[实用新型]利用中低压器件在低压下产生高压的多级多相高压电荷泵

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于模拟电路中的电荷泵，尤其涉及一种利用中低压器件在低压下产生高压的多级多相高压电荷泵。

背景技术

目前的被动式电容指纹识别技术是由Driver和Sensor这两个芯片组成，通过driver把Sensor芯片的地抬高来感应并采集指纹的图案，请参照图1，图1表示了Driver和Sensor之间的电压域及其相互关系。抬地的电压越高，指纹感应的所造成的电容电荷变化量就越大，产生的图像效果越好也越容易识别。而产生的抬地高压有两种方式实现：一种是采用Boost Converter来将输入低压转化为高压，请参照图2；另一种是采用电荷泵方式将低压转化为高压，请参照图3。前者转换效率高，但不仅需要高压器件，还需要一个外接的电感(体积大价格贵)和一个外接稳压电容；后者也需要高压器件和多个外接电容(或做稳压电容或做fly capacitor)。然而，由于现有的指纹芯片(Sensor和Driver)设计全部采用5V的中压器件，这两种方式都不太适合面积有限且外接器件有限的集成式指纹识别芯片方案。另外，在穿透至少350um厚度的玻璃(Under Glass)的应用条件下，Driver的电荷泵需要提供最高达13.5V的电压。

由此可见，现有技术的缺陷在于，指纹芯片Driver和Sensor都是采用的5V中压器件来设计，如果采用上述的两种传统方式(Boost Converter或者Charge Pump)来产生超过13.5V的较高电压时，5V器件的漏源两端和二极管两端的电压差将远超过该器件其所设计的上限值而被击穿，最终导致芯片失效。另外，如果在工艺器件库中增加高压器件，会需要更多光罩而导致芯片制造成本上涨，而减少产品的竞争力。其次，现有的设计方案都采用单项方式设计，虽然简单，但对输入电源及地(Ground)的冲击干扰较大，且输出电源上的噪声也较大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种成本低廉、结构简单、对电源和地的冲击小、纹波噪声低的利用中低压器件在低压下产生高压的多级多相高压电荷泵。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。

一种利用中低压器件在低压下产生高压的多级多相高压电荷泵，其包括有多个两相单级电荷泵电路，所述两相单级电荷泵电路包括有第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一电容、第二电容和第三电容，其中：所述第一PMOS管的源极连接高电位，所述第一NMOS管的源极接地，所述第一PMOS管的栅极和第一NMOS管的栅极相互连接后接入第一路时钟信号，所述第一PMOS管的漏极、第一NMOS管的漏极和第一电容的第一端相连接；所述第二PMOS管的源极连接高电位，所述第二NMOS管的源极接地，所述第二PMOS管的栅极和第二NMOS管的栅极相互连接后接入第二路时钟信号，所述第二路时钟信号与第一路时钟信号的相位相反，所述第二PMOS管的漏极、第二NMOS管的漏极和第二电容的第一端相连接；所述第三PMOS管的漏极、第三NMOS管的漏极、第四PMOS管的栅极、第四NMOS管的栅极和第一电容的第二端相互连接，所述第四PMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和第二电容的第二端相互连接；所述第三NMOS管的源极和第四NMOS管的源极相互连接后作为两相单级电荷泵电路的前端，所述第三PMOS管的源极、第四PMOS管的源极和第三电容的第一端相互连接后作为两相单级电荷泵电路的后端，所述第三电容的第二端接地，多个两相单级电荷泵电路前后依次串联或相互并联，串联时，位于最前的两相单级电荷泵电路的前端接入高电平信号，并联时，多个两相单级电荷泵电路的前端均接入高电平信号。

优选地，所述两相单级电荷泵电路的数量为5个。

本实用新型公开的利用中低压器件在低压下产生高压的多级多相高压电荷泵，其相比现有技术而言的有益效果在于，本实用新型电路架构简单，可以全部采用中低压CMOS器件，使得成本降低。同时，本实用新型采用多相技术，每相交替开关，对输入电源和地的冲击大大减小，从而导致其对周围IP模块的干扰也相应减少。此外，由于采用多相技术，电荷泵输出电压上的纹波噪声也相应地减少。

附图说明

图1为现有Driver和Sensor之间的电压域及其相互关系示意图。

图2为现有Driver中的Boost Converter升压电路示意图。

图3为现有Driver中的两相4倍电荷泵示意图。