雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷泵的製作方法

2023-06-14 03:38:06 2

專利名稱：雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷泵的製作方法
技術領域：
本發明有關於ー種雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷泵，尤指ー種利用第一時鐘脈衝與反相的第一時鐘脈衝，產生第一雙倍幅時鐘脈衝與第二雙倍幅時鐘脈衝的雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷泵。
背景技術：
在先前技術中，單倍幅時鐘脈衝產生器所產生的單倍幅時鐘脈衝的振幅介於一高電壓(VCC)與一低電壓(ground)之間，其中單倍幅時鐘脈衝的高電壓隨著金屬氧化物半導體電晶體的製作過程進步而逐漸降低。因此，當單倍幅時鐘脈衝產生器應用於電荷泵吋，電荷泵將會遭逢下列缺點第一、隨著單倍幅時鐘脈衝的高電壓逐漸降低，電荷泵將無法保持良好的電荷傳遞特性；第二、在起電過程中，電荷泵輸出電荷的能力不好；第三、電荷泵的第一次升壓循環的效率較差；第四、電荷泵可能需要低閥值的元件；第五、電荷泵可能需要寬度大的元件；第六、電荷泵可能需要電位調整器(level shifter);第七、電荷泵可能需要特殊製作過程的元件。綜上所述，對於電荷泵的設計者而言，將單倍幅時鐘脈衝產生器應用於電荷泵並非是ー個好的選擇。

發明內容
本發明的一實施例提供一種雙倍幅時鐘脈衝產生器。該雙倍幅時鐘脈衝產生器包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路和一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路。該第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路用以接收一第一電壓、一第二電壓、一第一時鐘脈衝、一反相的第一時鐘脈衝和ー第三電壓，及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝；該第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路用以接收一第四電壓、該第二電壓、接收該反相的第一時鐘脈衝、該第一時鐘脈衝和該第三電壓，及用以輸出一第二雙倍幅時鐘脈沖。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路包含一第一預充電單兀，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，用以接收該第二電壓，一第三端，及一第四端；一第一電容，具有一第一端，I禹接於該第一預充電單兀的第四端，及一第ニ端，用以接收該第一時鐘脈衝；一第一電荷傳遞單元，具有一第一端，耦接於該第一預充電單元的第四端，一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝，及一第三端，用以輸出該第一雙倍幅時鐘脈衝；及一第二預充電単元，具有一第一端，耦接於該第一電荷傳遞單元的第三端，一第二端，耦接於該第一電荷傳遞單元的第二端，及一第三端，用以接收該第三電壓；及該第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路包含一第三預充電単元，具有一第一端，用以接收該第四電壓，一第二端，用以接收該第二電壓，一第三端，及一第四端；一第二電容，具有一第一端，耦接於該第三預充電単元的第四端，及一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝；一第二電荷傳遞單元，具有一第一端，耦接於該第三預充電単元的第四端，一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝，及一第三端，用以輸出該第二雙倍幅時鐘脈衝；及一第四預充電単元，具有一第一端，用以接收該第三電壓，一第二端，耦接於該第二電荷傳遞單元的第二端，及一第三端，耦接於該第二電荷傳遞單元的第三端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第一預充電単元包含一第一 P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第一 P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓；及一第二 P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第ニ電壓，一第二端， 一第三端，I禹接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓；該第一電荷傳遞單元包含一第一 N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第一雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端；及該第二預充電単元包含一第三P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，用以接收該第三電壓，及一第四端，耦接於該第三P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第三預充電単元包含一第四P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，一第三端，耦接於該第ニ電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓；及一第五P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第五P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第二電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓；該第二電荷傳遞單元包含一第二 N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第二電容的第一端，一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第二雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第二 N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端；及該第四預充電単元包含一第六P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第三電壓，一第二端，耦接於該第二 N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，耦接於該第二 N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，及一第四端，耦接於該第六P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第二 P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端用以耦接於ー電荷泵單元的第二輸出端，以及該第四P型金屬氧化物半導體電晶體的第ニ端用以耦接於該電荷泵單元的第一輸出端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第二 P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第四P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，以及該第四P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第一 P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第二電壓為一低電壓以及該第三電壓為一高電壓。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器,其中該第一電壓為一高電壓或該第一時鐘脈衝以及該第四電壓為該高電壓或該反相的第一時鐘脈沖。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第一預充電単元包含一第三N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第三N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓；及一第四N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第ニ電壓，一第二端，一第三端，I禹接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓；該第一電荷傳遞單元包含一第七P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第一雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第七P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端；及該第二預充電単元包含一第五N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第七P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第七P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，用以接收該第三電壓，及一第四端，耦接於該第五N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端。
上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第三預充電単元包含一第六N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，一第三端，耦接於該第ニ電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓；及一第七N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第七N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第二電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓；該第二電荷傳遞單元包含一第八P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第二電容的第一端，一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第二雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第八P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端；及該第四預充電単元包含一第八N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第三電壓，一第二端，耦接於該第八P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，耦接於該第八P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，及一第四端，耦接於該第八N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第四N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端用以耦接於ー電荷泵單元的第二輸出端，以及該第六N型金屬氧化物半導體電晶體的第ニ端用以耦接於該電荷泵單元的第一輸出端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第四N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第六N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，以及該第六N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第三N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第二電壓為一高電壓以及該第三電壓為一低電壓。上述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其中該第一電壓為ー低電壓或該第一時鐘脈衝以及該第四電壓為該低電壓或該反相的第一時鐘脈沖。本發明的另ー實施例提供ー種電荷泵。該電荷泵包含一雙倍幅時鐘脈衝產生器、一預充級泵單元和一電荷泵単元鏈。該雙倍幅時鐘脈衝產生器包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路和ー第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路。該第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路用以接收一第一電壓、一第二電壓、一第一時鐘脈衝、一反相的第一時鐘脈衝和ー第三電壓，及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝；該第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路用以接收一第四電壓、該第二電壓、接收該反相的第一時鐘脈衝、該第一時鐘脈衝和該第三電壓，及用以輸出一第二雙倍幅時鐘脈沖。該預充級泵單元用以提供ー泵預充電壓對。該電荷泵單元鏈包含至少ー電荷泵單元，該電荷泵單元鏈用以接收該第一雙倍幅時鐘脈衝、該第二雙倍幅時鐘脈沖、該泵預充電壓對,且用以輸出ー電荷泵輸出電壓。上述的電荷泵，其中該至少一電荷泵単元包含一第一級電荷泵單元，用以接收該第一雙倍幅時鐘脈衝、該第二雙倍幅時鐘脈衝、該泵預充電壓對，且用以輸出一第一泵電壓對；及一第N級電荷泵單元，用以接收該第一雙倍幅時鐘脈衝、該第二雙倍幅時鐘脈衝、一第(N-I)泵電壓對，且用以輸出一第N泵電壓對；其中N彡2，且N為ー整數。上述的電荷泵，其中該電荷泵輸出電壓為該第N泵電壓對。本發明提供一種雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷 泵。該雙倍幅時鐘脈衝產生器及該電荷泵利用一第一時鐘脈衝與一反相的第一時鐘脈衝，產生一第一雙倍幅時鐘脈衝與ー第ニ雙倍幅時鐘脈沖。然後，該電荷泵即可利用該第一雙倍幅時鐘脈衝與該第二雙倍幅時鐘脈衝，控制I電荷泵単元鏈的電荷傳遞。因此，本發明具有下列優點第一、當一高電壓逐漸降低時，該電荷泵仍保持良好的ー電荷傳遞特性；第二、在起電過程中，該電荷泵輸出電荷的能力較好；第三、該電荷泵的ー第一次升壓循環的效率和該電荷泵的其他次升壓循環的效率一祥；第四、該電荷泵不需要低閥值的元件，即可克服一半導體製作過程的ー些製作過程變異(comer cases);第五、該電荷泵不需要寬度大的元件，亦即該電荷泵的元件具有小面積和小寄生電容，所以可增加該電荷泵的泵效率(pump efficiency);第六、該電荷泵不需要一電位調整器；第七、該電荷泵不需要ー些特殊半導體製作過程的元件。


圖I為本發明的一實施例說明ー種雙倍幅時鐘脈衝產生器的示意圖；圖2為說明圖I的第一時鐘脈衝、反相的第一時鐘脈衝、節點A的電壓、節點B的電壓和第一雙倍幅時鐘脈衝的時序不意圖；圖3為本發明的另ー實施例說明ー種雙倍幅時鐘脈衝產生器的示意圖；圖4為說明圖3的第一時鐘脈衝、反相的第一時鐘脈衝、節點A的電壓、節點B的電壓和第一雙倍幅時鐘脈衝的時序不意圖；圖5為本發明的另ー實施例說明ー種電荷泵的不意圖。其中附圖標記100,300,502雙倍幅時鐘脈衝產生器102,302,5022第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路104、304、5024第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路500電荷泵504預充級泵單元506電荷泵單元鏈102 2,3022第一預充電單元1024第一電容102 6、3026第一電荷傳遞單兀1028,3028第二預充電單元104 2,3042第三預充電單元1044第二電容104 6,3046第二電荷傳遞單元1048、3048第四預充電單元10222第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10224第二 P型金屬氧化物半導體電晶體10262第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10282第三P型金屬氧化物半導體電晶體
10422第四P型金屬氧化物半導體電晶體10424第五P型金屬氧化物半導體電晶體10462第二 N型金屬氧化物半導體電晶體10482第六P型金屬氧化物半導體電晶體30222第三N型金屬氧化物半導體電晶體 30224第四N型金屬氧化物半導體電晶體30262第七P型金屬氧化物半導體電晶體30282第五N型金屬氧化物半導體電晶體30422第六N型金屬氧化物半導體電晶體30424第七N型金屬氧化物半導體電晶體30462第八P型金屬氧化物半導體電晶體30482第八N型金屬氧化物半導體電晶體5061-506N 電荷泵單元A、B節點CLKl第一時鐘脈衝反相的第一時鐘脈衝FDSCL K第一雙倍幅時鐘脈衝PFVl、PSVl第一泵電壓對 PFV2、PSV2第二泵電壓對PFVN, PSVN第N泵電壓對 PPFV、PPSV泵預充電壓對POV電荷泵輸出電壓SDSCLK第二雙倍幅時鐘脈衝Vl第一電壓V2第二電壓V3第三電壓V4第四電壓VCC聞電壓-VCC第一低電壓
具體實施例方式請參照圖1，圖I為本發明的一實施例說明ー種雙倍幅時鐘脈衝產生器100的示意圖。雙倍幅時鐘脈衝產生器100包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路102和一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路104。第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路102用以接收一第一電壓VI、一第二電壓V2、一第一時鐘脈衝CLKl、一反相的第一時鐘脈衝和一第三電壓V3，以及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK，其中第二電壓V2可為ー低電壓(例如一地電壓(OV))、第三電壓V3可為一高電壓(例如VCC)以及第ー電壓Vl可為高電壓(例如VCC)或為第一時鐘脈衝CLK1。第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路104用以接收一第四電壓V4、第二電壓V2、反相的第一時鐘脈沖^^、接收第一時鐘脈衝CLKl和第三電壓V3，以及用以輸出一第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK，其中第四電壓V4可為高電壓(例如VCC)或為反相的第一時鐘脈衝 CLKl。如圖I所示，第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路102包含一第一預充電單元1022、一第一電容1024、一第一電荷傳遞單兀1026及一第二預充電單兀1028,其中第一預充電單兀1022包含一第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10222和一第二 P型金屬氧化物半導體電晶體10224 ;第一電荷傳遞單元1026包含一第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262 ;第ニ預充電單元1028包含一第三P型金屬氧化物半導體電晶體10282。第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10222具有一第一端,用以接收第二電壓V2, —第二端,稱接於第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10222的第一端，一第三端，耦接於第一電容1024的第一端，及一第四端，用以接收第一電壓Vl ;第二 P型金屬氧化物半導體電晶體10224具有一第一端，用以接收第二電壓V2, —第二端,一第三端,f禹接於第一電容1024的第一端,及一第四端,用以接收第一電壓Vl ;第ー電容1024具有一第一端，耦接於第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10222的第三端，及一第二端，用以接收第一時鐘脈衝CLKl ;第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262具有一第一端，稱接於第一電容1024的第一端,一第二端，用以接收反相的第一時鐘脈衝CLKl，一第三端，用以輸出第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK，及一第四端，耦接於第一N型金屬氧化物半導體電晶體10262的第一端；第三P型金屬氧化物半導體電晶體10282具有一第一端，耦接於第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262的第三端，一第二端，耦接於第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262的第二端,一第三端,用以接收第三電壓V3,及一第四端，耦接於第三P型金屬氧化物半導體電晶體10282的第三端。
如圖I所示，第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路104包含一第三預充電單元1042、一第二電容1044、一第二電荷傳遞單元1046及一第四預充電單元1048，其中第三預充電單元1042包含一第四P型金屬氧化物半導體電晶體10422和一第五P型金屬氧化物半導體電晶體10424 ;第二電荷傳遞單元1046包含一第二 N型金屬氧化物半導體電晶體10462 ;第四預充電單元1048包含一第六P型金屬氧化物半導體電晶體10482。第四P型金屬氧化物半導體電晶體10422具有一第一端,用以接收第二電壓V2, —第二端,一第三端，稱接於第二電容1044的第一端，及一第四端，用以接收第四電壓V4 ;第五P型金屬氧化物半導體電晶體10424具有一第一端,用以接收第二電壓V2, —第二端,稱接於第五P型金屬氧化物半導體電晶體10424的第一端,一第三端,稱接於第二電容1044的第一端,及一第四端,用以接收第四電壓V4 ;第ニ電容1044具有一第一端，耦接於第四P型金屬氧化物半導體電晶體10422的第三端，及一第二端，用以接收反相的第一時鐘脈衝;第二 N型金屬氧化物半導體電晶體10462具有一第一端，耦接於第二電容1044的第一端，一第二端，用以接收第ー時鐘脈衝CLK1，一第三端，用以輸出第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK，及一第四端，耦接於第ニ N型金屬氧化物半導體電晶體10462的第一端；第六P型金屬氧化物半導體電晶體10482具有一第一端，用以接收第三電壓V3，一第二端，耦接於第二 N型金屬氧化物半導體電晶體10462的第二端,一第三端,稱接於第二 N型金屬氧化物半導體電晶體10462的第三端,及一第四端，耦接於第六P型金屬氧化物半導體電晶體10482的第一端。另外，如圖I所示，第二P型金屬氧化物半導體電晶體10224的第二端耦接於第四P型金屬氧化物半導體電晶體10422的第三端，以及第四P型金屬氧化物半導體電晶體10422的第二端耦接於第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10222的第三端。請參照圖2，圖2為說明圖I的第一時鐘脈衝CLKl、反相的第一時鐘脈衝CLKl、一節點A(第一電容1024的第一端)的電壓、ー節點B(第二電容1044的第一端)的電壓和第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的時序示意圖。如圖I和圖2所示，在時段Tl (雙倍幅時鐘脈衝產生器100的預充電期)，第一時鐘脈衝CLKl為高電壓VCC和反相的第一時鐘脈衝CXKl為低電壓0V。此時，因為節點B的電壓為一第一低電壓-VCC，所以第二 P型金屬氧化物半導體電晶體10224開啟，導致第二電壓V2傳送至節點A，亦即節點A的電壓為0V。此時，第一電容1024儲存電壓差(VCC)。另外，如圖I和圖2所示，因為反相的第一時鐘脈衝為低電壓OV，所以第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262關閉以及第三P型金屬氧化物半導體電晶體10282開啟，導致第三電壓V3傳送至第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262的第三端，亦即第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK為高電壓VCC。如圖I和圖2所示，在時段T2(雙倍幅時鐘脈衝產生器100的升壓期)，第一時鐘脈衝CLKl為低電壓OV和反相的第一時鐘脈衝δ 為高電壓VCC。因為第一電容1024儲存電壓差(VCC)，所以當第一時鐘脈衝CLKl由高電壓VCC轉變為低電壓OV時，節點A的電壓會降壓成為第一低電壓-VCC，以維持第一電容1024所儲存的電壓差(VCC)。另外，因為節點B的電壓為低電壓OV且節點A的電壓為第一低電壓-VCC，所以第一 P型金屬氧化物半導體電晶體10222和第二 P型金屬氧化物半導體電晶體10224關閉。另外，如圖I和圖2所不，因為反相的第一時鐘脈衝CLKl為聞電壓VCC，所以第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262開啟以及第三P型金屬氧化物半導體電晶體10282關閉，導致節點A的電壓(-VCC)傳送至第一 N型金屬氧化物半導體電晶體10262的第三端，亦即第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK為第一低電壓-VCC。如此，第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的振幅為2VCC，亦即第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的低電壓電位為第一低電壓-VCC，以及第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的高電壓電位為高電壓VCC。另外，第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK的操作原理皆和第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK相 同，在此不再贅述。另外，在本發明的另I實施例中，第二 P型金屬氧化物半導體電晶體10224的第二端用以耦接於ー電荷泵單元鏈中的一電荷泵単元的第二輸出端，以及第四P型金屬氧化物半導體電晶體10422的第二端用以耦接於電荷泵單元的第一輸出端。請參照圖3，圖3為本發明的另ー實施例說明ー種雙倍幅時鐘脈衝產生器300的示意圖。雙倍幅時鐘脈衝產生器300包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路302和一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路304。第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路302用以接收一第一電壓VI、一第二電壓V2、一第一時鐘脈衝CLKl、一反相的第一時鐘脈衝和一第三電壓V3，以及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK，其中第二電壓V2可為一高電壓(例如VCC)、第三電壓V3可為ー低電壓(例如一地電壓(OV))以及第ー電壓Vl可為低電壓(例如0V)或為第一時鐘脈衝CLK1。第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路104用以接收一第四電壓V4、第二電壓V2、反相的第一時鐘脈衝CLKl、接收第一時鐘脈衝CLKl和第三電壓V3，以及用以輸出一第ニ雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK，其中第四電壓V4可為低電壓(例如0V)或為反相的第一時鐘脈衝 CLKl ο如圖3所示，第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路302包含一第一預充電單元3022、一第一電容1024、一第一電荷傳遞單兀3026及一第二預充電單兀3028,其中第一預充電單兀3022包含一第三N型金屬氧化物半導體電晶體30222和一第四N型金屬氧化物半導體電晶體30224 ;第一電荷傳遞單元3026包含一第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262 ;第ニ預充電單兀3028包含一第五N型金屬氧化物半導體電晶體30282。第三N型金屬氧化物半導體電晶體30222具有一第一端，用以接收第二電壓V2，一第二端，耦接於第三N型金屬氧化物半導體電晶體30222的第一端,一第三端,稱接於第一電容1024的第一端,及一第四端，用以接收第一電壓Vl ;第四N型金屬氧化物半導體電晶體30224具有一第一端，用以接收第二電壓V2, —第二端,一第三端，I禹接於第一電容1024的第一端,及一第四端，用以接收第一電壓Vl ;第一電容1024具有一第一端，耦接於第三N型金屬氧化物半導體電晶體30222的第三端，及一第二端，用以接收第一時鐘脈衝CLKl ;第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262具有一第一端，稱接於第一電容1024的第一端,一第二端，用以接收反相的第一時鐘脈衝CLKl，一第三端,用以輸出第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK,及一第四端,I禹接於第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262的第一端；第五N型金屬氧化物半導體電晶體30282具有一第一端，耦接於第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262的第三端，一第二端，耦接於第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262的第二端，一第三端，用以接收第三電壓V3，及一第四端，耦接於第五N型金屬氧化物半導體電晶體30282的第三端。如圖3所示，第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路304包含一第三預充電單元3042、一第二電容1044、一第二電荷傳遞單元3046及一第四預充電單元3048，其中第三預充電單元3042包含一第六N型金屬氧化物半導體電晶體30422和一第七N型金屬氧化物半導體電晶體30424 ;第二電荷傳遞單元3046包含一第八P型金屬氧化物半導體電晶體30462 ;第四預充電單元3048包含一第八N型金屬氧化物半導體 電晶體30482。第六N型金屬氧化物半導體電晶體30422具有一第一端,用以接收第二電壓V2, —第二端,一第三端，稱接於第二電容1044的第一端，及一第四端，用以接收第四電壓V4 ;第七N型金屬氧化物半導體電晶體30424具有一第一端，用以接收第二電壓V2，一第二端，耦接於第七N型金屬氧化物半導體電晶體30424的第一端,一第三端,稱接於第二電容1044的第一端,及一第四端,用以接收第四電壓V4 ;第二電容1044具有一第一端，耦接於第六N型金屬氧化物半導體電晶體30422的第三端，及一第二端，用以接收反相的第一時鐘脈衝CLKl ;第八P型金屬氧化物半導體電晶體30462具有一第一端，耦接於第二電容1044的第一端，一第二端，用以接收第ー時鐘脈衝CLK1，一第三端，用以輸出第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK，及一第四端，耦接於第八P型金屬氧化物半導體電晶體30462的第一端；第八N型金屬氧化物半導體電晶體30482具有一第一端，用以接收第三電壓V3，一第二端，耦接於第八P型金屬氧化物半導體電晶體30462的第二端,一第三端，稱接於第八P型金屬氧化物半導體電晶體30462的第三端,及一第四端，耦接於第八N型金屬氧化物半導體電晶體30482的第一端。另外，如圖3所示，第四N型金屬氧化物半導體電晶體30224的第二端耦接於第六N型金屬氧化物半導體電晶體30422的第三端，以及第六N型金屬氧化物半導體電晶體30422的第二端耦接於第三N型金屬氧化物半導體電晶體30222的第三端。請參照圖4，圖4為說明圖3的第一時鐘脈衝CLKl、反相的第一時鐘脈衝CLKl、節點A的電壓、節點B的電壓、第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的時序示意圖。如圖3和圖4所示，在時段Tl (雙倍幅時鐘脈衝產生器300的預充電期)，第一時鐘脈衝CLKl為低電壓OV和反相的第一時鐘脈衝δ 為高電壓VCC。此時，因為節點B (第二電容1044的第一端)的電壓為一第一高電壓2VCC，所以第四N型金屬氧化物半導體電晶體30224開啟，導致第ニ電壓V2傳送至節點Α，亦即節點A的電壓為高電壓VCC。此時，第一電容1024儲存電壓VCC0另外，如圖3和圖4所示，因為反相的第一時鐘脈衝CLKl為高電壓VCC，所以第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262關閉以及第五N型金屬氧化物半導體電晶體30282開啟，導致第三電壓V3傳送至第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262的第三端，亦即第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK為低電壓0V。如圖3和圖4所示，在時段T2(雙倍幅時鐘脈衝產生器300的升壓期)，第一時鐘脈衝CLKl為高電壓VCC且反相的第一時鐘脈衝為低電壓OV0因為第一電容1024儲存電壓VCC，所以當第一時鐘脈衝CLKl由低電壓OV轉變為高電壓VCC時，節點A的電壓會升壓成為第一高電壓2VCC，以維持第一電容1024所儲存的電壓VCC0另外，因為節點B的電壓為高電壓VCC且節點A的電壓為第一高電壓2VCC，所以第三N型金屬氧化物半導體電晶體30222和第四N型金屬氧化物半導體電晶體30224關閉。另夕卜,如圖3和圖4所不，因為反相的第一時鐘脈衝CLKl為低電壓0V,所以第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262開啟以及第五N型金屬氧化物半導體電晶體30282關閉，導致節點A的電壓(2VCC)傳送至第七P型金屬氧化物半導體電晶體30262的第三端，亦即第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK為第一高電壓2VCC。如此，第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的振幅為2VCC，亦即第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的低電位為低電壓0V，以及第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK的高電位為第一高電壓2VCC。另外，第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK的操作原理皆和第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK相同，在此不再贅述。另外，在本發明的另I實施例中，第四N型金屬氧化 物半導體電晶體30224的第二端用以耦接於ー電荷泵單元鏈中的一電荷泵単元的第二輸出端，以及第六N型金屬氧化物半導體電晶體30422的第二端用以耦接於電荷泵單元的第一輸出端。請參照圖5,圖5為本發明的另一實施例說明一種電荷慄500的不意圖。電荷慄500包含一雙倍幅時鐘脈衝產生器502、一預充級泵單元504及一電荷泵單元鏈506，其中雙倍幅時鐘脈衝產生器502包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路5022和一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路5024。第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路5022用以接收一第一電壓VI、一第ニ電壓V2、一第一時鐘脈衝CLKl、一反相的第一時鐘脈衝01^1和一第三電壓V3，及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK ;第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路5024用以接收一第四電壓V4、第二電壓V2、反相的第一時鐘脈衝CLKl、第一時鐘脈衝CLKl和第三電壓V3，及用以輸出ー第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK。另外，因為雙倍幅時鐘脈衝產生器502可為雙倍幅時鐘脈衝產生器300或雙倍幅時鐘脈衝產生器100，所以在此不再贅述雙倍幅時鐘脈衝產生器502的其餘操作原理。預充級泵單元504用以提供一泵預充電壓對PPFV、PPSV，泵預充電壓對PPFV、PPSV可為ー對正電壓或ー對負電壓；電荷泵單元鏈506包含多個電荷泵單元5061-506N，其中N為正整數。但本發明並不受限於電荷泵單元鏈506包含多個電荷泵單元5061-506N,亦即電荷泵單元鏈506可僅包含ー電荷泵單元。電荷泵單元鏈506用以接收第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK、第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK、泵預充電壓對PPFV、PPSV，且用以輸出ー電荷泵輸出電壓P0V。如圖5所示，多個電荷泵單元5061-506N中的第一級電荷泵單元5061用以接收第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK、第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK、泵預充電壓對PPFV、PPSV，且用以輸出ー第一泵電壓對PFVl、PSVl ;第N級電荷泵單元506N用以接收第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK、第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK、一第(N-1)泵電壓對PFV(N-I)、PSV (N-1)，且用以輸出一第N泵電壓對PFVN、PSVN。例如第2級電荷泵單元5062用以接收第一雙倍幅時鐘脈衝FDSCLK、第二雙倍幅時鐘脈衝SDSCLK、第一泵電壓對PFV1、PSV1，且用以輸出ー第二泵電壓對PFV2、PSV2。因為電荷泵輸出電壓POV為第N級電荷泵單元506N的輸出電壓，所以電荷泵輸出電壓POV可為第N泵電壓對PFVN、PSVN,亦即PFVN的電位等於PSVN的電位。另夕卜，第一泵電壓對PFVl、PSVl可為ー對高於VCC之正電壓或一對低於OV之負電壓。綜上所述，本發明所提供的雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷泵，利用第一時鐘脈衝與反相的第一時鐘脈衝，產生第一雙倍幅時鐘脈衝與第二雙倍幅時鐘脈沖。然後，電荷泵即可利用第一雙倍幅時鐘脈衝與第二雙倍幅時鐘脈沖，控制電荷泵單元鏈的電荷傳遞。因此，本發明具有下列優點第一、當高電壓逐漸降低時，電荷泵仍保持良好的電荷傳遞特性；第ニ、在起電過程中，電荷泵輸出電荷的能力較好；第三、電荷泵的第一次升壓循環的效率和電荷泵的其他次升壓循環的效率一祥；第四、電荷泵不需要低閥值的元件，即可克服半導體製作過程的ー些製作過程變異(corner cases);第五、電荷泵不需要寬度大的元件，亦即電荷泵的元件具有小面積和小寄生電容，所以可增加電荷泵的泵效率(pump efficiency);第六、電荷泵不需要電位調整器 ；第七、電荷泵不需要ー些特殊半導體製作過程的元件。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
權利要求
1.一種雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，包含 一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路，用以接收一第一電壓、一第二電壓、一第一時鐘脈衝、一反相的第一時鐘脈衝和ー第三電壓，及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝；及 一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路，用以接收一第四電壓、該第二電壓、接收該反相的第ー時鐘脈衝、該第一時鐘脈衝和該第三電壓，及用以輸出一第二雙倍幅時鐘脈沖。
2.如權利要求I所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中 該第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路包含 一第一預充電單兀，具有一第一端，用以接收該第一電壓，一第二端，用以接收該第二電壓，一第三端，及一第四端； 一第一電容，具有一第一端，I禹接於該第一預充電單兀的第四端，及一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝； 一第一電荷傳遞單元，具有一第一端，耦接於該第一預充電単元的第四端，一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝，及一第三端，用以輸出該第一雙倍幅時鐘脈衝；及 一第二預充電単元，具有一第一端，耦接於該第一電荷傳遞單元的第三端，一第二端，耦接於該第一電荷傳遞單元的第二端，及一第三端，用以接收該第三電壓；及該第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路包含 一第三預充電単元，具有一第一端，用以接收該第四電壓，一第二端，用以接收該第二電壓，一第三端，及一第四端； 一第二電容，具有一第一端，耦接於該第三預充電單元的第四端，及一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝； 一第二電荷傳遞單元，具有一第一端，耦接於該第三預充電単元的第四端，一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝，及一第三端，用以輸出該第二雙倍幅時鐘脈衝 '及 一第四預充電單元，具有一第一端，用以接收該第三電壓，一第二端，耦接於該第二電荷傳遞單元的第二端，及一第三端，耦接於該第二電荷傳遞單元的第三端。
3.如權利要求2所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中 該第一預充電單元包含 一第一 P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第一 P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓；及 一第二 P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，一第三端，I禹接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓； 該第一電荷傳遞單元包含 一第一 N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第一雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端 '及該第二預充電單元包含 一第三P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第一 N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，用以接收該第三電壓，及一第四端，耦接於該第三P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端。
4.如權利要求3所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中 該第三預充電單元包含 一第四P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，一第三端，耦接於該第二電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓；及 一第五P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第五P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第二電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓； 該第二電荷傳遞單元包含 一第二 N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第二電容的第一端，一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第二雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第二 N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端 '及該第四預充電単元包含 一第六P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第三電壓，一第二端，耦接於該第二 N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，耦接於該第二 N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，及一第四端，耦接於該第六P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端。
5.如權利要求4所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第二P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端用以耦接於ー電荷泵單元的第二輸出端，以及該第四P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端用以耦接於該電荷泵單元的第一輸出端。
6.如權利要求4所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第二P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第四P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，以及該第四P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第一 P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端。
7.如權利要求I所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第二電壓為一低電壓以及該第三電壓為一高電壓。
8.如權利要求I所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第一電壓為一高電壓或該第一時鐘脈衝以及該第四電壓為該高電壓或該反相的第一時鐘脈沖。
9.如權利要求2所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中 該第一預充電單元包含 一第三N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第三N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓；及 一第四N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，一第三端，I禹接於該第一電容的第一端，及一第四端，用以接收該第一電壓； 該第一電荷傳遞單元包含 一第七P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第一電容的第一端，一第二端，用以接收該反相的第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第一雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第七P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端；及該第二預充電單元包含 一第五N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第七P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，一第二端，耦接於該第七P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，用以接收該第三電壓，及一第四端，耦接於該第五N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端。
10.如權利要求9所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中 該第三預充電單元包含 一第六N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，一第三端，耦接於該第二電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓；及 一第七N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第二電壓，一第二端，耦接於該第七N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端，一第三端，耦接於該第二電容的第一端，及一第四端，用以接收該第四電壓； 該第二電荷傳遞單元包含 一第八P型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，耦接於該第二電容的第一端，一第二端，用以接收該第一時鐘脈衝，一第三端，用以輸出該第二雙倍幅時鐘脈衝，及一第四端，耦接於該第八P型金屬氧化物半導體電晶體的第一端 '及 該第四預充電単元包含 一第八N型金屬氧化物半導體電晶體，具有一第一端，用以接收該第三電壓，一第二端，耦接於該第八P型金屬氧化物半導體電晶體的第二端，一第三端，耦接於該第八P型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，及一第四端，耦接於該第八N型金屬氧化物半導體電晶體的第一端。
11.如權利要求10所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第四N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端用以耦接於ー電荷泵単元的第二輸出端，以及該第六N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端用以耦接於該電荷泵單元的第一輸出端。
12.如權利要求10所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第四N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第六N型金屬氧化物半導體電晶體的第三端，以及該第六N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端耦接於該第三N型金屬氧化物半導體電晶體的第二端。
13.如權利要求9所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第二電壓為一高電壓以及該第三電壓為一低電壓。
14.如權利要求9所述的雙倍幅時鐘脈衝產生器，其特徵在於，其中該第一電壓為一低電壓或該第一時鐘脈衝以及該第四電壓為該低電壓或該反相的第一時鐘脈沖。
15.—種電荷泵,其特徵在於,包含 一雙倍幅時鐘脈衝產生器，包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路，用以接收一第一電壓、一第二電壓、一第一時鐘脈衝、一反相的第一時鐘脈衝和ー第三電壓，及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝；及一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路，用以接收一第四電壓、該第二電壓、該反相的第一時鐘脈衝、該第一時鐘脈衝和該第三電壓，及用以輸出一第二雙倍幅時鐘脈衝； ー預充級泵單元，用以提供一泵預充電壓對；及一電荷泵単元鏈，包含至少ー電荷泵単元，該電荷泵單元鏈用以接收該第一雙倍幅時鐘脈衝、該第二雙倍幅時鐘脈衝、該泵預充電壓對，且用以輸出ー電荷泵輸出電壓。
16.如權利要求15所述的電荷泵，其特徵在於，其中該至少一電荷泵単元包含 一第一級電荷泵單元，用以接收該第一雙倍幅時鐘脈衝、該第二雙倍幅時鐘脈衝、該泵預充電壓對，且用以輸出一第一泵電壓對；及 一第N級電荷泵單元，用以接收該第一雙倍幅時鐘脈衝、該第二雙倍幅時鐘脈衝、一第(N-I)泵電壓對，且用以輸出一第N泵電壓對； 其中N≥2，且N為ー整數。
17.如權利要求16所述的電荷泵，其特徵在於，其中該電荷泵輸出電壓為該第N泵電壓對。
全文摘要
雙倍幅時鐘脈衝產生器及電荷泵包含一第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路和一第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路。該第一雙倍幅時鐘脈衝產生電路用以接收一第一電壓、一第二電壓、一第一時鐘脈衝、一反相的第一時鐘脈衝和一第三電壓，及用以輸出一第一雙倍幅時鐘脈衝；該第二雙倍幅時鐘脈衝產生電路用以接收一第四電壓、該第二電壓、接收該反相的第一時鐘脈衝、該第一時鐘脈衝和該第三電壓，及用以輸出一第二雙倍幅時鐘脈衝。
文檔編號H02M3/07GK102694529SQ20121016762
公開日2012年9月26日 申請日期2012年5月24日 優先權日2011年8月4日
發明者張延安, 楊皓然 申請人:鈺創科技股份有限公司