CN115800728A - 一种配置输出电压的时钟电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：电路包括电压配置单元、时钟发生单元、电荷泵单元、开关采样单元；其中，电压配置单元，用于基于电压配置单元内部并联电容的初始电荷量控制电荷泵单元输出电压V_b的电平状态；时钟发生单元，用于基于开关控制电压V_c生成电荷泵单元的双相非交叠时钟信号P_A和P_B，并将其输入至电荷泵单元中；电荷泵单元，用于基于时钟发生单元和电压配置单元分别输入的双相非交叠时钟信号P_A和P_B、输出电压V_b来实现对电源电压的泵起，生成并输出开关管启动电压V_Cbst；开关采样单元，与电荷泵单元连接，基于输入电压V_in和开关管启动电压V_Cbs获得采样电压V_sample。

Description

一种配置输出电压的时钟电荷泵电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地，涉及一种配置输出电压的时钟电荷泵电路。

背景技术

目前，开关电容采样电路被广泛的应用于各种低压低功耗的集成电路中，当电路中的电源电压很低时，由CMOS管制成的开关管的导通电阻将会非常高，这使得开关管与开关管上连接的电容之间形成了RC等效电路。该RC等效电路将很大程度上影响信号在电容上建立的时间，尤其是当开关管的栅极电压处于电源电压的二分之一位置附近时，即使占据整个半周期的时间进行充电和放电也无法将电容上的电压建立到预期值。在更低栅极电压的影响下，开关甚至根本无法实际导通。

现有技术中，为了防止这种问题的发生，经常采用电荷泵实现开关管栅极控制电压的增强。例如，可以通过将较低的电源电压输入至电荷泵中，并实现电压值的两倍放大，从而使得开关管在较大的栅极电压的作用下导通电阻减小，从而缩短了导通时间。可见，通过这种方法，能够使得开关电容采样电路即使在非常小的输入电压的作用下仍然能够实现正常的导通，且导通时间足够短。

然而，采用传统电荷泵电路实现开关电容采样电路，只能够将开关管的栅极电压调制为电源电压的固定倍数。由于电源电压的变化幅度较大，可能会在较宽的范围内进行浮动，例如，有时电源电压可能是较低的，而有时电源电压则会接近芯片或电路工艺所允许的最高电压。而很多时候，电源电压会小于电路工艺所允许的最高电压。这就使得电荷泵的泵送倍数与电源电压的实际取值之间存在矛盾。举例来说，当电荷泵为两倍电荷泵时，电源电压可能会比较接近芯片或电路工艺所允许的最高电压的一半并超过最高电压的一半。例如，当电源电压在允许的最高电压的一半以上的一个小范围内浮动时若采用了电荷泵，就会导致实际电压高于最高电压，此时开关管栅氧发生高压击穿，从而失效。此时若不采用电荷泵，则现有的电源电压就无法充分驱动开关管的开启，或是开启时延过长。

针对上述问题，亟需一种新的配置电路，能够使得电荷泵的输出倍数根据电源电压的状态或电路设计者的需求随时调整。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，通过电压配置单元中N个电容的初始充电状态，实现对于电荷泵输出倍数的调控，从而使得开关电容采样电路能够提供快速准确的采样电压的输出。

本发明采用如下的技术方案。

一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：电路包括电压配置单元、时钟发生单元、电荷泵单元、开关采样单元；其中，电压配置单元，与电荷泵单元连接，用于基于电压配置单元内部并联电容的初始电荷量控制电荷泵单元输出电压V_b的电平状态；时钟发生单元，与电荷泵单元连接，用于基于开关控制电压V_c生成电荷泵单元的双相非交叠时钟信号P_A和P_B，并将其输入至电荷泵单元中；电荷泵单元，分别与逻辑控制单元、电压配置单元和开关单元连接，用于基于时钟发生单元和电压配置单元分别输入的双相非交叠时钟信号P_A和P_B、输出电压V_b来实现对电源电压的泵起，生成并输出开关管启动电压V_Cb；开关采样单元，与电荷泵单元连接，基于输入电压V_in和开关管启动电压V_Cbs获得采样电压V_sample。

优选地，电压配置单元包括N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN；N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的一端均与电荷泵单元中MOS管Mn2的源极连接，另一端分别与时钟发生单元中的输出端P_B1、P_B2至P_BN连接。

优选地，时钟发生单元包括第一、第二反相器，第一、第二与非门，第一、第二缓冲器，第一至第N与门；其中，第一反相器的输入端与开关控制电压V_c连接，输出端与第一与非门的第一输入端、第二与非门的第二输入端连接；第一与非门的输出端经过第一缓冲器后输出时钟信号P_B，第二与非门的输出端经过第二缓冲器后输出时钟信号P_A，且所述第一缓冲器的输出端与第二缓冲器的第一输入端连接，第二缓冲器的输出端与第一缓冲器的第二输入端连接；第一缓冲器的输入端分别与第二反相器的输入端、第一至第N与门的第二输入端连接；第一至第N与门的第一输入端分别与N个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN连接，第一至第N与门的输出端分别作为时钟发生单元的输出端P_B1、P_B2至P_BN；第二反相器的输出端输出反相时钟信号

优选地，电荷泵单元包括第一至第三NMOS管Mn1、Mn2和Mn3，PMOS管Mp1，电容C_A；其中，第一NMOS管Mn1的栅极与第二NMOS管Mn2的源极连接，漏极与电源电压V_dd连接，源极与电容C_A的一端、第二NMOS管Mn2的栅极连接；电容C_A的另一端接收来自时钟发生单元中时钟信号P_A；第二NMOS管Mn2的栅极与第一NMOS管Mn1的源极连接，漏极与电源电压V_dd连接，源极与电压配置单元中N个配置电容连接；PMOS管Mp1的源极与NMOS管Mn2的源极、电压配置单元包括N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的一端分别连接，漏极与NMOS管Mn3的漏极、开关采样单元的输入端连接，栅极与NMOS管Mn3的栅极分别接收来自时钟发生单元的反相时钟信号

NMOS管Mn3的源极接地，漏极作为电荷泵单元的输出端。

优选地，开关采样单元包括开关管Mn_sample和开关电容C_sample；其中，开关管Mn_sample的栅极接收来自电荷泵单元输出的开关管启动电压V_Cbst，漏极接收输入电压V_in，栅极与开关电容C_sample连接，并输出采样电压V_sample；开关电容的另一端接地。

优选地，N个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN基于开关管启动电压V_Cbst的预设范围而设置。

优选地，N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的电容值均相等。

优选地，当N个电容的驱动信号中存在M个驱动信号的电平为电源电压V_dd，N-M个驱动信号的电平始终为0V，则电荷泵单元输出电压V_b的电平状态在始终电荷泵电路正常工作后稳定于

其中，M＝[1，2，...，N]。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，能够通过电压配置单元中N个电容的初始充电状态，实现对于电荷泵输出倍数的调控，从而使得开关电容采样电路能够提供快速准确的采样电压的输出。本发明电路结构简单，无需改变电路结构，就能够根据对多个驱动信号的灵活调整而满足对于不同电源电压条件的适配，输出精准程度高。

附图说明

图1为本发明现有技术中的一种带有电荷泵的开关电容采样电路；

图2为本发明一种配置输出电压的时钟电荷泵电路中主体电路部分的结构示意图；

图3为本发明一种配置输出电压的时钟电荷泵电路中时钟发生单元的结构示意图；

图4为本发明一种配置输出电压的时钟电荷泵电路启动过程中的时序波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

图1为本发明现有技术中的一种带有电荷泵的开关电容采样电路。如图1所示，现有技术中所采用的CMOS时钟电荷泵电路，可以通过两个交叉连接的NMOS管的轮流导通和截止实现对电源电压的成倍输出。具体来说，现有技术中的电荷泵电路包括NMOS管Mn1和Mn2，其中一者的源极与另外一者的栅极相互连接，而其漏极均接收电源电压。另外，两个NMOS管Mn1和Mn2的源极各自通过一个电容，即C_A和C_B分别连接至电荷泵的控制信号P_A和P_B上。

与现有技术中对电荷泵的控制信号类似，P_A和P_B通常可以由非交叠的时钟信号实现。而将两个非交叠的时钟信号一同输入至电荷泵的两端之后，可以控制MOS管的开启和截止了。

举例来对本发明中电荷泵的原理进行说明。如果电荷泵启动时刻，P_A的输入为电源电压、P_B的输入为0时，根据图1中的元件连接关系，可以推出电路中A点位置，经过电容C_A后，其电压被提升为电源电压，B点位置经过电容C_B后，其电压仍为0V，此时Mn2在A点电压的作用下开启，同时Mn1在B点电压的作用下截止。因此，Mn2导通，将B点的电压提升至了电源电压。

当电路经过半个控制信号的周期后，双相非交叠时钟信号P_A和P_B实现了高低电平的切换，因此P_A的输入切换为0、P_B的输入切换为电源电压。此时，由于上一时刻AB两点的电压均变化为电源电压，而随着信号P_A和P_B的输入，电容两端的电压差瞬时不变的特性，A点电压在这一时段切换为0V，而B点电压在这一时段则会在电源电压的基础上继续升高，从而电路在B点上实现了两倍电源电压。

继续对电荷泵的后续电路部分进行说明。由于Mp1和Mn3两个管子的漏极和栅极均互相连接，而Mp1的源极与电路中的B点实现连接，因此当电荷泵启动，且P_A的输入为电源电压、P_B的输入为0时，两管子的栅极电压为电源电压，此时Mp1截止，Mp3导通，B点的电压无法输出至电荷泵的后续电路中。

当电路经过半个控制信号的周期后，双相非交叠时钟信号P_A和P_B实现了高低电平的切换，此时两管子的栅极电压降低，Mp1实现了导通，并在导通过程中，将电压升高为2倍电源电压的B点的电荷通过Mp1的源漏极电流实现了输出。此时，由于Mp1管的导通电阻很小，可以认为在Mp1管的栅极处的电压与B点电压相等。

由于本发明中的2倍电荷泵电路的输出端直接与开关电容选择电路连接，因此，该开关电容选择电路的启动电压也会变为两倍的电源电压。此时，开关管随着其漏极的输入电压，而实现了采样电压的输出。由于开关能够接收到两倍的电源电压作为导通控制信号，因而此时即使电源电压较低，也能够保证开关管的电阻不大，也就是说开关管的输出端的RC等效电路不会使得开关管的开启时长过长。

然而，如背景技术部分中内容所述，电荷泵对于输入电压的放大倍数是非常固定的，而电源电压相对于满量程情况下的变化则是不固定的，因此，会造成不使用电荷泵时，电源电压过小无法开启电路；使用电荷泵时，电源电压过大导致电路发生过冲。

因此，针对上述问题，本发明中提供了一种配置输出电压的时钟电荷泵电路。

图2为本发明一种配置输出电压的时钟电荷泵电路中主体电路部分的结构示意图。如图2所示，本发明中的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其中，电路包括电压配置单元、时钟发生单元、电荷泵单元、开关采样单元；电压配置单元，与电荷泵单元连接，用于基于电压配置单元内部并联电容的初始电荷量控制电荷泵单元输出电压V_b的高电平状态；时钟发生单元，与电荷泵单元连接，用于基于开关控制电压V_c生成电荷泵单元的双相非交叠时钟信号P_A和P_B，并将其输入至电荷泵单元中；电荷泵单元，分别与逻辑控制单元、电压配置单元和开关单元连接，用于基于时钟发生单元和电压配置单元分别输入的双相非交叠时钟信号P_A和P_B、输出电压V_b来实现对电源电压的泵起，生成并输出开关管启动电压V_Cbst；开关采样单元，与电荷泵单元连接，基于输入电压V_in和开关管启动电压V_Cbst获得采样电压V_sample。

可以理解的是，本发明中的电路由多个部分组成。简单来说，本发明中的电荷泵单元，与现有技术中通常采用的电荷泵电源非常类似，都包括对称设置的电容、NMOS管，以及Mp1和Mp3。与现有技术中的内容不同的是，本发明中，在电荷泵电路的B点位置上，存在着N个配置电容，该配置电容可以分别与多个不同的驱动信号控制端实现直接或间接的连接，通过控制该电路的输入信号，能够对N个电容的充电和放电状态进行控制，从而使得B点的高低电平得到了配置。通过配置好B点的高低电平后，本发明的方法能够将B点电压转移至Mp1的漏极，从而为开关管提供合适的栅极电压。

优选地，电压配置单元包括N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN；N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的一端均与电荷泵单元中MOS管Mn2的源极连接，另一端分别与时钟发生单元中的输出端P_B1、P_B2至P_BN连接。

可以理解的是，本发明中的N个配置电容均与电路中的B点连接，而其另一端是基于时钟发生单元输出的控制信号P_B1、P_B2至P_BN实现电容电压的控制的。容易想到的是，本发明中的方法能够通过多个控制信号将多个电容的初始状态进行设置，从而通过多个电容共同来确定电路中B点位置上的电压。

优选地，N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的电容值均相等。可以理解的是，本发明中的N个配置电容的电容值可以设置为完全相同的，从而便于计算，并方便了本发明中对于实际产生电压的控制。

图3为本发明一种配置输出电压的时钟电荷泵电路中时钟发生单元的结构示意图。如图3所示，优选地，时钟发生单元包括第一、第二反相器，第一、第二与非门，第一、第二缓冲器，第一至第N与门；其中，第一反相器的输入端与开关控制电压V_c连接，输出端与第一与非门的第一输入端、第二与非门的第二输入端连接；第一与非门的输出端经过第一缓冲器后输出时钟信号P_B，第二与非门的输出端经过第二缓冲器后输出时钟信号P_A，且第一缓冲器的输出端与第二缓冲器的第一输入端连接，第二缓冲器的输出端与第一缓冲器的第二输入端连接；第一缓冲器的输入端分别与第二反相器的输入端、第一至第N与门的第二输入端连接；第一至第N与门的第一输入端分别与N个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN连接，第一至第N与门的输出端分别作为时钟发生单元的输出端P_B1、P_B2至P_BN；第二反相器的输出端输出反相时钟信号

本发明中的时钟控制信号的生成方式与现有技术中通常采用的非交叠时钟发生电路较为类似，都可以采用逻辑门的方式组成电路，然而，由于本发明中，需要对电路B点位置上接入的多个电容进行控制，因此，本发明中时钟发生单元的输出端也有多个。其中，输出P_A的信号与输入端的控制信号的高低电平是基本相同的，而输出P_B则与该控制信号相位相反。另外，经过信号P_B进行反相之后获得的反相时钟信号

是与控制信号同相的，而对于多个电容的驱动信号P_B1、P_B2至P_BN则会根据输入端的使能信号的变化而变化。

优选地，电荷泵单元包括第一至第三NMOS管Mn1、Mn2和Mn3，PMOS管Mp1，电容C_A；其中，第一NMOS管Mn1的栅极与第二NMOS管Mn2的源极连接，漏极与电源电压V_dd连接，源极与电容C_A的一端、第二NMOS管Mn2的栅极连接；电容C_A的另一端接收来自时钟发生单元中时钟信号P_A；第二NMOS管Mn2的栅极与第一NMOS管Mn1的源极连接，漏极与电源电压V_dd连接，源极与电压配置单元中N个配置电容连接；PMOS管Mp1的源极与NMOS管Mn2的源极、电压配置单元包括N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的一端分别连接，漏极与NMOS管Mn3的漏极、开关采样单元的输入端连接，栅极与NMOS管Mn3的栅极分别接收来自时钟发生单元的反相时钟信号

NMOS管Mn3的源极接地，漏极作为电荷泵单元的输出端。

本发明中，电荷泵单元的具体结构与现有技术中电荷泵单元的结构非常类似，此处不再赘述。

优选地，开关采样单元包括开关管Mn_sample和开关电容C_sample；其中，开关管Mn_sample的栅极接收来自电荷泵单元输出的开关管启动电压V_Cbst，漏极接收输入电压V_in，栅极与开关电容C_sample连接，并输出采样电压V_sample；开关电容的另一端接地。

通过本发明中电荷泵单元、电压配置单元和时钟发生单元的控制，本发明中的电路能够有效的实现对于开关采样单元中栅极电压的控制，从而使得电路有效的实现采样输出。

优选地，N个电容的驱动信号V_C1、V_C2至V_CN基于开关管启动电压V_Cbst的预设范围而设置。

本发明中，N个电容驱动信号的使能可以基于电源电压的大小来灵活的实现，也可以根据设计者的需求提前设计，并预先存储在电路中。

可以理解的是，本发明中，电容C_B下极板的驱动电压能够控制电路输出电平的具体取值。

在电荷泵单元开始工作状态后，多个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN分别和驱动信号P_B一同作用于多个电容，多个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN可以将部分驱动信号P_B1、P_B2至P_BM维持在高电平，而其他部分驱动信号则被拦截。随着多个电容的驱动信号的持续充电，无论使能信号是什么状态，C_A和N个C_B都会被充满电荷，电路中B点上多个电容的总电荷量为NCV_dd。

由于每一个电容中存储的电荷不能突变，电容下极板的控制信号P_A和P_B的存在和跳变将使得电路中A和B点的电压不断随之变化，其中B点的电压随着电容的作用，将会在M个P_B为高电平时，依据下极板电压的变化，进行一定比例的升高，并通过这种方式实现了对输出电压的配置。

优选地，当N个电容的下极板驱动信号中存在M个驱动信号的电平从0V变化为电源电压V_dd，N-M个驱动信号的电平始终为0V，则开关管启动电压V_B的电平状态在电荷泵正常工作后稳定于

其中，M＝[1，2，...，N]。

对于上述公式的计算，可以通过对于本发明中电路的启动到实现稳定状态的过程进行说明。图4为本发明一种配置输出电压的时钟电荷泵电路启动过程中的时序波形示意图。对于上述过程的说明可以进一步的参照图4中各个位置上的电压变化进行阐述。第一个时段，当开关控制电压V_c处于高电平状态时，电路中的双相非交叠时钟信号P_A和P_B的初始电压分别为0V和V_dd，由于电荷泵电路尚未启动，电路中A点和B点上的电压也为0。同时，基于电源电压的大小或电路使用者的提前设计，控制N个电容的驱动信号中的M个设置使能状态，即可以被时钟驱动，且C_B1，C_B1...C_M＝V_dd；N-M个驱动信号的使能设置为0V，即C_M+1，C_M+2...C_N＝0V。

例如，本发明一实施例中，可以设置P_B1、P_B2至P_BM上具备驱动信号，而设置P_BM+1、P_BM+2至P_BN上的电压为0。换言之，就是依据时钟发生单元的设置，通过N个与门，将C_B1、C_B2至C_BM基于时钟信号P_B1、P_B2至P_BM进行驱动，而将C_BM+1、C_BM+2至C_BN的时钟信号P_BM+1、P_BM+至P_BN进行相应的屏蔽。在第一个时段中，随着多个驱动信号的控制，电路中B点的电压升高至V_dd。这使得MOS管Mn1导通，且使得A点的电压也升高至V_dd。

第二个时段，当电路进入工作状态的瞬间，电路首次进行高低电平的切换，开关控制电压V_c从电源电压V_dd首次切换至0V，此时，随着时钟发生电路的作用，双相非交叠时钟信号P_A和P_B也分别执行了跳变。其中，信号P_B从电源电压V_dd首次切换至0V，信号P_A从0V首次切换至电源电压V_dd。在这一切换过程的作用下，电路中AB两点的电压也会随之发生变化，由于电容两端电位差基本恒定，因此，A点电压被瞬间升高至2倍的电源电压2V_dd。B点的电压则被瞬间降低至0V。

在这一情况下，根据AB两点电压，MOS管Mn1关断，MOS管Mn2通，由于Mn1处于关断状态，A点的电压在这一个时段内时钟能够保持在电源电压V_dd不变。而由于Mn2处于导通状态，B点的电压会随着Mn2漏极的电源电压逐渐升高，最后升高至电源电压V_dd。

在第二时段稳定后，对于电路中此时A点和B点的各个电容器中电荷量分别进行加总，可以得到各个电容器中的电荷量数据。具体来说，A点电容所带的电荷量为A点两侧电压差与A点电容的乘积，则有

另一方面，电路的B点下接入了N个电容C_B1、C_B2至C_BN，因此B点下接入的电容所带的电荷量为N个电容的总电荷量。B点下电容所带的电荷量为电容两端电压差与电容容值的乘积，则有

需要说明的是，当电路工作在第二个时段的过程中，反相时钟信号

切换为V_dd，，因此MOS管Mp1不能导通，B点电压不会被输送至开关管的栅极。另外，由于B点上连接的N个电容中，只有M个电容的两端具备电压差，而另外的N-M个电容的两端并不具备电压差，因此，电路最初只是对M个电容进行充电。随着时间的推移，N-M个电容会被M个电容执行充电，即M个电容则将电荷放电至N-M个电容，从而使得N个电容均处于充满电的状态。因此，可知B点的总电荷量为V_dd·N·C_B。

第三个时段，当电荷泵单元从相位A，也就是Mn2导通的状态结束后，跳转至相位B，也就是双相非交叠时钟信号P_A和P_B发生了翻转。这是由于电路中的开关控制电压V_c再次发生了翻转，从0V再次跳转回电源电压V_dd，从而使得此时的信号P_A处于0V，信号P_B处于电源电压V_dd。根据信号P_A和P_B的变化，电容另一边的A点和B点的电压也将随之变化，A点电压从电源电压V_dd被瞬间拉低至0V，而B点电压从电源电压V_dd瞬间升高至高于电源电压的状态。B点电压的具体取值将在下文中进行说明。

然而，根据AB两点的电压状态，MOS管Mn1和Mn2的导通截止状态发生了切换，MOS管Mn1被导通，而MOS管Mn2转换为截止状态，此时由于MOS管Mn2的截止，B点的电压保持不变，A点的电压随着MOS管Mn1的导通被快速的再次提高为电源电压V_dd。因此，A点和B点两点的电荷量可以采用如下公式确认。其中，由于A点不再是悬空状态，而是有电荷充电通路存在，即Mn1被导通，因此A点的电荷量发生了变化即

由于Mn2被截止，B点处于悬空状态，B点的电荷量没有充放电通路，因此在状态切换前后保持不变。具体来说，B点的电压相比上个阶段的电源电压V_dd升高了，而其升高的原因是B点所接的N个电容的另一端的驱动信号，也就是P_B1、P_B2至P_BN的变化造成的。具体来说，在第三个时段中，控制信号P_B1、P_B2至P_BM将电荷泵M个C_B的下极板电压抬升了，从而导致B点电压升高的电压可以被计算出来。

假设此时，电路中的电压变化为V_B(t₃)，

由于B点是悬空状态，电荷保持不变，因此有

代入

和

的表达式，可以解出抬升后的V_B(t₃)

在第三个时段中，由于反相时钟信号

的降低，导致MOS管Mp1的导通，从而使得MOS管Mp1漏极连接的开关管的栅极电压V_Cbst与本时段内的B点电压相等均为

当MOS管Mn2在第三个时段中不发生导通时，B点始终处于悬空状态，此时B点的电压不会发生改变，始终保持在

上。第四个时段，当电路中的AB两点相位再次发生翻转时，P_A点电位为电源电压，P_B点为0V。在不考虑寄生电容、电荷泄露等的理想条件下，则有A点电压V_A被瞬间提高为2倍的电源电压，B点电压V_B被瞬间拉低。此时Mn1管截止，Mn2管导通。并且，随着管子的导通和截止，AB两点的电压也发生了变化，B点电压最终稳定在电源电压。此时A点的电荷量为

B点的电荷量为

此时，反相时钟信号

再次升高为V_dd，此时Mp1管不被导通，开关管的栅极电压被Mn3拉低到0V，因此开关管不会由于栅极电压的持续积累而被击穿或出现其他不安全的因素。

在完成了上述四个时段后，本发明中电路进入了稳定的工作状态，并在第三和第四个时段之间进行循环切换，从而确保了开关管的稳定导通。另外，A点的电压将在高低电平分别为2倍的电源电压和1倍的电源电压之间进行切换，B点的电压将在高低电平分别为

倍的电源电压和1倍的电源电压之间进行切换，从而使得开关管栅极接收到的开关管启动电压V_Cbst的高低电平分别在

倍的电源电压和0V之间进行不断的切换。

可见，通过本发明中的方法，可以任意的确定开关管启动电压V_Cbst的高电平相对于电源电压的倍数，并使得开关管启动电压V_Cbst能够适应电源电压的大小，在提供电荷泵作用的基础上，又不会使得电压过大，保证了整体电路的安全。

对于

这一倍数进行分析可知，通过改变M的取值，可以改变开关管启动电压V_Cbst的大小。具体来说，在电源电压处于固定状态为前提，当M＝0时，则有输出的开关管启动电压V_Cbst的高电平状态与电源电压V_dd大小相等。当M＝N/2时，开关管启动电压V_Cbst的高电平状态等于电源电压V_dd的1.5倍。当M＝N时，开关管启动电压高电平状态等于电源电压V_dd的2倍。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，能够通过电压配置单元中N个电容的初始充电状态，实现对于电荷泵输出倍数的调控，从而使得开关电容采样电路能够提供快速准确的采样电压的输出。本发明电路结构简单，无需改变电路结构，就能够根据对多个驱动信号的灵活调整而满足对于不同电源电压条件的适配，输出精准程度高。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述电路包括电压配置单元、时钟发生单元、电荷泵单元、开关采样单元；其中，

所述电压配置单元，与所述电荷泵单元连接，用于基于所述电压配置单元内部并联电容的初始电荷量控制所述电荷泵单元输出电压V_b的电平状态；

所述时钟发生单元，与所述电荷泵单元连接，用于基于开关控制电压V_c生成所述电荷泵单元的双相非交叠时钟信号P_A和P_B，并将其输入至所述电荷泵单元中；

所述电荷泵单元，分别与所述逻辑控制单元、电压配置单元和开关单元连接，用于基于所述时钟发生单元和所述电压配置单元分别输入的双相非交叠时钟信号P_A和P_B、输出电压V_b来实现对电源电压的泵起，生成并输出开关管启动电压V_Cbst；

所述开关采样单元，与所述电荷泵单元连接，基于输入电压V_in和开关管启动电压V_Cbst获得采样电压V_sample。

2.根据权利要求1中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述电压配置单元包括N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN；

N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的一端均与电荷泵单元中MOS管Mn2的源极连接，另一端分别与时钟发生单元中的输出端P_B1、P_B2至P_BN连接。

3.根据权利要求2中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述时钟发生单元包括第一、第二反相器，第一、第二与非门，第一、第二缓冲器，第一至第N与门；其中，

所述第一反相器的输入端与所述开关控制电压V_c连接，输出端与所述第一与非门的第一输入端、第二与非门的第二输入端连接；

所述第一与非门的输出端经过第一缓冲器后输出时钟信号P_B，第二与非门的输出端经过第二缓冲器后输出时钟信号P_A，且所述第一缓冲器的输出端与所述第二缓冲器的第一输入端连接，第二缓冲器的输出端与所述第一缓冲器的第二输入端连接；

所述第一缓冲器的输入端分别与第二反相器的输入端、第一至第N与门的第二输入端连接；

所述第一至第N与门的第一输入端分别与N个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN连接，所述第一至第N与门的输出端分别作为所述时钟发生单元的输出端P_B1、P_B2至P_BN；

所述第二反相器的输出端输出反相时钟信号

4.根据权利要求3中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述电荷泵单元包括第一至第三NMOS管Mn1、Mn2和Mn3，PMOS管Mp1，电容C_A；其中，

所述第一NMOS管Mn1的栅极与所述第二NMOS管Mn2的源极连接，漏极与电源电压V_dd连接，源极与所述电容C_A的一端、所述第二NMOS管Mn2的栅极连接；

所述电容C_A的另一端接收来自所述时钟发生单元中时钟信号P_A；

所述第二NMOS管Mn2的栅极与所述第一NMOS管Mn1的源极连接，漏极与电源电压V_dd连接，源极与所述电压配置单元中N个配置电容连接；

所述PMOS管Mp1的源极与所述NMOS管Mn2的源极、电压配置单元包括N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的一端分别连接，漏极与所述NMOS管Mn3的漏极、开关采样单元的输入端连接，栅极与所述NMOS管Mn3的栅极分别接收来自时钟发生单元的反相时钟信号

所述NMOS管Mn3的源极接地，漏极作为所述电荷泵单元的输出端。

5.根据权利要求4中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述开关采样单元包括开关管Mn_sample和开关电容C_sample；其中，

所述开关管Mn_sample的栅极接收来自所述电荷泵单元输出的开关管启动电压V_Cbs，漏极接收输入电压V_in，栅极与所述开关电容C_sample连接，并输出采样电压V_sample；

所述开关电容的另一端接地。

6.根据权利要求5中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述N个电容的使能信号V_C1、V_C2至V_CN基于所述开关管启动电压V_Cbst的预设范围而设置。

7.根据权利要求6中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

所述N个配置电容C_B1、C_B2至C_BN的电容值均相等。

8.根据权利要求7中所述的一种配置输出电压的时钟电荷泵电路，其特征在于：

当所述N个电容的驱动信号中存在M个驱动信号的电平为电源电压V_dd，N-M个驱动信号的电平始终为0V，则所述电荷泵单元输出电压V_b的电平状态在所述时钟电荷泵电路正常工作后稳定于

其中，M＝[1，2，...，N]。

Images