一种开关电容电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种开关电容电路，包括：充电电容模块、放电电容模块、升压倍数控制模块、充电控制模块和放电控制模块；由于在充电阶段，升压倍数控制模块可以控制充电电容模块具有不同的电容值，因此，在升压倍数控制模块的控制下，充电控制模块将信号输入端的第一输入信号充入充电电容模块，使充电电容模块具有不同的电荷量，进而，当放电控制模块控制充电电容模块对放电电容模块进行充电时，使放电电容模块具有不同电压，实现开关电容电路具有不同升压幅度的功能。而在现有的开关电容电路中，采用一个充电电容模块和一个放电电容模块只能实现一种升压幅度。因此，该开关电容电路与现有电路相比，可以减少芯片的面积，降低开关电容电路的功耗。
【专利说明】—种开关电容电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及集成电路【技术领域】，尤指一种开关电容电路。
【背景技术】
[0002]目前，随着集成电路技术的不断发展使得芯片的工作电压越来越低。通常，集成电路的驱动电压要高于芯片的工作电压，为了使芯片的工作电压可以满足集成电路的驱动电压，需要采用升压电路来实现，而在集成电路中作为升压电路的电荷泵电路通常采用开关电容电路(Switched Capacitor Circuits简称SC电路)来实现。开关电容电路是由受时钟信号控制的开关器件与电容器组成的电路，它利用电容器电荷的存储与转移原理来实现电路的升压功能。而应用于集成电路中的开关电容电路的功耗在集成电路的总的功耗中占有很大的比例。因此，随着人们对电子产品低功耗化的要求，降低开关电容电路的功耗已成为本领域技术人员亟需解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明实施例提供的一种开关电容电路，用以实现一种低功耗的开关电容电路。
[0004]本发明实施例提供的一种开关电容电路，包括:充电电容模块、放电电容模块、升压倍数控制模块、充电控制模块和放电控制模块；其中，
[0005]在充电阶段:所述充电控制模块接收信号输入端发送的第一输入信号和参考信号端发送的第二输入信号，分别对应输出到所述充电电容模块的第一端和第二端，对所述充电电容模块进行充电；以及，
[0006]所述升压倍数控制模块当所述第一输入信号小于设定的阈值电压时，接收所述第一输入信号和所述第二输入信号，分别对应输出到所述充电电容模块的第三端和第四端，对所述充电电容模块进行充电；当所述第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，所述升压倍数控制模块导通所述充电电容模块的第三端和第四端；
[0007]在放电阶段:所述放电控制模块接收所述第一输入信号，并将所述第一输入信号输出到所述充电电容模块的第二端和第四端；以及将所述充电电容模块的第一端和第三端与所述放电电容模块的第一端和信号输出端导通，使所述充电电容模块对所述放电电容模块进行充电并通过所述信号输出端输出信号；其中所述放电电容模块的第二端接收所述第二输入信号。
[0008]本发明实施例所提供的开关电容电路，包括:充电电容模块、放电电容模块、升压倍数控制模块、充电控制模块和放电控制模块。由于在充电阶段，升压倍数控制模块可以控制充电电容模块具有不同的电容值，因此，在升压倍数控制模块的控制下，充电控制模块将信号输入端发送的第一输入信号充入充电电容模块，可以使充电电容模块具有不同的电荷量，进而，由于充电电容模块具有不同的电荷量，因此在放电阶段，当放电控制模块控制充电电容模块对放电电容模块进行充电时，可以使放电电容模块具有不同电压，并且从信号输出端输出的电压也不同，从而实现开关电容电路具有不同升压幅度的功能。而在现有的开关电容电路中，采用一个充电电容模块和一个放电电容模块只能实现一种升压幅度，即实现不同的升压幅度，需要多个开关电容电路。因此，本发明实施例所提供的开关电容电路与现有的开关电容电路相比，可以减少芯片的面积，降低开关电容电路的功耗。
[0009]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述充电电容模块，具体包括:第一电容和第二电容；其中，
[0010]所述第一电容的第一端为所述充电电容模块的第一端，所述第一电容的第二端为所述充电电容模块的第四端；
[0011]所述第二电容的第一端为所述充电电容模块的第二端，所述第二电容的第二端为所述充电电容模块的第三端。
[0012]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述升压倍数控制模块，具体包括:第一开关器件，第二开关器件和第三开关器件；其中，
[0013]所述第一开关器件的输入端分别与所述第二开关器件的输入端和所述第一电容的第二端相连；所述第一开关器件的输出端与所述参考信号端相连；
[0014]所述第三开关器件的输入端与所述信号输入端相连；所述第三开关器件的输出端分别与所述第二开关器件的输出端和所述第二电容的第二端相连；
[0015]在充电阶段，当所述第一输入信号小于设定的阈值电压时，所述第二开关器件处于关闭状态，所述第一开关器件和第三开关器件处于导通状态，所述第一电容和所述第二电容处于并联状态；在充电阶段，当所述第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，所述第二开关器件处于导通状态，所述第一开关器件和第三开关器件处于关闭状态，所述第一电容和所述第二电容处于串联状态；
[0016]在放电阶段，所述第一开关器件、第二开关器件和第三开关器件处于关闭状态。
[0017]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述充电控制模块，具体包括:第四开关器件和第五开关器件；其中，
[0018]所述第四开关器件的输入端分别与所述信号输入端和所述第三开关器件的输入端相连；所述第四开关器件的输出端与所述第一电容的第一端相连；
[0019]所述第五开关器件的输入端与所述第二电容的第一端相连；所述第五开关器件的输出端与所述参考信号端相连；
[0020]在充电阶段，所述第四开关器件和第五开关器件处于导通状态；在放电阶段，所述第四开关器件和第五开关器件处于关闭状态。
[0021 ] 较佳地，为了减少MOS管中的衬底电流，进而降低开关电容电路的静态功耗，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述第一开关器件和所述第五开关器件为N型MOS管；其中，
[0022]所述N型MOS管的源极和衬底分别与参考信号端相连，所述参考信号端接地。
[0023]较佳地，为了减少MOS管中的衬底电流，进而降低开关电容电路的静态功耗，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件为复合结构的N型MOS管；其中，
[0024]所述复合结构的N型MOS管，具体包括:第一体电位选择管、第二体电位选择管和N型MOS管；其中，所述N型MOS管的源极与第一体电位选择管的源极相连，所述N型MOS管的漏极与第二体电位选择管的源极相连，所述N型MOS管的衬底分别与第一体电位选择管和第二体电位选择管的的漏极相连；所述第一体电位选择管的衬底与所述第二体电位选择管的衬底相连。
[0025]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述放电控制模块，具体包括:第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第九开关器件；其中，
[0026]所述第六开关器件的输入端分别与所述信号输入端和所述第七开关器件的输入端相连；所述第六开关器件的输出端与所述第一电容的第二端相连；
[0027]所述第七开关器件的输出端与所述第二电容的第一端相连；
[0028]所述第八开关器件的输入端与所述第一电容的第一端相连；所述第八开关器件的输出端分别与所述第九开关器件的输出端、所述放电电容模块的第一端以及所述信号输出端相连；
[0029]所述第九开关器件的输入端与所述第二电容的第二端相连；
[0030]在充电阶段，所述第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第九开关器件处于关闭状态；在放电阶段，第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第九开关器件处于导通状态。
[0031]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述第六开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件和所述第九开关器件为掺杂极性相同的金属氧化物半导体MOS管。
[0032]较佳地，为了减少MOS管中的衬底电流，进而降低开关电容电路的静态功耗，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述第六开关器件、所述第七开关器件为P型MOS管；其中，
[0033]所述P型MOS管的源电极和衬底分别与信号输入端相连。
[0034]较佳地，为了减少MOS管中的衬底电流，进而降低开关电容电路的静态功耗，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述第八开关器件和所述第九开关器件为复合结构的P型MOS管；其中，
[0035]所述复合结构的P型MOS管，具体包括:第一体电位选择管、第二体电位选择管和P型MOS管；其中所述P型MOS管的源极与第一体电位选择管的源极相连，所述P型MOS管的漏极与第二体电位选择管的源极相连，所述P型MOS管的衬底分别与第一体电位选择管和第二体电位选择管的的漏极相连；所述第一体电位选择管的衬底与所述第二体电位选择管的衬底相连。
[0036]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，所述放电电容模块，具体包括:第三电容；其中，
[0037]所述第三电容的第一端为所述放电电容模块的第二端，所述第三电容的第二端为所述放电电容模块的第一端。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1为本发明实施例提供的开关电容电路的结构示意图；
[0039]图2为本发明实施例提供的开关电容电路的具体结构示意图；
[0040]图3a和图3b分别为本发明实施例提供的开关电容电路的工作时序图；
[0041]图4a为本发明实施例提供的复合结构的N型MOS管的结构示意图；[0042]图4b为本发明实施例提供的复合结构的P型MOS管的结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图，对本发明实施例提供的开关电容电路的【具体实施方式】进行详细地说明。
[0044]本发明实施例提供的一种开关电容电路，如图1所示，包括:充电电容模块1、放电电容模块2、升压倍数控制模块3、充电控制模块4和放电控制模块5 ;其中，
[0045]在充电阶段:充电控制模块4接收信号输入端Vin发送的第一输入信号和参考信号端Vref发送的第二输入信号,分别对应输出到充电电容模块I的第一端Π和第二端Y2,对充电电容模块I进行充电；以及，
[0046]升压倍数控制模块3当第一输入信号小于设定的阈值电压时，接收第一输入信号和第二输入信号，分别对应输出到充电电容模块I的第三端Y3和第四端Y4，对充电电容模块I进行充电；当第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，升压倍数控制模块3导通充电电容模块I的第三端Y3和第四端Y4 ；
[0047]在放电阶段:放电控制模块5接收第一输入信号，并将第一输入信号输出到充电电容模块I的第二端Y2和第四端Y4 ;以及将充电电容模块I的第一端Yl和第三端Y3与放电电容模块2的第一端Xl和信号输出端Vout导通,使充电电容模块I对放电电容模块2进行充电并通过信号输出端Vout输出信号；其中放电电容模块2的第二端X2接收第二输入信号。
[0048]本发明实施例所提供的开关电容电路，包括:充电电容模块、放电电容模块、升压倍数控制模块、充电控制模块和放电控制模块。由于在充电阶段，升压倍数控制模块可以控制充电电容模块具有不同的电容值，因此，在升压倍数控制模块的控制下，充电控制模块将信号输入端发送的第一输入信号充入充电电容模块，可以使充电电容模块具有不同的电荷量，进而，由于充电电容模块具有不同的电荷量，因此在放电阶段，当放电控制模块控制充电电容模块对放电电容模块进行充电时，可以使放电电容模块具有不同电压，并且从信号输出端输出的电压也不同，从而实现开关电容电路具有不同升压幅度的功能。而在现有的开关电容电路中，采用一个充电电容模块和一个放电电容模块只能实现一种升压幅度，即实现不同的升压幅度，需要多个开关电容电路。因此，本发明实施例所提供的开关电容电路与现有的开关电容电路相比，可以减少芯片的面积，降低开关电容电路的功耗。
[0049]具体地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，当第一输入信号小于设定的阈值电压时，在充电阶段:充电控制模块4将接收的第一输入信号输出到充电电容模块I的第一端Yl，对充电电容模块I进行充电；充电控制模块4将接收的第二输入信号输出到充电电容模块I的第二端Y2，对充电电容模块I进行充电；升压倍数控制模块3将接收的第一输入信号输出到充电电容模块I的第三端Y3，对充电电容模块I进行充电；升压倍数控制模块3将接收的第二输入信号输出到充电电容模块I的第四端Y4，对充电电容模块I进行充电。
[0050]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，如图2所示，充电电容模块1，可以具体包括:第一电容Cstl和第二电容Cst2 ;其中，
[0051]第一电容Cstl的第一端ml为充电电容模块I的第一端Yl,第一电容Cstl的第二端m2为充电电容模块I的第四端Y4 ；
[0052]第二电容Cst2的第一端nl为充电电容模块I的第二端Y2，第二电容Cst2的第二端n2为充电电容模块的第三端Y3。
[0053]进一步地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第一电容Cstl和第二电容Cst2的电容值可以相等，也可以不相等，在此不做限定。
[0054]具体地，在具体实施时，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，充电电容模块，可以具体包括:第一电容和第二电容，通过升压倍数控制模块可以控制第一电容和第二电容的总电容值，充电控制模块可以实现在升压倍数控制模块的控制下，将信号输入端发送的第一输入信号充入到第一电容和第二电容中。当然，充电电容模块，还可以是能够实现本发明方案的多个电容，在此不做限定。
[0055]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，如图2所示，放电电容模块2，具体可以包括:第三电容Cst3 ;其中，
[0056]第三电容Cst3的第一端ol为放电电容模块2的第二端X2，第三电容Cst3的第二端o2为放电电容模块2的第一端XI。
[0057]具体地，在具体实施时，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，放电电容模块，可以具体包括:第三电容，从而放电控制模块可以将充电电容模块的电压充电到第三电容上，并从信号输出端输出。当然，放电电容模块，还可以是能够实现本发明方案的多个电容，在此不做限定。
[0058]具体地，在具体实施时，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，参考信号端Vref —般接地，即参考信号端Vref发送的第二输入信号的电压为O伏。
[0059]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，如图2所示，升压倍数控制模块3，具体可以包括:第一开关器件SI，第二开关器件S2和第三开关器件S3 ;其中，
[0060]第一开关器件SI的输入端Sli分别与第二开关器件S2的输入端S2i和第一电容Cstl的第二端m2相连；第一开关器件SI的输出端SI。与参考信号端Vref相连；
[0061]第三开关器件S3的输入端S3i与信号输入端Vin相连；第三开关器件S3的输出端S3。分别与第二开关器件S2的输出端S2。和第二电容Cst2的第二端n2相连；
[0062]在充电阶段，当第一输入信号小于设定的阈值电压时，第二开关器件S2处于关闭状态，第一开关器件SI和第三开关器件S3处于导通状态,第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态；在充电阶段，当第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，第二开关器件S2处于导通状态,第一开关器件SI和第三开关器件S3处于关闭状态,第一电容Cstl和第二电容Cst2处于串联状态；
[0063]在放电阶段，第一开关器件S1、第二开关器件S2和第三开关器件S3处于关闭状态。
[0064]具体地，在具体实施，对本发明实施例提供的上述开关电容电路中，当信号输入端Vin发送的第一输入信号小于设定的阈值电压时,在充电阶段,第二开关器件S2处于关闭状态，第一开关器件SI和第三开关器件S3处于导通状态,第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态；在放电阶段，第一开关器件S1、第二开关器件S2和第三开关器件S3处于关闭状态。[0065]当信号输入端Vin发送的第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，在充电阶段，第二开关器件S2处于导通状态，第一开关器件SI和第三开关器件S3处于关闭状态，第一电容Cstl和第二电容Cst2处于串联状态；在放电阶段，第一开关器件S1、第二开关器件S2和第三开关器件S3处于关闭状态。
[0066]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，如图2所示，充电控制模块4，可以具体包括:第四开关器件S4和第五开关器件S5 ;其中，
[0067]第四开关器件S4的输入端S4分别与信号输入端Vin相连和第三开关器件S3的输入端S3i相连；第四开关器件S4的输出端S4。与第一电容Cstl的第一端ml相连；
[0068]第五开关器件S5的输入端SSi与第二电容Cst2的第一端nl相连；第五开关器件S5的输出端S5。与参考信号端Vref相连；
[0069]在充电阶段，第四开关器件S4和第五开关器件S5处于导通状态；在放电阶段，第四开关器件S4和第五开关器件S5处于关闭状态。
[0070]进一步地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，信号输入端Vin发送的第一输入信号的电压设为Vss，参考信号端Vref接地。当第一输入信号小于设定的阈值电压时，在充电阶段，第二开关器件S2处于关闭状态,第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态，第一开关器件S1、第三开关器件S3、第四开关器件S4和第五开关器件S5处于导通状态；此时，第一电容Cstl的第一端ml与信号输入端Vin相连,第一电容Cstl第一端ml的电压为Vss，第一电容Cstl的第二端m2接地，第一电容Cstl第二端m2的电压为0，第二电容Cst2的第二端n2与信号输入端Vin相连,第二电容Cst2第二端n2的电压为Vss,第二电容Cst2的第一端nl接地,第二电容Cst2第一端nl的电压为O,从而实现将信号输入端Vin的第一输入信号充电到第一电容Cstl和第二电容Cst2。
[0071]当第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，在充电阶段，第一开关器件SI和第三开关器件S3处于关闭状态，第一电容Cstl和第二电容Cst2处于串联状态，第二开关器件S2、第四开关器件S4和第五开关器件S5处于导通状态；此时，第一电容Cstl的第一端ml与信号输入端Vin相连,第一电容的Cstl第一端ml的电压为Vss,第一电容Cstl的第二端m2与第二电容Cst2的第二端n2相连，第二电容Cst2的第一端nl接地，第二电容Cst2第一端nl的电压为O,第一电容的Cstl第二端m2和第二电容Cst2第二端n2的电压分别为0.5Vss,从而实现将信号输入端Vin的第一输入信号充电到第一电容Cstl和第二电容 Cst2。
[0072]综上，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，当信号输入端Vin发送的第一输入信号不同时，第一电容Cstl和第二电容Cst2的连接关系不同,从而充入到第一电容Cstl和第二电容Cst2的电压也不同。
[0073]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，如图2所示，放电控制模块5，具体可以包括:第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9;其中，
[0074]第六开关器件S6的输入端S6i分别与信号输入端Vin和第七开关器件S7的输入端S7i相连；第六开关器件S6的输出端S6。与第一电容Cstl的第二端m2相连；
[0075]第七开关器件S7的输出端S7。与第二电容Cst2的第一端nl相连；
[0076]第八开关器件S8的输入端SSi与第一电容Cstl的第一端ml相连；第八开关器件S8的输出端S8。分别与第九开关器件S9的输出端S9。、放电电容模块2的第一端Xl以及信号输出端Vout相连；
[0077]第九开关器件S9的输入端与第二电容Cst2的第二端n2相连；
[0078]在充电阶段，第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于关闭状态；在放电阶段，第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于导通状态。
[0079]具体地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，可以通过选择器来实现不同输入信号下对相关开关器件的控制。具体地，当信号输入端Vin发送的第一输入信号小于设定的阈值电压时，选择器使第二开关器件S2在充电阶段和放电阶段都处于关闭状态；在充电阶段，选择器使第一时钟控制信号控制第一开关器件S1、第三开关器件S3、第四开关器件S4和第五开关器件S5处于导通状态，选择器使第二时钟控制信号控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于关闭状态；在放电阶段，选择器使第一时钟控制信号控制第一开关器件S1、第三开关器件S3、第四开关器件S4和第五开关器件S5处于关闭状态,选择器使第二时钟控制信号控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于导通状态。
[0080]当信号输入端Vin发送的第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，选择器使第一开关器件S1、第三开关器件S3在充电阶段和放电阶段都处于关闭状态；在充电阶段，选择器使第一时钟控制信号控制第二开关器件S2、第四开关器件S4和第五开关器件S5处于导通状态，选择器使第二时钟控制信号控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于关闭状态；在放电阶段，选择器使第一时钟控制信号控制第二开关器件S2、第四开关器件S4和第五开关器件S5处于关闭状态，选择器使第二时钟控制信号控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于导通状态。
[0081]进一步，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述开关电容电路中，第一时钟控制信号和第二时钟控制信号为两相不交叠的时钟信号，当然，第一时钟控制信号和第二时钟控制信号也可以为能够实现本发明方案的其它信号，在此不做限定。
[0082]下面通过具体实例对本发明实施例提供的上述开关电容电路的具体工作原理进行详细的说明。在以下实例中，参考信号端Vref接地，第一电容Cstl和第二电容Cst2的电容值相等，信号输入端Vin发送的第一输入信号的电压值为Vss。
[0083]在具体实施时，当第一输入信号的电压Vss小于设定的阈值电压时:如图3a所示，图中，Vclki为第一时钟控制信号CLKl的时序图，Vclk2为第二时钟控制信号CLK2的时序图，Vin为信号输入端Vin的电压的时序图，Vml为第一电容Cstl第一端ml的电压的时序图，Vm2为第一电容Cstl第二端m2的电压的时序图，Vnl为第二电容Cst2第一端nl的电压的时序图，Vn2为第二电容Cst2第二端n2的电压的时序图，Vol为第三电容Cst3第一端ol的电压的时序图，Vo2为第三电容Cstl第二端o2的电压的时序图，Vout为信号输出端Vout的电压的时序图。
[0084]充电阶段Tl:第二开关器件S2处于关闭状态，时钟信号CLKl控制第一开关器件S1、第三开关器件S3、第四开关器件S4、以及第五开关器件S5处于导通状态，时钟信号CLK2控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于关闭状态。
[0085]此时，第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态；第一电容Cstl的第二端m2接地，第一电容Cstl第二端m2的电压Vm2为O,第一电容Cstl的第一端ml与信号输入端Vin相连,信号输入端Vin发送的第一输入信号的电压Vss对第一电容Cstl进行充电,第一电容Cstl第一端ml的电压Vml为Vss ;第二电容Cst2的第一端nl接地,第二电容Cst2第一端nl的电压Vnl为O,第二电容Cst2的第二端n2与信号输入端Vin相连,信号输入端Vin发送的第一输入信号的电压Vss对第二电容Cst2进行充电,第二电容Cst2第二端n2的电压Vn2为Vss。
[0086]放电阶段T2:第二开关器件S2处于关闭状态，时钟信号CLKl控制第一开关器件S1、第三开关器件S3、第四开关器件S4、以及第五开关器件S5处于关闭状态，时钟信号CLK2控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9导通状态。
[0087]此时，第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态；第一电容Cstl的第二端m2与信号输入端Vin相连,第一电容Cstl第二端m2的电压Vm2变为Vss,第一电容Cstl的第一端ml分别与第三电容Cst3的第二端o2和输出信号端Vout相连,根据电容电量守恒原理，第一电容Cstl第一端ml的电压Vml变为2Vss,第二电容Cst2的第一端nl与信号输入端Vin相连,第二电容Cst2第一端nl的电压Vnl变为Vss,第二电容Cst2的第二端n2分别与第三电容Cst3的第二端o2和输出信号端Vout相连,根据电容电量守恒原理,第二电容Cst2第二端n2的电压Vn2变为2Vss。
[0088]由于,第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态，第三电容Cst3的第一端ol接地，第三电容Cst3的第二端o2分别与第一电容Cstl第一端ml和第二电容Cst2第二端n2相连，第一电容Cstl第一端ml的电压2Vss和第二电容Cst2第二端n2的电压2Vss分别对第三电容Cst3进行充电并从信号输出端Vout输出，因此，第三电容Cst3的第二端o2的电压Vo2为2Vss，信号输出端Vout的电压值也为2Vss。
[0089]由上可知，本发明实施例提供的上述开关电容电路在信号输入端Vin端发送的第一输入信号的电压Vss小于设定的阈值电压时，实现2倍升压幅度的功能。
[0090]在具体实施时，当第一输入信号的电压Vss大于或等于设定的阈值电压时:如图3b所示，图中，Vraa为第一时钟控制信号CLKl的时序图，Vm2为第二时钟控制信号CLK2的时序图，Vin为信号输入端Vin的电压的时序图，Vml为第一电容Cstl第一端ml的电压的时序图，Vm2为第一电容Cstl第二端m2的电压的时序图，Vnl为第二电容Cst2第一端nl的电压的时序图，Vn2为第二电容Cst2第二端n2的电压的时序图，Vol为第三电容Cst3第一端ol的电压的时序图，Vo2为第三电容Cstl第二端o2的电压的时序图，Vout为信号输出端Vout的电压的时序图。
[0091]充电阶段Tl:第一开关器件SI和第三开关器件S3处于关闭状态，时钟信号CLKl控制第二开关器件S2、第四开关器件S4、以及第五开关器件S5处于导通状态，时钟信号CLK2控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于关闭状态。
[0092]此时，第一电容Cstl和第二电容Cst2处于串联状态；第二电容Cst2的第一端nl接地，第二电容Cst2第一端nl的电压Vnl为O,第一电容Cstl的第一端ml与信号输入端Vin相连,第一电容Cstl的第二端m2与第二电容Cst2的第二端n2相连,信号输入端Vin发送的第一输入信号的电压Vss对第一电容Cstl和第二电容Cst2进行充电,第一电容Cstl第一端ml的电压Vml为Vss,第一电容Cstl第二端m2的电压Vm2为0.5Vss,第二电容Cst2第二端n2的电压Vn2为0.5Vss。
[0093]放电阶段T2:第一开关器件SI和第三开关器件S3处于关闭状态，时钟信号CLKl控制第二开关器件S2、第四开关器件S4、以及第五开关器件S5处于关闭状态，时钟信号CLK2控制第六开关器件S6、第七开关器件S7、第八开关器件S8和第九开关器件S9处于导通状态。
[0094]此时，第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态；第一电容Cstl的第二端m2与信号输入端Vin相连,第一电容Cstl第二端m2的电压Vm2变为Vss,第一电容Cstl的第一端ml分别与第三电容Cst3的第二端o2和输出信号端Vout相连,根据电容电量守恒原理，第一电容Cstl第一端ml的电压Vml变为1.5Vss,第二电容Cst2的第一端nl与信号输入端Vin相连,第二电容Cst2第一端nl的电压Vnl变为Vss,第二电容Cst2的第二端n2分别与第三电容Cst3的第二端o2和输出信号端Vout相连，根据电容电量守恒原理，第二电容Cst2第二端n2的电压Vn2变为1.5Vss。
[0095]由于,第一电容Cstl和第二电容Cst2处于并联状态，第三电容Cst3的第一端ol接地，第三电容Cst3的第二端o2分别与第一电容Cstl第一端ml和第二电容Cst2第二端n2相连,第一电容Cstl第一端ml的电压1.5Vss和第二电容Cst2第二端n2的电压1.5Vss分别对第三电容Cst3进行充电并从信号输出端Vout输出，因此，第三电容Cst3的第二端o2的电压Vo2为1.5Vss，信号输出端Vout的电压值也为1.5Vss。
[0096]由上可知，本发明实施例提供的上述开关电容电路在信号输入端Vin端发送的第一输入信号的电压Vss大于或等于设定的阈值电压时，实现1.5倍升压幅度的功能。
[0097]综上，本发明实施例提供的上述开关电容电路，通过第一电容、第二电容和第三电容既可以实现2倍升压幅度的功能，还可以实现1.5倍升压幅度的功能，而在现有的开关电容电路中，只可以实现一种情况的升压幅度，即在现有技术中，实现2倍升压幅度和1.5倍升压幅度的功能，需要设计单独的两套开关电容电路。因此，本发明实施例提供的上述开关电容电路，通过复用第一电容、第二电容和第三电容，可以实现两种情况的升压幅度的功能，与现有的开关电容电路相比，可以节省开关数目，从而减小芯片面积，并且降低了开关电容电路的静态功耗。
[0098]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第一开关器件、第二开关器件、第三开关器件、第四开关器件和第五开关器件可以为掺杂极性相同的金属氧化物半导体MOS管。
[0099]较佳地，为了便于实施，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第九开关器件可以为掺杂极性相同的金属氧化物半导体MOS管。
[0100]较佳地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，根据各个开关器件的特点，第一开关器件和第五开关器件为N型MOS管；其中，
[0101]N型MOS管的源极和衬底分别与参考信号端相连，参考信号端接地。
[0102]由于在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第一开关器件和第五开关器件的输入端的电压始终高于输出端的电压，这样将第一开关器件和第五开关器件具体设置为N型MOS管，使N型MOS管的源极和衬底分别接开关器件的输出端，即参考信号端，使N型MOS管的漏极接开关器件的输入端。这样，在N型MOS管中，源极电位始终低于漏极电位，衬底始终与电位较低的源极相连，从而保证了 N型MOS管中的寄生晶体管始终处于截止状态，减少了 N型MOS管的衬底电流，进而，进一步地降低了整个开关电容电路的静态功耗。
[0103]较佳地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，根据各个开关器件的特点，第六开关器件、第七开关器件为P型MOS管；其中，
[0104]P型MOS管的源电极和衬底分别与信号输入端相连。
[0105]由于在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第六开关器件和第七开关器件的输入端的电压始终高于输出端的电压，这样将第一开关器件和第五开关器件具体设置为P型MOS管，使P型MOS管的源极和衬底分别接开关器件的输入端，即信号输入端，使P型MOS管的漏极接开关器件的输出端。这样，在P型MOS管中，源极电位始终高于漏极电位，衬底始终与电位较高的源极相连，从而保证了 P型MOS管中的寄生晶体管始终处于截止状态，减少了 P型MOS管的衬底电流，进而，进一步地降低了整个开关电容电路的静态功耗。
[0106]较佳地，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，根据各个开关器件的特点，第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件为复合结构的N型MOS管；其中，
[0107]复合结构的N型MOS管，如图4a所示，具体包括:第一体电位选择管Ml、第二体电位选择管M2和N型MOS管MO ;其中，N型MOS管MO的源极SO与第一体电位选择管Ml的源极SI相连，N型MOS管MO的漏极DO与第二体电位选择管M2的源极S2相连，N型MOS管MO的衬底TO分别与第一体电位选择管Ml和第二体电位选择管M2的的漏极Dl、D2相连；第一体电位选择管Ml的衬底Tl与第二体电位选择管M2的衬底T2相连。
[0108]由于在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件的输入端的电压相对于输出端的电压上下浮动，这样将第二开关器件、第三开关器件和第四开关器件具体设置为复合结构的N型MOS管，当复合结构的N型MOS管中的N型MOS管的源极电压高于漏极电压时，第二体电位选择管打开，第一体电位选择管关闭，N型MOS管的衬底与漏极相连，当复合结构的N型MOS管中的N型MOS管的源极电压低于漏极电压时，第一体电位选择管打开，第二体电位选择管关闭，N型MOS管的衬底与源极相连，从而保证在复合结构的N型MOS管中，N型MOS管的衬底始终与源漏极中电位较低的一端相连，保证N型MOS管的寄生晶体管始终处于截止状态，减少了复合结构的N型MOS管中N型MOS管的衬底电流，进而，进一步地降低了整个开关电容电路的静态功耗。
[0109]同理，在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第八开关器件和第九开关器件为复合结构的P型MOS管；其中，
[0110]复合结构的P型MOS管，如图4b所示，具体包括:第一体电位选择管Ml、第二体电位选择管M2和P型MOS管MO ;其中P型MOS管MO的源极SO与第一体电位选择管Ml的源极SI相连，P型MOS管MO的漏极DO与第二体电位选择管M2的源极S2相连，P型MOS管MO的衬底TO分别与第一体电位选择管Ml和第二体电位选择管M2的的漏极Dl、D2相连；第一体电位选择管Ml的衬底Tl与第二体电位选择管M2的衬底T2相连。
[0111]由于在本发明实施例所提供的上述开关电容电路中，第八开关器件和第九开关器件的输入端的电压相对于输出端的电压上下浮动，这样将第八开关器件和第九开关器件具体设置为复合结构的P型MOS管，当复合结构的P型MOS管中的P型MOS管的源极电压高于漏极电压时，第一体电位选择管打开，第二体电位选择管关闭，P型MOS管的衬底与源极相连，当复合结构的P型MOS管中的P型MOS管的源极电压低于漏极电压时，第二体电位选择管打开，第一体电位选择管关闭，P型MOS管的衬底与漏极相连，从而保证在复合结构的P型MOS管中，P型MOS管的衬底始终与源漏极中电位较高的一端相连，保证P型MOS管的寄生晶体管始终处于截止状态，减少了复合结构的P型MOS管中P型MOS管的衬底电流，进而，进一步地降低了整个开关电容电路的静态功耗。
[0112]本发明实施例所提供的开关电容电路，由于在充电阶段，升压倍数控制模块可以控制充电电容模块具有不同的电容值，因此，在升压倍数控制模块的控制下，充电控制模块将信号输入端发送的第一输入信号充入充电电容模块，可以使充电电容模块具有不同的电荷量，进而，由于充电电容模块具有不同的电荷量，因此在放电阶段，当放电控制模块控制充电电容模块对放电电容模块进行充电时，可以使放电电容模块具有不同电压，并且从信号输出端输出的电压也不同，从而实现开关电容电路具有不同升压幅度的功能。而在现有的开关电容电路中，采用一个充电电容模块和一个放电电容模块只能实现一种升压幅度，即实现不同的升压幅度，需要多个开关电容电路。因此，本发明实施例所提供的开关电容电路与现有的开关电容电路相比，可以减少芯片的面积，降低开关电容电路的功耗。
[0113]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种开关电容电路，其特征在于，包括:充电电容模块、放电电容模块、升压倍数控制模块、充电控制模块和放电控制模块；其中， 在充电阶段:所述充电控制模块接收信号输入端发送的第一输入信号和参考信号端发送的第二输入信号，分别对应输出到所述充电电容模块的第一端和第二端，对所述充电电容模块进行充电；以及， 所述升压倍数控制模块当所述第一输入信号小于设定的阈值电压时，接收所述第一输入信号和所述第二输入信号，分别对应输出到所述充电电容模块的第三端和第四端，对所述充电电容模块进行充电；当所述第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，所述升压倍数控制模块导通所述充电电容模块的第三端和第四端； 在放电阶段:所述放电控制模块接收所述第一输入信号，并将所述第一输入信号输出到所述充电电容模块的第二端和第四端；以及将所述充电电容模块的第一端和第三端与所述放电电容模块的第一端和信号输出端导通，使所述充电电容模块对所述放电电容模块进行充电并通过所述信号输出端输出信号；其中所述放电电容模块的第二端接收所述第二输入信号。
2.如权利要求1所述的开关电容电路，其特征在于，所述充电电容模块，具体包括:第一电容和第二电容；其中， 所述第一电容的第一端为所述充电电容模块的第一端，所述第一电容的第二端为所述充电电容模块的第四端； 所述第二电容的第一端为所述充电电容模块的第二端，所述第二电容的第二端为所述充电电容模块的第三端。
3.如权利要求2所述的开关电容电路，其特征在于，所述升压倍数控制模块，具体包括:第一开关器件，第二开关器件和第三开关器件；其中， 所述第一开关器件的输入端分别与所述第二开关器件的输入端和所述第一电容的第二端相连；所述第一开关器件的输出端与所述参考信号端相连； 所述第三开关器件的输入端与所述信号输入端相连；所述第三开关器件的输出端分别与所述第二开关器件的输出端和所述第二电容的第二端相连； 在充电阶段，当所述第一输入信号小于设定的阈值电压时，所述第二开关器件处于关闭状态，所述第一开关器件和所述第三开关器件处于导通状态，所述第一电容和所述第二电容处于并联状态；在充电阶段，当所述第一输入信号大于或等于设定的阈值电压时，所述第二开关器件处于导通状态，所述第一开关器件和所述第三开关器件处于关闭状态，所述第一电容和所述第二电容处于串联状态； 在放电阶段，所述第一开关器件、所述第二开关器件和所述第三开关器件处于关闭状态。
4.如权利要求3所述的开关电容电路，其特征在于，所述充电控制模块，具体包括:第四开关器件和第五开关器件；其中， 所述第四开关器件的输入端分别与所述信号输入端和所述第三开关器件的输入端相连；所述第四开关器件的输出端与所述第一电容的第一端相连； 所述第五开关器件的输入端与所述第二电容的第一端相连；所述第五开关器件的输出端与所述参考信号端相连；在充电阶段，所述第四开关器件和所述第五开关器件处于导通状态；在放电阶段，所述第四开关器件和所述第五开关器件处于关闭状态。
5.如权利要求4所述的开关电容电路，其特征在于，所述第一开关器件、所述第二开关器件、所述第三开关器件、所述第四开关器件和所述第五开关器件为掺杂极性相同的金属氧化物半导体MOS管。
6.如权利要求5所述的开关电容电路，其特征在于，所述第一开关器件和所述第五开关器件为N型MOS管；其中， 所述N型MOS管的源极和衬底分别与参考信号端相连，所述参考信号端接地。
7.如权利要求6所述的开关电容电路，其特征在于，所述第二开关器件、所述第三开关器件和所述第四开关器件为复合结构的N型MOS管；其中， 所述复合结构的N型MOS管，具体包括:第一体电位选择管、第二体电位选择管和N型MOS管；其中，所述N型MOS管的源极与所述第一体电位选择管的源极相连，所述N型MOS管的漏极与所述第二体电位选择管的源极相连，所述N型MOS管的衬底分别与所述第一体电位选择管和所述第二体电位选择管的的漏极相连；所述第一体电位选择管的衬底与所述第二体电位选择管的衬底相连。
8.如权利要求2所述的开关电容电路，其特征在于，所述放电控制模块，具体包括:第六开关器件、第七开关器件、第八开关器件和第九开关器件；其中， 所述第六开关器件的输入端分别与所述信号输入端和所述第七开关器件的输入端相连；所述第六开关器件的输出端与所述第一电容的第二端相连； 所述第七开关器件的输出端与所述第二电容的第一端相连； 所述第八开关器件的输入端`与所述第一电容的第一端相连；所述第八开关器件的输出端分别与所述第九开关器件的输出端、所述放电电容模块的第一端以及所述信号输出端相连； 所述第九开关器件的输入端与所述第二电容的第二端相连； 在充电阶段，所述第六开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件和所述第九开关器件处于关闭状态；在放电阶段，所述第六开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件和所述第九开关器件处于导通状态。
9.如权利要求8所述的开关电容电路，其特征在于，所述第六开关器件、所述第七开关器件、所述第八开关器件和所述第九开关器件为掺杂极性相同的金属氧化物半导体MOS管。
10.如权利要求9所述的开关电容电路，其特征在于，所述第六开关器件、所述第七开关器件为P型MOS管；其中， 所述P型MOS管的源电极和衬底分别与信号输入端相连。
11.如权利要求10所述的开关电容电路，其特征在于，所述第八开关器件和所述第九开关器件为复合结构的P型MOS管；其中， 所述复合结构的P型MOS管，具体包括:第一体电位选择管、第二体电位选择管和P型MOS管；其中所述P型MOS管的源极与所述第一体电位选择管的源极相连，所述P型MOS管的漏极与所述第二体电位选择管的源极相连，所述P型MOS管的衬底分别与所述第一体电位选择管和所述第二体电位选择管的的漏极相连；所述第一体电位选择管的衬底与所述第二体电位选择管的衬底相连。
12.如权利要求1-11任一项所述的开关电容电路，其特征在于，所述放电电容模块，具体包括:第三电容；其中， 所述第三电容的第一端为所述放电电容模块的第二端，所述第三电容的第二端为所述放电电容模块的第一端 。
【文档编号】H03K17/687GK103684380SQ201310683847
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】刘宝玉, 张亮, 许益祯, 孙志华 申请人:京东方科技集团股份有限公司, 北京京东方显示技术有限公司