电荷泵电路的制作方法

本发明属于集成电路，具体涉及一种电荷泵电路。

背景技术：

1、电荷泵一般用于产生正高压(高于输入电源电压vcc)或负高压(低于输入地电压vss)。常见的电荷泵电路都是基于固定电源域进行升压或降压转换，产生一个相对固定电源域升高(正压电荷泵)或降低(负压电荷泵)的输出电压。然而，一些应用场景中需要在某些特定的浮动电源域基础上进行升压或降压的变换，该浮动电源域的最大电压摆幅为输入电源电压-输入地电压，且需要保证浮动电源域电压达到输入电源电压vcc或输入地电压vss时，仍能正常进行升压或降压的变换，因而这就需要一个基于浮动电源域进行升压/降压的电荷泵电路。

2、一些应用中，通过ldo电路产生相对浮动电源域升高或降低的输出电压。然而，当该浮动电源域电压达到输入电源电压vcc时，仅通过ldo是无法实现升压的，同样当该浮动电源域电压达到输入地电压vss时，仅通过ldo也是无法实现降压的。

3、如图1所示，以升压变换的应用场景为例描述了一种常见的解决方案，电荷泵单元输出相对vcc升高的绝对电压vcp，由pmos管、电阻rs1和电阻rs2、ea(误差放大器)构成的一个ldo电路工作于绝对电源域vcp和浮动电源域vf之间，通过该ldo电路产生在浮动电源域vf基础上产生输出电压vo，输出电压vo即为相对vf升高的输出电压。因为vcp是相对输入电源电压vcc升高的绝对电压，进而保证了当浮动电源域vf的电压达到vcc时，vo仍能输出相对vf升高的电压。

4、然而，图1所示电路架构仍面临着一些问题：

5、1、与vcp相连的器件(如误差放大器ea、pmos管)最大耐压需要达到vcp-vss，在某些应用场景或工艺条件下可能是无法接受的；

6、2、在一些n-sub(n型衬底)的bcd(单晶片集成)工艺中，vds能够耐高压的pmos管的衬底天然地和n-sub接在一起，无法单独接图1中vcp电位，图1所示电路在实际应用中无法实现；

7、3、作为vcp负载的一部分，误差放大器及电阻构成的反馈支路消耗的电流降低了电荷泵的效率。

8、因此，针对上述技术问题，有必要提供一种电荷泵电路。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种电荷泵电路，其能够解决浮动电压域下的电荷泵电路器件的耐压问题。

2、为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

3、一种电荷泵电路，所述电路包括第一电压调节单元、电位选择单元、第二电压调节单元和电荷泵单元；其中，

4、第一电压调节单元，连接于电源电压与参考电位之间，用于基于电源电压或参考电位产生基准电位；

5、电位选择单元，连接于基准电位与浮动电位之间，用于对基准电位和浮动电位进行选择并产生参考泵电压；

6、第二电压调节单元，连接于电源电压与参考泵电压之间，或连接于参考电位与参考泵电压之间，用于基于参考泵电压产生电源泵电压；

7、电荷泵单元，与浮动电位、第二电压调节单元以及电位选择单元的输出端相连，用于基于参考泵电压、电源泵电压以及浮动电位产生输出电压。

8、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电压调节单元连接于电源电压与参考电位之间，用于对电源电压进行降压以产生第一基准电位；

9、所述电位选择单元，连接于第一基准电位与浮动电位之间，用于对第一基准电位和浮动电位进行选择并产生第一参考泵电压；

10、所述第二电压调节单元，连接于电源电压与第一参考泵电压之间，用于对第一参考泵电压进行升压产生第一电源泵电压；

11、所述电荷泵单元，与浮动电位、第二电压调节单元以及电位选择单元的输出端相连，用于基于第一参考泵电压、第一电源泵电压以及浮动电位产生输出电压。

12、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电压调节单元连接于电源电压与参考电位之间，用于对参考电位进行升压以产生第二基准电位；

13、所述电位选择单元，连接于第二基准电位与浮动电位之间，用于对第二基准电位和浮动电位进行选择并产生第二参考泵电压；

14、所述第二电压调节单元，连接于参考电位与第二参考泵电压之间，用于对第二参考泵电压进行降压产生第二电源泵电压；

15、所述电荷泵单元，与浮动电位、第二电压调节单元以及电位选择单元的输出端相连，用于基于第二参考泵电压、第二电源泵电压以及浮动电位产生输出电压。

16、在本发明的一个或多个实施例中，所述电路还包括振荡器和逻辑单元；其中，

17、所述振荡器连接于电源泵电压与参考泵电压之间，所述振荡器用于产生时钟信号；

18、所述逻辑单元连接于电源泵电压与参考泵电压之间，所述逻辑单元与振荡器以及电荷泵单元相连，所述逻辑单元用于基于时钟信号产生控制信号以控制电荷泵单元工作。

19、在本发明的一个或多个实施例中，所述电位选择单元包括第一晶体管和第二晶体管；其中，

20、所述第一晶体管的第一端与参考泵电压相连，所述第一晶体管的第二端与基准电位相连，所述第一晶体管的控制端与浮动电位相连；

21、所述第二晶体管的第一端与参考泵电压相连，所述第二晶体管的第二端与浮动电位相连，所述第二晶体管的控制端与参考泵电压相连。

22、在本发明的一个或多个实施例中，所述电荷泵单元包括第一电容、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关；其中，

23、所述第一开关的第一端接收参考泵电压，所述第一开关的第二端与第一电容的第一极板相连；

24、所述第二开关的第一端接收电源泵电压，所述第二开关的第二端与第一电容的第二极板相连；

25、所述第三开关的第一端与浮动电位相连，所述第三开关的第二端与第一电容的第一极板相连；

26、所述第四开关的第一端用于产生输出电压，所述第四开关的第二端与第一电容的第二极板相连。

27、在本发明的一个或多个实施例中，所述电荷泵单元包括至少两级相连的电荷泵；

28、所述第一级电荷泵的第一端与浮动电位相连，所述第一级电荷泵的第二端接收参考泵电压，所述第一级电荷泵的第三端接收电源泵电压，所述第一级电荷泵的第四端产生第一级电荷泵对应的第一级输出电压；

29、所述下一级电荷泵的第一端与上一级电荷泵的第四端相连，所述下一级电荷泵的第二端与上一级电荷泵的第一端相连，所述下一级电荷泵的第三端与上一级电荷泵的第四端相连，所述下一级电荷泵的第四端产生该级电荷泵对应的输出电压。

30、在本发明的一个或多个实施例中，所述电荷泵包括第二电容、第三电容、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关；其中，

31、所述第二电容的第一极板与电荷泵的第一端相连，所述第二电容的第二极板与电荷泵的第四端相连；

32、所述第五开关的第一端与电荷泵的第一端相连，所述第五开关的第二端与第三电容的第一极板相连；

33、所述第六开关的第一端与第三电容的第一极板相连，所述第六开关的第二端与电荷泵的第二端相连；

34、所述第七开关的第一端与第三电容的第二极板相连，所述第七开关的第二端与电荷泵的第三端相连；

35、所述第八开关的第一端与第三电容的第二极板相连，所述第八开关的第二端与电荷泵的第四端相连。

36、在本发明的一个或多个实施例中，所述电源电压与第一基准电位之间的压差等于第一电源泵电压与第一参考泵电压之间的差值。

37、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二基准电位与参考电位之间的压差等于第一参考泵电压与第二电源泵电压之间的压差

38、与现有技术相比，本发明的电荷泵电路，通过第一电压调节单元产生基准电位，并通过电位选择单元将浮动电压域电压与基准电位中的较低者作为第二电压调节单元以及电荷泵单元的参考泵电压，电路中各个器件的最大耐压仅需达到电源电压与参考电位之间的最大压差，可以降低器件的耐压要求，并且浮动电源域的电位在电源电压与参考电位之间的全范围时均能输出相对浮动电源域恒定升压/降压的输出电压；

39、本发明具有更好的工艺适应性，在高压pmos管非fully isolated(具有完全隔离特性)情况下、衬底无法单独接电源电压之外电位的情况下仍能适用；

40、本发明具有更高的效率，电荷泵单元在电容放电阶段的电流通路为电容到输出电压再到负载最后到浮动电压，不形成从电源电压到浮动电压的通路，因而具有更高的功率转化效率；

41、本发明几乎不消耗输出电压下的电流，进一步提高了电荷泵的效率。