CN218829617U - 电压泵及集成电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电压泵，包括实现电压泵功能的多个开关、时钟信号和储能电容，所述储能电容包括第一储能电容和第二储能电容，所述时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，所述第一时钟信号的电平为0和V+，所述第二时钟信号的电平为0和V‑，所述第一时钟信号用于控制与所述第一储能电容和第二储能电容的一端连接的开关，所述第二时钟信号用于控制与所述第一储能电容和第二储能电容的另一端连接的开关；其中，所述V+和V‑分别是所述电压泵输出的电压正端和电压负端上的电压值。本实用新型还涉及一种集成电路。实施本实用新型的电压泵及集成电路，具有以下有益效果：整个电压泵的面积较小，所以其成本较低。

Description

电压泵及集成电路

技术领域

本实用新型涉及电路结构，更具体地说，涉及一种电压泵及集成电路。

背景技术

电压泵是一种常用的电路单元，用于将较低的输入电压转换为一个较高的、稳定的输出电压提供给负载。通常其输入电压用VCC表示，其输出电压端上的电压分别为V+和V-(V+大于0V，V-小于0V)，于是其输出电压的绝对值为V+加上V-，这个值通常较输入电压VCC高很多。因为要输出一个比输入电源高很多的电压，电压泵中的由MOS管构成的开关一般会采用能耐高压的MOS管，使用高压驱动脉冲(即驱动脉冲的电平值分别是V-和V+)。这样的驱动脉冲的幅值电路容易实现。但是，众所周知，MOS管的耐压越高，其所占的面积越大，这将导致单位面积上能够实现的器件数量减少，从而导致成本较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述使用耐压较高的MOS管构成开关从而导致电压泵成本较高的缺陷，提供一种能够使用耐压较低的MOS管构成开关从而导致电压泵成本较低的电压泵及集成电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电压泵，包括实现电压泵功能的多个开关、时钟信号和储能电容，所述储能电容包括第一储能电容和第二储能电容，所述时钟信号控制所述多个开关按照设定的规律接通或断开，将电源中的电荷通过所述第一储能电容或直接转移到第二储能电容的不同极上，并将所述第二储能电容的不同极在不同的阶段分别与不同的输出端连接，实现电压泵出的功能；所述时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，所述第一时钟信号的电平为0和V+，所述第二时钟信号的电平为0和V-，所述第一时钟信号用于控制与所述第一储能电容和第二储能电容的一端连接的开关，所述第二时钟信号用于控制与所述第一储能电容和第二储能电容的另一端连接的开关；其中，所述V+和V-分别是所述电压泵输出的电压正端和电压负端上的电压值。

更进一步地，所述第一储能电容和第二储能电容的一端包括所述第一储能电容和所述第二储能电容的正端；所述第一储能电容和第二储能电容的另一端包括所述第一储能电容和所述第二储能电容的负端。

更进一步地，所述第一储能电容的正端在对应的开关的作用下分别与所述电压泵的输入电压端或地端连接；所述第二储能电容的正端在对应的开关作用下分别与所述电压泵的输入电压端或所述电压泵输出的电压正端连接；所述第二储能电容的负端在对应的开关作用下分别与所述电压泵输出的电压负端或地端连接。

更进一步地，所述电压泵包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；所述第一开关为单刀双掷开关，其与所述第一储能电容一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第一储能电容的一端分别与电压泵输入电压端或地连接；所述第二开关为单刀双掷开关，其与所述第一储能电容的另一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第一储能电容的另一端与地端连接或断开；所述第三开关为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第二储能电容的一端分别与电压泵输入电压端或地连接；所述第三开关为单刀单掷开关，并在其控制信号的作用下使得所述第一储能电容的另一端和所述第二储能电容的另一端连接或断开；所述第五开关为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容的一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第二储能电容的一端分别与电压泵的输出电压正端连接或断开；所述第六开关为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容的另一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第二储能电容的另一端分别与电压泵的输出电压负端或地端连接。

更进一步地，所述第一开关和第五开关的控制信号是所述第一时钟信号，所述第三开关的控制信号是经过一个非门后的第一时钟信号；所述第二开关和第六开关的控制信号是第二时钟信号，所述第四开关的控制信号是经过一个非门后的第二时钟信号。

更进一步地，所述开关由一个或多个MOS管构成。

更进一步地，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号分别由电平为0和VCC的初始时钟信号经过第一电平转移模块和第二电平转移模块而得到，所述VCC是所述电压泵的输入电压。

更进一步地，所述第一电平转移模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第一反相器；所述初始时钟信号连接在所述第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极接地，其漏极与所述第二MOS管的漏极相连，所述第二MOS管的源极与V+电源连接，所述第二MOS管的栅极与所述第三MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的漏极还与所述第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的源极与V+电源连接，所述第三MOS管的漏极还与所述第四MOS管的漏极连接，所述第四MOS管的源极接地；所述初始时钟信号还通过所述第一反相器连接在所述第四MOS管的栅极；由所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极的连接点上得到所述第一时钟信号。

更进一步地，所述第二电平转移模块包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管和第二反向器；所述初始时钟信号通过第二反相器后连接到所述第八MOS管的栅极；所述初始时钟信号还连接到所述第五MOS管的栅极，所述第五MOS管的源极与VCC电源连接，其漏极与所述第六MOS管的漏极连接，所述第六MOS管的源极接V-电源，其栅极与所述第七MOS管的漏极连接；所述第六MOS管的漏极还与所述第七MOS管的栅极连接，所述第七MOS管的源极与V-电源连接；所述第七MOS管的漏极还与所述第八MOS管的漏极连接，所述第八MOS管的源极接VCC电源；所述第九和第十MOS管的栅极并接在所述第七MOS管的漏极上，所述第九MOS管的源极接V-电源，所述第十MOS管的源极接地，所述第九MOS管的漏极和所述第十MOS管的漏极连接，并由该节点输出所述第二时钟信号。

本实用新型还涉及一种集成电路，包括电压泵，所述电压泵是上述任意一项所述的电压泵。

实施本实用新型的电压泵及集成电路，具有以下有益效果：由于将现有技术中的具有较大电压差(V+到V-)的时钟信号(即用于驱动开关的开关驱动信号)替换为具有较小压差的第一时钟信号(0V到V+)和第二时钟信号(V-到0V)，这两个时钟信号分别驱动所述电压泵中处于储能电容不同端的开关而实现电压泵功能，这样，该电压泵上的组成其各开关的MOS管的耐压要求就大大降低，能够使用低耐压MOS管，从而导致每个MOS管在衬底上所占面积较小，使得整个电压泵的面积较小，所以其成本较低。

附图说明

图1是现有技术中电压泵的电路结构示意图；

图2是本实用新型电压泵及集成电路实施例中电压泵的电路结构示意图；

图3是所述实施例中第一电平转移模块的电路结构示意图；

图4是所述实施例中第二电平转移模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

如图1所示，在现有技术的电压泵电路结构示意图中，电源VCC通过该电压泵电路中的开关，分别为其中的储能电容(第一储能电容C1和第二储能电容C2)充电，并使得第一储能电容C1中的电荷能够转移到第二储能电容C2中，并通过这些开关的动作，在输出端上实现V+和V-的电压，从而实现电压泵的功能。在图1中，虚线表示对相应的开关实现控制的控制信号。可以清楚地看到，现有技术中的的电压泵中仅有一个驱动信号或时钟信号clk，该信号(包括该信号的反相信号)对所有的开关进行控制或驱动，由于这些开关的开关端上的电压不仅涉及正电压V+，还涉及负电压V-，所以，上述时钟信号clk的电平需要在V+和V-之间摆动，这就要求所有构成开关的MOS管的耐压要大于V-到V+之间的绝对值，所以，现有技术中这些MOS管占用的衬底面积较大，电压泵的成本较高。

为此，在本实施例中，采用具有不同的信号摆幅(或信号电平)的两个时钟信号，分别作为电压泵中不同位置上的开关的驱动信号，从而使得对应的构成开关的MOS管的耐压要求降低，从而达到降低成本的目的。图2示出了本实施例中的电压泵的电路结构示意图。可以看到的是，图2和图1中的电压泵的主体结构并没有发生变化(例如，开关和储能电容之间的连接关系)，但是，图2中具有两个时钟信号(或驱动信号)，并分别控制或驱动不同位置上的开关。

具体来讲，在图2中，该电压泵包括实现电压泵功能的多个开关、时钟信号和储能电容，所述储能电容包括第一储能电容C1和第二储能电容C2，所述时钟信号控制所述多个开关按照设定的规律接通或断开，将电源中的电荷通过所述第一储能电容C1或直接转移到第二储能电容C2的不同极上(例如，正极或负极)，并将所述第二储能电容C2的不同极在不同的阶段分别与不同的输出端连接，实现电压泵出的功能；图2中，所述时钟信号包括第一时钟信号clku和第二时钟信号clkd，所述第一时钟信号clku的电平为0和V+，所述第二时钟信号clkd的电平为0和V-，所述第一时钟信号clku用于控制与所述第一储能电容C1和第二储能电容C2的一端连接的开关，所述第二时钟信号clkd用于控制与所述第一储能电容C1和第二储能电容C2的另一端连接的开关；所述第一储能电容C1和第二储能电容C2的一端包括所述第一储能电容C1和所述第二储能电容C2的正端(图2中更靠近电源VCC的一端)；所述第一储能电容C1和第二储能电容C2的另一端包括所述第一储能电容C1和所述第二储能电容C2的负端(图2中更原理电源VCC的一端)；其中，所述V+和V-分别是所述电压泵输出的电压正端和电压负端上的电压值。

在本实施例中，所述第一储能电容C1的正端在对应的开关的作用下分别与所述电压泵的输入电压端(VCC端)或地端连接；所述第二储能电容C2的正端在对应的开关作用下分别与所述电压泵的输入电压端(VCC端)或所述电压泵输出的电压正端(V+端)连接；所述第二储能电容C2的负端在对应的开关作用下分别与所述电压泵输出的电压负端(V-端)或地端连接。

在图2中，所述电压泵包括第一开关S1、第二开关S2、第三开关S3、第四开关S4、第五开关S5和第六开关S6；所述第一开关S1为单刀双掷开关，其与所述第一储能电容C1的一端连接，并在其控制信号(在图2中是第一时钟信号clku)的作用下使得所述第一储能电容C1的一端(正端)分别与电压泵输入电压端或地连接；所述第二开关S2为单刀双掷开关，其与所述第一储能电容C1的另一端(负端)连接，并在其控制信号(在图2中是第二时钟信号clkd)的作用下使得所述第一储能电容C1的另一端与地端连接或断开；所述第三开关S3为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容C2的一端(正端)连接，并在其控制信号(在图2中是第一时钟信号clku经过反相的信号)的作用下使得所述第二储能电容C2的一端分别与电压泵输入电压端或地连接；所述第三开关S3为单刀单掷开关，并在其控制信号(在图2中是第二时钟信号clkd经过反相的信号)的作用下使得所述第一储能电容C1的另一端(负端)和所述第二储能电容C2的另一端(负端)连接或断开；所述第五开关S5为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容C2的一端(正端)连接，并在其控制信号(在图2中是第一时钟信号clku)的作用下使得所述第二储能电容C2的一端分别与电压泵的输出电压正端(V+端)连接或断开；所述第六开关S6为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容C2的另一端连接，并在其控制信号(在图2中是第二时钟信号clkd)的作用下使得所述第二储能电容C2的另一端分别与电压泵的输出电压负端或地端连接。

可见，所述第一开关S1和第五开关S5的控制信号是所述第一时钟信号clku，所述第三开关S3的控制信号是经过一个非门后的第一时钟信号clku；所述第二开关2和第六开关S6的控制信号是第二时钟信号clkd，所述第四开关S4的控制信号是经过一个非门后的第二时钟信号clkd。在本实施例，上述开关由一个或多个MOS管构成。

在本实施例中，上述电压泵工作时通过控制对应的开关的动作，使得第一储能电容C1和第二储能电容C2顺序进入不同的状态，从而实现电压泵的功能。这些状态如下：

阶段一：使得第一储能电容C1和第二储能电容C2充电到VCC，然后将第一储能电容C1的正端接到地，第四开关S4闭合，使得电荷从第一储能电容C1转移到第二储能电容C2；

阶段二、使得第二储能电容C2正端接地，第四开关S4断开，第六开关S6闭合接到V-端；同时，使第一储能电容C1正端接VCC，负端接地，给第一储能电容C1充电；

阶段三、如阶段一，使得电荷从第一储能电容C1转移到第二储能电容C2，同时，第三开关S3使得第二储能电容C2正端接VCC，给第二储能电容C2充电；

阶段四、使得第六开关S6闭合，第二储能电容C2的负端接地，同时第五开关S5闭合，使得第二储能电容C2的正端接V+；同时，使得第一储能电容C1的正端接VCC，负端接地，给第一储能电容C1充电。

上述阶段，重复地顺序执行，实现电压泵的功能。

在本实施例，所述第一时钟信号clku和所述第二时钟信号clkd分别由电平为0和VCC的初始时钟信号经过第一电平转移模块和第二电平转移模块而得到，所述VCC是所述电压泵的输入电压。

图3示出了所述第一电平转移模块的具体结构，如图3所示，所述第一电平转移模块包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第一反相器G1；所述初始时钟信号(图3中的IN端)连接在所述第一MOS管Q1的栅极，所述第一MOS管Q1的源极接地，其漏极与所述第二MOS管Q2的漏极相连，所述第二MOS管Q2的源极与V+电源连接，所述第二MOS管Q2的栅极与所述第三MOS管Q3的漏极连接，所述第二MOS管Q2的漏极还与所述第三MOS管Q3的栅极连接，所述第三MOS管Q3的源极与V+电源连接，所述第三MOS管Q3的漏极还与所述第四MOS管Q4的漏极连接，所述第四MOS管Q4的源极接地；所述初始时钟信号还通过所述第一反相器G1后连接在所述第四MOS管Q4的栅极；由所述第三MOS管Q3的漏极和第四MOS管Q4的漏极的连接点上得到所述第一时钟信号clku。在本实施例中，上述第一MOS管Q1和第四MOS管Q4是N型MOS管，而第二MOS管和第三MOS管是P型MOS管。

图4示出了所述第二电平转移模块的具体结构，如图4所示，所述第二电平转移模块包括第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7、第八MOS管Q8、第九MOS管Q9、第十MOS管Q10和第二反向器G2；所述初始时钟信号通过第二反相器G2后连接到所述第八MOS管Q8的栅极；所述初始时钟信号还连接到所述第五MOS管Q5的栅极，所述第五MOS管Q5的源极与VCC电源连接，其漏极与所述第六MOS管Q6的漏极连接，所述第六MOS管Q6的源极接V-电源(电压值为负的电源，该电压值即电压泵输出的负电压值)，其栅极与所述第七MOS管Q7的漏极连接；所述第六MOS管Q6的漏极还与所述第七MOS管Q7的栅极连接，所述第七MOS管Q7的源极与V-电源连接；所述第七MOS管Q7的漏极还与所述第八MOS管Q8的漏极连接，所述第八MOS管Q8的源极接VCC电源；所述第九MOS管Q9和第十MOS管Q10的栅极并接在所述第七MOS管Q7的漏极上，所述第九MOS管Q9的源极接V-电源，所述第十MOS管Q10的源极接地，所述第九MOS管Q9的漏极和所述第十MOS管Q10的漏极连接，并由该节点输出所述第二时钟信号clkd。

本实用新型还涉及一种集成电路，包括电压泵，所述电压泵是上述任意一项所述的电压泵。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电压泵，包括实现电压泵功能的多个开关、时钟信号和储能电容，所述储能电容包括第一储能电容和第二储能电容，所述时钟信号控制所述多个开关按照设定的规律接通或断开，将电源中的电荷通过所述第一储能电容或直接转移到第二储能电容的不同极上，并将所述第二储能电容的不同极在不同的阶段分别与不同的输出端连接，实现电压泵出的功能；其特征在于，所述时钟信号包括第一时钟信号和第二时钟信号，所述第一时钟信号的电平为0和V+，所述第二时钟信号的电平为0和V-，所述第一时钟信号用于控制与所述第一储能电容和第二储能电容的一端连接的开关，所述第二时钟信号用于控制与所述第一储能电容和第二储能电容的另一端连接的开关；其中，所述V+和V-分别是所述电压泵输出的电压正端和电压负端上的电压值。

2.根据权利要求1所述的电压泵，其特征在于，所述第一储能电容和第二储能电容的一端包括所述第一储能电容和所述第二储能电容的正端；所述第一储能电容和第二储能电容的另一端包括所述第一储能电容和所述第二储能电容的负端。

3.根据权利要求2所述的电压泵，其特征在于，所述第一储能电容的正端在对应的开关的作用下分别与所述电压泵的输入电压端或地端连接；所述第二储能电容的正端在对应的开关作用下分别与所述电压泵的输入电压端或所述电压泵输出的电压正端连接；所述第二储能电容的负端在对应的开关作用下分别与所述电压泵输出的电压负端或地端连接。

4.根据权利要求3所述的电压泵，其特征在于，所述电压泵包括第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关；所述第一开关为单刀双掷开关，其与所述第一储能电容一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第一储能电容的一端分别与电压泵输入电压端或地连接；所述第二开关为单刀双掷开关，其与所述第一储能电容的另一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第一储能电容的另一端与地端连接或断开；所述第三开关为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第二储能电容的一端分别与电压泵输入电压端或地连接；所述第三开关为单刀单掷开关，并在其控制信号的作用下使得所述第一储能电容的另一端和所述第二储能电容的另一端连接或断开；所述第五开关为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容的一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第二储能电容的一端分别与电压泵的输出电压正端连接或断开；所述第六开关为单刀双掷开关，其与所述第二储能电容的另一端连接，并在其控制信号的作用下使得所述第二储能电容的另一端分别与电压泵的输出电压负端或地端连接。

5.根据权利要求4所述的电压泵，其特征在于，所述第一开关和第五开关的控制信号是所述第一时钟信号，所述第三开关的控制信号是经过一个非门后的第一时钟信号；所述第二开关和第六开关的控制信号是第二时钟信号，所述第四开关的控制信号是经过一个非门后的第二时钟信号。

6.根据权利要求1所述的电压泵，其特征在于，所述开关由一个或多个MOS管构成。

7.根据权利要求1所述的电压泵，其特征在于，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号分别由电平为0和VCC的初始时钟信号经过第一电平转移模块和第二电平转移模块而得到，所述VCC是所述电压泵的输入电压。

8.根据权利要求7所述的电压泵，其特征在于，所述第一电平转移模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第一反相器；所述初始时钟信号连接在所述第一MOS管的栅极，所述第一MOS管的源极接地，其漏极与所述第二MOS管的漏极相连，所述第二MOS管的源极与V+电源连接，所述第二MOS管的栅极与所述第三MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的漏极还与所述第三MOS管的栅极连接，所述第三MOS管的源极与V+电源连接，所述第三MOS管的漏极还与所述第四MOS管的漏极连接，所述第四MOS管的源极接地；所述初始时钟信号还通过所述第一反相器连接在所述第四MOS管的栅极；由所述第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极的连接点上得到所述第一时钟信号。

9.根据权利要求8所述的电压泵，其特征在于，所述第二电平转移模块包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第九MOS管、第十MOS管和第二反相器；所述初始时钟信号通过第二反相器后连接到所述第八MOS管的栅极；所述初始时钟信号还连接到所述第五MOS管的栅极，所述第五MOS管的源极与VCC电源连接，其漏极与所述第六MOS管的漏极连接，所述第六MOS管的源极接V-电源，其栅极与所述第七MOS管的漏极连接；所述第六MOS管的漏极还与所述第七MOS管的栅极连接，所述第七MOS管的源极与V-电源连接；所述第七MOS管的漏极还与所述第八MOS管的漏极连接，所述第八MOS管的源极接VCC电源；所述第九和第十MOS管的栅极并接在所述第七MOS管的漏极上，所述第九MOS管的源极接V-电源，所述第十MOS管的源极接地，所述第九MOS管的漏极和所述第十MOS管的漏极连接，并由该节点输出所述第二时钟信号。

10.一种集成电路，包括电压泵，其特征在于，所述电压泵是如权利要求1-9任意一项所述的电压泵。

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