防过冲且快启动的电荷泵电路及其防过冲的快启动方法
【专利摘要】本发明公开了一种防过冲且快启动的电荷泵电路及其防过冲的快启动方法，包括升压控制电路、基准参考电压源电路、反馈电路、快速启动参考电压源电路、延时电路和开关电路；在FF工艺角下，基准参考电压到达稳定幅值的时间为T0，临时参考电压在启动后T0之内任意时刻的幅值均小于基准参考电压的稳定幅值，在SS工艺角下，临时参考电压在启动后T0之内的幅值大于同一时刻基准参考电压的幅值。本发明中在T0内开关电路选择临时参考电压作为参考电压输出，在T0之后开关电路选择基准参考电压作为参考电压输出，既可抑制高电源电压以及FF工艺角情况下输出电压过冲的问题，也可以提高在低电源电压以及SS工艺角情况下电荷泵的启动速度，输出电压收敛性较好。
【专利说明】防过冲且快启动的电荷泵电路及其防过冲的快启动方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电荷泵领域，尤其涉及一种针对宽电源电压工作条件下反馈型电荷泵的防过冲且快启动的电荷泵电路及其防过冲的快启动方法。
【背景技术】
[0002]电荷泵广泛运用于电源、存储器以及射频芯片中，不同的芯片应用对电荷泵的要求也不尽相同；有的要求大的电流输出能力，有的需要精确的输出电压，有的则需要快速的启动速度。在一些应用中，电荷泵的启动速度至关重要，需要在启动后特定时间内达到预定的电压值，考虑到电源电压、工艺角、温度等因素的影响，一般电荷泵输出电压在启动时的短时间内会分布在一个较大电压范围内。对于反馈稳压型电荷泵而言，启动时影响输出电压分布的最大因素是参考电压。通常反馈型电荷泵的参考电压由带隙基准源提供，启动时，在低电源电压以及SS工艺角的情况下参考电压源电压上升速度比较缓慢，而在高电源电压以及FF工艺角时又比较容易出现过冲现象，导致电荷泵启动时输出电压较大的偏差。
[0003]如图1所示为现有技术中反馈型电荷泵电路结构图，包括参考电压源电路1、比较器2、分压电路4、升压控制电路3。升压控制电路3有一个使能输入端(节点en)、一个控制端(节点ctrl)和一个电压输出端(节点O)。参考电压源电路I包含带隙基准源电路和电压调整电路，输出电压比较精确，其输出的电压值决定了电荷泵中升压控制电路3在节点ο的输出电压Vpp的大小，分压电路4采集电荷泵输出电压Vpp，包括分压电阻R0’和R1’，CO为电荷泵输出负载电容。Vbf表示在分压电阻RO’和Rl之间的反馈节点bf处的反馈电压，即分压电阻R1’上的压降，Vbf = Vpp*Rl’ /(Rl’ +R2’)，比较器2比较参考电压源电路I在节点ref的处输出的参考电压Vref和电荷泵输出电压Vpp在反馈节点bf的反馈电压Vbf,比较器2根据比较结果在节点ctrl处输出电荷泵的控制信号Ctrl，控制信号Ctrl作用于升压控制电路3使其进行相应的升压动作:当Vref大于Vbf时，控制信号Ctrl为高电平，当Vref小于Vbf时，控制信号Ctrl为低电平。升压控制电路3的使能输入端(节点en)接收使能信号EN，当EN为GND时，Vpp电压为VCC，EN为VCC时，Vpp电压受控制端(节点ctrl)接收的控制信号Ctrl控制，控制信号Ctrl为高电平时，升压控制电路3内部电路执行升压动作，输出电压Vpp升高,控制信号Ctrl为低电平时,输出电压Vpp由于分压电阻RO，和R1，的作用而降低。
[0004]本电路启动速度受Vref启动速度和电荷泵的输出驱动能力的影响较大，参考图2和图3，低电源电压(Low Vcc)以及SS工艺角时Vref的启动速度较慢，电荷泵的驱动能力也较弱，输出电压Vpp上升时间较长(由于Vpp与Vbf线性相关，因此图3中Vpp的启动趋势与图2中Vbf相同)；高电源电压(High Vcc)以及FF工艺角的情况下Vref的启动速度较快，电荷泵的驱动能力也较强，输出电压Vpp上升较快。
[0005]在某些应用中，要求电荷泵的输出电压Vpp在启动后特定的时间内达到规定的电压范围内，为此需要加快低电源电压以及SS工艺角情况下电荷泵的启动速度，通常的做法是提高参考电压Vref的启动速度以及加大电荷泵的尺寸以增加驱动能力。在电荷泵的驱动能力足够大时，Vref的启动速度就是唯一制约电荷泵启动速度的因素，但是往往加快低电源电压以及SS工艺角时Vref的启动速度的措施会使得在高电源电压以及FF工艺角的情况下Vref出现过冲，如图2中时间TO之前Vref出现了一个陡峭的上升和下落，此部分电压幅值过高。而Vref的过冲会导致电荷泵输出电压Vpp的过冲，如图3所示，而在某些情况下电荷泵输出电压过冲会带来风险，因此，图1所示的电路不适合一些要求启动速度较快同时又对输出电压范围要求较精确的场合。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在低电源电压以及SS工艺角的情况下加快启动速度导致的在高电源电压以及FF工艺角的情况下容易出现输出电压过冲的缺陷，提供一种针对宽电源电压工作条件下反馈型电荷泵的防过冲且快启动的电荷泵电路及其防过冲的快启动方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种防过冲且快启动的电荷泵电路，包括升压控制电路、基准参考电压源电路和反馈电路,其中，还包括快速启动参考电压源电路、延时电路和开关电路；当所述升压控制电路的使能输入端接收到高电平的使能信号时，所述升压控制电路、基准参考电压源电路、快速启动参考电压源电路以及延时电路同时启动；
[0008]所述基准参考电压源电路用于在启动后输出基准参考电压；
[0009]所述快速启动参考电压源电路用于在启动后输出临时参考电压；
[0010]所述延时电路用于在启动后时间到达TO之前输出第一选择信号、时间到达TO之后输出第二选择信号；
[0011]所述开关电路用于在接收到所述第一选择信号时选择所述临时参考电压作为参考电压进行输出，在接收到所述第二选择信号时选择所述基准参考电压作为参考电压进行输出；
[0012]所述反馈电路用于比较所述输出电压的采样值与所述参考电压，并且在所述参考电压大于输出电压时的米样值时输出升压控制信号；
[0013]所述升压控制电路用于接收所述升压控制信号，并输出经过提升的输出电压；
[0014]其中，在FF工艺角或者高电源电压条件下，所述基准参考电压到达稳定幅值的时间为T0，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值均小于基准参考电压的所述稳定幅值，在SS工艺角或者低电源电压条件下，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值大于同一时刻所述基准参考电压的幅值。
[0015]本发明所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其中，所述基准参考电压源电路、快速启动参考电压源电路以及延时电路的输入端均连接至所述升压控制电路的使能输入端，所述反馈电路分别与所述开关电路的输出端和升压控制电路的输出端以及控制端相连，所述延时电路、基准参考电压源电路和快速启动参考电压源电路的输出端分别连接至所述开关电路的控制端和两个输入端。
[0016]本发明所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其中，所述开关电路为一个2选I数据选择器。
[0017]本发明所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其中，所述快速启动参考电压源电路包括:PNP型的第一三极管和第二三极管，第一反相器，P沟道的第一 MOS管，上拉电阻；
[0018]所述第一反相器的输入端连接至所述升压控制电路的使能输入端，所述第一反相器的输出端连接至所述第一 MOS管的栅极，所述第一 MOS管的源极连接至述升压控制电路的使能输入端，所述第一 MOS管的漏极通过所述上拉电阻连接至所述第二三极管的发射极，所述第二三极管的基极连接至所述第一三极管的发射极，所述第二三极管的集电极、第一三极管的集电极以及第一三极管的基极均接地，所述第二三极管的发射极连接至所述数据选择器的一个数据输入引脚。
[0019]本发明所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其中，所述延时电路包括依次串联的:第二反相器、至少一个延时单元、第三反相器，每个延时单元均包括一个P沟道的第二MOS管、两个N沟道的第三MOS管和第四MOS管；
[0020]第二反相器的输入端连接至所述升压控制电路的使能输入端，第二反相器的输出端连接至第一个延时单元的输入端，前一个延时单元的输入端连接至后一个延时单元的输出端，最后一个延时单元的输出端连接至第三反相器的输入端，第三反相器的输出端连接至所述数据选择器；
[0021]每个延时单元的第二 MOS管的栅极与第三MOS管的栅极相连并作为所述延时单元的输入端，每个延时单元的第二 MOS管的漏极与第三MOS管的漏极以及第四MOS管的栅极相连并作为所述延时单元的输出端，每个延时单元的第二 MOS管的源极连接至述升压控制电路的使能输入端，第三MOS管的源极、第四MOS管的源极以及第四MOS管的漏极均接地。
[0022]本发明所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其中，所述反馈电路包括第一分压电阻、第二分压电阻、比较器；
[0023]所述第一分压电阻的第一端连接至所述升压控制电路的输出端，所述第一分压电阻的第二端通过所述第二分压电阻接地，所述第一分压电阻的第二端还连接至所述比较器的反相输入端，所述比较器的同相输入端连接至所述数据选择器的数据输出引脚，所述比较器的输出端连接至所述升压控制电路的控制端。
[0024]本发明还公开了一种基于上述的电荷泵电路的防过冲的快启动方法，其中，所述方法包括:
[0025]S1、所述升压控制电路的使能输入端接收到高电平的使能信号，所述升压控制电路、基准参考电压源电路、快速启动参考电压源电路以及延时电路同时启动；
[0026]S2、所述基准参考电压源电路在启动后输出基准参考电压，所述快速启动参考电压源电路在启动后输出临时参考电压；
[0027]S3、若延时电路在启动后时间小于T0，转步骤S4，否则，转步骤S5 ；
[0028]S4、所述延时电路输出第一选择信号至所述开关电路，所述开关电路选择所述临时参考电压作为参考电压进行输出，转步骤S6 ；
[0029]S5、所述延时电路输出第二选择信号，至所述开关电路，所述开关电路选择所述基准参考电压作为参考电压进行输出，转步骤S6 ；
[0030]S6、所述反馈电路比较所述输出电压与所述参考电压，并且在所述参考电压大于输出电压时输出升压控制信号，所述升压控制电路接收所述升压控制信号，并输出经过提升的输出电压，转步骤S3 ；
[0031]其中，在FF工艺角或者高电源电压条件下，所述基准参考电压到达稳定幅值的时间为T0，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值均小于基准参考电压的所述稳定幅值，在SS工艺角或者低电源电压条件下，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值大于同一时刻所述基准参考电压的幅值。
[0032]本发明所述的电荷泵电路的防过冲的快启动方法，其中，所述步骤S6包括以下子步骤:
[0033]S61、采样与所述输出电压呈线性相关的反馈电压；
[0034]S62、比较所述参考电压与反馈电压，如果所述参考电压大于反馈电压，则输出高电平的升压控制信号，转步骤S63 ;如果所述参考电压小于等于反馈电压，则输出低电平，转步骤S64 ；
[0035]S63、所述升压控制电路输出经过提升的输出电压；
[0036]S63、所述升压控制电路输出之前的输出电压。
[0037]实施本发明的防过冲且快启动的电荷泵电路及其防过冲的快启动方法，具有以下有益效果:本发明中参考电压在启动之后时间TO之内选择临时参考电压作为参考电压进行输出，在启动之后时间TO之后选择基准参考电压作为参考电压进行输出，即在基准参考电压出现过冲的时间段内，利用不会出现过冲的临时参考电压替代输出。既可以抑制高电源电压以及FF工艺角的情况下电荷泵输出电压过冲的问题，同时可以提高在低电源电压以及SS工艺角的情况下电荷泵的启动速度，输出电压收敛性较好。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0039]图1是现有技术中反馈型电荷泵电路结构图，
[0040]图2是现有技术中反馈型电荷泵中的参考电压Vref和反馈电压Vbf的启动波形图；
[0041]图3是现有技术中反馈型电荷泵的输出电压Vpp的启动波形图；
[0042]图4是本发明防过冲且快启动的电荷泵电路的电路结构图；
[0043]图5是本发明的较佳实施例中快速启动参考电压源电路的电路结构图；
[0044]图6是本发明的较佳实施例中延时电路的电路结构图；
[0045]图7是本发明的较佳实施例中延时电路的等效电路图；
[0046]图8是本发明的较佳实施例中延时电路中输入输出时序图；
[0047]图9是本发明防过冲且快启动的电荷泵电路中的基准参考电压Vrefl、临时参考电压Vref2、反馈电压Vfb的启动波形图；
[0048]图10是本发明防过冲且快启动的电荷泵电路的输出电压Vpp的启动波形图。【具体实施方式】
[0049]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0050]参考图4是本发明防过冲且快启动的电荷泵电路的电路结构图；
[0051 ] 本发明的电荷泵电路包括:升压控制电路3、反馈电路2、基准参考电压源电路11、快速启动参考电压源电路12、延时电路13和开关电路14 ；[0052]升压控制电路3包括使能输入端(节点en)、输出端(节点O)以及控制端(节点ctrl)。输出端用于提供输出电压Vpp给负载，使能输入端接收使能信号EN，如果EN为低电平，则控制端无效，升压控制电路3最后的输出电压Vpp为电荷泵内部的电压VCC，否则，如果EN为高电平则控制端有效，此时的输出电压Vpp受到控制端接收的升压控制信号Ctrl的控制。
[0053]其中，升压控制信号Ctrl与参考电压Vref和输出电压Vpp有关，此通过反馈电路
2的比较实现。反馈电路2，用于比较所述输出电压Vpp的采样值与参考电压Vref，并且在参考电压Vref大于输出电压Vpp的采样值时，在ctrl节点输出高电平的升压控制信号Ctrl，升压控制电路3接收到该升压控制信号Ctrl后控制进行升压动作，将之前的输出电压Vpp提升后输出。可见参考电压Vref决定了输出电压Vpp。此处输出电压Vpp的米样值,具体为通过电压采样获取的与Vpp线性相关的反馈电压Vfb。
[0054]其中，基准参考电压源电路11、快速启动参考电压源电路12以及延时电路13的输入端均连接至所述升压控制电路3的使能输入端，反馈电路2分别与开关电路14的输出端(节点ref)、升压控制电路3的输出端以及升压控制电路3的控制端相连，所述延时电路13的输出端、基准参考电压源电路11的输出端(节点refl)和快速启动参考电压源电路12的输出端(节点ref2)分别连接至所述开关电路14的控制端和两个输入端。
[0055]当EN为高电平，即所述升压控制电路3的使能输入端接收到高电平的使能信号时，所述升压控制电路3、基准参考电压源电路11、快速启动参考电压源电路12以及延时电路13同时启动；
[0056]所述升压控制电路3，用于在启动后接收到升压控制信号时进行升压动作，并在其输出端(节点ο)输出一输出电压Vpp ；
[0057]所述基准参考电压源电路11用于在启动后，通过其输出端(节点refl)输出基准参考电压Vrefl，在FF工艺角条件下，所述基准参考电压到达稳定幅值的时间为TC。基准参考电压源电路11包含带隙基准源电路和电压调整电路，此部分电路为现有技术，关于其内部电路结构此处不再赘述。结合图9，基准参考电压Vrefl的启动有两个显著的特点是:在低电源电压(Low Vcc，一般为2.5V)以及SS工艺角时基准参考电压Vref的启动速度较慢，而在高电源电压(High Vcc，一般为3.6V)以及FF工艺角的情况下Vref的启动速度较快，如果要提高低电源电压(LowVcc)条件下电路的启动速度，一般需要提高基准参考电压Vref的启动速度，而提高基准参考电压Vref的启动速度容易导致在高电源电压(High Vcc)条件下出现过冲，如图中所示的在时间TO之前，Vref出现一个陡峭的上升和回落，而Vref出现过冲会导致输出电压Vpp的过冲。
[0058]本发明中的快速启动参考电压源电路12正是为了克服掉该缺陷而设计的。所述快速启动参考电压源电路12用于在启动后通过其输出端(节点ref2)输出临时参考电压Vref2，结合图9，在SS工艺角或者低电源电压条件下，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值大于同一时刻所述基准参考电压的幅值(当然不会无限制大，只要小于过冲值即可，例如小于基准参考电压Vrefl在高电源电压条件下的稳定幅值)。因此在低电源电压(Low Vcc)以及SS工艺角时启动速度得到提升。在FF工艺角或者高电源电压条件下，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值均小于基准参考电压的所述稳定幅值，因此，再加速启动速度的基础上，并不会出现过冲现象。[0059]为了实现在时间TO前选择临时参考电压Vref2作为参考电压输出，设计了开关电路14，而时间TO的控制结合延时电路13实现。延时电路13，用于在启动后时间到达TO之前输出第一选择信号、时间到达TO之后输出第二选择信号；开关电路14，用于在接收到所述第一选择信号时选择临时参考电压Vref2作为参考电压Vref进行输出，在接收到所述第二选择信号时选择基准参考电压Vrefl作为参考电压Vref进行输出；
[0060]参考图4,升压控制电路3的输出端并联了一个负载电容CO,开关电路14为一个2选I数据选择器MUX，数据选择器MUX包括一个数据选择引脚、两个数据输入引脚O和I。所述反馈电路2包括第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、比较器U1。结合图5，所述快速启动参考电压源电路12包括:PNP型的第一三极管QO和第二三极管Q1，第一反相器II，P沟道的第一 MOS管MO，上拉电阻R0。结合图6，延时电路13包括依次串联的:第二反相器12、至少一个延时单元131、第三反相器13，每个延时单元131均包括一个P沟道的第二 MOS管Ml、两个N沟道的第三MOS管M2和第四MOS管M3 ;第二 MOS管Ml的宽长比为:W/L = 1/2，第三MOS管M2和第四MOS管M3的宽长比为:W/L = 1/5。
[0061]参考图4，所述第一分压电阻Rl的第一端连接至所述升压控制电路3的输出端，所述第一分压电阻Rl的第二端通过所述第二分压电阻R2接地，所述第一分压电阻Rl的第二端还连接至所述比较器Ul的反相输入端，所述比较器Ul的同相输入端连接至所述数据选择器MUX的数据输出引脚，所述比较器Ul的输出端连接至所述升压控制电路3的控制端。第一分压电阻Rl和第二分压电阻R2组成电压采样电路，其中比较器Ul的反相输入端记为反馈节点bf，此处的电压即为第二分压电阻R2上的电压，记为反馈电压Vfb，Vfb =Vpp*R2/(Rl+R2)。即反馈电压Vfb与输出电压Vpp线性相关，其启动趋势是一致的。
[0062]参考图5，第一反相器11的输入端连接至所述升压控制电路3的使能输入端，所述第一反相器Il的输出端连接至所述第一 MOS管MO的栅极，所述第一 MOS管MO的源极连接至述升压控制电路3的使能输入端，所述第一 MOS管MO的漏极通过所述上拉电阻RO连接至所述第二三极管Ql的发射极，所述第二三极管Ql的基极连接至所述第一三极管QO的发射极，所述第二三极管Ql的集电极、第一三极管QO的集电极以及第一三极管QO的基极均接地，所述第二三极管Ql的发射极作为快速启动参考电压源电路12的输出端连接至所述数据选择器MUX的数据输入引脚0，连接处记为节点ref2。
[0063]其中第一三极管QO和第二三极管Ql的作用是钳位节点ref2处的临时参考电压Vref2为两个PN节导通电压，当EN为高电平时，第一 MOS管MO导通，临时参考电压Vref2上升，由于第一三极管Q0、第二三极管Ql和上拉电阻RO的作用，临时参考电压Vref2输出电压最终稳定在1.3V左右，如图9中所示。
[0064]基准参考电压源电路11由于输出的基准参考电压Vrefl的稳定幅值(低电源电压一般为2.5V)比1.3V大，且由于其内部电路包括运放等复杂电路结构实现电压稳定，导致到达稳定幅值的时间也就比较长，且其幅值到达临时参考电压Vref2的稳定幅值的时间Tl大于TC。相比于基准参考电压源电路11来说，由于图4中所示的快速启动参考电压源电路12电路结构非常简单，因此，节点ref2输出的临时参考电压Vref2到达稳定幅值的时间较短，且小于T0，因此必然的，在时间TO之前，临时参考电压Vref2总保持大于基准参考电压Vrefl，所以整个电荷泵电路的输出电压Vpp的启动速度增加。值得注意的是，虽然本实施例中，临时参考电压Vref2在时间TO之前已经到达稳定幅值，但本发明并不限于此，只要保持在低电源电压条件下临时参考电压Vref2大于同意时刻的基准参考电压Vrefl (当然不会无限制大，只要小于过冲值即可，例如小于基准参考电压Vrefl在高电源电压条件下的稳定幅值)，则相对于现有技术都会增加输出电压Vpp的启动速度。
[0065]由于本发明的电荷泵电路是嵌入芯片内实现的，所以延时电路13 —般利用RC实现延时，也可以使用倒比的MOS管和电容实现，参考图6，本实施例中，所述延时电路13利用MOS管实现。第二反相器12的输入端连接至升压控制电路3的使能输入端，第二反相器12的输出端连接至第一个延时单元131的输入端，前一个延时单元131的输入端连接至后一个延时单兀131的输出端,最后一个延时单兀131的输出端连接至第三反相器13的输入端，第三反相器13的输出端连接至数据选择器MUX的另一个数据输入引脚I。
[0066]每个延时单元131的第二 MOS管Ml的栅极与第三MOS管M2的栅极相连并作为所述每个延时单元131的输入端，每个延时单元131的第二 MOS管Ml的漏极与第三MOS管M2的漏极以及第四MOS管M3的栅极相连并作为所述每个延时单元131的输出端，每个延时单元131的第二 MOS管Ml的源极连接至述升压控制电路3的使能输入端，第三MOS管M2的源极、第四MOS管M3的源极以及第四MOS管M3的漏极均接地。
[0067]由于第四MOS管M3可以当成电容来使用的，即通常所指的MOS管电容，延时电路13的等效电路图如图7所示，即延时单元131的输出端(节点o’ )其实是经一个电容Cl接地，结合图7和图8，延时电路13的工作原理是:
[0068]I)、当EN为GND时，即节点en输入为GND时，第二反相器12的输出端(节点n0)为VCC，节点nl为GND，节点n2为VCC，节点O’为GND。
[0069]2)、当EN从GND切换到VCC时，即节点en由GND变为VCC，节点n0电容较小，第二反相器12输出驱动很强，电压很快变为GND ;节点nl电容较大有额外的电容C1，M0的宽长比较小，给Cl充电的电流较小，节点nl从GND到VCC变化较慢，电容Cl需要较长时间才能从GND冲到VCC ;同理，节点n2处对应的Cl放电的电流较小，节点n2处从VCC到GND变化较慢，Cl需要较长时间才能从VCC放电到GND，这个时间即为延时时间，即图8中从I的上升沿到O的上升沿的时间就是T0，因此，为了达到在时间TO以内保持以临时参考电压Vref2作为参考电压Vref，只需要设计延时时间的长度与时间TO相同即可。
[0070]本实施例中，因为快速启动参考电压源电路12与数据选择器MUX的数据输入引脚O连接，所以延时单元131的数量为偶数，如此当EN为GND时，延时电路13输出GND，数据输入引脚O被选通，当EN从GND变为VCC时，由于延时作用，延时电路13输出从GND变至VCC需要一定的延时时间，因此延时时间内，数据输入引脚O依旧保持被选通，延时时间到达后，数据输入引脚I被选通，也就完成了快速启动参考电压源电路12与基准参考电压源电路11之间的切换。当然，也可以将数据选择器MUX与快速启动参考电压源电路12和基准参考电压源电路11之间连接的引脚互换，在保持延时电路13输入不变的情况下，只需将延时单元数量设置为奇数即可。
[0071]电荷泵电路在启动之后首先使用临时参考电压Vref2作为参考电压Vref，输出电压Vpp升高，当反馈电压Vfb达到临时参考电压Vref2的电压幅值时，输出电压Vpp的电压值为:Vref2*(Rl+R2)/R2，延迟一段时间后到达时间T0，采用基准参考电压Vref I作为参考电压Vref，电荷泵电路最终的输出电压Vpp的电压值为:Vref I* (R1+R2)/R2。
[0072]具体工作原理如下:[0073]I)、当EN为GND时，基准参考电压源电路11、快速启动参考电压源电路12均关闭、升压控制电路3均关闭，输出电压Vpp为VCC。
[0074]2)、当EN切换到VCC时，基准参考电压源电路11、快速启动参考电压源电路12均关闭、升压控制电路3均启动，由于延时电路13由于延时依旧保持输出GND，因此，数据选择器MUX的数据输入引脚O与数据输出引脚之间导通，即临时参考电压Vref2被选通作为参考电压Vref输出至比较器Ul的同相输入端，升压控制电路3内部电路开始工作，接受升压控制信号Ctrl的控制。
[0075]3)、当EN为VCC且持续时间小于TO，基准参考电压源电路11和快速启动参考电压源电路12均保持开启状态，临时参考电压Vref2迅速升高到设计的稳定幅值，临时参考电压Vref2通过数据选择器MUX传递到比较器Ul的同相输入端，同时，第二分压电阻R2上的电压作为反馈电压Vfb输出至比较器Ul的反相输入端，当临时参考电压Vref2大于反馈电压Vfb时，比较器Ul输出高电平的升压控制信号Ctrl，升压控制电路3进行升压动作，输出电压Vpp开始升高，当反馈电压Vfb到达临时参考电压Vref2时，比较器Ul输出0，升压控制电路3停止工作，电荷泵电路的输出电压Vpp由于负载电容CO的存在短时间内基本维持不变。
[0076]值得注意的是，虽然本实施例中，临时参考电压Vref2在时间TO之前已经到达稳定幅值，但本发明并不限于此，只要保持在低电源电压条件下临时参考电压Vref2大于同意时刻的基准参考电压Vrefl，则相对于现有技术都会增加输出电压Vpp的启动速度。在该段时间内，由于临时参考电压Vref2在SS工艺角条件下，任意时刻的幅值大于同一时刻的基准参考电压Vrefl的幅值，因此直接导致输出电压Vpp的启动速度增加，临时参考电压Vref2在FF工艺角条件下，稳定幅值为1.3V，不会过冲。
[0077]4)、当EN为VCC且持续时间大于TO，延时电路13输出从GND变为VCC，因此，数据选择器MUX的数据输入引脚I与数据输出引脚之间导通，即基准参考电压Vrefl被选通作为参考电压Vref输出至比较器Ul的同相输入端，当基准参考电压Vrefl大于反馈电压Vfb时，比较器Ul输出高电平的升压控制信号Ctrl，升压控制电路3重新开始进行升压动作，输出电压Vpp开始随基准参考电压Vrefl电压值变化而变化，最终稳定到由基准参考电压Vrefl决定的设计值。
[0078]时间过了 TO之后，基准参考电压Vrefl已经过了出现过冲的时间(T0之前出现过冲)，所以可直接采用基准参考电压Vrefl作为参考电压。
[0079]从图9和10可以看出，基准参考电压Vrefl的启动与电源电压以及工艺有关，高电源电压(High Vcc)时输出电压Vpp上升速度很快，容易过冲，而同时电荷泵电路的输出能力也会随电源电压的升高而快速提高，Vref I过高将导致输出电压Vpp过冲太高；而低电压(Low Vcc)时Vrefl上升速度又太慢，电荷泵电路需要等待Vrefl上升的时间太长，导致电荷泵电路的输出电压Vpp上升速度过慢；临时参考电压Vref 2启动速度很快，且不会过冲，输出电压值与工艺和温度有关，其作为临时的参考电压，在高电源电压以及FF工艺角时可以避免Vrefl的过冲而导致输出电压Vpp的过冲，在低电源电压以及SS工艺角时又可以提前启动电荷泵电路，提高电荷泵电路的输出电压值。如图10所示，本发明提出的电荷泵电路启动后输出电压Vpp能快速达到期望的电压值范围，没有过冲现象发生，适合对电荷泵启动速度要求较高的场合。[0080]本发明还公开了一种基于上述的电荷泵电路的防过冲的快启动方法，所述方法包括:
[0081]S1、所述升压控制电路3的使能输入端接收到高电平的使能信号，所述升压控制电路3、基准参考电压源电路11、快速启动参考电压源电路12以及延时电路13同时启动；
[0082]S2、所述基准参考电压源电路11在启动后输出基准参考电压，所述快速启动参考电压源电路12在启动后输出临时参考电压；
[0083]S3、若延时电路13在启动后时间小于T0，转步骤S4，否则，转步骤S5 ；
[0084]S4、所述延时电路13输出第一选择信号至所述开关电路14，所述开关电路14选择所述临时参考电压作为参考电压进行输出，转步骤S6 ；
[0085]S5、所述延时电路13输出第二选择信号，至所述开关电路14，所述开关电路14选择所述基准参考电压作为参考电压进行输出，转步骤S6 ；
[0086]S6、所述反馈电路2比较所述输出电压与所述参考电压，并且在所述参考电压大于输出电压时输出升压控制信号，所述升压控制电路3接收所述升压控制信号，提升并输出一输出电压，转步骤S3 ；
[0087]其中，在FF工艺角条件下，所述基准参考电压到达稳定幅值的时间为TO ;在？？工艺角条件下，所述临时参考电压在启动后的时间TO之内任意时刻的幅值均小于基准参考电压的所述稳定幅值，在SS工艺角条件下，所述临时参考电压在启动后的时间TO之内的幅值大于同一时刻所述基准参考电压的幅值。
[0088]其中，所述步骤S6包括以下子步骤:
[0089]S61、采样与所述输出电压呈线性相关的反馈电压；
[0090]S62、比较所述参考电压与反馈电压，如果所述参考电压大于反馈电压，则输出高电平的升压控制信号，转步骤S63 ;如果所述参考电压小于等于反馈电压，则输出低电平，转步骤S64 ；
[0091]S63、所述升压控制电路3输出经过提升的输出电压；
[0092]S63、所述升压控制电路3输出之前的输出电压。
[0093]综上，本发明的电荷泵电路满足特定应用场合下对电荷泵输出启动速度和精度的要求，在提高低电源电压SS工艺角下电荷泵的启动速度的同时还能避免高电源电压FF工艺角的情况下电荷泵过冲的问题，使得启动时在特定时间内电荷泵在很宽的工作条件下能保持输出电压较好的收敛性。
[0094]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种防过冲且快启动的电荷泵电路，包括升压控制电路(3)、基准参考电压源电路(11)和反馈电路(2)，其特征在于，还包括快速启动参考电压源电路(12)、延时电路(13)和开关电路(14);当所述升压控制电路(3)的使能输入端接收到高电平的使能信号时，所述升压控制电路(3)、基准参考电压源电路(11)、快速启动参考电压源电路(12)以及延时电路(13)同时启动； 所述基准参考电压源电路(11)用于在启动后输出基准参考电压； 所述快速启动参考电压源电路(12)用于在启动后输出临时参考电压； 所述延时电路(13)用于在启动后时间到达TO之前输出第一选择信号、时间到达TO之后输出第二选择信号； 所述开关电路(14)用于在接收到所述第一选择信号时选择所述临时参考电压作为参考电压进行输出，在接收到所述第二选择信号时选择所述基准参考电压作为参考电压进行输出； 所述反馈电路(2)用于比较所述输出电压的采样值与所述参考电压，并且在所述参考电压大于输出电压时 的米样值时输出升压控制信号； 所述升压控制电路(3)用于接收所述升压控制信号，并输出经过提升的输出电压； 其中，在FF工艺角或者高电源电压条件下，所述基准参考电压到达稳定幅值的时间为T0，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值均小于基准参考电压的所述稳定幅值，在SS工艺角或者低电源电压条件下，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值大于同一时刻所述基准参考电压的幅值。
2.根据权利要求1所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其特征在于，所述基准参考电压源电路(11)、快速启动参考电压源电路(12)以及延时电路(13)的输入端均连接至所述升压控制电路⑶的使能输入端，所述反馈电路⑵分别与所述开关电路(14)的输出端和升压控制电路⑶的输出端以及控制端相连，所述延时电路(13)、基准参考电压源电路(11)和快速启动参考电压源电路(12)的输出端分别连接至所述开关电路(14)的控制端和两个输入端。
3.根据权利要求2所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其特征在于，所述开关电路(14)为一个2选I数据选择器(MUX)。
4.根据权利要求3所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其特征在于，所述快速启动参考电压源电路(12)包括:PNP型的第一三极管(QO)和第二三极管(Ql)，第一反相器(II)，P沟道的第一 MOS管(MO)，上拉电阻(RO)； 所述第一反相器(Il)的输入端连接至所述升压控制电路(3)的使能输入端，所述第一反相器(Il)的输出端连接至所述第一 MOS管(MO)的栅极，所述第一 MOS管(MO)的源极连接至述升压控制电路(3)的使能输入端，所述第一 MOS管(MO)的漏极通过所述上拉电阻(RO)连接至所述第二三极管(Ql)的发射极，所述第二三极管(Ql)的基极连接至所述第一三极管(QO)的发射极，所述第二三极管(Ql)的集电极、第一三极管(QO)的集电极以及第一三极管(QO)的基极均接地，所述第二三极管(Ql)的发射极连接至所述数据选择器(MUX)的一个数据输入引脚。
5.根据权利要求3所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其特征在于，所述延时电路(13)包括依次串联的:第二反相器(12)、至少一个延时单元(131)、第三反相器(13)，每个延时单元(131)均包括一个P沟道的第二 MOS管(Ml)、两个N沟道的第三MOS管(M2)和第四 MOS 管(M3)； 第二反相器(12)的输入端连接至所述升压控制电路(3)的使能输入端，第二反相器(12)的输出端连接至第一个延时单兀(131)的输入端,前一个延时单兀(131)的输入端连接至后一个延时单元(131)的输出端，最后一个延时单元(131)的输出端连接至第三反相器(13)的输入端，第三反相器(13)的输出端连接至所述数据选择器(MUX)； 每个延时单元(131)的第二 MOS管(Ml)的栅极与第三MOS管(M2)的栅极相连并作为所述延时单元(131)的输入端，每个延时单元(131)的第二 MOS管(Ml)的漏极与第三MOS管(M2)的漏极以及第四MOS管(M3)的栅极相连并作为所述延时单元(131)的输出端，每个延时单元(131)的第二 MOS管(Ml)的源极连接至述升压控制电路(3)的使能输入端，第三MOS管(M2)的源极、第四MOS管(M3)的源极以及第四MOS管(M3)的漏极均接地。
6.根据权利要求3所述的防过冲且快启动的电荷泵电路，其特征在于，所述反馈电路(2)包括第一分压电阻(Rl)、第二分压电阻(R2)、比较器(Ul)； 所述第一分压电阻(Rl)的第一端连接至所述升压控制电路(3)的输出端，所述第一分压电阻(Rl)的第二端通过所述第二分压电阻(R2)接地，所述第一分压电阻(Rl)的第二端还连接至所述比较器(Ul)的反相输入端，所述比较器(Ul)的同相输入端连接至所述数据选择器(MUX)的数据输出引脚，所述比较器(Ul)的输出端连接至所述升压控制电路(3)的控制端。
7.一种基于权利要求1所述的电荷泵电路的防过冲的快启动方法，其特征在于，所述方法包括: 51、所述升压控制电路(3)的使能输入端接收到高电平的使能信号，所述升压控制电路(3)、基准参考电压源电路(11)、快速启动参考电压源电路(12)以及延时电路(13)同时启动; 52、所述基准参考电压源电路(11)在启动后输出基准参考电压，所述快速启动参考电压源电路(12)在启动后输出临时参考电压； 53、若延时电路(13)在启动后时间小于T0，转步骤S4，否则，转步骤S5; 54、所述延时电路(13)输出第一选择信号至所述开关电路(14)，所述开关电路(14)选择所述临时参考电压作为参考电压进行输出，转步骤S6 ； 55、所述延时电路(13)输出第二选择信号，至所述开关电路(14)，所述开关电路(14)选择所述基准参考电压作为参考电压进行输出，转步骤S6 ； 56、所述反馈电路(2)比较所述输出电压与所述参考电压，并且在所述参考电压大于输出电压时输出升压控制信号，所述升压控制电路(3)接收所述升压控制信号，并输出经过提升的输出电压，转步骤S3 ； 其中，在FF工艺角或者高电源电压条件下，所述基准参考电压到达稳定幅值的时间为T0，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值均小于基准参考电压的所述稳定幅值，在SS工艺角或者低电源电压条件下，所述临时参考电压在启动后时间到达TO之前的任意时刻的幅值大于同一时刻所述基准参考电压的幅值。
8.根据权利要求7所述的电荷泵电路的防过冲的快启动方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下子步骤:. 561、采样与所述输出电压呈线性相关的反馈电压； .562、比较所述参考电压与反馈电压，如果所述参考电压大于反馈电压，则输出高电平的升压控制信号，转步骤S63 ;如果所述参考电压小于等于反馈电压，则输出低电平，转步骤 S64 ； . 563、所述升压控制电路(3)输出经过提升的输出电压； . S63、所述升压控制电 路(3)输出之前的输出电压。
【文档编号】H02M1/36GK104022641SQ201410246959
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】刘桂云, 鲍奇兵 申请人:辉芒微电子（深圳）有限公司