本发明专利技术公开一种仅采用低压晶体管实现的负电压电荷泵电源电路，包括一P型场效应晶体管、四个N型场效应晶体管和两个电容，各晶体管栅极连有电平移位模块；P型场效应晶体管源极与衬底相连后连于电源输入端，且漏极与第一N型场效应晶体管漏极相连；第一N型场效应晶体管源极与衬底短接到地电位；第二、三N型场效应晶体管漏极连到地电位，且源极与各自的衬底相连后连于第四N型场效应晶体管漏极；第四N型场效应晶体管衬底与源极短接，并连到电压输出端；第一电容连接于P型场效应晶体管漏极和第二N型场效应晶体管源极；第二电容连到第四N型场效应晶体管源极和地电位。本发明专利技术实现负电压电源，减小了电荷泵版图面积，并丰富了工艺的选择。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种仅采用低压MOS管实现的负电压电荷泵电源电路。
技术介绍
负电压电荷泵电源在模拟芯片中有着广泛的应用，它可以使芯片输出摆幅增大一倍，提高动态范围，也可以实现基于地电位的信号输出等特殊功能，一般来说对负电压电荷泵模块的要求包括转换效率高，版图面积小等，一项美国专利(专利号6，803，807)提出了一种负电压电荷泵电路，如图1所示，信号Sl控制开关管EPl和DPl，而信号S2控制开关管 ENl和DP2。当开关EP1，DP1导通时，Cl被充电至Vin，而当Em, DP2开关导通时，Cl，C2电荷重分配，经过若干周期后，输出OUT将达到-Vin。这种结构能够将正输入电压Vin转换成其对应的负输出电压OUT，但这种结构也存在一些缺点，以Vin=5V为例1.专利中DPl和DP2需要额外考虑可靠性问题。当DPl或DP2关断时，其栅极和衬底电压为5V，其漏极电位约为-5V，因此需要使用耐压能力更强的高压PMOS来承受这栅-漏， 衬底-漏的IOV电压差，高压器件的使用一方面限制了工艺的选择，另一方面，由于高压器件栅氧单位电容和阈值电压的影响，使得要达到相同电荷泵驱动能力，DP1，DP2必须使用更大的版图面积。2.专利中DPl和DP2的衬底电位都连接到最正电位，Vin，这使得这两个PMOS存在严重的衬底偏置效应，降低其电流驱动能力，因此要想保证相同的电荷泵性能，必须加大 DP1，DP2的版图面积。3.专利中为了传递OV和-5V (B点电位)，DPl和DP2选择了耗尽型的PMOS，虽然这可以有效的实现低电压传输，但特殊器件的使用也限制了工艺的选择。专利技术内容由于现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提出一种仅采用低压MOS管实现的负电压电荷泵电源电路，其可有效解决现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术提出的一种仅采用低压晶体管实现的负电压电荷泵电源电路，包括一 P型场效应晶体管、四个N型场效应晶体管和两个电容，其中各晶体管的栅极连有一电平移位模块；P型场效应晶体管的源极与衬底相连后连接于电源输入端，且其漏极与第一 N型场效应晶体管的漏极相连；第一 N型场效应晶体管的源极与其衬底相连后连接到地电位；第二、第三N型场效应晶体管的漏极都连接到地电位，且其源极与其各自的衬底相连后连于第四N型场效应晶体管的漏极；第四N型场效应晶体管的源极与其衬底相连后连接到电压输出端；第一电容的两端分别连接于P型场效应晶体管的漏极和第二 N型场效应晶体管的源极；第二电容的两端分别连接到第四N型场效应晶体管的源极和地电位。作为本专利技术的进一步特征，各晶体管为低压管。由于采用了以上技术方案，本专利技术仅采用普通的低压晶体管器件就能实现负电压电源，减小了电荷泵的版图面积，并丰富了工艺的选择，可有效解决现有技术存在的问题。附图说明图1为美国专利6，803，807中提出的负电压电荷泵电路示意图； 图2为本专利技术的负电压电荷泵电源电路示意图3为本专利技术中隔离的N型场效应晶体管(匪2A，匪2B，匪3)示意图； 图中N+: N型注入 P+: P型注入 NWELL N型阱区 Psub P型衬底 NBL N型埋层区域D, S, G,B: N型场效应晶体管的漏端，源端，栅端和衬底端 VCC 电源电压图4为本专利技术中Vc的产生电路示意图； 图5为本专利技术中电平移位电路示意图。具体实施例方式下面根据附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明如图2所示，本专利技术提出的一种仅采用低压晶体管实现的负电压电荷泵电源电路，包括一 P型场效应晶体管PMl、四个N型场效应晶体管匪1、匪2、匪3、NM4和两个电容C1、C2， 其中各晶体管的栅极连有一电平移位模块(Level Shift Block);P型场效应晶体管PMl的源极与衬底相连后连接于电源输入端Vin，且其漏极与第一N型场效应晶体管匪1的漏极相连；第一 N型场效应晶体管匪1的源极与其衬底相连后连接到地电位；第二、第三N型场效应晶体管匪2、匪3的漏极都连接到地电位，且其源极与其各自的衬底相连后连于第四N型场效应晶体管NM4的漏极；第四N型场效应晶体管NM4的源极与其衬底相连后连接到电压输出端Vout ；第一电容Cl的两端分别连接于P型场效应晶体管PMl的漏极和第二、三N型场效应晶体管匪2的源极；第二电容C2的两端分别连接到第四N型场效应晶体管NM4的源极和地电位。 在本实施例中，P型场效应晶体管PMl和第一 N型场效应晶体管匪1栅极电压为OV 至电源电压Vcc，所加入的电平移位模块(level shift block)仅为延迟模块，为了能在时序上与其它开关保持一致；第二 N型场效应晶体管匪2的栅极控制信号为VN VP，当该开关导通时，其栅极电压为VP，以VCC=5V为例，VP=5V，此时第二 N型场效应晶体管匪2传输OV 到N点；当该开关关断时，第二 N型场效应晶体管匪2的栅极电压为VN，而此时第一 N型场效应晶体管匪1，第四N型场效应晶体管NM4导通，VN点电压为-5V，因此第二 N型场效应晶体管匪2有效的隔断了其漏端的OV与其源端的-5V ；第四N型场效应晶体管NM4的栅极控制电压选择Vout Vout+VC，VC需要根据所采用器件的可靠性要求来选择，在本专利技术中， Vc=5V。当第四N型场效应晶体管NM4导通时，其源端和漏端电压基本相等，即Vout=VN=-5V， 而此时其栅极电压为0V，因此可以有效传递-5V至Vout端；当第四N型场效应晶体管NM4 关断时，Vout=-5V, VN=OV,此时其栅极电压为-5V，有效的隔断源漏两端电压。第三N型场效应晶体管匪3的引入是为了改善启动时电荷泵的性能。在启动初期，N点和P点电压均为0V，这使得在此阶段第二 N型场效应晶体管匪2栅极的控制信号变化幅度为0V，因此无法正常开启，从而电荷泵无法正常启动，第三N型场效应晶体管匪3的栅极电压变化范围为 Vout Vout+Vc，启动阶段，即使Vout=OV,但第三N型场效应晶体管匪3的栅极高电压为 Vout+Vc,即5V，这使得第三N型场效应晶体管匪3能有效的开启，将OV传递到N点。而在正常工作阶段，当第一 P型场效应晶体管PM1，第二 N型场效应晶体管匪2导通时，加在第三N型场效应晶体管匪3的栅极电位为Vout+Vc，即0V，N点电位也为0V，因此第三N型场效应晶体管匪3为关断状态，主要由第二 N型场效应晶体管匪2将OV传递到N点；当第一 P 型场效应晶体管PM1，第二 N型场效应晶体管匪2关断时，加在第三N型场效应晶体管匪3 的栅极电位为Vout，即-5V，因此此时第三N型场效应晶体管匪3仍然为关断状态。所以， 第三N型场效应晶体管NM3仅在启动初期起作用，在正常状态下，其一直保持关断状态。通过上述分析，所有开关管，在任意工作状态下，栅，源，漏和衬底之间相互电位差都没有超过电源电压，VCC,因此也就不会出现可靠性问题。本实施例中，各晶体管为低压管(如图3所示)，这样有效的保证了该电路具有最小的版图面积。由于采用了低压晶体管开关，因此必须根据不同的工作状态设计不同的栅极控制电压，以保证负电压的正常传输并避免可靠性问题的出现；使用NBL层将第二、第三和第四N型场效应晶体管匪2、匪3、NM4设计成隔离的N型场效应晶体管；让本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鞠建宏，刘楠，
申请(专利权)人：帝奥微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：
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