[发明专利]一种高效电荷泵电路结构

说明书

本发明公开了一种高效电荷泵电路结构，包括至少两路相互并联的充放电单元，至少两路充放电单元输出一负的中间电压VCL，中间电压VCL与稳压电容C2一端连接，稳压电容C2的另一端接地；每一充放电单元包括一充放电电容C1，充放电电容C1的左侧设置有一PMOS管P1和一NMOS管N1,PMOS管P1和NMOS管N1的源极S与充放电电容C1连接，PMOS管P1的漏极D连接到主电压VCI，NMOS管N1的漏极D连接到接地电压VSSA；充放电电容C1的左侧设置有NMOS管N2和NMOS管N2,NMOS管N2和NMOS管N2的漏极D连接到充放电电容C1，NMOS管N2的源极S连接到接地电压VSSA,NMOS管N3的源极S输出中间电压VCL。电压的纹波可以至少减半，栅极G的控制电压改为主电压VCI和中间电压VCL之间，保证MOS管导通电阻小，降压速度快，效率高。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种高效电荷泵电路结构。

背景技术

电荷泵电路由于具有升压和降压的特点，在液晶显示屏和触摸屏的驱动电路中被广泛应用，为了节省芯片成本，芯片只会外接一个3v左右的主电源；而显示屏的驱动电路，由于要驱动TFT(薄膜晶体管)的栅极G并进行数据传输，需要栅极G驱动电路(gate电路)和源极S驱动电路(source和gamma电路)，为了保证较好的显示画面，数据的范围会比较宽，3v的电源是不够的；所以需要电荷泵电路，给栅极G驱动电路提供±12V左右的电源电压，同时给源极S驱动电路(提供±6V左右的电源电压。而且为了继续降低成本，甚至电荷泵的充放电电容(fly cap)和稳压电容，都会内置在芯片。在以上的应用环境，对于内置电容的电荷泵，由于充放电电容和稳压电容都不可能做的很大，所以内置电荷泵更高的工作效率，显得尤为重要。

如图1所示，现有的电荷泵电路通常设置一负的中间电压VCL，用来做源极S电源电荷泵的充放电电压，包括外接电源VCI和接地电源VSSA，充放电电容C1和稳压电容C2，以及充电(charge)的MOS管P1和P2，泵电(pump)的MOS管N1和N2。上述电荷泵电路主要存在以下缺陷：

第一、漏电导致电荷泵效率降低，同时对其他电源造成很大的扰动。如图2所示，MOS管P2的B端接VSSA，A端接充放电电容C1的右边端口，MOS管P2充电时，内部有一个寄生的PNP三极管会导通，使得充电的效率降低，同时对于衬底产生不良影响，尤其对于内置电容的电荷泵产生的负高压电源衬底，由于其带负载能力比较弱，其他电路对其输入电流时会使得电压波动比较大。

第二、由于电平转换电路中PMOS管和NMOS管的驱动能力不同，随着工艺的偏差，无法保证正常的非交叠信号，导致电荷泵效率变低。如图3所示，图1中的MOS管P1和MOS管N1的栅极G控制电压是高电平为VCI，低电平为VSSA的电平转换电路。如图4所示，图1中的MOS管P2和MOS管N2的栅极G控制电平为高电平VSSA，低电平为VCL的电平转换电路，。图1中电荷泵的时序为MOS管P1与MOS管P2同时打开，给充放电电容C1充电，在下一时刻，MOS管P1与MOS管P2关闭，MOS管N1与MOS管N2打开，充放电电容C1与稳压电容C2共享电荷。为了保证充放电电容C1正常的充放电，如图5所示，控制时序需要非交叠，即MOS管P1与MOS管N1/N2栅极G控制信号非交叠，同时MOS管P2与MOS管N1/N2的栅极G控制电压非交叠。MOS管P1与MOS管N1的栅极G控制电压由于电压范围相同，非交叠很好实现，MOS管P2与MOS管N2的栅极G控制电压也是如此；但是对于MOS管P1与MOS管N2和MOS管P2与MOS管N1的栅极G控制信号的非交叠就很难实现。如图3所示，PMOS管强于NMOS管，而如图4所示，NMOS管强于PMOS管，随着工艺的偏差，会导致如图6所示的波形，从而导致电荷泵的效率极低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高效电荷泵电路结构，能够克服现有电荷泵电路至少一上述技术缺陷，显著地提升电荷泵的效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：