[发明专利]电荷泵增压单元电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路，特别涉及一种电荷泵增压电路。

背景技术

电荷泵电路是集成电路中常用的电压转换电路，较小的直流或交流电压通过电荷泵可以转变为不同电平的直流电压。电荷泵电路广泛应用于电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、闪速存储器（Flash Memory）以及超低功耗单栅非易失性存储器电路中。

以无源超高频RFID芯片为例，芯片中需要嵌入一定存储容量的超低功耗非易失性存储器电路，为了降低成本，存储器电路通常采用单层多晶硅CMOS工艺实现，并且一般需要在片上集成高压产生电路，即采用电荷泵来产生编程时所需的高压。由于编程时整个存储器超过90％的功耗都消耗在电荷泵上，因此电荷泵的设计非常关键，需要设计一种高效的电荷泵电路。

电荷泵电路通常由多个增压单元电路级联组成。在增压单元电路中，电荷传输管是一个关键器件，电荷传输管的源漏两端分别连接电荷输入端口与电荷输出端口。如果电荷传输管的开启电压较高，将降低增压单元电路的电压增益，从而降低电荷泵的工作效率。另一方面由于电荷传输管在电荷泵电路工作时具有两种工作状态：一种是电荷传输状态，此时电荷输入端口的电压高于电荷输出端口的电压；一种是截止状态，此时电荷输入端口的电压低于电荷输出端口的电压。为了避免电荷传输管的衬底寄生三极管开启导致漏电流，电荷传输管的衬底必须高于源漏两端的电压。如图1所示，传统的方法是将第i级增压单元电路中电荷传输管的衬底接至第i+2级增压单元电路的电荷输出端口，但由于第i+2级增压单元电路的电荷输出端口的电压较高，使得电荷传输管存在较严重的衬偏效应，电荷传输管开启电压大幅增加，导致电荷泵的工作效率大幅降低。此外，该技术中，电荷传输管的衬底与电荷传输端口直接连接，导致电荷传输路径上的寄生电容增加，也进一步降低了电荷泵的工作效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种电荷泵增压单元电路，可以有效降低电荷传输管的衬偏效应和电荷传输路径上的寄生电容，提高电荷泵的电压增益和工作效率。

本发明的目的是这样实现的：一种电荷泵增压单元电路，包括五个信号端口：分别为电荷输入端口IN_i、电荷输出端口OUT_i、时钟输入端口CLK_i、使能信号端口EN_i和接地端口GND，其特征在于：

所述增压单元电路由2个PMOS晶体管PM₁~PM₂、1个NMOS晶体管NM₁和一个用于电荷存储及传输的电容C₁组成；

增压单元电路内部的连接方式为：

晶体管PM₁源漏中的一端与电荷输入端口IN_i相连，电荷输入端口IN_i即第i-1级增压单元的电荷输出端口OUT_i-1；

晶体管PM₁源漏中的另一端与电荷输出端口OUT_i、晶体管PM₁的栅极、晶体管PM₂源漏中的一端以及电容C₁的一端连接在一起，电荷输出端口OUT_i即第i+1级增压单元的电荷输入端口IN_i+1；

晶体管PM₂源漏中的另一端与晶体管PM₂的衬底及晶体管PM₂的栅极、晶体管NM₁的漏极和晶体管PM₁的衬底连接在一起；

晶体管NM₁的栅极与使能信号EN_i相连；

晶体管NM₁的源极和晶体管NM₁的衬底以及接地端口GND连接在一起；

电容C₁的另一端与时钟输入端口CLK_i相连。

作为本发明的进一步限定，采用了晶体管PM₁作为电荷传输管，同时采用晶体管PM₂产生晶体管PM₁衬底的偏置电压。

作为本发明的进一步限定，所述晶体管PM₁的阈值电压高于晶体管PM₂的阈值电压。