本申请涉及半导体集成电路技术领域，尤其是涉及一种双倍电荷泵。
背景技术：
在移动通信领域，锂电池被广泛采用为电子设备(比如手机、平板电脑和智能手表等)提供电源；一个典型应用就是其中的音频功率放大器。消费者越来越希望这个音频放大器能输出更高的功率以提高音乐的响度；放大器输出大功率就需要有更高的电源电压，而锂电池电压一般在2.7v～5.5v不能够满足更高输出功率的要求。为解决这个问题，一般会采用电荷泵技术把低的电池电压转换成高的电压，以满足音频功率放大器高功率输出的要求。
目前常见的电荷泵如图1所示，其工作原理如下：
1、充电态：开关s1和s2合上，开关s3和s4断开，vin对片外电容cfly充电；
2、放电态：开关s1和s2断开，开关s3和s4合上，电容cfly输出电荷到cout。
周而复始，根据电荷守恒定律，经过一段时间的充放电，在不计充放电损耗的条件下，可以达到vout＝2*vin。
为提高电荷泵的效率，都会要求极低的开关导通电阻，即需要很大的芯片面积来实现小的导通电阻，所以电荷泵的面积主要是来自这些开关。现有的双倍电荷泵(3p1n型)一般采用3个p型开关(mps1,mps3,mps4)和1个n型开关(mns2)来实现，如图2所示。优点是电路设计简单，但缺点是版图面积大，特别是对大功率输出的音频功率放大器。在同样的导通电阻下，开关用p型实现的芯片面积是n型的3倍。电荷泵的面积主要是来自这些开关，这样用3p1n来实现双倍电荷泵的面积会很大。
技术实现要素：
本申请提供一种节省面积的双倍电荷泵。
本申请采用下述技术方案：
一种2p2n型双倍电荷泵，所述双倍电荷泵由第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关组成；第一开关、第四开关为p型开关，第二开关、第三开关为n型开关，第五开关为面积非常小的p型开关管；电源与第一开关连接，第一开关与第四开关连接，第四开关与负载连接，电源与第三开关连接，第三开关与第二开关连接，第二开关接地，第一电容的第一端与第一开关、第四开关连接，第一电容的第二端与第二开关、第三开关连接，第三开关的两端并联第五开关。
一种1p3n型双倍电荷泵，所述双倍电荷泵由第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关组成；第一开关、第二开关、第三开关为n型开关，第四开关为p型开关，第五开关、第六开关为面积非常小的p型开关管；电源与第一开关连接，第一开关与第四开关连接，第四开关与负载连接，电源与第三开关连接，第三开关与第二开关连接，第二开关接地，第一电容的第一端与第一开关、第四开关连接，第一电容的第二端与第二开关、第三开关连接，第三开关的两端并联第五开关，第一开关的两端并联第六开关。
一种4n型双倍电荷泵，由第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和小电荷泵；第一开关、第二开关、第三开关、第四开关为n型开关，第五开关、第六开关、第七开关为p型开关管；电源与第一开关连接，第一开关与第四开关连接，第四开关与负载连接，电源与第三开关连接，第三开关与第二开关连接，第二开关接地，第一电容的第一端与第一开关、第四开关连接，第一电容的第二端与第二开关、第三开关连接，第三开关的两端并联第五开关，第一开关的两端并联第六开关，第四开关两端并联第七开关；电源通过小电荷泵与第四开关的栅极连接。
其中，所述小电荷泵由第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关和第二电容组成，第八开关、第九开关为n型开关，第十开关、第十一开关为p型开关，电源与第八开关连接，第八开关与第十一开关连接，第十一开关与第四开关的栅极连接，第一电容的第一端与第十开关连接，第十开关与第九开关连接，第九开关接地，第二电容的第一端与第八开关、第十一开关连接，第二电容的第二端与第九开关、第十开关连接。
其中，第五开关、第六开关和第七开关的面积非常小，小于双倍电荷泵的芯片面积的1％。第八开关、第九开关、第十开关和第十一开关的面积非常小。小于双倍电荷泵的芯片面积的1％。
本申请采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
本申请的2p2n型双倍电荷泵，相比3p1n型双倍电荷泵可节省面积20％。
本申请的1p3n型双倍电荷泵，相比3p1n型双倍电荷泵可节省面积40％。
本申请的4n型双倍电荷泵，相比3p1n型双倍电荷泵可节省面积60％。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有双倍电荷泵的示意图。
图2为现有双倍电荷泵的示意图。
图3为本申请对比例的示意图。
图4为本申请实施例的示意图。
图5为本申请对比例的示意图。
图6为本申请实施例的示意图。
图7为本申请对比例的示意图。
图8为本申请实施例的示意图。
附图标记说明如下：
1、电源，2、负载，3、第一电容，4、第一开关，5、第二开关，6、第三开关，7、第四开关，8、第五开关，9、第六开关，10、第七开关，11、第八开关，12、第九开关，13、第十开关，14、第十一开关，15、第二电容。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
对比例1：2p2n型双倍电荷泵
如图3所示，简单地用n型开关mns3替换p型开关mps3来实现开关s3是不可行的，这个电荷泵是不能工作的。原因是电荷泵在启动过程中的放电态时，mns3的栅极需要一个大于(vin 0.7)v来使它打开开始导通工作，而这时的电荷泵的输出vout还处在从0v向上缓慢爬升的启动阶段。所以这个电荷泵是无法启动的，进而不能正常工作。
实施例1：2p2n型双倍电荷泵
如图4所示，一种双倍电荷泵，由第一电容3、第一开关4、第二开关5、第三开关6、第四开关7和第五开关8组成。第一开关4、第四开关7为p型开关，第二开关5、第三开关6为n型开关，第五开关8为面积非常小的p型开关管。电源1与第一开关4连接，第一开关4与第四开关7连接，第四开关7与负载2连接。电源1与第三开关6连接，第三开关6与第二开关5连接，第二开关5接地。第一电容3的第一端与第一开关4、第四开关7连接，第一电容3的第二端与第二开关5、第三开关6连接。第三开关6的两端并联第五开关8。
在第三开关6两端并联了第五开关8，来帮助电荷泵在启动过程中的放电态时的充电路径的建立。电源1的电压为vin，负载2的电压为vout，等到vout>vin 0.7，第三开关6的栅极可接到vout上，第三开关6开始可以导通工作，并承担起绝大部分电流的导通路径。第五开关8只是开始启动时工作而启动时是轻载状态，所以这个开关面积可以做的很小；而在同样的导通电阻下，开关用p型实现的芯片面积是n型的3倍，所以2p2n开关结构相比3p1n可节省面积20％。
对比例2：1p3n型双倍电荷泵
如图5所示，简单地用n型开关mns1替换p型开关mps1来实现开关s1是不可行的，这个电荷泵也是不能工作的。原因是电荷泵在启动过程中的充电态时，mns1的栅极需要一个大于(vin 0.7)v来使它打开开始导通工作，而这时的电荷泵的输出vout还处在从0v向上缓慢爬升的启动阶段。所以这个电荷泵是无法启动的，进而不能正常工作。
实施例2：1p3n型双倍电荷泵
如图6所示，一种双倍电荷泵，由第一电容3、第一开关4、第二开关5、第三开关6、第四开关7、第五开关8和第六开关9组成。第一开关4、第二开关5、第三开关6为n型开关，第四开关7为p型开关，第五开关8、第六开关9为面积非常小的p型开关管。电源1与第一开关4连接，第一开关4与第四开关7连接，第四开关7与负载2连接。电源1与第三开关6连接，第三开关6与第二开关5连接，第二开关5接地。第一电容3的第一端与第一开关4、第四开关7连接，第一电容3的第二端与第二开关5、第三开关6连接。第三开关6的两端并联第五开关8，第一开关4的两端并联第六开关9。
本实施例在第一开关4两端并联第六开关9，来帮助电荷泵在启动过程中的充电态时的充电路径的建立。电源1的电压为vin，负载2的电压为vout，等到vout>vin 0.7，第一开关4的栅极可接到vout上，第一开关4开始可以导通工作，并承担起绝大部分电流的导通路径。第六开关9只是开始启动时工作而启动时是轻载状态，所以这个开关面积可以做的很小；而在同样的导通电阻下，开关用p型实现的芯片面积是n型的3倍，所以1p3n开关结构相比3p1n可节省面积40％。
对比例3：4n型双倍电荷泵
如图7所示，简单地用n型开关mns4替换p型开关mps4来实现开关s4是不可行的，这个电荷泵也是不能工作的。
实施例3：4n型双倍电荷泵
如图8所示，一种双倍电荷泵，由第一电容3、第一开关4、第二开关5、第三开关6、第四开关7、第五开关8、第六开关9、第七开关10、第八开关11、第九开关12、第十开关13、第十一开关14和第二电容15组成。第一开关4、第二开关5、第三开关6、第四开关7为n型开关，第五开关8、第六开关9、第七开关10为面积非常小的p型开关管，第八开关11、第九开关12为n型开关，第十开关13、第十一开关14为p型开关。电源1与第一开关4连接，第一开关4与第四开关7连接，第四开关7与负载2连接。电源1与第三开关6连接，第三开关6与第二开关5连接，第二开关5接地。第一电容3的第一端与第一开关4、第四开关7连接，第一电容3的第二端与第二开关5、第三开关6连接。第三开关6的两端并联第五开关8，第一开关4的两端并联第六开关9，第四开关7两端并联第七开关10。电源1与第八开关11连接，第八开关11与第十一开关14连接，第十一开关14与第四开关7的栅极连接。第一电容3的第一端与第十开关13连接，第十开关13与第九开关12连接，第九开关12接地。第二电容15的第一端与第八开关11、第十一开关14连接，第二电容15的第二端与第九开关12、第十开关13连接。
本实施例在芯片内部再设计一个电荷泵，这个电荷泵输出(vout vin)给第四开关7的栅极，可以解决第四开关7的导通问题，电荷泵可以正常工作。因为驱动第四开关7的栅极无需大的电流，所以这个电荷泵的第二电容15无需很大，可以在芯片内部实现，第八开关11、第九开关12、第十开关13、第十一开关14也面积很小。而在同样的导通电阻下，开关用p型实现的芯片面积是n型的3倍，所以这个全n型4n开关结构相比3p1n可节省面积60％。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
1.一种双倍电荷泵，其特征在于，所述双倍电荷泵由第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关和第五开关组成；
第一开关、第四开关为p型开关，第二开关、第三开关为n型开关，第五开关为面积非常小的p型开关管；
电源与第一开关连接，第一开关与第四开关连接，第四开关与负载连接，电源与第三开关连接，第三开关与第二开关连接，第二开关接地，第一电容的第一端与第一开关、第四开关连接，第一电容的第二端与第二开关、第三开关连接，第三开关的两端并联第五开关。
2.如权利要求1所述的双倍电荷泵，其特征在于，第五开关的面积小于双倍电荷泵的芯片面积的1％。
3.一种双倍电荷泵，其特征在于，所述双倍电荷泵由第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和第六开关组成；
第一开关、第二开关、第三开关为n型开关，第四开关为p型开关，第五开关、第六开关为面积非常小的p型开关管；
电源与第一开关连接，第一开关与第四开关连接，第四开关与负载连接，电源与第三开关连接，第三开关与第二开关连接，第二开关接地，第一电容的第一端与第一开关、第四开关连接，第一电容的第二端与第二开关、第三开关连接，第三开关的两端并联第五开关，第一开关的两端并联第六开关。
4.如权利要求3所述的双倍电荷泵，其特征在于，第五开关和第六开关的面积小于双倍电荷泵的芯片面积的1％。
5.一种双倍电荷泵，其特征在于，所述双倍电荷泵由第一电容、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和小电荷泵；
第一开关、第二开关、第三开关、第四开关为n型开关，第五开关、第六开关、第七开关为p型开关管；
电源与第一开关连接，第一开关与第四开关连接，第四开关与负载连接，电源与第三开关连接，第三开关与第二开关连接，第二开关接地，第一电容的第一端与第一开关、第四开关连接，第一电容的第二端与第二开关、第三开关连接，第三开关的两端并联第五开关，第一开关的两端并联第六开关，第四开关两端并联第七开关；
电源通过小电荷泵与第四开关的栅极连接。
6.如权利要求5所述的双倍电荷泵，其特征在于，所述小电荷泵由第八开关、第九开关、第十开关、第十一开关和第二电容组成，第八开关、第九开关为n型开关，第十开关、第十一开关为p型开关，电源与第八开关连接，第八开关与第十一开关连接，第十一开关与第四开关的栅极连接，第一电容的第一端与第十开关连接，第十开关与第九开关连接，第九开关接地，第二电容的第一端与第八开关、第十一开关连接，第二电容的第二端与第九开关、第十开关连接。
7.如权利要求5所述的双倍电荷泵，其特征在于，第五开关、第六开关和第七开关的面积非常小。
8.如权利要求5所述的双倍电荷泵，其特征在于，第五开关、第六开关和第七开关的面积小于双倍电荷泵的芯片面积的1％。
9.如权利要求6所述的双倍电荷泵，其特征在于，第八开关、第九开关、第十开关和第十一开关的面积非常小。
10.如权利要求6所述的双倍电荷泵，其特征在于，第八开关、第九开关、第十开关和第十一开关的面积小于双倍电荷泵的芯片面积的1％。
技术总结