CN101098104A - 一种集成电路电荷泵的优化装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成电路电荷泵的优化装置及方法，该优化装置设置在所述电荷泵之前的电路中，并包括：一高频振荡器以及一低频振荡器，分别用于输出不同频率的时钟信号；以及一电压检测器，连接并检测电路电压，以及连接控制一频率选择开关；所述频率选择开关用于在所述高频振荡器与低频振荡器之间选择。本发明装置由于采用本发明所述的电荷泵优化装置，通过选择适当的工作频率，在整个工作电压范围使得电路的性能和功耗都满足实际需要，并且其所需的振荡器不需要特别设计，可以采用电路结构非常简单的环形振荡器或者其他任何结构的振荡器即可，方便实用，成本低。

Description

一种集成电路电荷泵的优化装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路领域中的升压电路装置和方法，尤其涉及的是一种电荷泵优化装置及其方法。
背景技术
现有技术中，应用于便携式设备的嵌入式可编程EEPROM存储器，需要内部电荷泵电路产生高电平来写和擦除数据。这类存储器的工作电压范围很大，通常工作在1.8V到3.3V之间。
设计工作电压范围如此宽的电荷泵电路需要解决的问题如图1所示，在工作电压很低时，电荷泵电路的转化效率将降低，随之驱动能力降低；而在工作电压升高时，电荷泵电路的功耗会增加几倍。因而对于能够在低电压工作的电荷泵电路必须进行优化，使其在整个工作电压范围有很好的转化效率和低的功耗。
电荷泵电路在低供电电压下工作时需要提高工作时钟的频率来获得高的转化效率，内部振荡器电路可为电荷泵提供工作时钟。随着供电电压的升高，时钟的频率也会升高，进一步使得电荷泵的功耗增加。
现有技术解决这个问题的方法主要有：第一种方法是振荡器电路产生固定的振荡频率；第二种方法是振荡器电路的振荡频率随着供电电压VDD的升高而降低。但这两种方法需要的振荡器电路都需要特别设计，并且其电路复杂，不利于实际应用。
因此，现有技术确实存在有待于改进之处。
发明内容
本发明的目的是提出一种电路结构非常简单的电荷泵优化装置及方法，使其在整个工作电压范围具有高的转化效率和低的功耗。
本发明的技术方案包括：
一种集成电路电荷泵的优化装置，其中，该优化装置设置在所述电荷泵之前的电路中，并包括：一高频振荡器以及一低频振荡器，分别用于输出不同频率的时钟信号；以及一电压检测器，连接并检测电路供电电压，以及连接控制一频率选择开关；所述频率选择开关用于在所述高频振荡器与低频振荡器之间选择。
所述的装置，其中，所述频率选择开关用于在所述电压检测器检测到所述电路供电电压升高/降低到一预定数值后，选择切换工作频率由高频振荡器/低频振荡器为低频振荡器/高频振荡器。
所述的装置，其中，所述电压检测器为一电压比较器，其输入端分别为电路供电电压和一参考电压，所述参考电压为预定数值。
所述的装置，其中，所述频率选择开关包括一与非门以及一第一或非门、第二或非门；所述第二或非门的输出端连接所述电荷泵；所述与非门连接所述高频振荡器的输出端和所述电压检测器的输出端；所述第一或非门连接所述低频振荡器的输出端和所述电压检测器的输出端。
所述的装置，其中，所述电路中设置有一分压电阻串，用于分压所述电路供电电压并与所述电压比较器的一输入端连接。
一种集成电路电荷泵的优化方法，其包括以下步骤：
A、在电荷泵电路前设置一电压检测器，对电路供电电压进行检测；
B、在电路供电电压低于一预定数值时，通过一频率选择开关选择高频振荡器所产生的较高工作频率；或者
C、在电路供电电压高于该预定数值时，通过一频率选择开关选择低频振荡器所产生的较低工作频率。
本发明所提供的一种集成电路电荷泵的优化装置及方法，由于采用本发明所述的电荷泵优化装置，通过选择适当的工作频率，在整个工作电压范围使得电路的性能和功耗都满足实际需要，并且其所需的振荡器不需要特别设计，可以采用电路结构非常简单的环形振荡器或者其他任何结构的振荡器即可，方便实用，成本低。
附图说明
图1是现有技术的本领域电路工作在宽电压范围的电荷泵特性示意图；
图2是本发明所述电荷泵优化装置的结构示意图；
图3是本发明所述装置的具体实施例的示意图；
图4是本发明具体实施例的供电电压和功耗的仿真结果示意图；
图5是本发明具体实施例的输出电压的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式的描述，将使本发明的技术方案及其有益效果易于理解。
本发明的集成电路电荷泵的优化装置，如图2所示的，连接在电荷泵之前的电路中，其包括两个电路结构非常简单的高频振荡器OSC1、低频振荡器OSC2，供电电压检测器VD和频率选择开关K。所述电压检测器VD对电路供电电压VDD进行检测，并根据检测结果控制所述频率选择开关K，从而通过该频率选择开关K选择高频振荡器OSC1或低频振荡器OSC2。
本发明的工作过程是：当电路供电电压VDD低时，所述电压检测器VD输出高电平控制频率，由所述频率选择开关K选择所述高频振荡器OSC1，从而提供较高的工作频率Fosc1。较高的工作频率Fosc1保证了电路供电电压VDD在最低值时，电荷泵仍有足够的驱动能力和转化效率。
当电路供电电压VDD增加时，电路的功耗也随之增加，但当电路供电电压VDD升高到预定数值Vswitch时，集成电路的功耗达到最大限制值，此时供电电压检测器VD需要输出低电平，即控制所述频率选择开关K选择低频振荡器OSC2提供低的工作频率Fosc2。低的工作频率Fosc2保证了电路供电电压VDD达到预定电压数值Vswitch时，电荷泵仍有足够的驱动能力和低的功耗。当电路供电电压VDD达到最大值时，保持电路的功耗在最大限制值之下。
因此，本发明方法的基本控制构思为：在电荷泵电路前设置一电压检测器，对电路供电电压进行检测；在电路供电电压低于一预定数值时，通过一频率选择开关选择高频振荡器所产生的较高工作频率；或者在电路供电电压高于该预定数值时，通过一频率选择开关选择低频振荡器所产生的较低工作频率。
如图3所示的，本发明电荷泵优化装置的具体实施例中，对供电电压检测的电压检测器VD由分压电阻串和电压比较器组成。所述频率选择开关包括与非门，及一第一或非门1和第二或非门2，所述第二或非门2的输出端连接所述电荷泵，其输入端分别连接所述第一或非门1和与非门的输出端；所述电压检测器VD的电压比较器的输出同时连接到该第一或非门和与非门，所述与非门的另一输入端连接所述高频振荡器OSC1的输出端，所述第一或非门的另一输入端连接所述低频振荡器OSC2的输出端。
当电路供电电压VDD低于一定数值时，该电路供电电压VDD经过所述分压电阻串分压后得到的电平VRL经所述电压比较器与一参考电平Vref进行比较后，所述电压比较器输出高电平，则所述频率选择开关选择高频振荡器OSC1所提供的高工作频率Fosc1。当电路供电电压VDD升高至大于一预定数值时，电路供电电压VDD经过分压电阻串分压后得到的电平VRL将大于参考电平Vref，此时所述电压比较器输出低电平，同时所述频率选择开关选择低频振荡器OSC2所提供的低工作频率Fosc2。这样当电路供电电压VDD低时，电荷泵的工作频率高，电荷泵仍有足够的驱动能力和转化效率。当电路供电电压VDD高时，所述电荷泵的工作频率低，将所述电路的功耗控制在限制值之下。
如图4所示是本发明所示具体实施例在整个工作电压范围1.8V-3.3V内的功耗仿真结果示意图。从图上可以看到电路供电电压VDD升高到预定数值2.6V时，功耗达到最大限制值。当电路供电电压VDD大于2.6V，由于通过本发明的电路装置选择了低工作频率，功耗小于最大限制值。
如图5所示是本发明所示具体实施例在整个工作电压范围1.8V-3.3V内的输出高电压值情况示意图。从图上可以看到，在整个工作电压范围内输出的高电压值都大于14V，而且Vout的变化值小于6％。这样本发明的电路输出Vout，提供给EEPROM就能保证高的编程品质。
由于本发明所述电荷泵优化装置通过选择适当的工作频率，在整个工作电压范围内使得电路的性能和功耗都满足了实际需要，并且其所需的振荡器不需要特别设计，可以采用电路结构非常简单的环形振荡器或者其他任何结构的振荡器，其电路结构简单，但方便实用，成本低。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而理解为对本发明的专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1、一种集成电路电荷泵的优化装置，其特征在于，该优化装置设置在所述电荷泵之前的电路中，并包括：一高频振荡器以及一低频振荡器，分别用于输出不同频率的时钟信号；以及一电压检测器，连接并检测电路供电电压，以及连接控制一频率选择开关；所述频率选择开关用于在所述高频振荡器与低频振荡器之间选择。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述频率选择开关用于在所述电压检测器检测到所述电路供电电压升高/降低到一预定数值后，选择切换工作频率由高频振荡器/低频振荡器为低频振荡器/高频振荡器。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电压检测器为一电压比较器，其输入端分别为电路供电电压和一参考电压，所述参考电压为预定数值。
4、根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述频率选择开关包括一与非门以及一第一或非门、第二或非门；所述第二或非门的输出端连接所述电荷泵；所述与非门连接所述高频振荡器的输出端和所述电压检测器的输出端；所述第一或非门连接所述低频振荡器的输出端和所述电压检测器的输出端。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述电路中设置有一分压电阻串，用于分压所述电路供电电压并与所述电压比较器的一输入端连接。
6、一种集成电路电荷泵的优化方法，其包括以下步骤：
A、在电荷泵电路前设置一电压检测器，对电路供电电压进行检测；
B、在电路供电电压低于一预定数值时，通过一频率选择开关选择高频振荡器所产生的较高工作频率；或者
C、在电路供电电压高于该预定数值时，通过一频率选择开关选择低频振荡器所产生的较低工作频率。
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