一种新型倍压反转器、电源电压转换电路及电子产品的制作方法

1.本发明属于电源电压转换技术领域，具体涉及一种新型倍压反转器、电源电压转换电路及电子产品。


背景技术：

2.随着集成电路产业的发展，越来越多的新型产品面市场，各种产品不断迭代更新，而这对于每一款产品内部性能提出了更高的性能，在电源管理芯片(ldo，dc-dc等)领域，功率管逐渐应用nmos作为主驱动管，但为了得到更好的驱动效果往往需要利用倍压器对电源电压进行倍压，以得到更大的驱动效果，不仅如此，在很多其他比如lcd显示器、蜂窝电话功放、pda、便携式数据记录仪等领域迫切需要一种简单实用的高性能倍压反转器以提升产品的综合性能。
3.然而，现有的倍压反转器往往通过大量复杂的电路组合来实现相应的功能，这样不仅使得电路功耗明显增加，芯片面积较大，其转换效率也不高。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型倍压反转器。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
5.本发明的提供了一种新型倍压反转器，包括：
6.振荡器模块，用于产生周期性方波信号；
7.电荷泵模块，连接所述振荡器模块，用于产生时钟信号，并利用所述时钟信号对所述周期性方波信号进行处理，得到携带高压与负电压的方波信号；
8.整幅模块，连接所述电荷泵模块，用于对所述携带高压与负电压的方波信号进行整幅，得到稳定的倍压反转输出信号。
9.在本发明的一个实施例中，所述振荡器模块包括微型电荷泵电路、比较器、d触发器以及反相器；其中，
10.所述微型电荷泵电路具有第一输入端、第二输入端以及第三输入端，其第一输入端连接电源电压端vdd，第二输入端和第三输入端均连接所述比较器的输出端；
11.所述比较器的正相输入端连接所述微型电荷泵电路的输出端，负相输入端连接参考电压端vref，所述比较器的输出端连接所述d触发器的cp输入端；
12.所述d触发器的d输入端与输出q_端连接，所述d触发器的输出q端作为振荡器模块的第一输出端输出时钟信号clk；
13.所述反相器的输入端与所述d触发器的输出q端连接，所述反相器的输出端作为振荡器模块的第二输出端输出反向时钟信号clk_。
14.在本发明的一个实施例中，所述微型电荷泵电路包括电流源、第一pmos管、第一nmos管以及第一电容；其中，
15.所述电流源输入端作为微型电荷泵电路的第一输入端连接电源电压端vdd，输出
端连接所述第一pmos管的源极和衬底；
16.所述第一pmos管的栅极和所述第一nmos管的栅极分别作为微型电荷泵电路的第二输入端和第三输入端连接所述比较器的输出端；
17.所述第一nmos管的源极接地；
18.所述第一pmos管的漏极和所述第一nmos管的漏极相连，并通过所述第一电容接地；
19.所述第一pmos管的漏极、所述第一nmos管的漏极以及所述第一电容的公共端作为微型电荷泵电路的输出端连接所述比较器的正相输入端。
20.在本发明的一个实施例中，所述电荷泵模块包括第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第二nmos管、第三nmos管、第二pmos管以及第三pmos管；其中，
21.所述第二电容与所述第四电容的一端共同连接振荡器模块的第一输出端；
22.所述第二电容的另一端、所述第二nmos管的源极以及所述第三nmos管的栅极相互连接，其公共端作为电荷泵模块的第一输出端连接所述整幅模块的第一输入端；
23.所述第四电容的另一端、所述第二pmos管的源极以及所述第三pmos管的栅极相互连接，其公共端作为电荷泵模块的第二输出端连接所述整幅模块的第二输入端；
24.所述第三电容与所述第五电容的一端共同连接振荡器模块的第二输出端；
25.所述第三电容的另一端、所述第二nmos管的栅极以及所述第三nmos管的源极相互连接，其公共端作为电荷泵模块的第三输出端连接所述整幅模块的第三输入端；
26.所述第五电容的另一端、所述第二pmos管的栅极以及所述第三pmos管的源极相互连接，其公共端作为电荷泵模块的第四输出端连接所述整幅模块的第四输入端；
27.所述第二nmos管和所述第三nmos管的漏接连接电源电压端vdd；
28.所述第二pmos管和所述第三pmos管的漏极连接地端gnd。
29.在本发明的一个实施例中，所述整幅模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第六电容以及第七电容；其中，
30.所述第一二极管的正极、第二二极管的负极、第三二极管的正极以及第四二极管的负极分别作为整幅模块第一至第四输入端，依次对应连接所述电荷泵模块的第一至第四输出端；
31.所述第六电容的一端、所述第一二极管的负极以及所述第三二极管的负极相互连接，其公共端作为整幅模块的第一输出端输出倍压信号vh；
32.所述第七电容的一端、所述第二二极管的正极、所述第四二极管的正极相互连接，其公共端作为整幅模块的第二输出端输出反转电压信号vl；
33.所述第六电容和所述第七电容的另一端均接地端gnd。
34.本发明的另一个实施例还提供了一种电源电压转换电路，包括上述实施例所述的新型倍压反转器。
35.本发明的另一个实施例还提供了一种电子产品，包括上述实施例所述的电源电压转换电路。
36.本发明的有益效果：
37.本发明提供的倍压反转器采用最简单的结构即可实现反转与倍压功能，并且可以分别工作，尤其是反转部分，在给定时钟信号时，无需其他电源输入即可实现反转，大大降
低了系统功耗，简化了电路结构，减小了芯片面积，同时提升了转换效率。
38.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
39.图1是本发明实施例提供的一种新型倍压反转器的结构示意图；
40.图2是本发明实施例提供的振荡器模块的电路示例图；
41.图3是本发明实施例提供的电荷泵模块和整幅模块的电路示例图；
42.图4是本发明实施例提供的倍压反转器最终输出的倍压与反转电压仿真波形图。
具体实施方式
43.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
44.实施例一
45.请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种新型倍压反转器的结构示意图；其包括：
46.振荡器模块1，用于产生周期性方波信号；
47.电荷泵模块2，连接所述振荡器模块1，用于产生时钟信号，并利用所述时钟信号对所述周期性方波信号进行处理，得到携带高压与负电压的方波信号；
48.整幅模块3，连接所述电荷泵模块2，用于对所述携带高压与负电压的方波信号进行整幅，得到稳定的倍压反转输出信号。
49.进一步地，请参见图2，图2是本发明实施例提供的振荡器模块的电路示例图，该振荡器模块1包括微型电荷泵电路11、比较器12、d触发器13以及反相器14；其中，
50.所述微型电荷泵电路11具有第一输入端、第二输入端以及第三输入端，其第一输入端连接电源电压端vdd，第二输入端和第三输入端均连接所述比较器12的输出端；
51.所述比较器12的正相输入端连接所述微型电荷泵电路11的输出端，负相输入端连接参考电压端vref，所述比较器12的输出端连接所述d触发器13的cp输入端；
52.所述d触发器13的d输入端与输出q_端连接，所述d触发器13的输出q端作为振荡器模块1的第一输出端输出时钟信号clk；
53.所述反相器14的输入端与所述d触发器13的输出q端连接，所述反相器14的输出端作为振荡器模块1的第二输出端输出反向时钟信号clk_。
54.更进一步地，所述微型电荷泵电路11包括电流源i1、第一pmos管p1、第一nmos管n1以及第一电容c1；其中，
55.所述电流源i1输入端作为微型电荷泵电路11的第一输入端连接电源电压端vdd，输出端连接所述第一pmos管p1的源极和衬底；
56.所述第一pmos管p1的栅极和所述第一nmos管n1的栅极分别作为微型电荷泵电路11的第二输入端和第三输入端连接所述比较器12的输出端；
57.所述第一nmos管n1的源极接地；
58.所述第一pmos管p1的漏极和所述第一nmos管n1的漏极相连，并通过所述第一电容c1接地；
59.所述第一pmos管p1的漏极、所述第一nmos管n1的漏极以及所述第一电容c1的公共端作为微型电荷泵电路11的输出端连接所述比较器12的正相输入端。
60.当振荡器模块1工作时，初始时，比较器cmp正相端由于没有电荷积累为低电平，输出端a为低电平，第一pmos管p1导通，电流源i1对第一电容c1充电，当正相端的电位高于负相端参考电压vref时，比较器输出端a发生反转，第一pmos管p1关断，第一nmos管n1开启对第一电容c1进行放电，比较器cmp的正相端再一次低于参考电压vref，输出端发生反转，a变为低电平，第一pmos管p1再一次开启，第一nmos管n1关断，电流源i1对第一电容c1充电直到高于参考电压vref使得输出端a再一次发生反转，循环往复，比较器输出端a产生出固定频率的窄脉冲信号。
61.d触发器13对于来自比较器输出端a的窄脉冲信号经过分频器后被转变为二分频的50％占空比的时钟信号。
62.进一步地，请参见图3，图3是本发明实施例提供的电荷泵模块和整幅模块的电路示例图；其中，所述电荷泵模块2包括第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第二nmos管n2、第三nmos管n3、第二pmos管p2以及第三pmos管p3；其中，
63.所述第二电容c2与所述第四电容c4的一端共同连接振荡器模块1的第一输出端；
64.所述第二电容c2的另一端、所述第二nmos管n2的源极以及所述第三nmos管n3的栅极相互连接，其公共端作为电荷泵模块2的第一输出端连接所述整幅模块3的第一输入端；
65.所述第四电容c4的另一端、所述第二pmos管p2的源极以及所述第三pmos管p3的栅极相互连接，其公共端作为电荷泵模块2的第二输出端连接所述整幅模块3的第二输入端；
66.所述第三电容c3与所述第五电容c5的一端共同连接振荡器模块1的第二输出端；
67.所述第三电容c3的另一端、所述第二nmos管n2的栅极以及所述第三nmos管n3的源极相互连接，其公共端作为电荷泵模块2的第三输出端连接所述整幅模块3的第三输入端；
68.所述第五电容c5的另一端、所述第二pmos管p2的栅极以及所述第三pmos管p3的源极相互连接，其公共端作为电荷泵模块2的第四输出端连接所述整幅模块3的第四输入端；
69.所述第二nmos管n2和所述第三nmos管n3的漏接连接电源电压端vdd；
70.所述第二pmos管p2和所述第三pmos管p3的漏极连接地端gnd。
71.具体地，当clk为高电位时，第三nmos管n3的栅极为倍压高电位，第二nmos管n2的栅极为倍压低电位，第三nmos管n3导通；当clk_为高电位时，第三nmos管n3的栅极为倍压低电位，第二nmos管n2的栅极为倍压高电位，第二nmos管n2导通；
72.当clk_为高电位时，第三pmos管p3导通，第三pmos管p3的源极、第二pmos管p2的栅极降为地电位；当clk为高电位时，由于电容内部的能量不能突变且此时第三pmos管p3关断，第二pmos管p2的栅极变成负电位，第三pmos管p3的栅极为地电位。
73.在本实施例中，电荷泵模块2为倍压反转主模块依靠mos管的开启与关断给电容充放电，同时得到携带高压与负电压的方波信号。
74.进一步地，请继续参见图3，其中，所述整幅模块3包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第六电容c6以及第七电容c7；其中，
75.所述第一二极管d1的正极、第二二极管d2的负极、第三二极管d3的正极以及第四二极管d4的负极分别作为整幅模块3第一至第四输入端，依次对应连接所述电荷泵模块2的第一至第四输出端；
76.所述第六电容c6的一端、所述第一二极管d1的负极以及所述第三二极管d3的负极相互连接，其公共端作为整幅模块3的第一输出端输出倍压信号vh；
77.所述第七电容c7的一端、所述第二二极管d2的正极、所述第四二极管d4的正极相互连接，其公共端作为整幅模块3的第二输出端输出反转电压信号vl；
78.所述第六电容c6和所述第七电容c7的另一端均接地端gnd。
79.在本实施例中，整幅模块3对电荷泵模块2输出的方波信号进行整幅得到第一二极管d1与第三二极管d3的负极为倍压输出vh，第二二极管d2与第四二极管d4的正极为反转电压输出vl。
80.需要说明的是，在整幅模块3中，还可以使用mos管作为开关，替换二极管开关，以实现同样的功能，并且可以最大限度的减小阈值电压损失，详细实现过程属于本领域的现有技术，在此不做具体说明。
81.本实施例提供的倍压反转器采用最简单的结构即可实现反转与倍压功能，并且可以分别工作，尤其是反转部分，在给定时钟信号时，无需其他电源输入即可实现反转，大大降低了系统功耗，简化了电路结构，减小了芯片面积，同时提升了转换效率。
82.本发明的另一个实施例提供一种电源电压转换电路，包括上述实施例提供的新型倍压反转器。因此，该电源电压转换电路也具有降低系统功耗，简化电路结构，减小芯片面积以及提升转换效率的优点。
83.本发明的又一个实施例提供了一种电子产品，包括上述实施例提供的电源电压转换电路。
84.实施例二
85.下面通过仿真试验对上述实施例一提供的倍压反转器的有益效果进行验证说明。
86.本发明经过cadence仿真平台进行仿真所得仿真结果如图4，图4是本发明实施例提供的倍压反转器最终输出的倍压与反转电压仿真波形图。在输入电压10v时，得倍压输出电压19.44v，反转输出电压-9.3v。由于二极管会消耗一部分开启电压因此难以实现准确的20v倍压输出与-10v的反转电压输出。从上述结果可以看出，本发明提供的结构简单的新型倍压反转器可以实现反转和倍压的功能。
87.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
88.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
89.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。