[发明专利]电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体的，本发明涉及一种电荷泵电路。

背景技术

图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体器件，包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。其中，由于CMOS图像传感器采用了与后续信号处理电路相同的CMOS制作工艺，其制作成本较低，因此，CMOS图像传感器广泛应用于各种光电转换装置，如数码相机、数码摄像机等。

CMOS图像传感器在进行光电转换时，首先通过其中的光电二极管进行曝光，所述光电二极管随光线强度以及曝光时间的不同，产生不同的电压，并将所述电压通过与光电二极管直接相连的MOS晶体管传输到后续的读出电路；随后，所述读出电路将光电二极管产生的电压进一步转换成数字信号输出，从而完成了光学图像向电信号的转换。

在电压传输过程中，所述与光电二极管直接相连的晶体管需要完全开启，并保证电压传输过程中没有电荷损失，因此，需要使用高于芯片外部电源电压的稳定电压，作为所述与光电二极管直接相连的晶体管的栅极电压。通常的，所述栅极电压采用电荷泵电路产生。

申请号为2008101836000的中国专利申请文件公布了一种用于CMOS图像传感器的电荷泵电路，如图1所示，所述电荷泵电路包括：由NMOS晶体管M1、M2与电容C1、C2构成的升压单元101，由PMOS晶体管M3和M4构成的电压选择单元103，以及外接于电压选择单元103输出端的输出电容C3。其中，NMOS晶体管M1和电容C1构成第一升压子单元105，NMOS晶体管M2与电容C2构成第二升压子单元107。

所述升压单元101中：NMOS晶体管M1和M2的漏极共同相连于电源电压。NMOS晶体管M1和M2在源极交叉耦合，即NMOS晶体管M1的栅极与NMOS晶体管M2的源极相连，而NMOS晶体管M2的栅极与NMOS晶体管M1的源极相连。电容C1和C2的一端分别连接于NMOS晶体管M1和M2的源极，另一端分别连接于一对相位相反的非重叠时钟PH0与PH1上。因此，所述升压单元101具有对称推挽结构。

所述电压选择单元103中：PMOS晶体管M3和M4在源极交叉耦合，即PMOS晶体管M3的栅极与PMOS晶体管M4的源极相连；PMOS晶体管M4的栅极与PMOS晶体管M3的源极相连。而PMOS晶体管M3和M4的源极相连后与输出电容C3的一端相连，而所述输出电容C3的另一端即作为所述电荷泵电路的输出端。

在电荷泵电路工作过程中，升压单元101会不停的在用于存储电荷的电容C1和C2之间进行切换，所述电容切换过程会产生较大的电压纹波，所述电压纹波有时可能高达200至300毫伏，会在图像中产生类似水波纹的干扰。所述电荷泵电路的输出端设置的输出电容C3即是为了减小电容切换过程中产生的电压纹波，避免较大的电压纹波影响图像转换质量。

然而，为了减小电压纹波，图1的电荷泵电路的输出电容C3必须具备较大的电容值，而较大电容值的电容很难实现与CMOS电路的单片集成，只能采用接在芯片外部的分立电容。所述分立电容的采用增加了电荷泵电路的使用成本。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种电荷泵电路，所述电荷泵电路大大降低了电荷泵电路输出电压的电压纹波，还避免了分立电容的使用，减少了电荷泵电路的使用成本。

为解决上述问题，本发明提供了一种电荷泵电路，包括升压单元、电压选择单元、基准电压单元以及线性整流单元，其中：

升压单元，基于时钟信号对电源电压进行提升，输出升压电压；

电压选择单元，基于升压单元提供的升压电压输出第一输出电压；

基准电压单元，向线性整流单元提供基准电压；

线性整流单元，以电压选择单元提供的第一输出电压作为工作电源电压，对基准电压单元提供的基准电压进行负反馈放大，形成第二输出电压。

可选的，所述线性整流单元包括运放单元以及反馈单元，其中：

运放单元分别接收基准电压与反馈单元提供的反馈电压，以第一输出电压为工作电源电压，在第一输出电压的幅值范围内，对基准电压与反馈电压的差动电压进行放大，输出第二输出电压；

反馈单元将运放单元输出的第二输出电压进行分压以形成反馈电压，并将所述反馈电压反馈给运放单元。