一种升压电荷泵及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于驱动轻负载的升压电荷泵，属于集成电路设计领域，该电荷泵在两相时钟的作用下工作，在第一相输入电容上极板存储输入电压，在第二相输入电容下极板存储参考电压，在轻负载情况下，电荷泵具有稳定的输出电压，其大小为输入电压和参考电压之和；本发明专利技术提出的电荷泵输出端不需要通过低压差线性稳压器来稳定负载的供电电压，可以直接向负载供电，从而简化了供电电路的结构，节约了功耗。

Booster charge pump and its application

The invention relates to a charge pump for driving the light load, which belongs to the field of integrated circuit design, the charge pump operates in a two-phase clock function, in the first phase input capacitance plate storage input voltage, the second phase of the input reference voltage capacitance storage, in the case of light load, the charge pump output the voltage stability, the size of the input voltage and the reference voltage and the output of the charge pump; the end does not need power supply voltage through a low dropout linear regulator to stabilize the load, can directly supply power to load, thereby simplifying the structure of the power supply circuit, saving power consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路
，特别涉及一种升压电荷泵及其应用。
技术介绍
升压电荷泵是一种供电电路，具有结构简单、易于应用等特点。图1是传统升压电荷泵的应用原理图。电压VIN输入给电荷泵，经过升压后得到输出电压VOUT。当电荷泵的负载比较重的时候，电荷泵的输出电压VOUT不易稳定，因此通常在电荷泵和负载之间插入低压差线性稳压器(LowDropoutRegulator，LDO)，VOUT给LDO供电，LDO的输出VLDO再给负载供电。电压VREF是提供给LDO的稳定参考电平，VLDO的大小由VREF确定，可以记为KVREF(K为常数)，在LDO负反馈环路的作用下，VLDO也具有稳定的电压。升压电荷泵的工作原理如图2所示。在两相时钟(图中没有画出)的作用下，电荷泵工作在两个状态。在第一相，输入VIN1(大小为VI)接电容CIN上极板、给CIN充电，在第一相结束时，CIN上的电压为VI；同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1。在第二相，输入VIN2(大小为VI)接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2。由于电容CIN两端的电压不能突变，因此VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和。当外接电路不耗电时，在两相开关交替开闭的情况下，电荷泵的输出为2VI，实现了输出升压的功能。实际应用中，由于电荷泵外接电路时刻消耗电能，因此电荷泵的输出电压低于2VI。当负载较重时，负载上的电流较大，电荷泵电容上积累的电荷消耗较快，电荷泵的输出电压变化较大，因此需要在电荷泵输出和负载之间插入LDO，以稳定负载的供电电压。当负载较轻时，负载上的电流较小，电荷泵电容上积累的电荷消耗较慢，电荷泵的输出电压基本不变，这时在电荷泵输出和负载之间不再需要LDO。如何在轻负载下去掉LDO，同时给负载提供合适的电源电压是需要解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种升压电荷泵，可以直接驱动负载，并具有稳定的输出电压，尤其适用于驱动轻负载。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种升压电荷泵，在两相时钟的作用下，其工作在两个状态，在第一相，输入VIN1接电容CIN上极板，给CIN充电，同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1；在第二相，输入VIN2接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2，其特征在于，所述输入VIN1的大小为VI，输入VIN2的大小为KVREF-VI，K为常数，VREF是稳定参考电平，VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和，其大小为VI+(KVREF-VI)＝KVREF。本专利技术省去LDO，将用于稳定LDO输出电压的参考电压VREF作为电荷泵的输入，此时VREF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。与现有技术相比，本专利技术不需要在输出端外接LDO，具有节约面积、消除LDO自身功耗的优点。附图说明图1是传统升压电荷泵应用原理图。图2是传统升压电荷泵工作原理说明。图3是驱动轻负载的升压电荷泵应用原理图。图4是驱动轻负载的升压电荷泵工作原理说明。具体实施方式下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。图3是驱动轻负载的升压电荷泵应用原理图。和传统的带有LDO的升压电荷泵相比，该升压电荷泵省掉了LDO，同时将用于稳定LDO输出电压的参考电压VREF改为电荷泵的输入，此时VREF的作用是让电荷泵输出负载所需的稳定供电电压。电荷泵的工作原理如图4所示。在两相时钟(图中没有画出)的作用下，电荷泵工作在两个状态。在第一相，输入VIN1(大小为VI)接电容CIN上极板、给CIN充电，在第一相结束时，CIN上的电压为VI；同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1。在第二相，输入VIN2(大小为KVREF-VI)接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2。由于电容CIN两端的电压不能突变，因此VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和，其大小为VI+(KVREF-VI)＝KVREF。由于负载较轻，负载电流较小，电荷泵中电容消耗的电荷也较少，因此电荷泵的输出电压能稳定在KVREF。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种升压电荷泵，在两相时钟的作用下，其工作在两个状态，在第一相，输入VIN1接电容CIN上极板，给CIN充电，同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1；在第二相，输入VIN2接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2，其特征在于，所述输入VIN1的大小为VI，输入VIN2的大小为KVREF‑VI，K为常数，VREF是稳定参考电平，VOUT2在第二相初始时刻的电压等于第一相结束时刻VIN1和第二相初始时刻VIN2之和，其大小为VI+(KVREF‑VI)＝KVREF。

【技术特征摘要】
1.一种升压电荷泵，在两相时钟的作用下，其工作在两个状态，在第一相，输入VIN1接电容CIN上极板，给CIN充电，同时大电容COUT单独给外接电路供电，供电电压为VOUT1；在第二相，输入VIN2接电容CIN下极板，CIN的上极板和COUT的上极板相连，两个电容共同给外接电路供电，供电电压为VOUT2，其特征在于，所述输入VIN1的大小为VI，输入VIN2的大小为...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾晨，王自强，张春，王志华，李福乐，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11