(guān)控制信號、接收所述供 應(yīng)電壓及耦接至所述第一節(jié)點(diǎn)。
8. 如權(quán)利要求l所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述電荷回收 電路包括一第二節(jié)點(diǎn)；及一第二開關(guān)電路，在所述第二及一第三時(shí)序周期中導(dǎo)通以提供所述第 二電壓至所述第二節(jié)點(diǎn)，并在所述第一時(shí)序周期中關(guān)閉。
9. 如權(quán)利要求8所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一驅(qū)動電路包括一第十晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述第一端及所述第二端分別接收所述第一時(shí)序信號、耦接至所述第一節(jié)點(diǎn)及耦 培革所沐笛一泰由.忽的笛一端.及一第十一晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述 第一端及所述第二端分別接收所述第一時(shí)序信號、耦接至所述第二節(jié)點(diǎn)及 耦接至所述第一泵電容的第二端。
10. 如權(quán)利要求8所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第二驅(qū)動電路包括一第十二晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述 第一端及所述第二端分別接收所述第二時(shí)序信號、耦接至所述第一節(jié)點(diǎn)及 耦接至所述第二泵電容的第二端；及 一第十三晶體管，包括控制端、第一端及第二端，所述控制端、所述 第一端及所述第二端分別接收所述第二時(shí)序信號、耦接至所述第二節(jié)點(diǎn)及 耦接至所述第二泵電容的第二端。
11. 如權(quán)利要求8所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第二開 關(guān)電路包括一第十四晶體管，包括一控制端、 一第一端及一第二端，所述第十四 晶體管的控制端、第一端及第二端分別接收一第二開關(guān)控制信號、接收所 述第二電壓及耦接至所述第二節(jié)點(diǎn)。
12. 如權(quán)利要求8所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一及 所述第二電壓分別為所述多級電荷泵電路中的一高電壓及一低電壓。
13. 如權(quán)利要求1所述的多級電荷泵電路，其特征在于，包括 一輸出級電路，用以提供所述第二泵電容的第一端的電壓至一輸出端，所述輸出級電路包括一第三轉(zhuǎn)移電容，包括一第一端及一第二端，所述第三轉(zhuǎn)移電容的第 一端接收一第三時(shí)序信號；一第十五晶體管，用以在所述第三轉(zhuǎn)移電容的第二端的電壓高于所述輸出端的電壓時(shí)提供所述第二泵電容的第一端的電壓至所述輸出端；及 一籩+六晶汰昝.田以提他卩斤沭笛一^由.茲的籩一端的由1^至斷〗術(shù)筮三轉(zhuǎn)移電容的第二端以對所述第三轉(zhuǎn)移電容進(jìn)行充電。
14. 如權(quán)利要求1所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一級 傳輸電路、所述第一泵電容及所述第一驅(qū)動電路系形成一第一級電路，所 述第二級傳輸電路、所述第二泵電容及所述第二驅(qū)動電路系形成一第二級 電路；其中，所述多級電荷泵電路還包括一第三級電路及一第四級電路，所 述第三及所述第四級電路分別與所述第一及所述第二級電路具有實(shí)質(zhì)上 相同的結(jié)構(gòu)及操作。
15. 如權(quán)利要求1所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一及 所述第二電壓分別為所述多級電荷泵電路中的一低電壓及一高電壓。
16. 如權(quán)利要求1所述的多級電荷泵電路，其特征在于，所述第一及 所述第二電壓分別為所述多級電荷泵電路中的一高電壓及一低電壓。
17. —電荷回收(Charge Recycle)方法，應(yīng)用于一多級電荷泵 (Multiple-stage Charge Pump)電路，其特征在于，所述多級電荷泵電路包括 一第一泵電容(PumpCapacitor)及一第二泵電容，所述電荷回收方法用以在 一第一期間中回收并轉(zhuǎn)移所述第一泵電容中的電荷至所述第二泵電容，或 回收并轉(zhuǎn)移所述第二泵電容中的電荷至所述第一泵電容，所述電荷回收方 法包括在一第二期間中致能一第一開關(guān)以提供一第一電壓至一第一節(jié)點(diǎn)，并 提供所述第一節(jié)點(diǎn)上的第一電壓至所述第一泵電容的第一端；在一第三期間中致能所述第一開關(guān)以提供所述第一電壓至所述第一 節(jié)點(diǎn)，并提供所述第一節(jié)點(diǎn)上的第一電壓至所述第二泵電容的第一端；以 及在所述第一期間中關(guān)閉所述第一開關(guān)以使所述第一節(jié)點(diǎn)為實(shí)質(zhì)上浮 接(Floating)，并短路連接所述第一及所述第二泵電容的第一端，以將儲存 在所述第一及所述第二泵電容其中之一的電荷轉(zhuǎn)換至所述第一及所述第 二泵電容其中之另一。
18. 如權(quán)利要求17所述的電荷回收方法，其特征在于，還包括 在所述第二期間中提供一第二電壓至所述第二泵電容的第一端；及 在所述第三期間中提供所述第二電壓至所述第一泵電容的第一端。
19. 如權(quán)利要求17所述的電荷回收方法，其特征在于，還包括 在所述第二期間中致能一第二開關(guān)以提供一第二電壓至一第二節(jié)點(diǎn)，并提供所述第二節(jié)點(diǎn)上的第二電壓至所述第二泵電容的第一端；及在所述第三期間中致能所述第二開關(guān)以提供所述第二電壓至所述第 二節(jié)點(diǎn)，并提供所述第二節(jié)點(diǎn)上的第二電壓至所述第一泵電容的第一端。
20. 如權(quán)利要求17所述的電荷回收方法，其特征在于，還包括 在所述第三期間中提供一供應(yīng)電壓至所述第一泵電容的第二端；及 在所述第二期間中提供所述第一泵電容的第二端上的電壓至所述第二泵電容的第一端。
21. 如權(quán)利要求20所述的電荷回收方法，其特征在于，還包括 在所述第三期間中提供所述第二泵電容的第二端上的電壓至所述多級電荷泵電路的輸出端，以輸出一輸出信號。
22. 如權(quán)利要求17所述的電荷回收方法，其特征在于，還包括 在所述第二期間中提供一供應(yīng)電壓至所述第一泵電容的第二端；及在所述第三期間中提供所述第一泵電容的第二端上的電壓至所述第 二泵電容的第一端。
23. 如權(quán)利要求22所述的電荷回收方法，其特征在于，還包括 在所述第二期間中提供所述第二泵電容的第二端上的電壓至所述多級電荷泵電路的輸出端，以輸出一輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明是一種多級電荷泵電路及其方法，所述電路包括第一、第二泵電容、電荷回收電路、第一級與第二級傳輸電路。電荷回收電路包括第一、第二驅(qū)動電路及開關(guān)電路，其在第一時(shí)序周期中關(guān)閉使節(jié)點(diǎn)浮接、耦接第一及第二泵電容的第一端至節(jié)點(diǎn)。在第二及第三時(shí)序周期中開關(guān)電路、第一及第二驅(qū)動電路分別用以提供特定電壓至節(jié)點(diǎn)，以控制第一及第二泵電容的第一端的電壓。第一級與第二級傳輸電路分別在第二時(shí)序周期中提供高電壓至第一泵電容的第二端，并在第三時(shí)序周期中提供第一泵電容的第二端的電壓至第二泵電容的第二端。
文檔編號H02M3/07GK101355299SQ200810080459
公開日2009年1月28日 申請日期2008年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月26日
發(fā)明者施義德, 洪俊雄, 陳重光 申請人:旺宏電子股份有限公司