一种加速恢复的电荷泵电路转让专利
申请号 : CN202010075536.5
文献号 : CN111193394B
文献日 : 2021-04-20
发明人 : 高志远 , 顾天宇
申请人 : 天津海芯微电子技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种加速恢复的电荷泵电路,包括泵电容C1、泵电容C2、输出电容Cout、四个开关S1至S4,由一对反相时钟clk1、clk2控制;开关S1连接输入电压Vin和泵电容C1的上极板,开关S2连接输入电压Vin和泵电容C2的上极板,开关S3连接泵电容C1的上极板和输出电压Vout,开关S4连接泵电容C2的上极板和输出电压Vout;泵电容C1的下极板接时钟clk1,泵电容C2的下极板接时钟clk2;所述输出电容Cout的上极板接输出电压Vout,其特征在于:所述输出电容Cout的下极板接周期性脉冲Vpulse,在所述输出电容Cout上的电压由于控制信号VTG的跳变产生变化后,通过周期性脉冲Vpulse将输出电容Cout的下极板电位先拉低再抬高,缩短额定输出的恢复时间;其中,控制信号VTG为电荷泵利用输出电容上存储的电荷对外供电的控制信号;
正压电荷泵的工作方式如下:
在控制信号VTG维持低电平的状态下,电荷泵输出为稳定的额定输出Vo;当VTG发生由低电平到高电平的跳变时,电荷泵输出电压产生压降,持续时间为t1,由额定输出Vo降至最低值V1;于此时刻起,再经过时间t2,电荷泵电压输出由V1恢复至V2;在这一时刻,将Vpulse由高电平VbH拉低至低电平VbL,输出电压Vout相应下降△V,达到V2‑△V;于此时刻起,经过时间t3的恢复,输出电压Vout从V2‑△V恢复至V3,V3的值为电荷泵额定输出Vo与△V的差;在这一时刻,Vpulse由低电平VbL跳变至VbH,上升△V,输出Vout上升△V达到额定值Vo;
其中,周期性脉冲Vpulse的周期与控制信号VTG的周期相同;周期性脉冲Vpulse的脉宽为t3,其高电平VbH与低电平VbL的差值为△V,周期性脉冲Vpulse的下降沿相对控制信号VTG上升沿的延时为△t=t1+t2。
2.根据权利要求1所述的一种加速恢复的电荷泵电路,其特征在于:所述脉宽t3、△V及△t的大小均通过电路仿真得到最优值。
3.根据权利要求1所述的一种加速恢复的电荷泵电路,其特征在于:周期性脉冲Vpulse为矩形脉冲或者锯齿波脉冲。
说明书 :
一种加速恢复的电荷泵电路
技术领域
背景技术
关S1连接输入节点Vin和泵电容C1的上极板,开关S2连接Vin和泵电容C2的上极板,开关S3
连接泵电容C1的上极板和输出节点Vout,开关S4连接泵电容C2的上极板和Vout。C1的下极
板接时钟clk1,C2的下极板接时钟clk2。输出电容Cout的上极板接Vout,下极板接固定点位
(一般为地)。当clk1为低电平,clk2为高电平时,S1、S4导通,S2、S3关断,C1充电。当clk1跳
变至高电平时,clk1为低电平,S1、S4关断,S2、S3导通,根据电容两极板间电压不会突变的
原理,C1对外提供输出电压Vout,Vout的值为Vin与时钟电压Vclk的和。同理,当clk1为高电
平,clk2为低电平时,C2充电;当clk1为低电平,clk2为高电平时,C2对外提供输出电压
Vout。C1和C2轮流对电荷泵的负载供电,可以减小Vout上的输出噪声。
再分配,从而改变电荷泵的输出电压(正压电荷泵输出下降,负压电荷泵输出上升)。
荷泵的输出再以对数上升的趋势恢复至额定值,由于恢复速度逐渐放缓,恢复时间远长于
下降时间t1。由于VTG的信号在图像传感器应用为周期性脉冲波形,要保证像素正常工作,需
在一个周期内使电荷泵的输出恢复到额定电压。否则,电荷泵的输出在经历数个周期的衰
减后,将无法达到像素所需的偏置电压。同时,像素阵列越大(负载电容越大),恢复的时间
越长,这对电荷泵输出电压的恢复速度提出了更高的要求。
发明内容
位先拉低再抬高,加快Vout的恢复,缩短电荷泵的恢复时间。
关S2连接输入电压Vin和泵电容C2的上极板,开关S3连接泵电容C1的上极板和输出电压
Vout,开关S4连接泵电容C2的上极板和输出电压Vout;泵电容C1的下极板接时钟clk1,泵电
容C2的下极板接时钟clk2;所述输出电容Cout的上极板接输出电压Vout,所述输出电容
Cout的下极板接周期性脉冲Vpulse,在所述输出电容Cout由于控制信号VTG的跳变产生变化
后,通过周期性脉冲Vpulse将输出电容Cout的下极板电位先拉低再抬高,缩短额定输出的
恢复时间。
时间为t1的压降,由额定输出Vo降至最低值V1;于此时刻起,再经过时间t2,电荷泵电压输
出由V1恢复至V2;在这一时刻,将Vpulse由高电平VbH拉低至低电平VbL,输出电压Vout相应
下降△V,达到V2‑△V;于此时刻起,经过时间t3的恢复,输出电压Vout从V2‑△V恢复至V3,
V3的值为电荷泵额定输出Vo与△V的差;在这一时刻,Vpulse由低电平VbL跳变至VbH,上升△
V,输出Vout上升△V达到额定值Vo;其中,周期性脉冲Vpulse的周期与控制信号为VTG的周期
相同;周期性脉冲Vpulse的脉宽为t3,其高电平VbH与低电平为VbL的差值为△V,周期性脉冲
Vpulse的下降沿相对控制信号VTG上升沿的延时为△t=t1+t2。
有效减小电荷泵输出电压的恢复时间,保证在一个控制周期内将电荷泵输出恢复到额定
值,避免像素工作性能下降。
附图说明
具体实施方式
基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗
示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对
本发明的限制。
入一个周期性脉冲Vpulse,利用电容的耦合对输出电压Vout进行调节,达到缩短恢复时间
的目的。
为控制信号VTG的波形。
定输出Vo降至最低值V1;于此时刻起,再经过时间t2,电荷泵输出由V1恢复至V2;在这一时
刻,将Vpulse由高电平VbH拉低至低电平VbL,下降△V(△V为VbH和VbL的差值),由于电容的耦
合作用,输出电压Vout相应也下降△V,达到V2‑△V。于此时刻起,经过时间t3的恢复,输出
电压Vout从V2‑△V恢复至V3,V3的值为电荷泵额定输出Vo与△V的差。在这一时刻,Vpulse
由低电平VbL跳变至VbH,上升△V,输出Vout也在电容耦合作用下上升△V,达到额定值Vo。
电荷泵电路所需的恢复时间约为7us。若引入Vpulse调节后,△t=2us,Vpulse脉宽1us,△V
=0.1V时,恢复时间缩短至3us,比传统电路缩短了约57%。