[发明专利]一种可产生正负电压的电荷泵电路

说明书

本发明涉及一种可产生正负电压的电荷泵电路，属于电荷泵电路技术领域，该电路包括一个电荷泵或由多个相同的电荷泵级联构成级联电荷泵，用于产生所需的正负高电压；一组开关管与电荷泵相连，用于选择性输出正高电压或负电压。本发明在分别输出正高压或负高压的情况下，只需要一个电荷泵和一组开关管。在分别输出正高压或负高压的情况下，电荷泵共用该组开关管，显著节省了电路面积和成本，其改进效果对于大电流大功耗的电荷泵尤为显著。并且，该电路结构易于以级联的形式产生满足系统要求的电压幅度。

技术领域

本发明涉及电荷泵电路技术领域，尤其涉及一种可产生正负电压的电荷泵电路。

背景技术

电荷泵(charge pump)可应用在多种电子装置中，例如非易失性存储器、显示驱动器、音频驱动器等等，用来产生高于电源电压的电压或者低于地电压的负电压。

与电荷泵用途相近的电路还包括LDO和开关电源电路，三者各有优劣。其中，LDO的输出纹波小，输出电压容易调节，不过输出电压只能低于电源电压，而不能高于电源电压，也不能低于地电压。开关电源电路的输出电压容易调节，并且既能高于电源电压，也能低于电源电压，缺点是必须使用片外电感，方案的整体体积较大。相比之下，电荷泵的体积小，无片外电感，通常用于功率较小的应用领域。电荷泵最大的优势在于输出电压既能高于电源电压，也能低于电源电压，甚至能低于地电压的负电压。

通常来说，电荷泵输出高于电源电压和低于地电压的负电压是由两套不同的电荷泵完成。专利文件CN112448576A提出了一种正负电压电荷泵电路，包括时钟发生模块、正电压电荷泵模块、瞬态增强模块和负电压电荷泵模块。采用瞬态增强模块将该正电压和供电电压进行采样并转换成电流进行比较，根据比较结果实现为负电压电荷泵模块提供可切换的输入电压。其本质是使用了正负两个电荷泵，通过开启特定的电荷泵输出正或负高压。

专利文件CN101662208A提出了一种正负高电压的电荷泵电路，由非对称交叉耦合电荷泵串行单边级联，只用一个charge pump电路产生正高压和负高压。但是，输出正高压的输出端是VHP节点，电路布局上与VHN邻近的VDD作为输入端或供能端。输出负高压的输出端是VHN节点，电路布局上与VHP邻近的GND作为输入端或供能端。这种变换输出端的做法对大多数电路来说没有实用价值，因为输入端和输出负载端通常是固定的硬件连接。

专利文件CN105048802A提出了一种分时复用的正负电荷泵电路，包括一个正电荷泵和一个负电荷泵，通过公用的电容进行结合，并配置开关控制，使得两个电荷泵组合成正负电荷泵。在此专利中，诸多开关管根据正负电荷泵的功能要求分成了两组，分别使能，本质是将正负电荷泵的电容公用。虽然在电路面积和成本上比完全独立的正负电荷泵有所改进，但是仍然有改善的空间。

发明内容

本发明的目的是为进一步优化电荷泵电路结构，提出一种可产生正负电压的电荷泵电路。本发明的电路结构显著节省了电路面积和成本，且易于级联，满足系统所需的电压幅度要求。

为达此目的，本发明提出一种可产生正负电压的电荷泵电路，包括：

一个电荷泵或由多个相同的电荷泵级联构成的级联电荷泵，用于产生所需的正负高电压；

一组开关管与所述电荷泵相连，用于选择性输出正高电压或负高电压。

进一步地，所述一个电荷泵采用两个PMOS管、两个NMOS管和两个电容组成的交叉耦合结构的电荷泵。

进一步地，所述级联电荷泵中每个电荷泵均采用两个PMOS管、两个NMOS管和两个电容组成的交叉耦合结构的电荷泵。