一種電荷泵裝置及電源電路的製作方法

2023-07-14 06:00:31

專利名稱：一種電荷泵裝置及電源電路的製作方法
技術領域：
本發明屬於集成電路領域，尤其涉及一種電荷泵裝置及電源電路。
背景技術：
在多數集成電路系統中，需要在片內(on chip)產生絕對值比輸入電源電壓 (VDD)高的正高壓輸出(VP)和負高壓輸出(VN)。例如在液晶顯示驅動裝置中， 為得到良好的顯示效果，在驅動液晶面板時需要正、負高壓電源和正、負高壓 驅動電壓。此時，利用一個或多個電子開關，例如金屬氧化物半導體電晶體 (Metal Oxide Semiconductor, MOS)，以及一個或多個耦合電容構成的電荷泵將 外部提供的電壓升壓至需要的較高電壓。
圖1示出了現有產生2倍升壓電壓的電荷泵的結構，包括輸入電壓Vin， 兩個充電用電子開關SI和S2,兩個放電用電子開關S3和S4， 一個耦合電容 CI和一個輸出電容Co。
圖2示出了該電路工作時四個電子開關的控制時序，其中，電子開關Sl、 S2的控制信號與電子開關S3、 S4的控制信號不相交疊，有先斷後通(Break Before Make, BBM)時間。在tl時間內，電子開關S1、 S2導通(ON),電子開 關S3、 S4斷開(OFF)，輸入電壓Vin對電容Cl充電，在電容C1充分存儲電荷 後，電容C1存儲有Vin份額的電荷。在t2時間內，電子開關S3、 S4導通，電 子開關S1、 S2斷開，在輸入電壓Vin經電容Cl到輸出端子Vo，輸出端子Vo 又經輸出電容Co到零電位電壓VSS的線路中，在輸出電容Co中存儲有 2Vin/(Cl+Co)份額的電荷。假設Cl=Co,且不考慮電子開關和電容本身的功率 消耗，通過反覆充電、放電後，可在輸出電容Co存儲有2Vin份額的電荷，並 得到2倍的電壓輸出，即Vo = 2Vin。圖3示出了現有產生-1倍升壓電壓的電荷泵的結構，包括輸入電壓Vin， 兩個充電用電子開關Sl和S2,兩個放電用電子開關S3和S4, —個耦合電容 Cl和一個輸出電容Co。
圖4示出了該電路工作時四個電子開關的控制時序，其中，電子開關S1、 S2的控制信號與S3、 S4的控制信號不相重疊，有BBM時間。在tl時間內， 電子開關S1、 S2導通，電子開關S3、 S4斷開，輸入電壓Vin對電容Cl充電， 在電容C1充分存儲電荷後，電容C1存儲有Vin份額的電荷。在t2時間內，電 子開關S3、 S4導通，電子開關S1、 S2斷開，在輸入電壓Vin經電容Cl到輸 出端子Vo,輸出端子Vo又經輸出電容Co到零電位電壓VSS的線路中，在輸 出電容Co中存儲有(0-Vin)/(C1+Co)份額的電荷。假設Cl=Co，且不考慮電子 開關和電容的功率消耗，通過反覆充電放電後，可得到-l倍的電壓輸出，即Vo =-lVin。
在現有的電荷泵電路中，要同時得到正m倍電壓和負n倍電壓， 一般需要 (m+n-l)個耦合電容，w》2, "a，電荷泵的耦合電容數量較多。如果電荷泵的 耦合電容採用片內電容，將佔據很大的晶片面積，增加了電路的製造成本。如 果採用片外電容，也會對增加安裝晶片的電子設備的尺寸和成本。如果一個系 統中需要多個電荷泵，這個問題將更加嚴重。

發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種電荷泵裝置，旨在解決現有電荷泵在獲 取相應升壓倍率的正、負電壓輸出時，需要的電容數量較多，從而導致實現成 本較高的問題。
本發明實施例是這樣實現的， 一種電荷泵裝置，包含正電荷泵電路和負電 荷泵電路，利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出，所述電荷 泵裝置包括
一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容組；
與所述電容組連接的多個電子開關； 多個輸出電容；以及
控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序；
在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
本發明實施例的另一目的在於提供一種電荷泵裝置，所述電荷泵裝置包括 多級級聯的子電荷泵，每級電荷泵包括利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個 正、負電壓輸出的正電荷泵電路和負電荷泵電路；
一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容
組；
與所述電容組連^^的多個電子開關； 多個輸出電容；以及
控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序；
在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
本發明實施例的另一目的在於提供一種電源電路，所述電源電路包括
電荷泵裝置，包含利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出 的正電荷泵電路和負電荷泵電路；以及
與所述電荷泵裝置連接，輸出控制所述電荷泵裝置工作的不相交疊時序輸 出裝置；
所述電荷泵裝置包括
一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容
組；
與所述電容組連接的多個電子開關； 多個輸出電容；以及控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序； 在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
本發明實施例的另一目的在於提供一種電源電路，所述電源電路包括 電荷泵裝置，以及
與所述電荷泵裝置連接，輸出控制所述電荷泵裝置工作的不相交疊時序輸 出裝置；
所述電荷泵裝置包括多級級聯的子電荷泵，每級電荷泵包括利用電荷泵的 充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出的正電荷泵電路和負電荷泵電路； 一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容
組；
與所述電容組連"^妄的多個電子開關； 多個輸出電容；以及
控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序；
在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
本發明實施例在電荷泵的充、放電過程中共享耦合電容，通過時序控制， 分時工作，可以同時獲取升壓倍率可調的正、負電壓輸出，電荷泵結構簡單， 易於實現，大大減少了耦合電容的數量，降低了晶片的尺寸和製造成本。


圖1是現有技術提供的實現2倍升壓的電荷泵的結構圖2是圖1所示的電荷泵的電子開關控制時序圖3是現有技術提供的實現-1倍升壓的電荷泵的結構圖4是圖3所示的電荷泵的電子開關控制時序圖5是本發明實施例提供的共享一個耦合電容的電荷泵的結構圖；圖6是本發明實施例提供的共享一個耦合電容的電荷泵的示例結構圖7是圖6所示的電荷泵的電子開關控制時序圖8是本發明實施例提供的共享多個耦合電容實現的電荷泵的結構圖9是本發明圖8所示的共享多個耦合電容的電荷泵的示例結構圖10是本發明實施例提供的兩級電荷泵級聯的電荷泵的示例結構圖，其
中，第二級電荷泵共享兩個耦合電容；
圖11是通過數字邏輯對圖10中第二級電荷泵的電子開關控制時序進行控
制的實現原理圖12是當正、負輸出電壓分別為6倍、-5倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖13是當正、負輸出電壓分別為6倍、-4倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖14是當正、負輸出電壓分別為6倍、-3倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖15是當正、負輸出電壓分別為5倍、-5倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖16是當正、負輸出電壓分別為5倍、-4倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖17是當正、負輸出電壓分別為5倍、-3倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖18是當正、負輸出電壓分別為4倍、-5倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖19是當正、負輸出電壓分別為4倍、-4倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖20是當正、負輸出電壓分別為4倍、-3倍時，圖10所示的第二級電荷 泵的電子開關控制時序圖；圖21是本發明實施例提供的共享三個耦合電容的第二級電荷泵的示例結
構圖22是本發明實施例提供的兩級電荷泵級聯的電荷泵的結構圖，其中，第 二級電荷泵共享(m-l)個耦合電容；
圖23是圖22中第二級電荷泵的示例結構圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
在本發明實施例中，正、負電荷泵在充、放電過程中共享相同的耦合電容， 通過時序控制，分時工作，可以同時獲取升壓倍率可調的正、負電壓輸出，升 壓倍率可通過數字邏輯控制。
圖5示出了通過共享一個耦合電容實現的電荷泵的結構，該電路共享同一 個耦合電容，通過不相交疊的時序控制電子開關的導通和斷開，對電容進行充 電和》文電。
電容C1的一端接三個電子開關S12、 S13和S16，電子開關S12、 S13和 S16分別接電壓VSS1、 VDD1和輸出端子VN1。電容Cl的另 一端接三個電子 開關Sll、 S14、 S15，電子開關Sll、 S14、 S15分別接電壓VDD2、輸出端子 VP2和電壓VSS2。通過不相交疊的時序控制電子開關的導通與斷開，對電容 Cl進行充電、放電，實現電荷泵的充電動作和泵送動作。
在本發明實施例中，如圖6所示，當VDD1=VDD2=VDD, VSS1=VSS2=VSS=0時，該電荷泵可獲得2倍和-l倍的電壓升壓，即 VP2=VDD1+VDD2=2VDD, VN1--VDD2 =-VDD。與現有的電荷泵相比，採用 一個電容就可以得2倍和-l倍的電壓升壓，降^f氐了電荷泵的實現成本。圖7示 出了圖5和圖6所示的電荷泵工作時的電子開關的控制時序。以圖6為例，在tl時間內，電子開關Sll、 S12導通，電子開關S13、 S14、 S15、 S16斷開，電容C1的C1B端連接輸入電源電壓VDD, C1A端連4妄零電 位電壓VSS，通過連接在輸入電源電壓VDD經電容C1到零電位電壓VSS的 線路對電容C1充電並形成VDD電壓。
在t2時間內，電子開關S13、 S14導通，電子開關Sll、 S12、 S15、 S16 斷開，電容C1的C1A端連接輸入電源電壓VDD, C1B端連接到正壓輸出端子 VP2,形成從輸入電源電壓VDD經電容C1、正壓輸出端子VP2、輸出電容C2 到零電位電壓VSS的線路，正壓輸出端子VP2的電壓為輸入電壓VDD力口上tl 時間內存儲在電容Cl的電壓VDD而實現2倍的升壓。
在t3時間內，電子開關動作與tl時間內的電子開關動作相同，在電容C1 兩端形成VDD的電壓。在t4時間內，電子開關S15、 S16導通，電子開關Sll、 S12、 S13、 S14斷開，電容C1的C1B端連接零電位電壓VSS,電容C1的C1A 端連接負壓輸出端子VN1，形成從零電位電壓VSS經電容C1、負壓輸出端子 VN1、輸出電容C3到零電位電壓VSS的線路，負壓輸出端子VN1的電壓等於 零電位電壓VSS減去t3時間內存儲在電容C1的電壓而實現-1倍的升壓。
如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、放電後，可得到 2倍正高壓輸出VP2和-1倍負高壓輸出VN1,即VP2-2VDD、 VN1=-1 VDD。
圖8示出了本發明實施例提供的共享多個耦合電容實現的電荷泵的結構， 通過共享m個耦合電容Cl、 C2至Cm,並採用不相交疊的時序控制電子開關 的導通與斷開，對電容進行充電、放電，可同時產生VPx和VNx電壓輸出， 該電荷泵含有4種工作狀態。
Cl、 C2至Cm共m個電容依次在電子開關S(2m+l)、 S(2m+2)......S(3m-1)
的控制下串聯而成，其中m為大於或等於1的整數。電容C1、 C2......Cm的第
一端子(C1A、 C2A......CmA)分別接電子開關Sl、 S2.......Sm，電子開關
Sl、 S2.......Sm分別接電壓VCC1、 VCC2......VCCm,分別控制電容Cl、
C2......Cm是否接上電壓VCC1、 VCC2......VCCm。電容C1、 C2......Cm的第二端子(C1B、 C2B......CmB )分別接電子開關
S(m+1)、 S(m+2)......S(2m)，電子開關S(m+1)、 S(m+2)......S(2m)分別接電壓
VEE1、 VEE2......VEEm,分別控制電容C1、 C2......Cm是否接上電壓VEE1 、
VEE2......VEEm。
另外，電容C1的第一端子還分別與兩個電子開關Sn(m)、 Sn(m-l)連接， 電子開關Sn(m)、 Sn(m-l)分別接電壓VGG1和VGG2,分別控制電容C2是否 接上電壓VGG1、 VGG2。電容C1的第一端子接電子開關Sp,電子開關Sp接 輸出端子VPx,控制電容C1是否輸出VPx。
電容Cm的第二端子還分別與電子開關Sp(m)、 Sp(m+1)連接，電子開關 Sp(m+1) 、 Sp(m)分別接電壓VHH1、 VHH2,分別控制電容Cm是否接上電 壓VHH1、 VHH2。電子開關Sn的一端接輸出端子VNx，另一端接電容Cm的 第二端子，控制電容Cm是否接上輸出端子VNx。
如圖9所示，當VCCl=VCC2=...=VCCm=VDD， VEEl=VEE2=...=VEEm =VSS, VGG1=VSS， VGG2 = VDD, VHH1=VDD, VHH2=VSS時，該電路 結構含有的4種工作狀態為VPx = mVDD、 VNx = -mVDD,或VPx = mVDD、 VNx == -(m-l)VDD，或VPx = (m+l)VDD、 VNx = -mVDD,或VPx = (m+l)VDD、 VNx = -(m-l)VDD。
對電容Cl、C2至Cm同時充電時，電子開關Sl、S2至S(2m)導通，S(2m+l)、 S(2m+2)至S(3m-l)斷開，電子開關Sp、 Sn、 Sp(m)、 Sp(m+1)、 Sn(m-l)和Sn(m) 斷開，電壓VDD分別對電容C1、 C2至Cm充電，並分別在電容C1、 C2至 Cm兩端形成電壓VDD。
電容C1、 C2至Cm同時泵送時，當某一線路打開時其他線路中的電子開 關都斷開，則在電壓VDD經電子開關Sp(m+1)、電容Cm至電容Cl、輸出端 子VPx、輸出電容C(m+1)到VSS的線路中可獲得電壓VPx = (m+l)VDD。在電 壓VSS經電子開關Sp(m)、電容Cm至電容Cl、輸出端子VPx、輸出電容C(m+l) 到電壓VSS的線路中可獲得正高壓輸出VPx = mVDD。在電壓VSS經電子開關Sn(m)、電容C1、電容C2至電容Cm、輸出端子VNx、輸出電容C(m+2)到 電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx = -mVDD。在電壓VDD經電子開 關Sn(m-l)、電容C1、電容C2至電容Cm、輸出端子VNx、輸出電容C(m+2) 到電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx = - (m-l)VDD。
當m-l,並去掉電子開關Sn(m-l)和控制是否連上電容的電壓VDD，以及 電子開關Sp(m)和控制它是否連上電容的VSS,即可以實現上述實施例中共享 一個耦合電容的電荷泵的結構，實現2倍和-l倍升壓輸出。
作為本發明的實施例，通過多級電荷泵級聯，可以產生輸出更多組合的正、 負高壓輸出，每級電荷泵共享具備充、放電動作的電容組。在本發明的一個實 施例中，前一級電荷泵的輸出電壓可以作為下一級電荷泵的l命入電壓。
以下以兩級電荷泵級聯為例進行描述，為了便於說明，以上述共享一個電 容產生2倍正壓和-l倍負壓的電荷泵作為第一級電荷泵，其電壓輸出作為第二 級電荷泵的輸入電壓，其輸出電壓輸入到第二級電荷泵。第二級電荷泵通過共 享(m-l)個電容C2、 C3至Cm,產生VPx和VNx高壓輸出。
圖10示出了共享兩個耦合電容的第二級電荷泵的結構，此時該電荷泵包含 9種工作狀態，可由數字邏輯控制選擇其中一種工作狀態，即可以輸出9種不 同的正、負高壓。
如圖ll所示，通過數字邏輯對電荷泵電子開關的控制時序進行控制，可以 產生VPx = 6VDD且VNx = -5VDD， VPx = 6VDD且VNx = -4VDD, VPx = 6VDD 且VNx = -3VDD, VPx = 5VDD且VNx =國5VDD， VPx = 5VDD且VNx = -4VDD, VPx = 5VDD且VNx = -3VDD, VPx = 4VDD且VNx = -5VDD, VPx = 4VDD且 VNx = -4VDD,以及VPx = 4VDD且VNx = -3VDD等9種不同的正、負高壓 輸出狀態。
當正、負高壓輸出分別為6倍、-5倍時，該電荷泵電子開關的控制時序如 圖12所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp4、 Sp5、 Sn3和Sn4—直 處於斷開狀態。在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp6、 Sn、 Sn5斷開，電容C2的C2A端通過電子開關S21與輸入電壓VP2連 接，C2B端通過電子開關S23與零電位電壓VSS連接，則在輸入電壓VP2經 耦合電容C2到零電位電壓VSS形成的線路中，VP2對電容C2充電，並在電 容C2兩端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端經過電子開關S22與VP2 連接，C3B端經過電子開關S24與零電位電壓VSS連接，則在VP2經電容C3 到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對C3充電，並在電容C3兩端形成VP2 電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn5斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp6導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp6連接到VP2, C3A 端經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經電子開關Sp 連接到輸出端子VPx,則形成了輸入電壓VP2經電子開關Sp6、電容C3、電子 開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電壓 VSS的線路，此時輸出端子VPx的電壓為輸入電壓VP2加上tl時間內存儲在 電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現6VDD的正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況與在tl時間相同，在VP2經電容 C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形 成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端經過電子開關S22連接到VP2， C3B端 經過電子開關S24連接到零電位電壓VSS,此時形成的VP2經電容C3到零電 位電壓VSS的線路中VP2對電容C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp6斷開，電子開關 S25、 Sn及Sn5導通，電容C2的C2A端經過電子開關Sn5連接到第一級電荷 泵負壓輸出端子VN1， C2B端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容 C3的C3B端經過電子開關Sn連接到輸出端子VNx,形成了輸入電壓VN1經 電子開關Sn5、電容C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、 輸出電容C5到零電位電壓VSS的線路，此時輸出端子VNx的電壓為輸入電壓VN1 ))
即-5VDD的負高壓升壓。如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，可以通過反 復充電、放電後，獲取正高壓輸出VPx-VP2+VP2+VP2-6VDD，負高壓輸出 VNx = VN1國VP2-VP2 = -5VDD。
當正、負高壓輸出分別為6倍、-4倍時，該電荷泵電子開關的控制時序如 圖13所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp4、 Sp5、 Sn3及Sn5—直 處於斷開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23及S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp6、Sn及Sn4斷開，電容C2的C2A端經過電子開關S21連接到輸入電壓VP2, C2B端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS,則在輸入電壓VP2經電容 C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形 成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端經過電子開關S22連接到輸入電壓VP2， C3B端經過電子開關S24連接到零電位電壓VSS,則在輸入電壓VP2經電容 C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C3充電，並在電容C3兩端形 成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn4斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp6導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp6連接到VP2, C3A 端經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經過電子開關 Sp連接到輸出端子VPx，形成了輸入電壓VP2經電子開關Sp6、電容C3、電 子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電 壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為VP2加上tl時間內存儲在電容C2的 電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2，實現6VDD的正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況與tl時間相同，在VP2經電容C2 到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成 VP2電壓。同時，在輸入電壓VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中 VP2對電容C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp6斷開，電子開關 S25、 Sn及Sn4導通，電容C2的C2A端通過電子開關Sn4連接到零電位電壓 VSS, C2B端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端經 過電子開關Sn連接到輸出端子VNx，形成了零電位電壓VSS經電子開關Sn4、 電容C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出電容C5 到零電位電壓VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為零電位電壓VSS減去t3時 間內存儲在電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現-4VDD的 負高壓升壓。如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、放電後， 可獲取正高壓輸出VPx = VP2+VP2+VP2 = 6VDD ，負高壓輸出VNx = VSS曙VP2-VP2 =國4VDD。
當正、負高壓輸出分別為6倍、-3倍時第二級電荷泵的控制時序如圖14 所示。在整個充電、；改電過程中，電子開關Sp4、 Sp5、 Sn4及Sn5—直處於斷 開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23及S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp6、 Sn及Sn3斷開，電容C2的C2A端經過電子開關S21連接到VP2， C2B 端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS,則在VP2經電容C2到零電位電 壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成VP2電壓。 同時，電容C3的C3A端經過電子開關S22連接到VP2, C3B端經過電子開關 S24連接到零電位電壓VSS,則在VP2經C3到零電位電壓VSS形成的線路中 VP2對C3充電並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn3斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp6導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp6連接到VP2, C3A 端經過電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經過電子開 關Sp連接到輸出端子VPx，則形成了輸入電壓VP2經電子開關Sp6、電容C3、 電子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為VP2加上tl時間內存儲在電容C2 的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現6VDD的正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況跟在tl時間內一樣，在VP2經C2 到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成 VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2, C3B端連接到零電位電壓 VSS，則在VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C3充 電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp6斷開，電子開關 S25 、 Sn及Sn3導通，電容C2的C2A端經過電子開關Sn3連接到輸入電壓VDD, C2B端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端經過電子 開關Sn連接到輸出端子VNx,則形成了輸入電壓VDD經電子開關Sn3、電容 C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn到輸出端子VNx、輸出電容C5到 零電位電壓VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為VDD減去t3時間內存儲在 電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2，實現-3VDD的負高壓升壓。 如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、放電後，可獲取正高 壓輸出VPx = VP2+VP2+VP2 = 6VDD,負高壓輸出VNx = VDD-VP2-VP2 = -3VDD。
當正、負高壓輸出分別為5倍、-5倍時，該電荷泵電子開關的控制時序如 圖15所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp4、 Sp6、 Sn3及Sn4—直 處於斷開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23及S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp5、 Sn及Sn5斷開，電容C2的C2A端經過電子開關S21連接到VP2， C2B 端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS，則在VP2經電容C2到零電位電 壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成VP2電壓。 同時，電容C3的C3A端經過電子開關S22連接到VP2， C3B端經過電子開關S24連接到零電位電壓VSS,則在VP2經C3到零電位電壓VSS形成的線路中 VP2對電容C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn5斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp5導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp5連接到VDD, C3A 端經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經過電子開關 Sp連接到輸出端子VPx,形成了輸入電壓VDD經電子開關Sp5、電容C3、電 子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電 壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為輸入電壓VDD加上tl時間內存儲在電 容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現5 VDD的正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況與在tl時間內一樣，在VP2經電 容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩 端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2, C3B端連接到零電位 電壓VSS，則在VP2經C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對C3充電， 並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp5斷開，電子開關 S25、 Sn和Sn5導通，電容C2的C2A端連接到第 一級電荷泵負壓#~出端子VN1 ， C2B端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端經過電子 開關Sn連接到輸出端子VNx，則形成了輸入電壓VN1經電子開關Sn5、電容 C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出電容C5到零 電位電壓VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為輸入電壓VN1減去t3時間內存 儲在電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2，實現-5VDD的負高壓 升壓。如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、放電後，可獲 取正高壓輸出VPx = VDD+VP2+VP2 = 5VDD ,負高壓輸出 VNx = VN1國VP2國VP2 = -5VDD。當正、負高壓輸出分別為5倍、-4倍時第二級電荷泵的控制時序如圖16 所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp4、 Sp6、 Sn3及Sn5—直處於斷 開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23及S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp5、 Sn及Sn4斷開，電容C2的C2A端經過電子開關S21連接到VP2, C2B 端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS，則在VP2經電容C2到零電位電 壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成VP2電壓。 同時，電容C3的C3A端連接到VP2, C3B端連接到零電位電壓VSS,則在 VP2經C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對C3充電，並在電容C3兩 端形成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn4斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp5導通，電容C3的C3B端經電子開關Sp5連接到VDD, C3A端 經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端連接到輸出端子 VPx，形成了輸入電壓VDD經電子開關Sp5、電容C3、電子開關S25、電容 C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電壓VSS的線路，輸 出端子VPx的電壓為VDD加上tl時間內存儲在電容C2的電壓VP2和存儲在 電容C3的電壓VP2，實現5VDD的正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況跟在tl時間內一樣，在VP2經電 容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩 端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2， C3B端連接到零電位 電壓VSS，則在VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容 C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp5斷開，電子開關 S25、 Sn和Sn4導通，電容C2的C2A端經過電子開關S21連接到零電位電壓 VSS, C2B端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端連 接到輸出端子VNx，則形成了零電位電壓VSS經電子開關Sn4、電容C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出電容C5到零電位電 壓VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為零電位電壓VSS減去t3時間內存儲在 電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現-4VDD的負高壓升壓。 如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、放電後，可獲取正高 壓輸出VPx = VDD+VP2+VP2 = 5VDD,負高壓輸出VNx-VSS-VP2-VP2 = -4VDD0
當正、負高壓輸出分別為5倍、-3倍時，該電荷泵電子開關的控制時序如 圖17所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp4、 Sp6、 Sn4及Sn5—直 處於斷開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23及S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp5、 Sn及Sn3斷開，電容C2的C2A端經過電子開關S21連接到VP2, C2B 端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS，則在VP2經電容C2到零電位電 壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成VP2電壓。 同時，電容C3的C3A端經過電子開關S22連接到VP2， C3B端經過電子開關 S24連接到零電位電壓VSS,則在VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線 路中VP2對電容C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn3斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp5導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp5連接到VDD, C3A 端經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經過電子開關 Sp連接到輸出端子VPx，形成了輸入電壓VDD經電子開關Sp5、電容C3、電 子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電 壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為VDD加上tl時間內存4諸在電容C2的 電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現5VDD的正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況與在tl時間內一樣，在VP2經電 容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩 端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2， C3B端連接到零電位電壓VSS,則在VP2經C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對C3充電並 在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp5斷開，電子開關 S25、 Sn及Sn3導通，電容C2的C2A端經過電子開關Sn3連接到VDD, C2B 端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端連接到輸出端 子VNx，形成了輸入電壓VDD經電子開關Sn3、電容C2、電子開關S25、電 容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出電容C5到零電位電壓VSS的線路，
在電容C3的電壓VP2，實現-3VDD的負高壓升壓。如果不考慮電子開關和電 容的功率消耗，通過反覆充電、放電後，可獲取正高壓輸出VPx-VDD+VP2+VP2 = 5VDD，負高壓輸出VNx = VDD-VP2-VP2 = -3VDD。
當正、負高壓輸出分別為4倍、-5倍時第二級電荷泵的控制時序如圖18 所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp5、 Sp6、 Sn3及Sn4—直處於斷 開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23及S24導通，電子開關S25、 Sp、 Sp4、 Sn及Sn5斷開，電容C2的C2A端經電子開關S21連接到VP2， C2B端 經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS，則在VP2經電容C2到零電位電壓 VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩端形成VP2電壓。同 時，電容C3的C3A端連接到VP2, C3B端連接到零電位電壓VSS，則在VP2 經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C3充電，並在電容C3 兩端形成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn5斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp4導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp4連接到零電位電壓 VSS， C3A端經S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經過電子開 關Sp連接到輸出端子VPx,則形成了零電位電壓VSS經電子開關Sp4、電容 C3、電子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零電位電壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為零電位電壓VSS加上tl時間內 存儲在電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2，實現4VDD的正高 壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況跟在tl時間內一樣，在VP2經電 容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩 端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2， C3B端連接到零電位 電壓VSS，則在VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容 C3充電並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp4斷開，電子開關 S25、 Sn及Sn5導通，電容C2的C2A端經過電子開關Sn5連接到第一級電荷 泵的負壓輸出端子VN1， C2B端經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電 容C3的C3B端經電子開關Sn連接到輸出端子VNx，形成了輸入電壓VN1經 電子開關Sn5、電容C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn、 ^T出端子VNx、 輸出電容C5到零電位電壓VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為輸入電壓VN1
-5VDD的負高壓升壓。如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、 放電後，可獲取正高壓輸出VPx = VSS+VP2+VP2 = 4VDD,負高壓輸出VNx =VN1國VP2-VP2 = -5VDD。
當正、負高壓輸出分別為4倍、-4倍時該電荷泵電子開關的控制時序如圖 19所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp5、 Sp6、 Sn3和Sn5—直處於 斷開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23和S24導通，S25、 Sp、 Sp4、 Sn 和Sn4斷開，電容C2的C2A端連接到VP2， C2B端連接到零電位電壓VSS， 則在VP2經C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對C2充電，並在電容 C2兩端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端經過電子開關S21連接到VP2，C3B端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS，則在VP2經電容C3到零電
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn4斷開，電子開關 S25、 Sp及Sp4導通，電容C3的C3B端經過電子開關Sp4連接到零電位電壓 VSS, C3A端經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經 過電子開關Sp連接到輸出端子VPx,則形成了零電位電壓VSS經電子開關Sp4、 電容C3、電子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7 到零電位電壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為零電位電壓VSS加上tl時 間內存儲在電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現4VDD的 正高壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況與在tl時間內一樣，在VP2經電 容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩 端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2, C3B端連接到零電位 電壓VSS,則在VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容 C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp4斷開，電子開關 S25、 Sn及Sn4導通，電容C2的C2A端經過電子開關Sn4連接到零電位電壓 VSS, C2B端經過電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端 經過電子開關Sn連接到輸出端子VNx，形成了零電位電壓VSS經電子開關 Sn4、電容C2、電子開關S25、電容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出 電容C5到零電位電壓VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為零電位電壓VSS
-4VDD的負高壓升壓。如果不考慮電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、 放電後，可獲取正高壓輸出VPx = VSS+VP2+VP2 = 4VDD,負高壓輸出VNx =VSS-VP2-VP2 = -4VDD。當正、負高壓輸出分別為4倍、-3倍時第二級電荷泵的控制時序如圖20 所示。在整個充電、放電過程中，電子開關Sp5、 Sp6、 Sn4及Sn5—直處於斷 開狀態。
在tl時間內，電子開關S21、 S22、 S23和S24導通，S25、 Sp、 Sp4、 Sn 和Sn3斷開，電容C2的C2A端連接到VP2, C2B端連接到零電位電壓VSS， 則在VP2經電容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並 在電容C2兩端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端經過電子開關S21連 接到VP2， C3B端經過電子開關S23連接到零電位電壓VSS，則在VP2經電容 C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C3充電，並在電容C3兩端形 成VP2電壓。
在t2時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sn及Sn3斷開，電子開關 S25 、 Sp及Sp4導通，電容C3的C3B端經電子開關Sp4連接到零電位電壓VSS, C3A端經電子開關S25連接到電容C2的C2B端，電容C2的C2A端經電子開 關Sp連接到輸出端子VPx,則形成了零電位電壓VSS經電子開關Sp4、電容 C3、電子開關S25、電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C7到零 電位電壓VSS的線路，輸出端子VPx的電壓為零電位電壓VSS加上tl時間內 存儲在電容C2的電壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2，實現4VDD的正高 壓升壓。
在t3時間內，所有電子開關的工作情況與在tl時間內一樣，在VP2經電 容C2到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容C2充電，並在電容C2兩 端形成VP2電壓。同時，電容C3的C3A端連接到VP2， C3B端連接到零電位 電壓VSS，則在VP2經電容C3到零電位電壓VSS形成的線路中VP2對電容 C3充電，並在電容C3兩端形成VP2電壓。
在t4時間內，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 Sp及Sp4斷開，電子開關 S25、 Sn及Sn3導通，電容C2的C2A端經電子開關Sn3連接到VDD， C2B端 經電子開關S25連接到電容C3的C3A端，電容C3的C3B端經電子開關Sn連接到輸出端子VNx，形成了輸入電壓VDD經電子開關Sn3、電容C2、電子 開關S25、電容C3、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出電容C5到零電位電壓 VSS的線路，輸出端子VNx的電壓為VDD減去t3時間內存儲在電容C2的電 壓VP2和存儲在電容C3的電壓VP2,實現-3VDD的負高壓升壓。如果不考慮 電子開關和電容的功率消耗，通過反覆充電、放電後，可獲取正高壓輸出VPx =VSS+VP2+VP2 = 4VDD，負高壓輸出VNx = VDD畫VP2國VP2 = -3VDD。
圖21示出了第二級電荷泵共享三個耦合電容時的結構，可以產生 VPx-5VDD(或6VDD，或7VDD,或8VDD)和VNx;4VDD(或-5VDD，或-6VDD, 或-7VDD)的正、負高壓輸出。通過不相交疊的時序控制電子開關的導通與斷開， 對電容進行充電、放電。該電荷泵包括16種工作狀態，可由數字邏輯控制選擇 其中一種工作狀態，即16種不同的正、負電壓^r出。
對電容C2、 C3及C4同時充電時，電子開關S21、 S22、 S23、 S24、 S25 及S26導通，電子開關S27、 S28、 Sp5、 Sp6、 Sp7、 Sp8、 Sn4、 Sn5、 Sn6及 Sn7斷開，VP2分別對電容C2、 C3和C4充電，並分別在電容兩端形成VP2 電壓。
電容C2、 C3及C4同時泵送時，當某一線路打開時，其他線路中的電子開 關都斷開，則在輸入電壓VNl經電子開關Sp5、電容C4、電容C3、電容C2、 輸出端子VPx、輸出電容C6到零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx = 5VDD; 在零電位電壓VSS經電子開關Sp6、電容C4、電容C3、電容C2、輸出端子 VPx、輸出電容C6到零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx = 6VDD;在輸入電 壓VDD經電子開關Sp7、電容C4、電容C3、電容C2、輸出端子VPx、輸出 電容C6到零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx = 7VDD;在輸入電壓VP2經 電子開關Sp8、電容C4、電容C3、電容C2、輸出端子VPx、輸出電容C6到 零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx-8VDD;在輸入電壓VP2經電子開關 Sn4、電容C2、電容C3、電容C4、輸出端子VNx、輸出電容C5到零電位電 壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx = -4VDD;在輸入電壓VDD經電子開關Sn5、電容C2、電容C3、電容C4、輸出端子VNx、輸出電容C5到零電位 電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx = -5VDD;在零電位電壓VSS經電 子開關Sn6、電容C2、電容C3、電容C4、輸出端子VNx、輸出電容C5到零 電位電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx = -6VDD;在輸入電壓VN1經 電子開關Sn7、電容C2、電容C3、電容C4、輸出端子VNx、輸出電容C5到 零電位電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx = -7VDD。
如圖22所示，在第二級電荷泵中，通過共享(m-l)個電容C2、 C3至Cm產 生VPx和VNx高壓l命出。通過不相交疊的時序控制相應電子開關的導通與斷 開，對電容C2、 C3至Cm進行充電、放電，實現電荷泵的充電動作和泵送動 作。該電荷泵包括正電荷泵和負電荷泵，正、負電荷泵在充、放電過程中共享 相同的耦合電容。
C2、 C3至Cm共(m-l)個電容依次在電子開關S(2m-1)、 S(2m).......S(3m-4)
的控制下串聯而成，其中m為大於或等於2的整數。電容C2、 C3......Cm的第
一端子分別接電子開關Sl、 S2.......Sm-l，電子開關S1、 S2.......Sm-l分別
接VCC2、 VCC3.......VCCm,控制電容C2、 C3……Cm是否接上VCC2、
VCC3.......VCCm。
電容C2、 C3......Cm的第二端子分別接電子開關Sm、 Sm+1......S(2m-2),
電子開關Sm、 Sm+1......S(2m-2)分別接VEE2、 VEE3、 ......VEEm,控制電容
C2、 C3......Cm是否接上VEE2、 VEE3.......VEEm。
另外，電容C2的第一端子還分別與四個電子開關Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m誦4)連接，電子開關Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-4) 分別接電壓VGG1、 VGG2、 VGG3、 VGG4，控制電容C2是否接上電壓VGG1、 VGG2、 VGG3、 VGG4。電容C2的第一端子接電子開關Sp，電子開關Sp接輸 出端子VPx，控制電容C2是否接上輸出端子VPx。
電容Cm的第二端子還分別與電子開關Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)和 Sp(2m-3)連接，電子開關Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)和Sp(2m-3)接電壓VHH1、VHH2、 VHH3、 VHH4，控制電容Cm是否接上電壓VHH1、 VHH2、 VHH3、 VHH4。電子開關Sn的一端接輸出端子VNx，另 一端接電容Cm的第二端子， 控制電容Cm是否接上輸出端子VNx。
該電荷泵含有16種工作狀態，可由數字邏輯控制選擇其中一種工作狀態， 即16種不同的正、負高壓輸出。當去掉連接電容C2第一端子的電子開關S(2m-4) 和其控制是否接上電容C2的輸入電壓VGG4，並去掉連接電容Cm第二端子的 電子開關Sp(2m-3)和其控制是否接上輸入電壓VHH4電容Cm的時，該電荷泵 含有9種工作狀態。
當VCC2=VCC3= =VCCm=VP2 , VEE2=VEE3= ... =VEEm = VSS ， VGG1=VN1 , VGG2 = VSS ， VGG3=VDD , VGG4=VP2 ， VHH1 = VP2 ， VHH2=VDD， VHH3=VSS， VHH4=VN1時，可獲得以下正、負高壓輸出VPx =(2m國3)VDD,或VPx = (2m-2)VDD,或VPx = (2m-l)VDD，或VPx = (2m)VDD; VNx = -(2m-4)VDD,或VNx =-(2m-3)VDD,或VNx =-(2m-2)VDD,或VNx =-(2m-l)VDD，電荷泵的結構如圖23所示。
對電容C2、C3至Cm同時充電時，電子開關SI 、S2至S(2m-2)導通，S(2m-1)、 S(2m)至S(3m-4)斷開，電子開關Sp、 Sn、 Sp(2m畫3)、 Sp(2m漏2)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m)、 Sn(2m-4)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-2)和Sn(2m-1)斷開，輸入電壓VP2分別對C2、 C3 至Cm充電，並分別在電容兩端形成VP2電壓。
電容C2、 C3至Cm同時泵送時，當某一線路打開時其他線路中的電子開關 都斷開，則在第一級電荷泵的負壓輸出端子VN1經電子開關Sp(2m-3)、電容 Cm至電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C(m+3)、到零電位電 壓VSS的線路中可獲得VPx = (2m-3)VDD;在零電位電壓VSS經電子開關 Sp(2m-2)、電容Cm至電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電容C(m+3)、 到零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx = (2m-2)VDD;在輸入電壓VDD經電 子開關Sp(2m-l)、電容Cm至電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、輸出電 容C(m+3)、到零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx = (2m-l)VDD;在輸入電壓VP2經電子開關Sp(2m)、電容Cm至電容C2、電子開關Sp、輸出端子VPx、 輸出電容C(m+3)、到零電位電壓VSS的線路中可獲得VPx-(2m)VDD;在輸 入電壓VP2經電子開關Sn(2m-4)、電容C2、電容C3至電容Cm、電子開關Sn、 輸出端子VNx、輸出電容C(m+4)、到零電位電壓VSS的線路中可獲得負高壓 輸出VNx = -Sn(2m-4)VDD;在輸入電壓VDD經電子開關Sn(2m-3)、電容C2、 電容C3至電容Cm、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出電容C(m+4)、到零電 位電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx =-Sn(2m-3)VDD;在零電位電壓 VSS經電子開關Sn(2m-2)、電容C2、電容C3至電容Cm、電子開關Sn、輸出 端子VNx、輸出電容C(m+4)、到零電位電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出 VNx =-Sn(2m-2)VDD;在第一級電荷泵的負壓輸出端子VN1經電子開關 Sn(2m-1)、電容C2、電容C3至電容Cm、電子開關Sn、輸出端子VNx、輸出 電容C(m+4)、到零電位電壓VSS的線路中可獲得負高壓輸出VNx-畫Sn(2m-l)VDD。
在本發明實施例中，電容可以是片內電容或者片外電容，電子開關可以為 MOS管等開關元件。
在本發明實施例中，正、負電荷泵在充、放電過程中共享相同的耦合電容， 通過時序控制，分時工作，可以同時獲取升壓倍率可調的正、負電壓輸出，升 壓倍率可通過數字邏輯控制。通過本發明實施例，可以大大降低晶片的尺寸和 製造成本，電荷泵結構簡單，易於實現。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明 的保護範圍之內。
權利要求
1、一種電荷泵裝置，包含正電荷泵電路和負電荷泵電路，利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出，其特徵在於，所述電荷泵裝置包括一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容組；與所述電容組連接的多個電子開關；多個輸出電容；以及控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序；在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
2、 如權利要求l所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所述電容組包括一個電 容，所述電容的第一端子分別連接第一、第二及第三電子開關，第二端子分別 連接連接第四、第五及第六電子開關；所述第一電子開關接第一電壓，所述第二電子開關接第二電壓，所述第三 電子開關接第一輸出電壓端；所述第四電子開關接第三電壓，所述第五電子開關接第四電壓，所述第六 電子開關接第二輸出電壓端。.
3、 如權利要求2所述的電荷泵裝置，其特徵在於，當所述第一電壓等於第 四電壓等於零電位電壓，第二電壓等於第三電壓時，所述電荷泵裝置輸出2倍 升壓和-l倍升壓。
4、 如權利要求1所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所述電容組包括m個 電容Cl Cm， m^2;所述m個電容依次在電子開關S(2m+1)、 S(2m+2)......S(3m-1)的控制下串聯，電容Cl Cm的第一端子分別接電子開關Sl~Sm,電子開關Sl Sm分 別接電壓VCCl-VCCm,電容Cl Cm的第二端子分別接電子開關 'S(m+l) S(2m)，電子開關S(m+l) S(2m)分別接電壓VEE1 ~ VEEm;電容Cl的第一端子還分別接電子開關Sn(m)、 Sn(m-l)和Sp,電子開關 Sn(m)、 Sn(m-l)和Sp分別接電壓VGG1、 VGG2和正高壓輸出端VPx;電容Cm的第二端子還分別接電子開關Sp(m+1) 、 Sp(m)和Sn,電子開關 Sp(m+1) 、 Sp(m)和Sn分別接電壓VHH1、 VHH2和負高壓輸出端VNx。
5、 如權利要求4所述的電荷泵裝置，其特徵在於，當電壓VCC1=VCC2=......=VCCm=VDD,電壓VEE1=VEE2=......=VEEm = 0時，輸出電壓VPx:mVDD、 VNx:-mVDD，或VPx:mVDD、 VNx =-(m-l)VDD， 或VPx = (m+l)VDD、 VNx =國mVDD,或VPx = (m+l)VDD、 VNx = -(m國l)VDD。
6、 如權利要求1至5任一權利要求所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所述 不相交疊時序通過^t字邏輯控制。
7、 一種電荷泵裝置，其特徵在於，所述電荷泵裝置包括多級級聯的子電荷 泵，每級電荷泵包括利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出的 正電荷泵電路和負電荷泵電路；一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容組；與所述電容組連接的多個電子開關； 多個輸出電容；以及控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序； 在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
8、 如權利要求7所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所述電荷泵裝置包括兩 級級聯的子電荷泵。
9、 如權利要求8所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所述第一級電荷泵的電 容組包括一個電容，所述電容的第一端子分別連接第一、第二及第三電子開關， 第二端子分別連接連接第四、第五及第六電子開關；所述第一電子開關接第一電壓，所述第二電子開關接第二電壓，所述第三電子開關接第一輸出電壓端；所述第四電子開關接第三電壓，所述第五電子開關接第四電壓，所述第六 電子開關接第二輸出電壓端。
10、 如權利要求8所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所述第二級電荷泵的 電容組包括m-l個電容C2 Cm， w^2;所述m-l個電容依次在電子開關S(2m-1)、 S(2m)......S(3m-4)的控制下串聯，電容C2 Cm的第一端子分別接電子開關Sl ~S(m-l),電子開關SI ~ S(m-l) 分別接電壓VCC2 VCCm,電容C2~Cm的第二端子分別接電子開關 Sm~S(2m-2)，電子開關Sm S(2m-2)分別接電壓VEE2 ~ VEEm;電容C2的第一端子還分別接電子開關Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-4)和Sp，電子開關Sn(2m-1)、 Sn(2m-2)、 Sn(2m-3)、 Sn(2m-4)和Sp分別 接電壓VGG1、 VGG2、 VGG3、 VGG4和正高壓輸出端VPx;電容Cm的第二端子還分別接電子開關Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)、 Sp(2m-3)和Sn，電子開關Sp(2m)、 Sp(2m-1)、 Sp(2m-2)、 Sp(2m-3)和Sn分別接 電壓VHH1、 VHH2、 VHH3、 VHH4和負高壓輸出端VNx。
11、 如權利要求7所述的電荷泵裝置，其特徵在於，在所述多級級聯的子 電荷泵中，前一級電荷泵的輸出電壓作為下一級電荷泵的輸入電壓。
12、 如權利要求7至ll任一權利要求所述的電荷泵裝置，其特徵在於，所 述不相交疊時序通過數字邏輯控制。
13、 一種電源電路，其特徵在於，所述電源電路包括電荷泵裝置，包含利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出 的正電荷泵電路和負電荷泵電路；以及與所述電荷泵裝置連接，輸出控制所述電荷泵裝置工作的不相交疊時序輸 出裝置;所述電荷泵裝置包括一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容組；與所述電容組連接的多個電子開關； 多個輸出電容；以及控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序； 在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
14、 如權利要求13所述的電源電路，其特徵在於，所述不相交疊時序通過 數字邏輯控制。
15、 一種電源電路，其特徵在於，所述電源電路包括 電荷泵裝置，以及與所述電荷泵裝置連接，輸出控制所述電荷泵裝置工作的不相交疊時序輸 出裝置；所述電荷泵裝置包括多級級聯的子電荷泵，每級電荷泵包括利用電荷泵的 充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出的正電荷泵電路和負電荷泵電路； 一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容組；與所述電容組連接的多個電子開關； 多個輸出電容；以及控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序； 在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出 電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。
16、 如權利要求15所述電源電路，其特徵在於，所述不相交疊時序通過數 字邏輯控制。
全文摘要
本發明適用於集成電路領域，提供了一種電荷泵裝置及電源電路，所述電荷泵裝置包含正電荷泵電路和負電荷泵電路，利用電荷泵的充、放電動作，獲取多個正、負電壓輸出，所述電荷泵裝置包括一個具備充、放電動作，為所述正電荷泵電路和負電荷泵電路共享的電容組；與所述電容組連接的多個電子開關；多個輸出電容；以及控制所述多個電子開關導通和關斷的不相交疊時序；在所述不相交疊時序的控制下，相應電子開關導通和關斷，控制所述輸出電容輸出相應升壓倍率的正、負電壓。本發明在電荷泵的充、放電過程中共享耦合電容，通過時序控制，分時工作，可以同時獲取升壓倍率可調的正、負電壓輸出，電荷泵結構簡單，易於實現，成本低。
文檔編號H02M3/04GK101309048SQ200710074500
公開日2008年11月19日 申請日期2007年5月17日 優先權日2007年5月17日
發明者衛 馮, 張禮振, 徐坤平, 雲 楊 申請人:比亞迪股份有限公司