專利名稱：保持恒定輸出電流的電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電子芯片電荷泵領(lǐng)域，涉及一種保持恒定輸出電流的電荷泵。
背景技術(shù)：
電荷泵電路被廣泛地應(yīng)用于各類電子芯片中，其原理是利用電容上的電荷累積效應(yīng)來產(chǎn)生高于輸入電壓的電壓。通常情況下，一個一級電荷泵能夠提供的最大電壓是2倍的輸入電壓，兩級電荷泵能夠提供的最大電壓為3倍的輸入電壓。電荷泵系統(tǒng)一般主要包含三個電路模塊時鐘振蕩器、反饋電路和比較器電路以及電荷泵主體電路。時鐘振蕩器產(chǎn)生一個時鐘信號，對電荷泵主體電路進行電荷激勵；通過反饋電路和比較器電路確定輸出電壓的大??；通過電荷泵主體電路實現(xiàn)升壓的功能。為芯片內(nèi)部電路供電的電荷泵電路，一般是根據(jù)輸出電流負載要求，再外加一定的裕度來設(shè)計。由于外部輸入電壓變化范圍較大，目前是根據(jù)外部輸入電壓的最小值設(shè)計電荷泵電路，使其輸出電流的驅(qū)動能力滿足用電模塊的要求。根據(jù)電荷泵的工作原理，輸出電流的公式為lout, max = C* (2vext-vtarget) *fclk,-①其中Iout，max表示電荷泵輸出電流最大值；C表示電容值；vext表示外部輸入電壓值；vtarget表示電荷泵最終輸出電壓目標值；fclk表示時鐘信號的頻率。由公式①知，當外部輸入電壓升高時，電荷泵輸出電流隨之升高，對于固定不變的負載電流來說，電荷泵電路驅(qū)動能力是足夠的。但是，隨著工藝的發(fā)展和對于電壓性能要求的提高，這種解決方案的缺點和局限性就越來越明顯。由于輸出電流變大，而負載電流基本保持不變，在同樣負載電容的情況下輸出電壓的過沖很大，電荷泵的輸出電壓紋波比較大， 導致輸出電壓穩(wěn)定性不好。為了解決輸出電壓的過沖問題，需要在芯片內(nèi)部增加較多的負載穩(wěn)壓電容，這不僅要占據(jù)芯片內(nèi)很大的面積，使得芯片整體面積很大，而且成本很高。輸出電壓穩(wěn)定性不好，還會導致后續(xù)用電模塊電路性能變差，影響整個芯片的性能參數(shù)，比如時序性能、速度性能參數(shù)等等。

實用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種保持恒定輸出電流的電荷泵，該電荷泵輸出電壓紋波小，穩(wěn)定性好。本實用新型的技術(shù)解決方案如下保持恒定輸出電流的電荷泵，包括電荷泵主體電路，該電荷泵主體電路的輸入端分別與外部輸入電壓和時鐘振蕩電路相連接，該電荷泵主體電路的輸出端接電壓反饋及比較電路的輸入端，所述電壓反饋及比較電路的輸出端接電荷泵主體電路的使能端；上述時鐘振蕩電路是具有頻率調(diào)節(jié)功能的時鐘產(chǎn)生電路；上述時鐘產(chǎn)生電路的輸入端通過外部電壓檢測電路與外部輸入電壓相連接。上述外部電壓檢測電路包括將外部輸入電壓與參考電壓進行比較的比較電路。[0013]上述時鐘產(chǎn)生電路為環(huán)路震蕩電路或電流對電容充放電的振蕩電路。采用上述保持恒定輸出電流的電荷泵，輸出電流恒定的電荷泵的實現(xiàn)方法，該方法的實現(xiàn)包括(1. 1)根據(jù)外部最小電壓值設(shè)計電荷泵主體電路；(1. 2)將電荷泵主體電路的外部輸入電壓與參考電壓相比較；(1. 3)根據(jù)外部輸入電壓與參考電壓的比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵主體電路輸出的電流值恒定。上述步驟(1. 2)將電荷泵主體電路的外部輸入電壓與參考電壓相比較時，所選擇的參考電壓為一個、二個或多個。上述步驟(1. 3)根據(jù)外部輸入電壓與參考電壓的比較結(jié)果選擇相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，具體是當外部輸入電壓升高時，降低輸出的時鐘振蕩頻率；當外部輸入電壓降低時，升高輸出的時鐘振蕩頻率。上述時鐘振蕩頻率輸出的升高、降低，是通過具有頻率調(diào)節(jié)功能的時鐘產(chǎn)生電路實現(xiàn)。 上述時鐘產(chǎn)生電路是環(huán)路震蕩電路，或電流對電容充放電的振蕩電路。本實用新型的優(yōu)點如下本實用新型動態(tài)地檢測外部電壓，當外部電壓發(fā)生變化時，根據(jù)外部輸入電壓的大小，可以選擇相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵輸出電流恒定，從而減小電荷泵輸出電壓紋波，提高輸出電壓穩(wěn)定性。本實用新型輸出電壓穩(wěn)定性好，可確保芯片具有較好的性能參數(shù)。本實用新型實現(xiàn)方式及結(jié)構(gòu)簡單，所占芯片內(nèi)部的面積很小，而且成本低。

圖1是電荷泵輸出電流隨外部輸入電壓變化的示意圖；圖2是電荷泵輸出電流隨時鐘振蕩頻率變化的示意圖；圖3是本實用新型的結(jié)構(gòu)原理示意圖。附圖標號說明1-外部電壓檢測電路，2-時鐘產(chǎn)生電路，3-電荷泵主體電路，4-電壓反饋及比較電路。
具體實施方式
根據(jù)電荷泵工作原理，電荷泵輸出電流的大小隨外部輸入電壓的增大而增大，參見圖1 ；同時，電荷泵輸出電流的大小也隨時鐘振蕩頻率的升高而增大，參見圖2。本實用新型動態(tài)地檢測外部輸入電壓，根據(jù)外部輸入電壓的大小，選擇相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵輸出電流恒定，以減小電荷泵輸出電壓紋波，提高輸出電壓穩(wěn)定性。 本實用新型的實現(xiàn)方法如下(1. 1)根據(jù)外部最小電壓值設(shè)計電荷泵主體電路。(1. 2)將電荷泵主體電路的外部輸入電壓與參考電壓相比較。外部電壓檢測電路對外部輸入電壓進行檢測，在將外部輸入電壓與參考電壓進行比較時，參考電壓可以選擇一個、二個或多個。參考電壓選取的值越多，且每個值之間的壓差越小，則可以選擇的步進就越多，電荷泵的調(diào)節(jié)精度會更高。(1. 3)根據(jù)外部輸入電壓與參考電壓的比較結(jié)果，輸出相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵主體電路輸出電流值恒定。根據(jù)外部輸入電壓的大小即根據(jù)外部輸入電壓與參考電壓的比較結(jié)果，選擇相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵電路輸出電流值恒定。具體是當外部輸入電壓較高時，選擇較低的時鐘振蕩頻率；反之，當外部輸入電壓較低時，選擇較高的時鐘振蕩頻率，以使輸出電流驅(qū)動能力相對保持恒定。時鐘振蕩頻率可以通過具有頻率調(diào)節(jié)功能的時鐘產(chǎn)生電路實現(xiàn)，例如環(huán)路震蕩電路，或電流對電容充放電的振蕩電路。圖3所示是采用本實用新型方法的一種輸出電流恒定的電荷泵，外部電壓檢測電路檢測外部輸入電壓，將外部輸入電壓與參考電壓進行比較，將比較結(jié)果輸入具有頻率調(diào)節(jié)功能的時鐘產(chǎn)生電路。時鐘產(chǎn)生電路為環(huán)路震蕩電路或電流對電容充放電的振蕩電路。時鐘產(chǎn)生電路將相應(yīng)的時鐘振蕩頻率輸入電荷泵主體電路，使電荷泵主體電路輸出的電流值恒定。電荷泵主體電路的輸出的反饋電壓經(jīng)電壓反饋及比較電路接入電荷泵主體電路的使能端。
權(quán)利要求1.保持恒定輸出電流的電荷泵，其包括電荷泵主體電路，該電荷泵主體電路的輸入端分別與外部輸入電壓和時鐘振蕩電路相連接，該電荷泵主體電路的輸出端接電壓反饋及比較電路的輸入端，所述電壓反饋及比較電路的輸出端接電荷泵主體電路的使能端；其特征在于所述的時鐘振蕩電路是具有頻率調(diào)節(jié)功能的時鐘產(chǎn)生電路； 所述時鐘產(chǎn)生電路的輸入端通過外部電壓檢測電路與外部輸入電壓相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保持恒定輸出電流的電荷泵，其特征在于所述的外部電壓檢測電路包括將外部輸入電壓與參考電壓進行比較的比較電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的保持恒定輸出電流的電荷泵，其特征在于 所述的時鐘產(chǎn)生電路為環(huán)路震蕩電路或電流對電容充放電的振蕩電路。
專利摘要一種保持恒定輸出電流的電荷泵，其將電荷泵主體電路的外部輸入電壓與參考電壓相比較，比較結(jié)果輸入時鐘產(chǎn)生電路輸出相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵主體電路輸出的電流值恒定。電荷泵主體電路的輸出經(jīng)電壓反饋及比較電路接于電荷泵主體電路的使能端。本實用新型動態(tài)地檢測外部電壓，當外部電壓發(fā)生變化時，根據(jù)外部輸入電壓的大小，可以選擇相應(yīng)的時鐘振蕩頻率，使電荷泵輸出電流恒定，從而減小電荷泵輸出電壓紋波，提高輸出電壓穩(wěn)定性。本實用新型實現(xiàn)方式及結(jié)構(gòu)簡單，成本低。
文檔編號H02M3/07GK202004642SQ20112005369
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者賈雪絨 申請人:西安華芯半導體有限公司