專利名稱：一種電荷泵電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體領域，尤其涉及電荷泵電路。
背景技術：
電荷泵電路廣泛應用于存儲器等芯片，通常為芯片的數據操作提供高電壓，即將輸入電荷泵電路的低電壓信號轉換為高電壓信號。 圖l所示結構是一種現有電荷泵電路IO，包括順次連接的電荷泵11、過濾電容(CmtJl2、負載電容(C^d)13及負載電流結構(1^d)14;其中電荷泵ll包括信號輸入端110、控制輸入端111及信號輸出端112，信號輸出端112連接至CfiltCT12。
圖2所示波形是圖1電荷泵電路10的控制信號Web的波形和輸出的高壓信號HV的波形，結合圖2及圖1，電荷泵電路10的工作原理為信號輸入端110輸入低壓信號；當控制輸入端lll輸入的控制信號翻轉后，觸發電荷泵ll對C組^12、C^d 13及Iw 14充電；在充到預定值后，信號輸出端112輸出高壓信號HV。 圖2所示的控制信號Web翻轉時間點和高壓信號HV上升至高壓的時間點間有一
個時間段，該時間段為上升時間，上升時間越短，說明信號延遲越小，性能越高。 圖2所示的高壓信號HV有一段鋸齒狀波形，該波形稱為高壓信號HV的"紋波"，其
產生的原因是電荷泵ll不是連續工作的，是時斷時續的充電過程，因此當其停止充電時，
高壓信號HV的電壓將發生回落現象，于是產生了"紋波"現象。"紋波"越大，則說明高壓信
號HV越不穩定，性能越低。 為減小"紋波"現象，所述電荷泵電路10中添加有CfiltCT12，CfiltCT12有穩定電壓的作用，其電容值通常很大，因此能夠減小高壓信號HV的"紋波"，但與未添加CfiltCT12的電路相比，電荷泵電路10中的電荷泵11需要耗費更長時間才能夠將ClMd 13及IlMd 14充電至預定值輸出高壓信號HV，即電荷泵電路10增加了上升時間。 為減小上升時間，業界提出圖3所示的電荷泵電路30，與圖2所示電路相比，其增
加有多個備用電荷泵31，通過增加充電能力來降低充電時間，從而降低上升時間。 但由于圖3所示結構中CfiltCT13的電容值通常很大，因此雖然與圖2所示結構相
比，圖3所示結構能夠進一步減小上升時間，但減小的幅度有限，并且需要很精確的控制各
個備用電荷泵31的控制信號相位，使其匹配，以防止各個備用電荷泵31的控制信號不匹配
而導致各個備用電荷泵31充電過程不匹配進而導致紋波加劇的問題。

發明內容
本發明提供電荷泵電路，以進一步減小上升時間，且無需通過精確控制各個備用
電荷泵的控制信號相位匹配以使各個備用電荷泵充電過程匹配。 本發明提供的一種電荷泵電路包括有多個過濾電容及多個備用電荷泵，各個備用
電荷泵各自連接一個或多個過濾電容來對過濾電容充電，由于采用多個過濾電容，因此每個過濾電容的電容值均小于總過濾電容值的和，根據電容值越小，電容的電壓充電至預定值所耗費的時間越小的原理，本發明提供的這種電荷泵電路能夠很快將過濾電容的電壓充至預定值。 本發明還提供了另 一種電荷泵電路，其在備用電荷泵及過濾電容之間添加有備用電荷泵控制模塊，用于在備用電荷泵與過濾電容連接的連接點的電壓大于或等于預定值時，將備用電荷泵從連接點斷開，并在所述電壓低于預定值時將備用電荷泵連接至該連接點以對過濾電容充電，因此本發明提供的另一種電荷泵電路既能在過濾電容電壓未達到預定值時采用備用電荷泵對過濾電容充電，也能夠避免備用電荷泵將過濾電容充電至預定值后，還連接在該連接點而加劇"紋波"現象，導致電荷泵電路輸出信號穩定性降低的問題，所以本發明提供的另一種電荷泵電路降低了"紋波"現象，提高了電荷泵電路輸出信號的穩定性。


圖1為一種現有電荷泵電路結構示意 圖2為圖1所示電路的輸出信號和控制信號的波形 圖3為另一種包含備用電荷泵的現有電荷泵電路結構 圖4A為本發明實施例中一種電荷泵電路的結構示意 圖4B為本發明實施例中另一種電荷泵電路結構示意 圖5為本發明實施例的備用電荷泵開關控制電路結構示意 圖6為本發明實施例的第三種電荷泵電路結構示意圖。
具體實施例方式
針對背景技術提及的問題，本申請發明人分析在圖1及圖3所示的電荷泵電路中，過濾電容均有很高的電容值以降低"紋波"現象，這使得上升時間很大，雖然圖3所示結構添加了多個備用電荷泵31有利于減小上升時間，但過濾電容的電容值畢竟很高，因此其減小的幅度有限。如果能夠降低Cfilter 32的電容值則能夠進一步減小上升時間，但為降低"紋波"現象，又通常需要很高的過濾電容值。 為解決這一矛盾，可以在電荷泵電路中設置多個并聯的電容值較小的過濾電容，則其總過濾電容值很高，各個過濾電容的電容值較低，備用電荷泵能夠很快將過濾電容充電至預定值電壓，因此能夠進一步減小上升時間，且與圖3所示電荷泵電路結構相比，不會加劇"紋波"現象。 圖4A所示是本發明實施例提供的一種電荷泵電路結構40A，該結構40A中包括多個Cf ilter 41A和多個備用電荷泵42A，所有備用電荷泵42A并聯，各個備用電荷泵42A各自連接有一個Cfilter 41A，以對其充電。 各個Cfilter 41A的電容值可以相同也可以不同，較佳的保持相同， 一方面工藝
制造及設計較為方便，另一方面能夠降低整個電荷泵電路40A的噪聲。 圖4A所示結構中備用電荷泵42A連接有一個Cfilter 41A，實際也可以連接多個
Cfilter 41A。 由于本發明實施例提供的電荷泵電路各個備用電荷泵連接有各自的過濾電容，因此各個備用電荷泵的充電過程可以不匹配，也就無需對各個控制信號進行精確控制。
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本實施例還提出了圖4B所示的電荷泵電路40 ，包括主電荷泵41 、備用電荷泵42 、
多個過濾電容43及備用電荷泵控制模塊44，其中備用電荷泵控制模塊44連接在備用電荷
泵42和過濾電容43之間。備用電荷泵42對過濾電容43充電即將連接點45的電壓提升
至預定值，因此可以通過連接點45的電壓是否達到預定值來判斷備用電荷泵42是否完成
充電，如果完成，則可用備用電荷泵控制模塊44將備用電荷泵41從連接點45斷開。在備
用電荷泵42對過濾電容43充電或充完電前，該連接點45的電壓沒有達到預定值，因此備
用電荷泵控制模塊44需要控制備用電荷泵42連接至連接點45。 備用電荷泵控制模塊44的數目可以等于或小于備用電荷泵42的數目。 圖4B所示結構可以在備用電荷泵42充完電后將其從電荷泵電路40斷開，能夠降
低備用電荷泵40加劇"紋波"現象的問題，提高輸出信號的穩定性。 備用電荷泵控制模塊44可以有多種結構，圖4B中備用電荷泵控制模塊44的結構是采用開關來實現備用電荷泵42與連接點45的連接和斷開，包括備用電荷泵開關440，連接在備用電荷泵42和過濾電容43之間；備用電荷泵開關控制電路441連接在備用電荷泵開關440上，用來控制備用電荷泵開關440的斷開和閉合，其中在連接點45的電壓值高于或等于預定值時，說明備用電荷泵42已經完成充電，則控制備用電荷泵開關440斷開，在連接點45的電壓值低于預定值時，說明需要進行充電，則控制備用電荷泵開關440閉合，將備用電荷泵42連接至連接點45上充電。 備用電荷泵開關控制電路441也可以有多種，圖5所示的備用電荷泵開關控制電路441包括相互連接的第一電阻Rl及第二電阻R2，第一電阻Rl的一端連接到連接點45，可以獲取連接點45的電壓，第二電阻R2的一端接地；第一電阻R1和第二電阻R2的連接處N的電壓作為對比電壓，該對比電壓和連接點45的電壓一一對應，用于和標準電壓對比；
圖5所示結構還包括比較器R，該比較器R有兩個輸入端和一個輸出端，其中一個輸入端a連接至連接處N，則輸入端a輸入的電壓就是對比電壓，另一個輸入端b用于輸入標準電壓，標準電壓和上述預定值——對應，即對比電壓對應連接點45的電壓，標準電壓對應預定值，因此比較對比電壓和標準電壓也就相當于比較連接點45的電壓和預定值。輸出端c輸出的是比較信號通常是邏輯"1"或邏輯"0"，用來表明連接點45電壓是否低于預定值，如果低于，則比較信號輸入到備用電荷泵開關440時，該開關440閉合，如果高于或等于，那備用電荷泵開關440斷開。其中可以用邏輯"1"控制閉合及邏輯"0"控制斷開，也可以用邏輯"1"控制斷開及邏輯"0"控制閉合，較佳的，通常可以采用電平移位器對輸出端c輸出的邏輯"1"進一步升高電壓，例如升高至備用電荷泵42的輸出電平，然后用升高電壓后的邏輯"1"來控制備用電荷泵開關440的斷開或閉合，以保證備用電荷泵開關440能順利的斷開和閉合。 圖5所示的結構實際可以劃分成兩部分，一部分是第一電阻R1及第二電阻R2，其作用在于根據連接點45的電壓獲取對比電壓；另一部分是比較器R，其連接至備用電荷泵開關440，用于比較對比電壓與標準電壓，并向所述備用電荷泵開關輸出比較信號，其中所述標準電壓與所述預定值唯一對應，所述比較信號能夠在該連接點的電壓值高于或等于預定值時控制所述備用電荷泵開關斷開，并在該連接點電壓值低于預定值時控制所述備用電荷泵開關閉合。這兩部分除了可以用圖5的結構實現外，還可以采用其它結構，例如用其它分壓電路作為第一部分，穩壓器作為另一部分。
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圖6所示的是本實施例的另一種電荷泵電路60結構，與圖4B的結構區別在于其 具備主電荷泵控制模塊61，主電荷泵控制模塊61連接在主電荷泵63和連接點62之間，能 夠在連接點62的電壓高于或等于預定值即備用電荷泵64充完電后，將主電荷泵63和連接 點62連接，并在連接點62的電壓低于預定值即備用電荷泵64充電前或充完電前，保持主 電荷泵63和連接點62斷開。這能夠保證主電荷泵63主要或只是為負載部分65充電，備 用電荷泵64充完電的時間要比主電荷泵63的充完電時間短，所以與圖4B結構相比，主電 荷泵63主要或只是為負載部分65充電，能夠縮短充電時間，上升時間要更小一些。
其中主電荷控制模塊61可以與備用電荷泵的數目相同，也可以少于備用電荷泵 的數目。 主電荷控制模塊61的結構可以但不限于采用備用電荷控制模塊的結構，能夠符 合上述描述的結構通常都可以實施。 本實施例中，所述主電荷泵控制模塊61具體包括 主電荷泵開關610，連接于所述主電荷泵63和該連接點62之間； 主電荷泵開關控制電路611，連接至所述主用電荷泵開關610，用于在該連接點62
的電壓值高于或等于預定值時控制所述主電荷泵開關610閉合；以及在該連接點62電壓值
低于預定值時控制所述主電荷泵開關610斷開。 其中所述主電荷泵開關控制電路611可以具體包括 主對比電壓獲取單元，用于根據該連接點62的電壓獲取主對比電壓； 主比較單元，連接至所述主電荷泵開關610，用于比較所述主對比電壓與主標準電
壓，并向所述主電荷泵開關610輸出主比較信號，其中所述主標準電壓與所述預定值一一
對應，所述主比較信號能夠在該連接點62的電壓值高于或等于預定值時控制所述主電荷
泵開關610閉合，并在該連接點62電壓值低于預定值時控制所述主電荷泵開關610斷開。 此外所述主對比電壓獲取單元可以具體包括相互連接的第三電阻及第四電阻；其
中第三電阻連接至所述連接點62，用于獲取連接點62的電壓；第四電阻接地；第三電阻及
第四電阻的連接處連接至主比較單元中的主電荷泵開關610，該連接處P的電壓作為主對
比電壓。 顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和范圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬于本發明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種電荷泵電路，包括主電荷泵、過濾電容及多個并聯的備用電荷泵；其特征在于，所述過濾電容有多個；以及各個備用電荷泵各自連接有一個或多個過濾電容。
2. 如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，全部過濾電容的電容值均相等。
3. 如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，部分過濾電容的電容值相等。
4. 如權利要求1所述的電荷泵電路，其特征在于，還包括備用電荷泵控制模塊，連接于備用電荷泵及過濾電容之間，用于在與所述過濾電容連接的連接點的電壓大于或等于預定值時控制所述備用電荷泵從該連接點斷開，以及在該連接點的電壓低于預定值時控制備用電荷泵連接至所述連接點。
5. 如權利要求4所述的電荷泵電路，其特征在于，所述備用電荷泵控制模塊具體包括備用電荷泵開關，連接于所述備用電荷泵和該連接點之間；備用電荷泵開關控制電路，連接至所述備用電荷泵開關，用于在該連接點的電壓值高于或等于預定值時控制所述備用電荷泵開關斷開；以及在該連接點電壓值低于預定值時控制所述備用電荷泵開關閉合。
6 如權利要求5所述的電荷泵電路，其特征在于，所述備用電荷泵開關控制電路具體包括對比電壓獲取單元，用于根據該連接點的電壓獲取對比電壓；比較單元，連接至所述備用電荷泵開關，用于比較所述對比電壓與標準電壓，并向所述備用電荷泵開關輸出比較信號，其中所述標準電壓與所述預定值唯一對應，所述比較信號能夠在該連接點的電壓值高于或等于預定值時控制所述備用電荷泵開關斷開，并在該連接點電壓值低于預定值時控制所述備用電荷泵開關閉合。
7. 如權利要求6所述的電荷泵電路，其特征在于，所述對比電壓獲取單元具體包括相互連接的第一電阻及第二電阻；其中第一電阻連接至所述連接點，用于獲取連接點電壓；第二電阻接地；第一電阻及第二電阻的連接處連接至比較單元，該連接處的電壓作為對比電壓。
8. 如權利要求4所述的電荷泵電路，其特征在于，還包括主電荷泵控制模塊，連接于該連接點與主電荷泵之間，用于在該連接點的電壓值高于或等于預定值時控制主電荷泵連接至所述連接點，以及在該連接點的電壓值低于預定值時控制主電荷泵從所述連接點斷開。
9. 如權利要求8所述的電荷泵電路，其特征在于，所述主電荷泵控制模塊具體包括主電荷泵開關，連接于所述主電荷泵和該連接點之間；主電荷泵開關控制電路，連接至所述主用電荷泵開關，用于在該連接點的電壓值高于或等于預定值時控制所述主電荷泵開關閉合；以及在該連接點電壓值低于預定值時控制所述主電荷泵開關斷開。
10. 如權利要求9所述的電荷泵電路，其特征在于，所述主電荷泵開關控制電路具體包括主對比電壓獲取單元，用于根據該連接點的電壓獲取主對比電壓；主比較單元，連接至所述主電荷泵開關，用于比較所述主對比電壓與主標準電壓，并向所述主電荷泵開關輸出主比較信號，其中所述主標準電壓與所述預定值一一對應，所述主比較信號能夠在該連接點的電壓值高于或等于預定值時控制所述主電荷泵開關閉合，并在該連接點電壓值低于預定值時控制所述主電荷泵開關斷開。
11.如權利要求io所述的電荷泵電路，其特征在于，所述主對比電壓獲取單元具體包括相互連接的第三電阻及第四電阻；其中第三電阻連接至所述連接點，用于獲取連接點電壓；第四電阻接地；第三電阻及第四電阻的連接處連接至比較單元，該連接處的電壓作為主對比電壓。
全文摘要
本發明提供的一種電荷泵電路包括有多個過濾電容及多個備用電荷泵，各個備用電荷泵各自連接一個或多個過濾電容來對過濾電容充電，由于采用多個過濾電容，因此每個過濾電容的電容值均小于總過濾電容值的和，根據電容值越小，電容的電壓充電至預定值所耗費的時間越小的原理，本發明提供的這種電荷泵電路能夠很快將過濾電容的電壓充至預定值，其上升時間很小。
文檔編號H02M3/07GK101764519SQ200910198988
公開日2010年6月30日 申請日期2009年11月18日 優先權日2009年11月18日
發明者楊光軍 申請人:上海宏力半導體制造有限公司