專利名稱：電荷泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵電路。
背景技術(shù)：
通過(guò)諸如電池組電池的低電壓電源所操作的電子器件通常使用升壓器電路，其將 低電源電壓升壓至使電子器件能夠正常操作的工作電壓。一種代表性的升壓器電路是通過(guò)將多個(gè)二極管和多個(gè)電容器組合來(lái)構(gòu)造的電荷 泵型升壓器電路(以下簡(jiǎn)稱電荷泵電路)。在半導(dǎo)體集成電路中，優(yōu)選地使用電荷泵電路。在電荷泵電路中，一對(duì)二極管和電容器根據(jù)預(yù)期的輸出電壓被布置成用于許多 級(jí)。第一級(jí)電容器由電源電壓來(lái)充電，第二級(jí)電容器由第一級(jí)電容器來(lái)充電，以及第三級(jí)電 容器由第二級(jí)電容器來(lái)充電。直到末級(jí)為止以此種方式重復(fù)充電。因此，輸入電壓被提高 至預(yù)期的輸出電壓。以下將參考圖1來(lái)描述典型的電荷泵電路的工作原理。圖1示出其中將一對(duì)二極管和電容器布置用于五級(jí)的電荷泵電路的構(gòu)造。具體 地，圖1所示的電荷泵電路具有串聯(lián)連接的五個(gè)二極管Dl至D5 ；以及分別連接至二極管 Dl至D5的連接節(jié)點(diǎn)的五個(gè)電容器Cl至C5。電容器Cl和C3的一端分別被連接至連接節(jié) 點(diǎn)al和a3，以及它們的另一端供應(yīng)有控制信號(hào)Si。電容器C2和C4的一端分別連接至連 接節(jié)點(diǎn)a2和a4，以及它們的另一端供應(yīng)有控制信號(hào)S2。這里，分別以預(yù)定的周期在OV與Vdd之間切換控制信號(hào)Sl和S2的電平。此夕卜， 控制信號(hào)Sl和S2在OV周期和Vdd周期中彼此不同。也就是說(shuō)，控制信號(hào)Sl和S2為互補(bǔ)信號(hào)。當(dāng)控制信號(hào)Sl的電平為OV(控制信號(hào)S2的電平為Vdd)時(shí)，通過(guò)二極管D1，由輸 入電源電壓Vdd對(duì)電容器Cl充電。電荷電壓此時(shí)為“Vdd-VF”，其中VF為二極管的正向電壓降。接下來(lái)，當(dāng)控制信號(hào)Sl的電平變成Vdd (控制信號(hào)S2的電平變成0V)時(shí)，電容器 Cl的連接節(jié)點(diǎn)的電壓變成“2Vdd-VF”。此時(shí)，控制信號(hào)S2的電平為0V，并因此通過(guò)二極管 D2將電容器C2充電至“2Vdd-2VF”。以此方式重復(fù)充電，并且還提高其他電容器C3、C4和 C5的電荷電壓。結(jié)果，圖1所示的電荷泵電路能夠產(chǎn)生大約“5Vdd-5VF”的輸出電壓。在圖1所示的電荷泵電路的情況下，輸出電壓從“5Vdd”減少作為二極管Dl至D5 的正向電壓降之和的“5VF”。也就是說(shuō)，由于控制對(duì)電容器充電的控制元件(二極管)的 電壓降，所以降低輸出電壓。因此，考慮將具有小的電壓降量的元件用作充電操作的控制元 件，以便提高電荷泵電路的輸出電壓。例如，用FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管；以下簡(jiǎn)單地稱作晶體 管)來(lái)替代二極管，從而大大地抑制輸出電壓的降低。圖2示出使用代替二極管的晶體管的電荷泵電路的構(gòu)造。圖2所示的電荷泵電路 為負(fù)電壓升壓器電路。圖2所示的電荷泵電路具有源極和漏極串聯(lián)連接的晶體管FETl至 FET6 ；以及其一端分別連接至晶體管FETl至FET6之間的連接節(jié)點(diǎn)al 1至al5的電容器Cl 1 至C15。電容器C11、C13和C15的一端分別連接至連接節(jié)點(diǎn)all、al3和al5，以及它們的另一端供應(yīng)有控制信號(hào)S3。電容器C12和C14的一端分別連接至連接節(jié)點(diǎn)al2和al4，以及 它們的另一端供應(yīng)有控制信號(hào)S4。如圖3所示，以預(yù)定的周期在OV與Vdd之間切換控制信號(hào)S3和S4的電平。此夕卜， 控制信號(hào)S3和S4在OV周期和Vdd周期中彼此不同。此外，存在控制信號(hào)S3和S4這兩者 的電平均為OV的周期。例如，控制信號(hào)S3和S4在周期Tl中均為0V。在周期T2中，在將 控制信號(hào)S4切換至VDD的同時(shí)將控制信號(hào)S3維持在0V。在周期T3中，控制信號(hào)S3和S4 均為0V。在周期T4中，在將控制信號(hào)S4維持在OV的同時(shí)將控制信號(hào)S3切換至VDD。在 周期T5中，控制信號(hào)S3和S4均為0V。在周期T6中，在將控制信號(hào)S4切換至VDD的同時(shí) 將控制信號(hào)S3維持在0V?？刂菩盘?hào)Gl至G6分別供應(yīng)至晶體管FETl至FET6的柵極。也就是說(shuō)，晶體管FETl 至FET6分別由控制信號(hào)Gl至G6來(lái)控制導(dǎo)通/斷開。在本示例中，當(dāng)控制信號(hào)S3為VDD 時(shí)，晶體管FET1、FET3和FET5導(dǎo)通，以及晶體管FET2和FET4斷開。另一方面，當(dāng)控制信號(hào) S4為VDD時(shí)，晶體管FET1、FET3和FET5斷開，以及晶體管FET2和FET4導(dǎo)通。將參考圖2和3來(lái)描述電荷泵的操作。當(dāng)控制信號(hào)S3為VDD時(shí)，通過(guò)晶體管FETl， 由電源電壓VDD對(duì)電容器Cll充電。在此，讓我們考慮晶體管的漏極與源極之間的電壓降 為OV的情形。在該情況下，電容器Cll的電荷電壓為“VDD”。接下來(lái)，將控制信號(hào)S3切換至0V，并且將晶體管FETl從導(dǎo)通切換至斷開。結(jié)果， 電容器Cll的連接節(jié)點(diǎn)all的電壓變成“-VDD”。由于晶體管FET2在將晶體管FETl從導(dǎo)通 切換至斷開時(shí)處于斷開狀態(tài)，所以沒有電流從連接節(jié)點(diǎn)al2流向連接節(jié)點(diǎn)all。接下來(lái)，將 晶體管FET2導(dǎo)通，并將控制信號(hào)S4切換至VDD。結(jié)果，通過(guò)晶體管FET2用“2VDD”對(duì)電容 器C12充電。接下來(lái)，將控制信號(hào)S4切換至0V，并且將晶體管FET2從導(dǎo)通切換至斷開。結(jié)果， 電容器C12的連接節(jié)點(diǎn)al2的電壓變成“-2VDD”。由于晶體管FET3在將晶體管FET2從導(dǎo) 通切換至斷開時(shí)處于斷開狀態(tài)，所以沒有電流從連接節(jié)點(diǎn)al3流向連接節(jié)點(diǎn)al2。接下來(lái)， 將晶體管FET3導(dǎo)通，并將控制信號(hào)S3切換至VDD。結(jié)果，通過(guò)晶體管FET3，用“3VDD”對(duì)電 容器C13充電。T相同的情形適用于其他電容器。因此，能夠獲得“-5VDD”的輸出電壓。在圖2所 示的電荷泵電路的情況下，存在將FET晶體管同時(shí)斷開的周期，這能夠抑制由電壓降所引 起的上述升壓損失。在此，讓我們考慮用于導(dǎo)通/斷開控制晶體管的控制信號(hào)Gl至G5。在N溝道 MOS (金屬氧化物半導(dǎo)體)FET的情況下，晶體管在柵源電壓變得高于其閾值電壓Vt時(shí)導(dǎo)通， 并當(dāng)柵源電壓變得低于閾值電壓Vt時(shí)斷開。如圖2所示，晶體管FETl的源極和背柵連接 至連接節(jié)點(diǎn)all。在當(dāng)控制信號(hào)S3為VDD時(shí)的周期T4中，連接節(jié)點(diǎn)all的電壓為0V，并因 此需要控制信號(hào)Gl的電平高于“OV+Vt”，用于導(dǎo)通晶體管FET1。在當(dāng)控制信號(hào)S3和S4這兩者為OV時(shí)的周期T5中，連接節(jié)點(diǎn)all的電壓為-VDD， 并因此需要控制信號(hào)Gl的電平低于“-VDD+Vt”，用于斷開晶體管FET1。相似地，在當(dāng)控制 信號(hào)S3為OV時(shí)的周期T6中，連接節(jié)點(diǎn)all的電壓為-VDD，并因此需要控制信號(hào)Gl的電平 低于“-VDD+Vt”，用于斷開晶體管FET1。晶體管FET2的源極和背柵連接至連接節(jié)點(diǎn)al2。在當(dāng)控制信號(hào)S3為VDD時(shí)的周期T4中，連接節(jié)點(diǎn)al2的電壓為-2VDD，并因此需要控制信號(hào)G2的電平低于“_2VDD+Vt”， 用于斷開晶體管FET2。在當(dāng)控制信號(hào)S3為OV時(shí)的周期T5和T6中，連接節(jié)點(diǎn)al2的電壓 為-VDD，并因此需要控制信號(hào)G2的電平高于“-VDD+Vt”，用于導(dǎo)通晶體管FET2。相似地，需要控制信號(hào)G3的電平高于“_2VDD+Vt”，用于導(dǎo)通晶體管FET3，以及低 于“-3VDD+Vt，，，用于斷開晶體管FET3。需要控制信號(hào)G4的電平高于“_3VDD+Vt，，，用于導(dǎo)通 晶體管FET4，以及低于“_4VDD+Vt”，用于斷開晶體管FET4。需要控制信號(hào)G5的電平高于 “-4VDD+Vt”，用于導(dǎo)通晶體管FET5，以及低于“_5VDD+Vt”，用于斷開晶體管FET5。讓我們把控制信號(hào)G3看作示例。為了導(dǎo)通晶體管FET3，如上所述，需要控制信號(hào) G3的電平高于“-2VDD+Vt”。然而，在圖3所示的示例中，將電壓VDD(高電平)的控制信號(hào) 用于導(dǎo)通晶體管FET3。在該情況下，向晶體管FET3施加作為柵極電壓(控制信號(hào)G3)與源 極電壓(連接節(jié)點(diǎn)al3的電壓)之間的電壓差的“3VDD”。因此，對(duì)于晶體管FET3而言，需 要高于“3VDD”的擊穿電壓。相似地，對(duì)于晶體管FET4而言，需要高于“4VDD”的擊穿電壓。 通常，具有較高的擊穿電壓的元件具有較低的電流驅(qū)動(dòng)能力和較大的布局尺寸。因此理想 的是，設(shè)定柵極控制電壓，以便不提高晶體管的擊穿電壓。日本專利公布JP-2009_011121(專利文獻(xiàn)1)描述了一種具有根據(jù)晶體管的擊穿 電壓而產(chǎn)生柵極控制信號(hào)的電路的電荷泵電路，圖4示出在專利文獻(xiàn)1中描述的產(chǎn)生負(fù)電 壓的反相型電荷泵電路100的構(gòu)造。在電荷泵電路100中，開關(guān)SWlOl至SW104分別由MOS 晶體管構(gòu)成，并且控制電路105的導(dǎo)通/斷開分別通過(guò)驅(qū)動(dòng)器電路101至104來(lái)控制開關(guān) SfflOl 至 SW104。首先，控制電路105在將開關(guān)SW103和SW104斷開以成為切斷狀態(tài)的同時(shí)將開關(guān) SWlOl和SW102導(dǎo)通為電連接狀態(tài)。結(jié)果，用電壓(Vin-Vc)對(duì)電容器ClOl充電。接下來(lái)， 控制電路105在將開關(guān)SW103和SW104導(dǎo)通成電連接狀態(tài)的同時(shí)將開關(guān)SWlOl和SW102斷 開成切斷狀態(tài)。結(jié)果，用充入電容器ClOl中的電壓的反相電壓對(duì)電容器C102充電，并且該 反相電壓輸出為負(fù)輸出電壓Vout。在無(wú)負(fù)載的情況下，輸出電壓Vout等于“-(Vin-Vc) ”。驅(qū)動(dòng)器電路使從控制電路105輸入的控制信號(hào)的電壓電平偏移，以產(chǎn)生向開關(guān) SfflOl至104供應(yīng)的相應(yīng)柵極控制信號(hào)。然而，在圖4所示的電路的情況下，向節(jié)點(diǎn)CN施加負(fù)電壓“_ (Vin-Vc) ”。在此，驅(qū) 動(dòng)器電路102和104的電源電壓為輸入電壓Vin。因此，向開關(guān)SW102和SW104的各柵極和 節(jié)點(diǎn)CN施加達(dá)到OXVin-Vc)的電壓差。為了使電壓差小于MOS晶體管(開關(guān))的擊穿 電壓，需要通過(guò)利用復(fù)雜的電壓控制方法來(lái)提高M(jìn)OS晶體管(開關(guān))的擊穿電壓或防止這 樣的電壓差出現(xiàn)。專利文獻(xiàn)1還描述了一種用于解決該問題的反相型電荷泵電路110。通過(guò)向圖4 所示的電路增加簡(jiǎn)單的電路來(lái)獲得電荷泵電路110。圖5示出在專利文獻(xiàn)1中描述的電荷泵電路110的構(gòu)造。電荷泵電路110通過(guò)輸 入端子IN接收輸入電壓Vin，由輸入電壓Vin產(chǎn)生預(yù)定的負(fù)電壓，以及從輸出端子OUT輸出 作為輸出電壓Vout的負(fù)電壓。如圖5所示，在電荷泵電路110中的開關(guān)111與節(jié)點(diǎn)CP之間插入NMOS晶體管 M110。向NMOS晶體管MllO的柵極供應(yīng)恒定的電壓Vb?？梢栽诓惶岣哂米鏖_關(guān)SWlll至 Sffl 14的MOS晶體管的擊穿電壓的情況下減少輸出電壓Vout的波紋。
當(dāng)開關(guān)SWlll和SW112導(dǎo)通時(shí)，向開關(guān)SW112施加最大電壓差(Vb-Vc)。另一方 面，當(dāng)開關(guān)Sffl 13和Sffl 14導(dǎo)通時(shí)，向開關(guān)Sffl 14施加最大電壓差(2X Vb-Vc)。在電荷泵電路110的情況下，可以通過(guò)合適地設(shè)定恒定的電壓Vb，使向MOS晶體管 (開關(guān)SWlll至SW114)施加的電壓低于MOS晶體管的擊穿電壓。然而，用于供應(yīng)恒定的電 壓Vb的恒壓電路增大電荷泵電路110電路尺寸。此外，需要設(shè)定恒定的電壓Vb，使得電壓 差QXVb-Vc)變得小于開關(guān)SW114的擊穿電壓。能夠被輸出作為輸出電壓Vout的最低電 壓為 “-(Vb-Vc)”。在此，讓我們考慮電壓Vc等于OV的情形。在該情況下，最低輸出電壓Vout未 “-Vb”。向開關(guān)SW114施加的最大電壓差為“2XVb”，并因此將開關(guān)SW114的擊穿電壓設(shè)定 為大約“2XVb”。因此，電荷泵電路110的最低輸出電壓Vout至多為開關(guān)SW114的擊穿電 壓的一半。如果將電壓Vc設(shè)定為負(fù)電壓，則使最低輸出電壓Vout更低。然而，輸入電壓 Vin與電壓Vc之間的電壓差需要小于開關(guān)SW113的擊穿電壓。因此，輸出電壓Vout的絕對(duì) 值不能超過(guò)開關(guān)SW113的元件擊穿電壓。日本專利公布JP-2005_204366(專利文獻(xiàn)2~)描述了將用于開關(guān)FET的柵極控制 電壓控制在擊穿電壓內(nèi)的另一示例。專利文獻(xiàn)2描述了將柵極控制電壓控制到開關(guān)FET的 擊穿電壓的最大值的電路。日本專利公布JP-2001-086735 (專利文獻(xiàn)幻描述了一種能夠抑制輸出電壓變化 的升壓器電路。具體地，當(dāng)兩個(gè)鉗位電容器之一被串聯(lián)連接至電源時(shí)，它們中的另一個(gè)被并 聯(lián)連接至電源。[專利文獻(xiàn)1]日本專利公布JP-2009-011121[專利文獻(xiàn)1]日本專利公布JP-2005-204366[專利文獻(xiàn)1]日本專利公布JP-2001-08673
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人已認(rèn)識(shí)到以下要點(diǎn)。根據(jù)在專利文獻(xiàn)2中描述的技術(shù)，可以將向開關(guān)FET輸入的柵極控制信號(hào)控制為 晶體管的最高擊穿電壓。因此，可以降低開關(guān)FET的擊穿電壓并減小電路尺寸。然而，用于 控制柵極控制信號(hào)的電路需要高壓元件，這導(dǎo)致電路尺寸增大。此外，需要供應(yīng)用于控制柵 極控制信號(hào)的恒定電流，這導(dǎo)致升壓效率降低。此外，根據(jù)在專利文獻(xiàn)2中描述的技術(shù)，如在專利文獻(xiàn)1的情況下，能夠使輸出電 壓的絕對(duì)值不大于晶體管的擊穿電壓。相同的情形適用于在專利文獻(xiàn)3中描述的技術(shù)。如上所述，盡管已對(duì)降低開關(guān)FET的擊穿電壓提出了產(chǎn)生柵極控制電壓的各種電 路，但電荷泵輸出被限制為小于元件擊穿電壓，這是一個(gè)問題。在本發(fā)明的方面中，電荷泵電路具有第一電荷泵電路和第二電荷泵電路，所述第 一電荷泵電路和第二電荷泵電路交替地執(zhí)行升壓操作；以及控制電路，所述控制電路被構(gòu) 造成控制第一電荷泵電路和第二電荷泵電路的相應(yīng)升壓操作。第一電荷泵電路具有多級(jí) 的第一開關(guān)晶體管，所述多級(jí)的第一開關(guān)晶體管被接連地串聯(lián)連接；多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)， 所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)被分別連接至多級(jí)的第一開關(guān)晶體管的源極；以及多級(jí)的第一電 容器，所述多級(jí)的第一電容器的一端分別連接至多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)。第二電荷泵電路具有多級(jí)的第二開關(guān)晶體管，所述多級(jí)的第二開關(guān)晶體管被接連地串聯(lián)連接；多級(jí)的第二 連接節(jié)點(diǎn)，所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)被分別連接至多級(jí)的第二開關(guān)晶體管的源極；以及多 級(jí)的第二電容器，所述多級(jí)的第二電容器的一端分別連接至多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)?？刂齐?路具有多級(jí)的第一反相器；以及多級(jí)的第二反相器。在此，η為等于或大于3的整數(shù)。多級(jí)的第一反相器的第η級(jí)第一反相器被構(gòu)造 成供應(yīng)有來(lái)自多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，供應(yīng)有來(lái) 自多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)的第η級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，供應(yīng)有來(lái)自多級(jí)的第一連 接節(jié)點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，并向多級(jí)的第一開關(guān)晶體管的第η級(jí)第一 開關(guān)晶體管的柵極輸出輸出輸出電壓。多級(jí)的第二反相器的第η級(jí)第二反相器被構(gòu)造成供 應(yīng)有來(lái)自多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，供應(yīng)有來(lái)自多 級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)的第η級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，供應(yīng)有來(lái)自多級(jí)的第二連接節(jié) 點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，并向多級(jí)的第二開關(guān)晶體管的第η級(jí)第二開關(guān) 晶體管的柵極輸出輸出電壓。如上所述，第一電荷泵電路和第二電荷泵電路交替執(zhí)行升壓操作。第一和第二電 荷泵電路之一的電容器的充電狀態(tài)用于在下一周期中控制它們中的另一個(gè)的電容器的充 電。即使增大電容器和開關(guān)晶體管的級(jí)的數(shù)目，向開關(guān)施加的電壓也總是小于開關(guān)的擊穿 電壓。因此，通過(guò)增大電容器和開關(guān)晶體管的級(jí)的數(shù)目，可以使電荷泵輸出電壓大于元件擊 穿電壓。根據(jù)本發(fā)明的電荷泵電路能夠輸出絕對(duì)值大于晶體管的元件擊穿電壓的升壓的 電壓。此外，通過(guò)小于晶體管的元件擊穿電壓的柵極控制電壓，升壓操作是可以的。此外， 能夠降低開關(guān)晶體管的元件擊穿電壓。此外，能夠減小電荷泵電路的電路尺寸。


從以下結(jié)合附圖的某些優(yōu)選實(shí)施例的說(shuō)明，本發(fā)明以上及其他的目的、優(yōu)點(diǎn)和特 征將更加明顯，其中圖1示出提供有二極管和電容器的典型電荷泵電路的構(gòu)造；圖2示出利用晶體管的典型電荷泵電路的構(gòu)造；圖3是示出圖2所示的電荷泵電路的操作的時(shí)序圖；圖4示出在專利文獻(xiàn)1 (日本專利公布JP-2009-011121)中描述的常規(guī)電荷泵電 路的構(gòu)造；圖5示出在專利文獻(xiàn)1 (日本專利公布JP-2009-011121)中描述的另一常規(guī)電荷 泵電路的構(gòu)造；圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的構(gòu)造；圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電平偏移電路的示例的構(gòu)造；圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的操作(逐步下降操作)的時(shí)序圖；圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的操作(逐步下降操作)的時(shí)序圖； 以及圖9示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的另一構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考說(shuō)明性實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的是，能夠 利用本發(fā)明的教導(dǎo)來(lái)實(shí)現(xiàn)許多可替選的實(shí)施例，并且本發(fā)明不局限于為解釋性目的而圖解 的實(shí)施例。(構(gòu)造)將參考圖6和7來(lái)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的構(gòu)造。圖6示出根據(jù)本 發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的構(gòu)造。將描述作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路的示例的四 級(jí)負(fù)電壓升壓器電路。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電荷泵電路具有多級(jí)第一開關(guān)(FET1A、FET2A、FET3A和 FET4A)；多級(jí)第二開關(guān)(FET1B、FET2B、FET;3B 和 FET4B)；第三開關(guān) FET5A ；第四開關(guān) FET5B ； 多級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)(WAl、WA2、WA3和WA4)；多級(jí)第一電容器(CIA、C2A、C3A和C4A)；多級(jí) 第二連接節(jié)點(diǎn)(WBl、WB2、WB3和WB4)；多級(jí)第二電容器(C1B、C2B、C3B和C4B)；平滑電容 器Cave ；多級(jí)第一電平偏移電路(LS1A、LS2A、LS3A和LS4A)；以及多級(jí)第二電平偏移電路 (LS1B、LS2B、LS3B 和 LS4B)。在導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生小的電壓降的晶體管(例如FET)優(yōu)選地用作以下開關(guān)中的每一 個(gè)第一開關(guān)FETlA至FET4A、第二開關(guān)FETlB至FEI^B、第三開關(guān)FET5A和第四開關(guān)FET5B。第一電容器ClA至C4A和第二電容器ClB至C4B分別為升壓器電容器。第一開關(guān) FETlA至FET4A是用于對(duì)各個(gè)第一電容器ClA至C4A的充電進(jìn)行控制的開關(guān)元件。包括第 一電容器ClA至C4A、第一開關(guān)FETlA至FET4A和連接節(jié)點(diǎn)WAl至WA4的電路以下稱為“第 一電荷泵電路4”。第二開關(guān)FETlB至FET4B是用于對(duì)各個(gè)第二電容器ClB至C4B的充電 進(jìn)行控制的開關(guān)元件。包括第二電容器C IB至C4B、第二開關(guān)FETlB至FET4B和連接節(jié)點(diǎn) WBl至WB4的電路以下稱為“第二電荷泵電路5”。第一電荷泵電路4和第二電荷泵電路5 交替地執(zhí)行升壓操作。接連地串聯(lián)連接第一開關(guān)FETlA至FET4A和第三開關(guān)FET5A的源極和漏極。連接 節(jié)點(diǎn)WAl至WA4分別連接至第一開關(guān)FETlA至FET4A的源極。電容器ClA至C4A的一端分 別連接至連接節(jié)點(diǎn)WAl至WA4。因此，圖6所示的第一電荷泵電路4由四級(jí)充電電路來(lái)構(gòu) 成。第一開關(guān)FETlA和電容器ClA形成第一電荷泵電路4中的第一級(jí)充電電路。第一 開關(guān)FETlA的漏極和源極分別連接至GND端子(OV)和連接節(jié)點(diǎn)WAl。電容器ClA被連接 在連接節(jié)點(diǎn)WAl與被供應(yīng)有輸入信號(hào)ΦΑ(第一輸入信號(hào))的輸入端子1 (第一輸入端子) 之間。第一開關(guān)FET2A和電容器C2A形成第一電荷泵電路4中的第二級(jí)充電電路。第一開 關(guān)FET2A的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn)WAl和連接節(jié)點(diǎn)WA2。電容器C2A被連接在連 接節(jié)點(diǎn)WA2與被供應(yīng)有輸入信號(hào)ΦΒ (第二輸入信號(hào))的輸入端子2 (第二輸入端子)之 間。第一開關(guān)FET3A和電容器C3A形成第一電荷泵電路4中的第三級(jí)充電電路。第一開關(guān) FET3A的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn)WA2和連接節(jié)點(diǎn)WA3。電容器C3A被連接在連接 節(jié)點(diǎn)WA3與供應(yīng)有第一級(jí)的輸出電壓的連接節(jié)點(diǎn)WAl之間。第一開關(guān)FET4A和電容器C4A 形成第一電荷泵電路4中的第四級(jí)充電電路。第一開關(guān)FET4A的漏極和源極分別連接至連 接節(jié)點(diǎn)WA3和連接節(jié)點(diǎn)WA4。電容器C4A被連接在連接節(jié)點(diǎn)WA4與供應(yīng)有第二級(jí)的輸出電 壓的連接節(jié)點(diǎn)WA2之間。
應(yīng)指出的是，輸入信號(hào)ΦΑ和ΦΒ中的每一個(gè)的電平以預(yù)定的周期在高電平與低 電平之間切換。輸入信號(hào)ΦΑ和ΦΒ交替地具有高電平。也就是說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)ΦΒ為高 電平時(shí)，輸入信號(hào)ΦΑ為低電平。相似地，當(dāng)輸入信號(hào)ΦΑ為高電平時(shí)，輸入信號(hào)ΦΒ為低 電平?？梢源嬖诋?dāng)輸入信號(hào)ΦΑ和ΦΒ均為低電平時(shí)的周期。第一開關(guān)FETlA至FET4A的源極/背柵分別連接至連接節(jié)點(diǎn)WAl至WA4 (即，相應(yīng) 級(jí)的輸出端子)。接連地串聯(lián)連接第二開關(guān)FETlB至FET4B和第四開關(guān)FET5B的源極和漏極。連接 節(jié)點(diǎn)WBl至WB4分別連接至第二開關(guān)FETlB至FET4B的源極。電容器ClB至C4B的一端分 別連接至連接節(jié)點(diǎn)WBl至WB4。因此，圖6所示的第二電荷泵電路5由四級(jí)充電電路來(lái)構(gòu) 成。第二開關(guān)FETlB和電容器ClB形成第二電荷泵電路5中的第一級(jí)充電電路。第二 開關(guān)FETlB的漏極和源極分別連接至GND端子(OV)和連接節(jié)點(diǎn)WBl。電容器ClB連接在 連接節(jié)點(diǎn)WBl與供應(yīng)有輸入信號(hào)ΦΒ (第二輸入信號(hào))的輸入端子2 (第二輸入端子)之 間。第二開關(guān)FET2B和電容器C2B形成在第二電荷泵電路5中的第二級(jí)充電電路。第二開 關(guān)FET2B的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn)WBl和連接節(jié)點(diǎn)WB2。電容器C2B連接在連接 節(jié)點(diǎn)WB2與供應(yīng)有輸入信號(hào)ΦΑ(第一輸入信號(hào))的輸入端子1 (第一輸入端子)之間。第 二開關(guān)FEBB和電容器OB形成第二電荷泵電路5中的第三級(jí)充電電路。第二開關(guān)FET3B 的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn)WB2和連接節(jié)點(diǎn)WB3。電容器OB連接在連接節(jié)點(diǎn)WB3 與供應(yīng)有第一級(jí)的輸出電壓的連接節(jié)點(diǎn)WB 1之間。第二開關(guān)FET4B和電容器C4B形成第 二電荷泵電路5中的第四級(jí)充電電路。第二開關(guān)FET4B的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn) WB3和連接節(jié)點(diǎn)WB4。電容器C4B被連接在連接節(jié)點(diǎn)WB4與供應(yīng)有第二級(jí)的輸出電壓的連 接節(jié)點(diǎn)WB2之間。第二開關(guān)FETlB至FET4B的源極/背柵分別連接至連接節(jié)點(diǎn)WBl至WB4 (即，相應(yīng) 級(jí)的輸出端子)。關(guān)于每個(gè)電荷泵電路中的第η級(jí)電容器(在此，η是等于或大于3的整數(shù))，它的 一端被連接至第η級(jí)連接節(jié)點(diǎn)(第η級(jí)的輸出端子)，同時(shí)它的另一端被連接至被同時(shí)充電 的前一級(jí)連接節(jié)點(diǎn)。在本實(shí)施例中，同時(shí)對(duì)偶數(shù)級(jí)充電，并且同時(shí)對(duì)奇數(shù)級(jí)充電。因此，第 η級(jí)電容器的一端被連接至第η級(jí)連接節(jié)點(diǎn)(第η級(jí)的輸出端子)，同時(shí)第η級(jí)電容器的另 一端被連接至第(n-幻級(jí)連接節(jié)點(diǎn)(第(11- 級(jí)的輸出端子)。第三開關(guān)FET5A和第四開關(guān)FET5B形成輸出控制電路7，其選擇第一電荷泵電路4 與第二電荷泵電路5的輸出之一，并向輸出端子3輸出選定的一個(gè)輸出。更具體地，第三開 關(guān)FET5A的源極、漏極和柵極分別連接至第一電荷泵電路4的末級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WA4、輸出端子 3和第二電荷泵電路5的末級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WB4。由于該構(gòu)造，所以根據(jù)第二電荷泵電路5的末 級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓，即第二電荷泵電路5的輸出電壓，第三開關(guān)FET5A控制第一電荷泵 電路4的末級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WA4與輸出端子3之間的電連接。相似地，第四開關(guān)FET5B的源極、 漏極和柵極分別連接至第二電荷泵電路5的末級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WB4、輸出端子3和第一電荷泵 電路4的末級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WA4。由于該構(gòu)造，所以根據(jù)第一電荷泵電路4的末級(jí)連接節(jié)點(diǎn)WA4 的電壓，即第一電荷泵電路4的輸出電壓，第四開關(guān)FET5B控制第二電荷泵電路5的末級(jí)連 接節(jié)點(diǎn)WB4與輸出端子3之間的電連接。
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第三開關(guān)FET5A的背柵和源極被連接至第一電荷泵電路4的末級(jí)(第四級(jí))連接 節(jié)點(diǎn)WA4。相似地，第四開關(guān)FET5B的背柵和源極被連接至第二電荷泵電路5的末級(jí)(第四 級(jí))連接節(jié)點(diǎn)WB4。當(dāng)連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓為高電平時(shí)，輸出控制電路7輸出連接節(jié)點(diǎn)WA4的電壓作 為輸出電壓VCPL。當(dāng)連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓為高電平時(shí)，輸出控制電路7輸出連接節(jié)點(diǎn)WA4 的電壓作為輸出電壓VCPL。第一電平偏移電路LSlA至LS4A和第二電平偏移電路LSlB至LS4B形成控制電路 6，其控制第一電荷泵電路4和第二電荷泵電路5的切換操作。更具體地，第一電平偏移電 路LSlA至LS4A分別向第一開關(guān)FETlA至FET4A的柵極輸出柵極控制電壓，以導(dǎo)通/斷開 控制第一開關(guān)FETlA至FET4A。第二電平偏移電路LSlB至LS4B分別向第二開關(guān)FETlB至 FET4B的柵極輸出柵極控制電壓，以導(dǎo)通/斷開控制第二開關(guān)FETlB至FET4B。在此，被供 應(yīng)至第一級(jí)第一電平偏移電路LSlA的輸入電壓VA是輸入信號(hào)ΦΑ的反相信號(hào)。被供應(yīng)至 第一級(jí)第二電平偏移電路LSlB的輸入電壓VB是輸入信號(hào)ΦΒ的反相信號(hào)。第一電平偏移電路LSlA至LS4A和第二電平偏移電路LSlB至LS4B均為進(jìn)行電 平偏移并輸出輸入電壓電平的反相電平的電平偏移電路。例如，圖7所示的反相電路在本 實(shí)施例中用作電平偏移電路。更具體地，反相電路具有PM0SFET 10,NM0SFET 20、第一(正 側(cè))電源端子11和第二(負(fù)側(cè))電源端子12。PM0SFET 10和NM0SFET 20被串聯(lián)連接在 第一電源端子11與第二電源端子12之間。PM0SFET 10的柵極、源極和漏極被連接至輸入 端子IN、第一電源端子11和輸出端子OUT。NM0SFET 20的柵極、源極和漏極被連接至輸入 端子IN、第二電源端子12和輸出端子OUT。當(dāng)PM0SFET 10的柵-源電壓(S卩，向第一電源 端子11供應(yīng)的正側(cè)電源電壓與向輸入端子IN供應(yīng)的輸入電壓之間的差)超過(guò)其閾值電壓 時(shí)，PM0SFET 10導(dǎo)通，并且從輸出端子OUT輸出正側(cè)電源電壓。當(dāng)NM0SFET 20的柵-源電 壓(即，向第二電源端子12供應(yīng)的負(fù)側(cè)電源電壓與向輸入端子IN供應(yīng)的輸入電壓之間的 差)超過(guò)其閾值電壓時(shí)，NM0SFET 20導(dǎo)通，并從輸出端子OUT輸出負(fù)側(cè)電源電壓。第一電平偏移電路LSlA至LS4A分別從輸出端子OUT向第一開關(guān)FETlA至FET4A 的柵極輸出柵極控制電壓，以導(dǎo)通/斷開控制第一開關(guān)FETlA至FET4A。第二電平偏移電路 LSlB至LS4B分別從輸出端子OUT向第二開關(guān)FETlB至FET4B的柵極輸出柵極控制電壓，以 導(dǎo)通/斷開控制第二開關(guān)FETlB至FEI~4B。首先，將詳細(xì)描述控制電路6中的第一級(jí)的第一電平偏移電路LSlA和第二電平偏 移電路LS1B。第一電平偏移電路LSlA的第一電源端子11被連接至輸入端子1，并且供應(yīng) 有輸入信號(hào)ΦΑ。第一電平偏移電路LSlA的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WA1，并且 供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第一級(jí)的輸出電壓。第一電平偏移電路LSlA的輸入端子IN 供應(yīng)有輸入電壓VA。根據(jù)輸入電壓VA和輸入信號(hào)ΦΑ，第一電平偏移電路LSlA確定向第一 級(jí)第一開關(guān)FETlA的柵極輸入的柵極控制電壓VGA1。另一方面，第二電平偏移電路LSlB的 第一電源端子11被連接至輸入端子2，并且供應(yīng)有輸入信號(hào)ΦΒ。第二電平偏移電路LSlB 的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WB1，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第一級(jí)的輸 出電壓。第二電平偏移電路LSlB的輸入端子IN供應(yīng)有輸入電壓VB。根據(jù)輸入電壓VB和 輸入信號(hào)ΦΒ，第二電平偏移電路LSlB確定向第一級(jí)第二開關(guān)FETlB的柵極輸入的柵極控 制電壓VGB1。
接下來(lái)，將詳細(xì)描述控制電路6中的第二級(jí)的第一電平偏移電路LS2A和第二電平 偏移電路LS2B。第一電平偏移電路LS2A的第一電源端子11被連接至第二電荷泵電路5的 連接節(jié)點(diǎn)WB1，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第一級(jí)的輸出電壓。第一電平偏移電路 LS2A的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WA2，并且供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第二級(jí) 的輸出電壓。第一電平偏移電路LS2A的輸入端子IN被連接至連接節(jié)點(diǎn)WAl，并且供應(yīng)有第 一電荷泵電路4中的第一級(jí)的輸出電壓。根據(jù)第一電荷泵電路4和第二電荷泵電路5中的 第一級(jí)的輸出電壓，第一電平偏移電路LS2A確定向第二級(jí)第一開關(guān)FET2A的柵極輸入的柵 極控制電壓VGA2。另一方面，第二電平偏移電路LS2B的第一電源端子11被連接至第一電 荷泵電路4的連接節(jié)點(diǎn)WA1，并且供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第一級(jí)的輸出電壓。第二電 平偏移電路LS2B的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WB2，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5 中的第二級(jí)的輸出電壓。第二電平偏移電路LS2B的輸入端子IN被連接至連接節(jié)點(diǎn)WBl，并 且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第一級(jí)的輸出電壓。根據(jù)第一電荷泵電路4和第二電荷泵 電路5中的第一級(jí)的輸出電壓，第二電平偏移電路LS2B確定向第二級(jí)第二開關(guān)FET2B的柵 極輸入的柵極控制電壓VGB2。接下來(lái)，將詳細(xì)描述控制電路6中的第三級(jí)的第一電平偏移電路LS3A和第二電平 偏移電路LS;3B。第一電平偏移電路LS3A的第一電源端子11被連接至第二電荷泵電路5的 連接節(jié)點(diǎn)WB2，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第二級(jí)的輸出電壓。第一電平偏移電路 LS3A的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WA3，并且供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第三級(jí) 的輸出電壓。第一電平偏移電路LS3A的輸入端子IN被連接至連接節(jié)點(diǎn)WA2，并且供應(yīng)有第 一電荷泵電路4中的第二級(jí)的輸出電壓。根據(jù)第一電荷泵電路4和第二電荷泵電路5中的 第二級(jí)的輸出電壓，第一電平偏移電路LS3A確定向第三級(jí)第一開關(guān)FET3A的柵極輸入的柵 極控制電壓VGA3。另一方面，第二電平偏移電路LS;3B的第一電源端子11被連接至第一電 荷泵電路4的連接節(jié)點(diǎn)WA2，并且供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第二級(jí)的輸出電壓。第二電 平偏移電路LS;3B的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WB3，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5 中的第三級(jí)的輸出電壓。第二電平偏移電路LS;3B的輸入端子IN被連接至連接節(jié)點(diǎn)WB2，并 且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第二級(jí)的輸出電壓。根據(jù)第一電荷泵電路4和第二電荷泵 電路5中的第二級(jí)的輸出電壓，第二電平偏移電路LS;3B確定向第三級(jí)第二開關(guān)FEBB的柵 極輸入的柵極控制電壓VGB3。接下來(lái)，將詳細(xì)描述控制電路6中的第四級(jí)的第一電平偏移電路LS4A和第二電平 偏移電路LS4B。第一電平偏移電路LS4A的第一電源端子11被連接至第二電荷泵電路5的 連接節(jié)點(diǎn)WB3，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第三級(jí)的輸出電壓。第一電平偏移電路 LS4A的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WA4，并且供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第四級(jí) 的輸出電壓。第一電平偏移電路LS4A的輸入端子IN被連接至連接節(jié)點(diǎn)WA3，并且供應(yīng)有第 一電荷泵電路4中的第三級(jí)的輸出電壓。根據(jù)第一電荷泵電路4和第二電荷泵電路5中的 第三級(jí)的輸出電壓，第一電平偏移電路LS4A確定向第四級(jí)第一開關(guān)FET4A的柵極輸入的柵 極控制電壓VGA4。另一方面，第二電平偏移電路LS4B的第一電源端子11被連接至第一電 荷泵電路4的連接節(jié)點(diǎn)WA3，并且供應(yīng)有第一電荷泵電路4中的第三級(jí)的輸出電壓。第二電 平偏移電路LS4B的第二電源端子12被連接至連接節(jié)點(diǎn)WB4，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5 中的第四級(jí)的輸出電壓。第二電平偏移電路LS4B的輸入端子IN被連接至連接節(jié)點(diǎn)WB3，并且供應(yīng)有第二電荷泵電路5中的第三級(jí)的輸出電壓。根據(jù)第一電荷泵電路4和第二電荷泵 電路5中的第三級(jí)的輸出電壓，第二電平偏移電路LS4B確定向第四級(jí)第二開關(guān)FET4B的柵 極輸入的柵極控制電壓VGB4。由于上述構(gòu)造，所以根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路響應(yīng)于輸入信號(hào)ΦΑ和ΦΒ交替 地對(duì)偶數(shù)級(jí)電容器和奇數(shù)級(jí)電容器充電(“￥00”=高電平，“0￥”=低電平)。在穩(wěn)定的周 期中，分別用電壓“VDD”對(duì)第一級(jí)的電容器ClA和ClB充電。用電壓“2VDD”對(duì)其他級(jí)的電 容器中的每個(gè)進(jìn)行充電。(操作)將參考圖6、8A和8B來(lái)詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的電荷泵電路的操作。關(guān)于輸入信號(hào) ΦΑ和ΦΒ，電壓值“VDD”對(duì)應(yīng)于高電平，以及電壓值"OV(GND) ”對(duì)應(yīng)于低電平。為簡(jiǎn)單起 見，讓我們考慮當(dāng)導(dǎo)通時(shí)在每個(gè)FET開關(guān)中不出現(xiàn)電壓降的情形。圖8A和8B都是示出根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路的操作(逐步下降操作)的示例 的時(shí)序圖。在圖8A和8B中，時(shí)刻tA、tB、tC和tD按時(shí)間順序。在周期(t < tA、tD < t) 中，輸入信號(hào)Φ A和輸入電壓VB為低電平，以及輸入信號(hào)ΦB和輸入電壓VA為高電平。在 周期(tB < t < tC)中，輸入信號(hào)ΦΑ和輸入電壓VB為高電平，以及輸入信號(hào)ΦΒ和輸入 電壓VA為低電平。在過(guò)渡周期(tA < t < tB、tC < t < tD)中，輸入信號(hào)ΦΑ和ΦΒ均為 低電平(OV)。以下將描述根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路中的第一級(jí)的操作。首先，將描述第一電荷泵電路4中的第一級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 輸入電壓VA為低電平“GND”。此時(shí)，從輸入端子1向電平偏移電路LSlA的電源端子11供 應(yīng)“VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WAl向電平偏移電路LSlA的電源端子12供應(yīng)“0V”。由于向電平偏 移電路LSlA輸入的輸入電壓VA為低電平，所以從電平偏移電路LSlA輸出的輸出電壓VGAl 為“VDD”。結(jié)果，開關(guān)FETlA導(dǎo)通，并因此通過(guò)開關(guān)FETlA對(duì)電容器ClA充電。電容器ClA 的充電電壓為“VDD”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t<tA、t > tD)中，輸入電壓VA為高電平“VDD”。此時(shí)，從輸入端子1向電平偏移電路LSlA的電源 端子11供應(yīng)“0V”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WAl向電平偏移電路LSlA的電源端子12供應(yīng)“VDD”。 由于向電平偏移電路LSlA輸入的輸入電壓VA為高電平，所以從電平偏移電路LSlA輸出的 輸出電壓VGAl與連接節(jié)點(diǎn)WAl的電壓相同。結(jié)果，開關(guān)FETlA斷開。由于已用電壓“VDD” 對(duì)電容器ClA充電并且電容器ClA的一端連接至輸入端子1 ( “0V”)，所以連接至電容器 ClA的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WAl的電壓變成“-VDD”。也就是說(shuō)，第一電荷泵電路4中的第一 級(jí)的輸出電壓變成“-VDD”。以此方式，在上述兩種狀態(tài)((1)輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電 平；以及(2)輸入信號(hào)ΦΑ為低電平而輸入信號(hào)ΦΒ為高電平)中，防止向電平偏移電路 LSlA的PM0SFET 10和NM0SFET 20以及開關(guān)FETlA施加的電壓超過(guò)“VDD”。接下來(lái)，將描述第二電荷泵電路5中的第一級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 輸入電壓VB為高電平“VDD”。此時(shí)，從輸入端子2向電平偏移電路LSlB的電源端子11供應(yīng)“0V”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WBl向電平偏移電路LSlB的電源端子12供應(yīng)“-VDD”。由于向電 平偏移電路LSlB輸入的輸入電壓VB為高電平，所以從電平偏移電路LSlB輸出的輸出電壓 VGBl與連接節(jié)點(diǎn)WBl的電壓相同。結(jié)果，開關(guān)FETlB斷開。由于已用電壓“VDD”對(duì)電容器 ClB充電并且電容器ClB的一端連接至輸入端子2 ( “0V”)，所以連接至電容器ClB的另一 端的連接節(jié)點(diǎn)WBl的電壓變成“-VDD”。也就是說(shuō)，第二電荷泵電路5中的第一級(jí)的輸出電 壓變成“-VDD ”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t > tD)中，輸入電壓VB為低電平“0V”。此時(shí)，從輸入端子2向電平偏移電路LSlB的電源 端子11供應(yīng)“VDD”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WBl向電平偏移電路LSlB的電源端子12供應(yīng)“0V”。 由于向電平偏移電路LSlB輸入的輸入電壓VB為低電平，所以從電平偏移電路LSlB輸出的 輸出電壓VGBl為“VDD”。結(jié)果，開關(guān)FETlB導(dǎo)通。通過(guò)開關(guān)FETlB對(duì)電容器ClB充電。電 容器ClB的充電電壓為“VDD”。由于電平偏移電路LSlB的NM0SFET 20的柵極、源極和背柵的電壓為“0V”，所以 NM0SFET 20斷開。另一方面，由于電平偏移電路LSlB的PM0SFET 10的柵極的電壓為“0V” 并且其源極和背柵的電壓為“VDD”，所以PM0SFET 10導(dǎo)通，并且輸出電壓VGBl變成“VDD”。 在該周期(t < tA、t > tD)中，在電平偏移電路LSlB中沒有直通電流流動(dòng)。以此方式，在上述兩種狀態(tài)((1)輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電 平；以及(2)輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平)中，防止向電平偏移電路 LSlB的PM0SFET 10和NM0SFET 20以及開關(guān)FETlB施加的電壓超過(guò)“VDD”。接下來(lái)，以下將描述根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路中的第二級(jí)的操作。首先，將描述第一電荷泵電路4中的第二級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WAl為“0V”，并且連接節(jié)點(diǎn)WBl為“-VDD”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WBl向電 平偏移電路LS2A的電源端子11供應(yīng)“-VDD”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WA2向電平偏移電路LS2A的 電源端子12供應(yīng)“-2VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WAl向電平偏移電路LS2A供應(yīng)作為輸入電壓 的“0V”，所以從電平偏移電路LS2A輸出的輸出電壓VGA2與連接節(jié)點(diǎn)WA2的電壓相同。結(jié) 果，開關(guān)FET2A斷開。由于已用電壓“2VDD”對(duì)電容器C2A充電并且電容器C2A的一端被 連接至輸入端子2( “0V”)，所以被連接至電容器C2A的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WA2的電壓變成 “-2VDD”。也就是說(shuō)，第一電荷泵電路4中的第二級(jí)的輸出電壓變成“-2VDD”。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB< t < tC)中，關(guān)于電平偏移電路LS2A，輸入電壓為“0V”，電源電壓為“-VDD”和“-2VDD”，并 且輸出電壓VGA2為“-2VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS2A的元件施加的最大電壓為 “2VDD”。關(guān)于開關(guān)FET2A，柵極電壓為“-2VDD”，并且該開關(guān)FET2A的漏極和源極分別連接 至連接節(jié)點(diǎn)WAl ( “0V”)和連接節(jié)點(diǎn)WA2 ( “-2VDD”)。因此，向開關(guān)FET2A施加的最大電壓 為 “2VDD”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t>tD)中，如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WAl為“-VDD”，并且連接節(jié)點(diǎn)WBl為“0V”。此時(shí)，從連接節(jié) 點(diǎn)WBl向電平偏移電路LS2A的電源端子11供應(yīng)“0V”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WA2向電平偏移電 路LS2A的電源端子12供應(yīng)“-VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WAl向電平偏移電路LS2A供應(yīng)作為輸入電壓的“-VDD”，所以從電平偏移電路LS2A輸出的輸出電壓VGA2與連接節(jié)點(diǎn)WBl的電 壓相同。結(jié)果，開關(guān)FET2A導(dǎo)通。電容器C2A的一端從輸入端子2供應(yīng)有“VDD”，其另一端 (連接節(jié)點(diǎn)WA^通過(guò)開關(guān)FET2A供應(yīng)有“-VDD”。結(jié)果，用電壓“2VDD”對(duì)電容器C2A充電。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t > tD)中，關(guān)于電平偏移電路LS2A，輸入電壓為“-VDD”，電源電壓為“0V”和“-VDD”，以及 輸出電壓VGA2為“0V”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS2A的元件施加的最大電壓為“VDD”。 關(guān)于開關(guān)FET2A，柵極電壓為“0V”，并且該開關(guān)FET2A的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn) WAl ( “-VDD” )和連接節(jié)點(diǎn)WA2 ( “-VDD” )。結(jié)果，向開關(guān)FET2A施加的最大電壓為“VDD”。接下來(lái)，將描述第二電荷泵電路5中的第二級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WBl為“-VDD”，以及連接節(jié)點(diǎn)WAl為“0V”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WAl向電 平偏移電路LS2B的電源端子11供應(yīng)“0V”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WB2向電平偏移電路LS2B的電 源端子12供應(yīng)“-VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WBl向電平偏移電路LS2B供應(yīng)作為輸入電壓的 “-VDD”，所以從電平偏移電路LS2B輸出的輸出電壓VGB2與連接節(jié)點(diǎn)WAl的電壓相同。結(jié) 果，開關(guān)FET2B導(dǎo)通。電容器C2B的一端從輸入端子1供應(yīng)有“VDD”，其另一端(連接節(jié)點(diǎn) WB2)通過(guò)開關(guān)FET2B供應(yīng)有“-VDD ”。結(jié)果，用電壓“ 2VDD，，對(duì)電容器C2B充電。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t < tC)中，關(guān)于電平偏移電路LS2B，輸入電壓為“-VDD”，電源電壓為“0V”和“-VDD”，以及 輸出電壓VGB2為“0V”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS2B的元件施加的最大電壓為“VDD”。 關(guān)于開關(guān)FET2B，柵極電壓為“0V”，并且該開關(guān)FET2B的漏極和源極分別連接至連接節(jié)點(diǎn) WB1( “-VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WB2( “-VDD”)。因此，向開關(guān)FET2B施加的最大電壓為“VDD”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t > tD)中，如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WBl為“0V”，以及連接節(jié)點(diǎn)WAl為“-VDD”。此時(shí)，從連接節(jié) 點(diǎn)WAl向電平偏移電路LS2B的電源端子11供應(yīng)“-VDD”，并且從連接節(jié)點(diǎn)WB2向電平偏移 電路LS2B的電源端子12供應(yīng)“-2VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WBl向電平偏移電路LS2B供應(yīng)作 為輸入電壓的“0V”，所以從電平偏移電路LS2B輸出的輸出電壓VGB2與連接節(jié)點(diǎn)WB2的電 壓相同。結(jié)果，開關(guān)FET2B斷開。由于已用電壓“2VDD”對(duì)電容器C2B充電并且電容器C2B 的一端連接至輸入端子1 ( “0V”)，所以連接至電容器C2B的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WB2的電壓 變成“-2VDD”。也就是說(shuō)，第二電荷泵電路5中的第二級(jí)的輸出電壓變成“-2VDD”。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t > tD)中，關(guān)于電平偏移電路LS2B，輸入電壓為“0V”，電源電壓為“-VDD”和“-2VDD”，以 及輸出電壓VGB2為“-2VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS2B的元件施加的最大電壓為 “2VDD”。關(guān)于開關(guān)FET2B，柵極電壓為“-2VDD”，并且該開關(guān)FET2B的漏極和源極分別連接 至連接節(jié)點(diǎn)WBl ( “0V”)和連接節(jié)點(diǎn)WB2 ( “-2VDD”)。因此，向開關(guān)FET2B施加的最大電壓 為 “2VDD”。以此方式，將根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路的第二級(jí)的輸出電壓(連接節(jié)點(diǎn)WA2和 WB2處的電壓)升壓至“-2VDD”。此時(shí)，向第二級(jí)的開關(guān)和電平偏移電路中的晶體管施加的 最大電壓為“2VDD”。接下來(lái)，以下將描述根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路中的第三級(jí)的操作。
首先，將描述第一電荷泵電路4中的第三級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WA2為“-2VDD”，并且連接節(jié)點(diǎn)WB2為“-VDD”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WB2 向電平偏移電路LS3A的電源端子11供應(yīng)“-VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WA3向電平偏移電路LS3A 的電源端子12供應(yīng)“-2VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WA2向電平偏移電路LS3A供應(yīng)作為輸入電 壓的“-2VDD”，所以從電平偏移電路LS3A輸出的輸出電壓VGA3與連接節(jié)點(diǎn)WB2的電壓相 同。結(jié)果，開關(guān)FET3A導(dǎo)通。電容器C3A的一端從連接節(jié)點(diǎn)WAl供應(yīng)有“0V”，其另一端(連 接節(jié)點(diǎn)WA!3)通過(guò)開關(guān)FET3A供應(yīng)有“-2VDD”。結(jié)果，用電壓“2VDD”對(duì)電容器C3A充電。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t
<tC)中，關(guān)于電平偏移電路LS3A，輸入電壓為“-2VDD”，電源電壓為“-VDD”和“-2VDD”， 以及輸出電壓VGA3為“-VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS3A的元件施加的最大電壓為 “VDD”。關(guān)于開關(guān)FET3A，柵極電壓為“-VDD”，并且該開關(guān)FET3A的漏極和源極分別連接至 連接節(jié)點(diǎn)WA2( “-2VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WA3( “-2VDD”)。因此，向開關(guān)FET3A施加的最大電 壓為“VDD”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t>tD)中，如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WA2為“-VDD”，并且連接節(jié)點(diǎn)WB2為“-2VDD”。此時(shí)，從連 接節(jié)點(diǎn)WB2向電平偏移電路LS3A的電源端子11供應(yīng)“-2VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WA3向電平偏 移電路LS3A的電源端子12供應(yīng)“-3VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WA2向電平偏移電路LS3A供應(yīng) 作為輸入電壓的“-VDD”，所以從電平偏移電路LS3A輸出的輸出電壓VGA3與連接節(jié)點(diǎn)WA3 的電壓相同。結(jié)果，開關(guān)FET3A斷開。由于已用電壓“2VDD”對(duì)電容器C3A充電并且電容器 C3A的一端連接至連接節(jié)點(diǎn)WAl (“-VDD”)，所以連接至電容器C3A的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WA3 的電壓變成“-3VDD”。也就是說(shuō)，第一電荷泵電路4中的第三級(jí)的輸出電壓變成“-3VDD”。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t > tD)中，關(guān)于電平偏移電路LS3A，輸入電壓為“-VDD”，電源電壓為“-2VDD”和“-3VDD”， 以及輸出電壓VGA3為“-3VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS3A的元件施加的最大電壓為 “2VDD”。關(guān)于開關(guān)FET3A，柵極電壓為“-3VDD”，并且該開關(guān)FET3A的漏極和源極分別連接 至連接節(jié)點(diǎn)WA2 ( “-VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WA3 ( “-3VDD”)。因此，向開關(guān)FET3A施加的最大電 壓為 “2VDD，，。接下來(lái)，將描述第二電荷泵電路5中的第三級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB < t < tC)中，如 上所述，連接節(jié)點(diǎn)WB2為“-VDD”，以及連接節(jié)點(diǎn)WA2為“-2VDD”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WA2向 電平偏移電路LS;3B的電源端子11供應(yīng)“-2VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WB3向電平偏移電路LS!3B 的電源端子12供應(yīng)“-3VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WB2向電平偏移電路LS!3B供應(yīng)作為輸入電 壓的“-VDD”，所以從電平偏移電路LS;3B輸出的輸出電壓VGB3與連接節(jié)點(diǎn)WB3的電壓相同。 結(jié)果，開關(guān)FEBB斷開。由于已用電壓“2VDD”對(duì)電容器OB充電并且電容器C3B的一端連 接至連接節(jié)點(diǎn)WBl ( “-VDD”)，所以連接至電容器C3B的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WB3的電壓變成 “-3VDD”。也就是說(shuō)，第二電荷泵電路5中的第三級(jí)的輸出電壓變成“-3VDD”。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB< t
<tC)中，關(guān)于電平偏移電路LS;3B，輸入電壓為“-VDD”，電源電壓為“-2VDD”和“-3VDD”，以及輸出電壓VGB3為“-3VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS!3B的元件施加的最大電壓為 “2VDD”。關(guān)于開關(guān)FET3B，柵極電壓為“-3VDD”，并且該開關(guān)FET3B的漏極和源極分別連接 至連接節(jié)點(diǎn)WB2 ( “-VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WB3 ( “-3VDD”)。因此，向開關(guān)FEBB施加的最大電 壓為 “2VDD，，。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t>tD)中，如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WB2為“-2VDD”，以及連接節(jié)點(diǎn)WA2為“-VDD”。此時(shí)，從連 接節(jié)點(diǎn)WA2向電平偏移電路LS;3B的電源端子11供應(yīng)“-VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WB3向電平偏 移電路LS;3B的電源端子12供應(yīng)“-2VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WB2向電平偏移電路LS!3B供應(yīng) 作為輸入電壓的“-2VDD”，所以從電平偏移電路LS;3B輸出的輸出電壓VGB3與連接節(jié)點(diǎn)WA2 的電壓相同。結(jié)果，開關(guān)FEBB導(dǎo)通。電容器C3B的一端從連接節(jié)點(diǎn)WBl供應(yīng)有“0V”，以及 其另一端(連接節(jié)點(diǎn)WB!3)通過(guò)開關(guān)FEBB供應(yīng)有“-2VDD”。結(jié)果，用電壓“2VDD”對(duì)電容器 OB充電。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t > tD)中，關(guān)于電平偏移電路LS;3B，輸入電壓為“-2VDD”，電源電壓為“-VDD”和“-2VDD”， 以及輸出電壓VGB3為“-VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS;3B的元件施加的最大電壓為 “VDD”。關(guān)于開關(guān)FET3B，柵極電壓為“-VDD”，并且該開關(guān)FET3B的漏極和源極分別連接至 連接節(jié)點(diǎn)WB2( “-2VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WB3( “-2VDD”)。結(jié)果，向開關(guān)FEBB施加的最大電 壓為“VDD”。以此方式，將根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路的第三級(jí)的輸出電壓(連接節(jié)點(diǎn)WA3和 WB3處的電壓)升壓至“-3VDD”。此時(shí)，向第三級(jí)的開關(guān)和電平偏移電路中的晶體管施加的 最大電壓為“2VDD”。接下來(lái)，以下將描述根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路中的第四級(jí)(末級(jí))的操作。首先，將描述第一電荷泵電路4中的第四級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WA3為“-2VDD”，以及連接節(jié)點(diǎn)WB3為“-3VDD”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WB3 向電平偏移電路LS4A的電源端子11供應(yīng)“-3VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WA4向電平偏移電路LS4A 的電源端子12供應(yīng)“-4VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WA3向電平偏移電路LS4A供應(yīng)作為輸入電 壓的“-2VDD”，所以從電平偏移電路LS4A輸出的輸出電壓VGA4與連接節(jié)點(diǎn)WA4的電壓相 同。結(jié)果，開關(guān)FET4A斷開。由于已用電壓“2VDD”對(duì)電容器C4A充電并且電容器C4A的一 端連接至連接節(jié)點(diǎn)WA2( “-2VDD”)，所以連接至電容器C4A的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WA4的電 壓變成“-4VDD”。也就是說(shuō)，第一電荷泵電路4中的第四級(jí)的輸出電壓變成“-4VDD”。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB< t < tC)中，關(guān)于電平偏移電路LS4A，輸入電壓為“-2VDD”，電源電壓為“-3VDD”和“-4VDD”， 以及輸出電壓VGA4為“-4VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS4A的元件施加的最大電壓為 “2VDD”。關(guān)于開關(guān)FET4A，柵極電壓為“-4VDD”，并且該開關(guān)FET4A的漏極和源極分別連接 至連接節(jié)點(diǎn)WA3 ( “-2VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WA4 ( “-4VDD”)。因此，向開關(guān)FET4A施加的最大 電壓為“2VDD”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t>tD)中，如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WA3為“-3VDD”，以及連接節(jié)點(diǎn)WB3為“-2VDD”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WB3向電平偏移電路LS4A的電源端子11供應(yīng)“-2VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WA4向電平偏 移電路LS4A的電源端子12供應(yīng)“-3VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WA3向電平偏移電路LS4A供應(yīng) 作為輸入電壓的“-3VDD”，所以從電平偏移電路LS4A輸出的輸出電壓VGA4與連接節(jié)點(diǎn)WB3 的電壓相同。結(jié)果，開關(guān)FET4A導(dǎo)通。電容器C4A的一端從連接節(jié)點(diǎn)WA2供應(yīng)有“-VDD”，其 另一端通過(guò)開關(guān)FET4A供應(yīng)有“-3VDD”。結(jié)果，用電壓“2VDD”對(duì)電容器C4A充電。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t<tA、t
>tD)中，關(guān)于電平偏移電路LS4A，輸入電壓為“-3VDD”，電源電壓為“-2VDD”和“-3VDD”， 以及輸出電壓VGA4為“-2VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS4A的元件施加的最大電壓為 “VDD”。關(guān)于開關(guān)FET4A，柵極電壓為“-2VDD”，并且該開關(guān)FET4A的漏極和源極分別連接至 連接節(jié)點(diǎn)WA3( “-3VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WA4( “-3VDD”)。因此，向開關(guān)FET4A施加的最大電 壓為“VDD”。接下來(lái)，將描述第二電荷泵電路5中的第四級(jí)和控制電路6的操作。在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WB3為“-3VDD”，以及連接節(jié)點(diǎn)WA3為“-2VDD”。此時(shí)，從連接節(jié)點(diǎn)WA3 向電平偏移電路LS4B的電源端子11供應(yīng)“-2VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WB4向電平偏移電路LS4B 的電源端子12供應(yīng)“-3VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WB3向電平偏移電路LS4B供應(yīng)作為輸入電 壓的“-3VDD”，所以從電平偏移電路LS4B輸出的輸出電壓VGB4與連接節(jié)點(diǎn)WA3的電壓相 同。結(jié)果，開關(guān)FET4B導(dǎo)通。電容器C4B的一端從連接節(jié)點(diǎn)WB2供應(yīng)有“-VDD”，以及其另一 端通過(guò)開關(guān)FET4B供應(yīng)有“ -3VDD ”。結(jié)果，用電壓“ 2VDD，，對(duì)電容器C4B充電。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB< t < tC)中，關(guān)于電平偏移電路LS4B，輸入電壓為“-3VDD”，電源電壓為“-2VDD”和“-3VDD”， 以及輸出電壓VGB4為“-2VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS4B的元件施加的最大電壓為 “VDD”。關(guān)于開關(guān)FET4B，柵極電壓為“-2VDD”，并且該開關(guān)FET4B的漏極和源極分別連接至 連接節(jié)點(diǎn)WB3( “-3VDD”)和連接節(jié)點(diǎn)WB4( “-3VDD”)。結(jié)果，向開關(guān)FET4B施加的最大電 壓為“VDD”。另一方面，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、 t>tD)中，如上所述，連接節(jié)點(diǎn)WB3為“-2VDD”，而連接節(jié)點(diǎn)WA3為“-3VDD”。此時(shí)，從連接 節(jié)點(diǎn)WA3向電平偏移電路LS4B的電源端子11供應(yīng)“-3VDD”，并從連接節(jié)點(diǎn)WB4向電平偏移 電路LS4B的電源端子12供應(yīng)“-4VDD”。由于從連接節(jié)點(diǎn)WB3向電平偏移電路LS4B供應(yīng) 作為輸入電壓的“-2VDD”，所以從電平偏移電路LS4B輸出的輸出電壓VGB4與連接節(jié)點(diǎn)WB4 的電壓相同。結(jié)果，開關(guān)FET4B斷開。由于已用電壓“2VDD”對(duì)電容器C4B充電并且電容器 C4B的一端連接至連接節(jié)點(diǎn)(“-2VDD”)，所以連接至電容器C4B的另一端的連接節(jié)點(diǎn)WB4 的電壓變成“-4VDD”。也就是說(shuō)，第二電荷泵電路5中的第四級(jí)的輸出電壓變成“-4VDD”。如上所述，在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t<tA、t
>tD)中，關(guān)于電平偏移電路LS4B，輸入電壓為“-2VDD”，電源電壓為“-3VDD”和“-4VDD”， 以及輸出電壓VGB4為“-4VDD”。也就是說(shuō)，向電平偏移電路LS4B的元件施加的最大電壓為 “2VDD”。關(guān)于開關(guān)FET4B，柵極電壓為“-4VDD”，并且該開關(guān)FET4B的漏極和源極分別連接 至連接節(jié)點(diǎn)WB3 ( “-2VDD” )和連接節(jié)點(diǎn)WB4 ( “-4VDD”)。因此，向開關(guān)FET4B施加的最大 電壓為“2VDD”。
以此方式，將根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路的第四級(jí)的輸出電壓(連接節(jié)點(diǎn)WA4和 WB4處的電壓)升壓至“-4VDD”。此時(shí)，向第四級(jí)的開關(guān)和電平偏移電路中的晶體管施加的 最大電壓為“2VDD”。其間，在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC) 中，開關(guān)FET5A的柵極電壓(S卩，連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓)為“-3VDD”，以及開關(guān)FET5A的源極 電壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WA4的電壓)為“-4VDD”。另一方面，開關(guān)FET5B的柵極電壓(S卩，連接 節(jié)點(diǎn)WA4的電壓)為“-4VDD”，以及開關(guān)FET5B的源極電壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓)為 “-3VDD”。因此，在開關(guān)FET5B斷開的同時(shí)，開關(guān)FET5A導(dǎo)通。因此，在周期(tB < t < tC) 中，從連接節(jié)點(diǎn)WA4供應(yīng)的電壓“-4VDD”從輸出端子3被輸出為輸出電壓VCPL。在輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為高電平的周期(t < tA、t > tD)中， 開關(guān)FET5A的柵極電壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓)為“-4VDD”，以及開關(guān)FET5A的源極電 壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WA4的電壓)為“-3VDD”。另一方面，開關(guān)FET5B的柵極電壓(即，連接 節(jié)點(diǎn)WA4的電壓)為“-3VDD”，以及開關(guān)FET5B的源極電壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓)為 “-4VDD”。因此，在開關(guān)FET5B導(dǎo)通的同時(shí)，開關(guān)FET5A斷開。因此，在周期(t < tA、t > tD)中，從連接節(jié)點(diǎn)WB4供應(yīng)的電壓“-4VDD”從輸出端子3被輸出為輸出電壓VCPL。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路重復(fù)上述兩種狀態(tài)((1)輸入信號(hào)ΦΑ為 高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平；以及⑵輸入信號(hào)ΦΑ為低電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為 高電平)，并能夠在將向內(nèi)部晶體管施加的最大電壓抑制到至多為“2VDD”的情況下產(chǎn)生 “-4VDD”的輸出電壓VCPL。盡管已作為本實(shí)施例的示例描述了四級(jí)電荷泵電路，但本發(fā)明 不局限于此。在將向內(nèi)部晶體管施加的最大電壓維持到至多為“2VDD”的情況下，通過(guò)增大 充電電路的級(jí)的數(shù)目，可以根據(jù)級(jí)的數(shù)目來(lái)進(jìn)一步提高輸出電壓VCPL。也就是說(shuō)，在不提高 內(nèi)部晶體管的元件擊穿電壓的情況下，可以根據(jù)本發(fā)明使電荷泵輸出電壓大于內(nèi)部晶體管 的元件擊穿電壓。此外，由于將向內(nèi)部晶體管施加的最大電壓抑制到“2VDD”，所以能夠降低電荷泵 電路的內(nèi)部晶體管的元件擊穿電壓。結(jié)果，能夠減小電荷泵電路的電路尺寸。此外，根據(jù)本實(shí)施例的開關(guān)晶體管由柵極控制電壓導(dǎo)通/斷開控制，通過(guò)所述柵 極控制電壓來(lái)將柵-源電壓的最高值抑制到“2VDD”。因此，根據(jù)本實(shí)施例的電荷泵電路，通 過(guò)小于晶體管的元件擊穿電壓的柵極控制電壓，升壓操作是可以的。盡管以上已描述了實(shí)施例，但本發(fā)明的具體構(gòu)造不局限于上述實(shí)施例的構(gòu)造。例 如，盡管電荷泵電路的放大率在上述實(shí)施例中為4，但其不局限于此并可具有另一值?？傊?電荷泵電路根據(jù)放大率提供有級(jí)的數(shù)目，并根據(jù)放大率進(jìn)行升壓操作。此外，如以下所描述地，可省略輸出控制電路7中的開關(guān)FET5B。圖9示出根據(jù)本 實(shí)施例的電荷泵電路的構(gòu)造的變形示例。圖9所示的電荷泵電路提供有通過(guò)從圖6所示的 輸出控制電路7去除開關(guān)FET5B獲得的輸出控制電路7'。根據(jù)從連接節(jié)點(diǎn)WB4供應(yīng)的電 壓，開關(guān)FET5A控制連接節(jié)點(diǎn)WA4與輸出端子3之間的電連接。其他的構(gòu)造與在圖6所示 的電荷泵電路的情況中的構(gòu)造相同。在本變形示例中的第二電荷泵電路5的路徑是用于產(chǎn)生供應(yīng)至電平偏移器電路 LSIA至LS4A的第一電源電壓，所述電平偏移器電路LSlA至LS4A產(chǎn)生用于第一電荷泵電路 4的柵極控制信號(hào)。
在輸入信號(hào)ΦΑ為高電平并且輸入信號(hào)ΦΒ為低電平的周期(tB<t<tC)中， 開關(guān)FET5A的柵極電壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WB4的電壓)為“-3VDD”，以及開關(guān)FET5A的源極電 壓(即，連接節(jié)點(diǎn)WA4的電壓)為“-4VDD”。因此，開關(guān)FET5A導(dǎo)通。因此，在周期(tB<t < tC)中，從連接節(jié)點(diǎn)WA4供應(yīng)的電壓“-4VDD”從輸出端子3輸出為輸出電壓VCPL。根據(jù)圖9所示的電荷泵電路，可以使開關(guān)FETlB至FET4B、電平偏移電路LSlB至 LS4B和電容器ClB至C4B的尺寸最小化。此外，通過(guò)調(diào)節(jié)元件尺寸，能夠合適地調(diào)節(jié)開關(guān) FETlA至FET4A的升壓操作時(shí)序。應(yīng)指出的是，本發(fā)明不局限于如在上述實(shí)施例和變形示例的情況下的負(fù)電壓電荷 泵電路。相同的情形適用于正電壓電荷泵電路。也就是說(shuō)，本發(fā)明也能夠獲得正電壓電荷 泵電路。顯然，本發(fā)明不局限于以上實(shí)施例，并且在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下 可以進(jìn)行變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵電路，包括第一電荷泵電路和第二電荷泵電路，所述第一電荷泵電路和第二電荷泵電路交替地進(jìn) 行升壓操作；以及控制電路，所述控制電路被構(gòu)造成控制所述第一電荷泵電路和所述第二電荷泵電路的 各升壓操作，其中，所述第一電荷泵電路包括多級(jí)的第一開關(guān)晶體管，所述多級(jí)的第一開關(guān)晶體管被接連地串聯(lián)連接； 多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)，所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)分別與所述多級(jí)的第一開關(guān)晶體管的 源極相連接；以及多級(jí)的第一電容器，所述多級(jí)的第一電容器的一端分別與所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)相 連接，其中，所述第二電荷泵電路包括多級(jí)的第二開關(guān)晶體管，所述多級(jí)的第二開關(guān)晶體管被接連地串聯(lián)連接； 多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)，所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)分別與所述多級(jí)的第二開關(guān)晶體管的 源極相連接；以及多級(jí)的第二電容器，所述多級(jí)的第二電容器的一端分別與所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)相 連接，其中，所述控制電路包括 多級(jí)的第一反相器；以及 多級(jí)的第二反相器， 其中，η為等于或大于3的整數(shù)，其中，所述多級(jí)的第一反相器的第η級(jí)第一反相器被構(gòu)造成以被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí) 的第二連接節(jié)點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第 一連接節(jié)點(diǎn)的第η級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第一連接節(jié) 點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，以及輸出一輸出電壓至所述多級(jí)的第一開關(guān)晶 體管的第η級(jí)第一開關(guān)晶體管的柵極，以及其中，所述多級(jí)的第二反相器的第η級(jí)第二反相器被構(gòu)造成以被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí) 的第一連接節(jié)點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第 二連接節(jié)點(diǎn)的第η級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第二連接節(jié) 點(diǎn)的第(η-1)級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，以及輸出一輸出電壓至所述多級(jí)的第二開關(guān)晶 體管的第η級(jí)第二開關(guān)晶體管的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵電路，其中，所述多級(jí)的第一電容器的第η級(jí)第一電容器的一端被連接至所述多級(jí)的第一連 接節(jié)點(diǎn)的第η級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)，而所述多級(jí)的第一電容器的第η級(jí)第一電容器的另一端被 連接至所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)的第(n-幻級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)，以及其中，所述多級(jí)的第二電容器的第η級(jí)第二電容器的一端被連接至所述多級(jí)的第二連 接節(jié)點(diǎn)的第η級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)，而所述多級(jí)的第二電容器的第η級(jí)第二電容器的另一端被 連接至所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)的第(n-幻級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電荷泵電路，其中，所述多級(jí)的第一電容器的第一級(jí)第一電容器的一端被連接至所述多級(jí)的第一連 接節(jié)點(diǎn)的第一級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)，而所述多級(jí)的第一電容器的第一級(jí)第一電容器的另一端被 連接至供應(yīng)有第一輸入信號(hào)的第一輸入端子，其中，所述多級(jí)的第一電容器的第二級(jí)第一電容器的一端被連接至所述多級(jí)的第一連 接節(jié)點(diǎn)的第二級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)，而所述多級(jí)的第一電容器的第二級(jí)第一電容器的另一端被 連接至供應(yīng)有第二輸入信號(hào)的第二輸入端子，其中，所述第一輸入信號(hào)和所述第二輸入信號(hào)的電平中的每個(gè)在高電平與低電平之間 切換，當(dāng)所述第二輸入信號(hào)為高電平時(shí)，所述第一輸入信號(hào)為低電平，而當(dāng)所述第一輸入信 號(hào)為高電平時(shí)，所述第二輸入信號(hào)為低電平，其中，所述多級(jí)的第二電容器的第一級(jí)第二電容器的一端被連接至所述多級(jí)的第二連 接節(jié)點(diǎn)的第一級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)，而所述多級(jí)的第二電容器的第一級(jí)第二電容器的另一端被 連接至所述第二輸入端子，以及其中，所述多級(jí)的第二電容器的第二級(jí)第二電容器的一端被連接至所述多級(jí)的第二連 接節(jié)點(diǎn)的第二級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)，而所述多級(jí)的第二電容器的第二級(jí)第二電容器的另一端被 連接至所述第一輸入端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電荷泵電路，其中，所述多級(jí)的第一反相器的第一級(jí)第一反相器被構(gòu)造成被供應(yīng)有來(lái)自所述第一輸 入端子的正側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)的第一級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的 負(fù)側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有作為所述第一輸入信號(hào)的反相信號(hào)的輸入信號(hào)，以及輸出一輸出 電壓至所述多級(jí)的第一開關(guān)晶體管的第一級(jí)第一開關(guān)晶體管的柵極，其中，所述多級(jí)的第二反相器的第一級(jí)第二反相器被構(gòu)造成被供應(yīng)有來(lái)自所述第二輸 入端子的正側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)的第一級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的 負(fù)側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有作為所述第二輸入信號(hào)的反相信號(hào)的輸入信號(hào)，以及輸出一輸出 電壓至所述多級(jí)的第二開關(guān)晶體管的第一級(jí)第二開關(guān)晶體管的柵極，其中，所述多級(jí)的第一反相器的第二級(jí)第一反相器被構(gòu)造成被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的 第二連接節(jié)點(diǎn)的第一級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第一連接 節(jié)點(diǎn)的第二級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)的第 一級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，以及輸出一輸出電壓至所述多級(jí)的第一開關(guān)晶體管的第二 級(jí)第一開關(guān)晶體管的柵極，以及其中，所述多級(jí)的第二反相器的第二級(jí)第二反相器被構(gòu)造成被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的 第一連接節(jié)點(diǎn)的第一級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第二連接 節(jié)點(diǎn)的第二級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，被供應(yīng)有來(lái)自所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)的第 一級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，以及輸出一輸出電壓至所述多級(jí)的第二開關(guān)晶體管的第二 級(jí)第二開關(guān)晶體管的柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電荷泵電路，還包括輸出控制電路，所述輸出控制電路被連接至所述多級(jí)的第一連接節(jié)點(diǎn)的末級(jí)第一連接 節(jié)點(diǎn)和所述多級(jí)的第二連接節(jié)點(diǎn)的末級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷泵電路，其中，所述輸出控制電路包括第三開關(guān)晶體管，所述第三開關(guān)晶體管被構(gòu)造成根據(jù)所述末級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)的電壓來(lái)控制所述末級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)與輸出端子之間的電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電荷泵電路，其中，所述輸出控制電路還包括第四開關(guān)晶體管，所述第四開關(guān)晶體管被構(gòu)造成根據(jù) 所述末級(jí)第一連接節(jié)點(diǎn)的電壓來(lái)控制所述末級(jí)第二連接節(jié)點(diǎn)與所述輸出端子之間的電連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電荷泵電路。該電荷泵電路具有交替地進(jìn)行升壓操作的第一和第二電荷泵電路；以及控制電路。第一(第二)電荷泵電路具有串聯(lián)連接的多級(jí)第一(第二)開關(guān)晶體管；分別連接至第一(第二)開關(guān)晶體管的源極的多級(jí)第一(第二)連接節(jié)點(diǎn)；以及分別連接至第一(第二)連接節(jié)點(diǎn)的多級(jí)第一(第二)電容器?？刂齐娐肪哂卸嗉?jí)第一反相器；以及多級(jí)第二反相器。第n級(jí)第一(第二)反相器供應(yīng)有來(lái)自第(n-1)級(jí)第二(第一)連接節(jié)點(diǎn)的正側(cè)電源電壓，供應(yīng)有來(lái)自第n級(jí)第一(第二)連接節(jié)點(diǎn)的負(fù)側(cè)電源電壓，供應(yīng)有來(lái)自第(n-1)級(jí)第一(第二)連接節(jié)點(diǎn)的輸入電壓，以及向第n級(jí)第一(第二)開關(guān)晶體管的柵極輸出輸出電壓。
文檔編號(hào)H02M3/07GK102088242SQ20101057943
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月4日
發(fā)明者本多悠里 申請(qǐng)人:瑞薩電子株式會(huì)社