温度补偿电压泵制造技术

本发明专利技术涉及一种具有温度补偿电路的集成电路电压泵，该温度补偿电路在可操作的温度范围上提供改善的ＤＣ输出电压精确度。该补偿电路可操作为消除或减小跨过该集成电路电压泵的半导体二极管的电压降的由温度引起的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有温度补偿电路的集成电路电压泵，该温度补偿电路在可操作 的温度范围上提供改善的DC输出电压精确度。该补偿电路可操作为消除或减小跨过该集 成电路电压泵的半导体二极管的电压降的由温度引起的变化。
技术介绍
集成电路电压泵或电荷泵被用于各种应用范围，其中，需要提供数值上大于在特 定应用中的任何有用或可获得的正或负DC电压的DC电压。这些应用中的许多应用涉及便 携式以及电池供电式设备，诸如移动终端或者因此电子或电声部件。电压泵应用的一个重 要领域是将DC偏置电压提供给电容式麦克风，诸如用于电信设备的微型微机电电容式麦 克风。在这种类型的麦克风应用中，集成电路电压泵通常集成有其他类型的信号处理和调 节电路，诸如常用半导体管晶片上的前置放大器、I/O接口、电压调整器、A/D转换器等。电容式麦克风包括换能器元件，该换能器元件包括和多孔背板相邻设置的可移位 膜片。膜片与背板之间的距离通常称为气隙高度。在操作中，由极高阻抗DC电压源在膜片 与背板之间施加DC偏置电压。膜片和背板形成具有由DC偏置电压生成的中间电场的电容 器结构的板。由于DC电压源的极高阻抗，电容结构上的电荷在操作期间基本上保持恒定， 并且可以通过放大基本上与冲击膜片的声压成比例的感生AC或信号电压来检测声压。电容式麦克风可以包括微机电(MEMQ换能器元件或常规电容式换能器元件。基 于MEMS的麦克风通常通过应用半导体工艺技术用面向大批量的工艺来制造。通常期望使得集成电路电压泵的DC输出电压在如下范围上尽可能精确，S卩，半导 体工艺变化、电源电压变化以及遍布可操作温度范围或目标温度范围(诸如0摄氏度与70 摄氏度之间)。这对于用于电容式麦克风的电压泵同样成立，其原因在于，电容式麦克风的电声 敏感度直接与所施加的DC偏置电压的电平相关。然而，具有集成电路电压泵的电信电容式 麦克风销量很高并且价格很低。由于集成电路的成本基本上直接与半导体晶片的面积相 关，所以出于降低价格的目的，重要的是使电压泵所占用的晶片面积最小化。WO 2005/05M05公开了基于迪克森(Dickson)转换器的示例性现有技术集成电 路电压泵。迪克森转换器包括多个级联的泵级，其中，每个泵级包括两个级联的半导体二极 管或二极管，其中，第一泵电容器设置在这些二极管之间，而第二电容器电连接至第二二极 管的阴极。分别提供给第一泵电容器和第二泵电容器的一对非重叠电压脉冲使得每个二极 管以交替方式进入和退出其正向或导通模式。由于每个二极管都是与其相应的泵电容器串 联的，例如由温度变化或半导体工艺变化所引起的跨过二极管的电压降的变化，在导通模 式下导致泵电容器电压的相应变化。泵电容器电压的该变化将遍及泵级的级联而反映到集 成电路电压泵的DC输出电压。跨过诸如二极管接法(diode-cormectecOPMOS晶体管的二 极管的二极管的电压降具有大约2mV每摄氏度的温度系数，从而使得操作温度的40度的变 化导致二极管电压降的大约SOmV的变化。该温度效应随着单个泵级的数量而明显倍增，并且导致集成电路电压泵的DC输出电压(跨越额定或期望温度范围)的不期望且可能很大 的变化。根据本专利技术，解决了该问题和其他问题，其中集成电路电压泵包括温度补偿电路， 该温度补偿电路消除或减小了导通模式下二极管电压降的上述由温度引起的变化的效应。现有技术EP 1176603 Al公开了一种用于向半导体存储器的单元提供电压的电荷泵电路。 通过返回回路，针对温度变化、设计和制造变化补偿了电荷泵的输出电压。US 6，5 ，421公开了一种耦合到SRAM存储器单元中的NMOS下拉晶体管的电荷泵 电路。该电荷泵电路对于下拉晶体管起到体偏置发生器(“反向偏置”)的作用，并且对温 度变化进行响应以补偿NMOS下拉晶体管的阈值电压的由温度引起的变化。 US2004/0066225公开了一种耦合到反馈型调整电路的双电荷泵电路。该调整电路 将双电荷泵的输出电压与基准电压进行比较，并且将时钟周期不同的第一时钟信号和第二 时钟信号提供给双电荷泵电路以保持其输出电压恒定。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了 一种集成电路电压泵，包括输入端子，适于接收DC 输入电压；输出端子，提供从DC输入电压得到的DC输出电压。泵级设置在输入端子与输出 端子之间，并且包括分别电连接到第一泵电容器和第二泵电容器的第一半导体二极管和第 二半导体二极管。第一半导体二极管和第二半导体二极管中的每个都具有在导通模式下具 有预定温度系数的二极管电压降。补偿电路适于基于第一非重叠时钟信号和第二非重叠时 钟信号生成具有各幅度的第一非重叠电压脉冲和第二非重叠电压脉冲，以及将第一电压脉 冲和第二电压脉冲分别施加到第一泵电容器和第二泵电容器。补偿电路适于调整第一非重 叠电压脉冲和第二非重叠电压脉冲中的至少一个的幅度，以补偿所述二极管电压降中的至 少一个的由温度引起的变化。本专利技术的集成电路电压泵或电压泵优选地包括迪克森泵架构，其中在第一非重叠 电压脉冲和第二非重叠电压脉冲的控制下，使得第一半导体二极管和第二半导体二极管以 交替的方式进入和退出导通模式。将第一非重叠电压脉冲和第二非重叠电压脉冲分别施加 到(在与电连接到半导体二极管的节点相对的电容器节点上的)第一泵电容器和第二泵电 容器。第一泵电容器和第二泵电容器用作各电荷存储器件。补偿电路优选地适于调整第一非重叠电压脉冲和第二非重叠电压脉冲的各幅度， 以补偿第一半导体二极管和第二半导体二极管的二极管电压降的各由温度引起的变化。根 据本专利技术的一个实施方式，第一电压脉冲的幅度可以独立于第二电压脉冲而调整。这可能 是有利的，如果第一半导体二极管的温度系数与第二半导体二极管的温度系数不同——例 如，如果半导体二极管属于不同类型。然而，在第一半导体二极管和第二半导体二极管属于 具有基本上相同的温度系数的相同类型的实施方式中，可以有利地以相同的量调整第一电 压脉冲和第二电压脉冲的幅度。第一半导体二极管和第二半导体二极管优选地包括选自以下各项构成的组的二 极管多晶硅二极管、N阱中的扩散二极管、二极管接法MOS晶体管、二极管接法双极型晶体管。第一半导体二极管和第二半导体二极管优选地属于相同类型，例如二极管接法PMOS晶 体管，但在某些本专利技术实施方式中也可以属于不同类型，特别是在尽管类型不同但半导体 二极管在导通模式或正向偏置模式下具有合理匹配的温度系数的实施方式中。泵电容器可 以包括各金属电容器、各多晶硅-多晶硅电容器或者MOS (金属-氧化物-硅)电容器或者 对于所讨论的特定集成电路技术可用的任何其他一种或多种适当类型的电容器器件。该集成电路电压泵可以包括多个级联的泵级，其中每个泵级包括电连接到各泵电 容器的各半导体二极管。从第一电压脉冲和第二电压脉冲的幅度的角度来看，泵级的数量 通常适于期望或目标DC输出电压。多个级联的泵级的所有半导体二极管优选地属于相同 类型，并且可以另外具有相同的尺寸以简化集成半导体衬底上的电路布局。通过调整级联 泵级的数量，能够以直接的方式获得很宽范围的DC输出电压。在某些实施方式中，可以将 级联泵级的数量选取为提供在数值上处于DC输入电压的2倍至10倍之间的电压泵的DC输 出电压。例如，如果D本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种集成电路电压泵，包括：－输入端子，适于接收ＤＣ输入电压，－输出端子，提供从所述ＤＣ输入电压得到的ＤＣ输出电压，－泵级，设置在所述输入端子与所述输出端子之间，并且包括分别电连接到第一泵电容器和第二泵电容器的第一半导体二极管和第二半导体二极管，－第一半导体二极管和第二半导体二极管中的每个都具有在导通模式下具有预定温度系数的二极管电压降，－补偿电路，适于基于第一非重叠时钟信号和第二非重叠时钟信号生成各幅度的第一非重叠电压脉冲和第二非重叠电压脉冲，以及将所述第一电压脉冲和第二电压脉冲分别施加到所述第一泵电容器和所述第二泵电容器，－其中，所述补偿电路适于调整所述第一非重叠电压脉冲和所述第二非重叠电压脉冲中的至少一个的幅度，以补偿所述二极管电压降中的至少一个的由温度引起的变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：乌尔里克·维斯马，
申请(专利权)人：音频专用集成电路公司，
类型：发明
国别省市：DK