一種多模式控制可配置型互補片上負壓電荷泵電路的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電源管理領域，具體涉及一種多模式控制可配置型互補片上負壓電荷泵電路。
【背景技術】
[0002]電荷泵即結合利用開關和泵電容，將電荷從輸入轉移到輸出，并提供負載所需電流的電路。高效率、低噪聲、低成本等優(yōu)點使電荷泵電路成為電源管理家族中炙手可熱的成員之一。
[0003]中國實用新型專利CN203643879U名稱為“負電壓調(diào)整電路”公開了一種現(xiàn)有電荷泵系統(tǒng)模塊示意圖，如圖1所示。該系統(tǒng)模塊由電壓比較器、電荷泵、反饋電阻和負載電阻組成。參考電壓Vref連接反饋電阻Rl—端，其另一端分別連接電壓比較器的同向輸入端Vfbk和反饋電阻R2—端，所述電壓比較器的輸出端Enable連接電荷泵的輸入端，所述電荷泵的輸出端連接電路輸出電壓Vout、負載電阻R3—端和反饋電阻R2另一端，所述電壓比較器的反向輸入端和負載電阻R3的另一端分別連接地電平GND。
[0004]當IVoutI〈目標電壓時，電壓Vfbk大于反向輸入端地電平，電壓比較器的輸出Enable有效，電荷泵繼續(xù)工作使|Vout|升高；當|Vout|彡目標電壓時，Vfbk值為負電壓或者0V，即Vfbk小于或等于比較器反向輸入端電平，比較器輸出Enable無效，電荷泵停止工作，IVoutI在負載電阻R3作用下逐漸降低，當IVoutI小于目標電壓時，電荷泵恢復工作。
[0005]該實用新型專利在傳統(tǒng)的電荷泵電路基礎上增加了比較器和反饋環(huán)路模塊，通過閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定電荷泵的輸出電壓，提高了電路精度。然而，該結構仍存在如下缺點:
[0006]第一，工作模式單一，如果電荷泵損壞或其使能前處于高阻態(tài)時，該電路用于系統(tǒng)中會對系統(tǒng)工作狀態(tài)造成極大威脅，甚至導致系統(tǒng)無法正常工作。
[0007]第二，電荷泵僅在一個時鐘周期中的部分時間進行充電或放電，其輸出電壓無法保持連續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)，必然導致輸出紋波值很大。該反饋環(huán)路僅能在一定程度上穩(wěn)定輸出電壓，但無法滿足高精度要求。
[0008]第三，該系統(tǒng)僅能產(chǎn)生電源電壓的倍增負電壓，無法產(chǎn)生可配置輸出負壓，靈活性較低。
[0009]從以上分析可見，需要開發(fā)能夠在不同模式下工作的電荷泵系統(tǒng)模塊，最大程度確保系統(tǒng)穩(wěn)定性；增強輸出紋波的抑制能力，提高電荷泵輸出電壓的精度；實現(xiàn)可配置的不隨電源電壓倍增的輸出電壓，從而提高電荷泵使用的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種多模式控制可配置型互補片上負壓電荷泵電路，解決由于電荷泵輸出不定態(tài)對系統(tǒng)造成的風險，抑制電壓紋波提高輸出精度，實現(xiàn)靈活多變的可配置輸出電壓。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為:包括邏輯單元、控制單元、參考電壓產(chǎn)生單元、反饋電阻、電荷泵單元、開關單元、非交疊時鐘產(chǎn)生單元以及接地保護單元；
[0012]所述的邏輯單元連接系統(tǒng)使能信號端以及電荷泵使能信號端；控制單元包括第一控制單元和第二控制單元，第一控制單元連接電荷泵使能信號端，偏置電流輸入端，輸入電壓選擇信號端以及參考電壓產(chǎn)生單元信號輸出端，參考電壓產(chǎn)生單元信號輸入端連接系統(tǒng)使能信號端，第二控制單元連接參考電壓產(chǎn)生單元以及第一控制單元的信號輸出端；第二控制單元的輸出端連接電荷泵單元，電荷泵單元包括并聯(lián)設置的第一電荷泵和第二電荷泵，第一電荷泵和第二電荷泵與非交疊時鐘產(chǎn)生單元的輸出信號互補型連接；開關單元包括串聯(lián)設置的第一開關單元和第二開關單元，電荷泵單元的輸出端與第一開關單元連接，第二開關單元的輸出端分別連接接地保護單元以及地線；所述的反饋電阻包括第一反饋電阻與第二反饋電阻，第一反饋電阻設置在第一控制單元信號輸出端與第二控制單元信號輸入端之間，第二反饋電阻設置在第二控制單元信號輸入端與第一開關單元輸出端之間；
[0013]所述的邏輯單元輸出多路控制信號，分別連接至第一開關單元，第二開關單元以及接地保護單元，通過施加給系統(tǒng)使能信號端以及電荷泵使能信號端的不同信號，控制電荷泵單元按要求工作。
[0014]所述的第一控制單元包括電平轉換單元、3-8譯碼器以及可配置型LDO模塊。
[0015]所述的第二控制單元包括誤差放大器和用于電荷泵輸入電壓二級調(diào)整的一級放大器。
[0016]所述的輸入電壓選擇信號端連接三位寄存器。
[0017]所述的邏輯單元輸出六路控制信號，每兩個一組分別連接至第一開關單元，第二開關單元以及接地保護單元。
[0018]所述的非交疊時鐘產(chǎn)生單元輸出四路時鐘信號，每兩個一組交叉互補連接第一電荷泵和第二電荷泵，使第一電荷泵充電時第二電荷泵放電，第一電荷泵放電時第二電荷泵充電。
[0019]所述的第一電荷泵和第二電荷泵內(nèi)部均包括兩個采用常規(guī)CMOS傳輸門結構開關的電荷泵以及兩個采用深N阱工藝六端器件開關的電荷泵，兩個采用常規(guī)CMOS傳輸門結構開關的電荷泵與兩個采用深N阱工藝六端器件開關的電荷泵之間設置泵電容，并且各個電荷泵分別連接非交疊時鐘產(chǎn)生單元的輸出信號，組成互補型結構。
[0020]所述的深N阱工藝六端器件開關包括三個N型MOSFET器件，其中一個設置在主通路上，另兩個設置在與主通路并聯(lián)的輔助通路上；所述的主通路上設置的器件與輔助通路上任意一個器件所接柵極控制信號相同，并與輔助通路上另外一個器件所接柵極控制信號相反。
[0021]所述的系統(tǒng)使能信號端和電荷泵使能信號端通過施加不同信號實現(xiàn)正常模式、接地保護模式和外灌電壓模式的切換；正常模式下第一開關單元和第二開關單元導通，接地保護單元斷開；接地保護模式下第一開關單元和第二開關單元斷開，接地保護單元導通；外灌電壓模式下第一開關單元、第二開關單元以及接地保護單元均斷開，電荷泵單元能夠獨立關斷，由外部電源直接供電。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0023]第一，本發(fā)明通過工作模式的自由切換，使得該電荷泵電路相對于整個系統(tǒng)而言能夠獨立開啟或關斷，使用靈活方便。
[0024]第二，本發(fā)明在非交疊時鐘產(chǎn)生單元的控制下，實現(xiàn)了可配置的、不隨電源電壓倍增的輸出電壓，提高電荷泵使用的靈活性。
[0025]第三，本發(fā)明第一電荷泵和第二電荷泵采用的互補型結構，并結合使用電壓負反饋環(huán)路確保了電荷泵的輸出端在整個時鐘周期內(nèi)均有持續(xù)穩(wěn)定的負壓輸出，最大程度的降低了輸出紋波電壓，提高了輸出精度。
[0026]進一步的，本發(fā)明接地保護模式能夠有效防止電荷泵的不定態(tài)輸出導致系統(tǒng)中高阻節(jié)點的存在。此外，外灌電壓模式下假如電荷泵由于某種原因無法正常工作，能夠由外部電源直接供給電壓至系統(tǒng)內(nèi)，為系統(tǒng)提供雙重保護。
[0027]進一步的，本發(fā)明深N阱工藝六端器件開關能夠實現(xiàn)襯底偏置自動選擇，襯底偏置自動選擇功能一方面避免了體效應對閾值電壓的影響，減小導通電阻，準確傳輸電平，另一方面有效避免了襯底接地后其到負壓間PN結導通產(chǎn)生的漏電，提高了電荷泵系統(tǒng)的可靠性。
【附圖說明】
[0028]圖1現(xiàn)有負電壓調(diào)整電路的結構示意圖；
[0029]圖2本發(fā)明系統(tǒng)電路結構示意圖；
[0030]圖3本發(fā)明電荷泵單元的內(nèi)部電路結構示意圖；
[0031]圖4本發(fā)明深N阱工藝六端器件開關電路結構示意圖；
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0033]參見圖2，本發(fā)明包括邏輯單元1、控制單元、參考電壓產(chǎn)生單元4、反饋電阻、電荷泵單元、開關單元、非交疊時鐘產(chǎn)生單元9以及