[发明专利]一种低电压高效电荷泵

说明书

本发明公开一种低电压高效电荷泵，该电荷泵由栅交叉耦合输入单元和两级动态栅级控制电荷传输开关组成。栅交叉耦合输入单元输入两路互补的时钟信号CLK和NCLK，互补结构有效地控制电路中的电荷传输开关，可以等效成两个并联在一起的、工作状态相反的电荷泵，这两个相对独立的电荷泵交替工作，互相为对方的电荷传输开关提供合适的栅压，并且电路工作在全周期状态。动态栅级控制电荷传输开关：代替普通的MOS开关作为电荷泵转移级，将电荷由前一个泵节点传导至下一个泵节点并借助电容存储。本发明能够显著降低了输入电压，减小了纹波电压值，效率有所提高。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种低电压高效电荷泵。

背景技术

DC-DC转换器的基本功能是实现直流电压的转换。任何一个电子系统都是由很多种不同的电路和模块组成的，而不同模块的工作电压通常也不一样，因此电压的转换是必不可少的。DC-DC转换器以小型、轻量、高效的特点被广泛用于工业、民用及军事电子设备的各个领域，成为现代电子设备的重要组成部分。随着半导体技术的快速发展，DC-DC变换器呈现出低电压、低功耗、高效率和集成化的发展趋势。

电荷泵是一种常见的DC-DC转换器，仅由电容和受时钟信号控制的开关组成。然而，传统的Dickson电荷泵电压增益和效率受阈值压降和体效应影响，并且只在输入信号的半个周期内有电荷输出，从而导致输出电压纹波过大。

发明内容

本发明所要解决的是传统Dickson电荷泵电压增益和效率受阈值压降和体效应影响而导致输出电压纹波过大的问题，提供一种低电压高效电荷泵。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低电压高效电荷泵，包括电荷泵本体，所述电荷泵本体包括MOS管M1-M6、M11、M 12、M21、M 22、M31、M32、M41和M42；MOS管M1和M2的漏端相连后形成电荷泵本体的输入端，并输入输入信号V_IN；MOS管M1的源端和MOS管M3的源端相连后形成电荷泵本体的第一节点，并与时钟信号CLK相连；MOS管M2的源端和MOS管M4的源端相连后形成电荷泵本体的第二节点，并与时钟信号NCLK相连；MOS管M1的栅端接MOS管M2的源端和MOS管M12的漏端；MOS管M2的栅端接MOS管M1的源端和MOS管M22的漏端；MOS管M3的栅端、MOS管M12的源端和MOS管M11的漏端连接；MOS管M4的栅端、MOS管M22的源端和MOS管M21的漏端连接；MOS管M3的源端、MOS管M11的栅端、MOS管M12的栅端和MOS管M32的漏端相连；MOS管M4的源端、MOS管M21的栅端、MOS管M22的栅端和MOS管M42的漏端相连；MOS管M11的源端、MOS管M3的漏端和MOS管M5的源端相连后形成电荷泵本体的第三节点，并与时钟信号NCLK相连；MOS管M21的源端、MOS管M4的漏端和MOS管M6的源端相连后形成电荷泵本体的第四节点，并与时钟信号CLK相连；MOS管M5的栅端、MOS管M32的源端和MOS管M31的漏端连接；MOS管M6的栅端、MOS管M42的源端和MOS管M41的漏端连接；MOS管M5的源端、MOS管M31的栅端和MOS管M32的栅端相连；MOS管M6的源端、MOS管M41的栅端和MOS管M42的栅端相连；MOS管M5的漏端、MOS管M31的源端、MOS管M6的漏端和MOS管M41的源端相连后形成电荷泵本体的输出端，并输出输出信号V_OUT。

上述低电压高效电荷泵，还进一步包括泵电容C₁-C₄；电荷泵本体的第一节点经由泵电容C₁与时钟信号CLK相连；电荷泵本体的第二节点经由泵电容C₂与时钟信号NCLK相连；电荷泵本体的第三节点经由泵电容C₃与时钟信号NCLK相连；电荷泵本体的第四节点经由泵电容C₄与时钟信号CLK相连。

上述方案中，时钟信号CLK和时钟信号NCLK为互补交叠的时钟信号。