專利名稱：控制電荷泵的方法與相關(guān)的工作電壓產(chǎn)生電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于降低工作電壓抖動的技術(shù)，尤指用來控制電荷泵的方法與 相關(guān)的工作電壓產(chǎn)生電路。
背景技術(shù)：
電荷泵(charge pump )常被用來作為升壓電路(booster)或倍壓電路 (voltage multiplier )。舉例而言，在液晶顯示面板的驅(qū)動電路當(dāng)中，常會利用 電荷泵來提升低電壓源(例如鋰電池)的輸出電壓，以提供較高伏特數(shù)的工 作電壓給源極驅(qū)動電路(source driver IC )及共用電壓驅(qū)動電路(Vcom driver IC)等電路元件。一般而言，施加在液晶單元兩端的電壓極性必須每隔一預(yù)定時間進(jìn)行反 轉(zhuǎn)，以避免液晶材料產(chǎn)生極化(polarization)而造成7jc久性的破壞。例如， 若釆用線反轉(zhuǎn)(line inversion)的模式，則每一條掃瞄線上的所有像素會具有 相同的電壓極性，但會與相鄰掃瞄線上的像素的電壓極性相反。若采用點反 轉(zhuǎn)(dot inversion)的模式，則每一像素的電壓極性會與其周圍相鄰像素的電 壓極性相反。當(dāng)液晶顯示面板的電壓極性開始反轉(zhuǎn)之際，共用電壓驅(qū)動電路與源極驅(qū) 動電路的電流消耗最大，故此時也是該電荷泵負(fù)載最大的時間。如前所述， 由于液晶顯示面板的電壓極性必須周期性地進(jìn)行反轉(zhuǎn)，故該電荷泵的負(fù)載大 小會呈現(xiàn)周期性的變化，因而造成所輸出的工作電壓發(fā)生劇烈的抖動情形。 如此一來，將會嚴(yán)重影響到操作在該工作電壓下的電路元件(如前述的共用 電壓驅(qū)動電路與源極驅(qū)動電路)的正常運作。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供控制電荷泵的方法與相關(guān)的工作 電壓產(chǎn)生電路，以有效降低電荷泵的輸出電壓的抖動情形。本發(fā)明的實施例提供了一種控制一電荷泵的方法，該電荷泵用來提供一
工作電壓給一液晶顯示面板，且該電荷泵中具有多個開關(guān)，該方法包含有 調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與該液晶顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期同步的一 調(diào)整后的時脈信號；依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號；以及依據(jù) 該多個控制信號控制該多個開關(guān)的切換時序。本發(fā)明的實施例另提供了一種工作電壓產(chǎn)生電路，其包含有 一電荷泵， 具有多個開關(guān)； 一調(diào)整電路，用來調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與一液晶 顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期同步的一調(diào)整后的時脈信號；以及一控制信號產(chǎn)生 器，耦接于該調(diào)整電路與該電荷泵，用來依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生多個 控制信號，以控制該多個開關(guān)的切換時序。本發(fā)明的實施例還提供了 一種控制 一 電荷泵的方法，該電荷泵用來提供 一工作電壓給一后級電路，且該電荷泵具有多個開關(guān)，該方法包含有調(diào)整 一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與該后級電路的電流消耗周期同步的一調(diào)整后的 時脈信號；依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號；以及依據(jù)該多個控 制信號控制該多個開關(guān)的切換時序。另外，本發(fā)明的實施例亦提供了一種工作電壓產(chǎn)生電路，其包含有一 電荷泵，具有多個開關(guān)； 一調(diào)整電路，用來調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生 與一后級電路的電流消耗周期同步的一調(diào)整后的時脈信號；以及一控制信號 產(chǎn)生器，耦接于該調(diào)整電路與該電荷泵，用來依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生 多個控制信號，以控制該多個開關(guān)的切換時序。


圖1為本發(fā)明的工作電壓產(chǎn)生電路的一實施例簡化后的方塊圖。 圖2為本發(fā)明的電荷泵的一較佳實施例的示意圖。 圖3為搭配圖2的電荷泵的控制信號產(chǎn)生器的一較佳實施例示意圖。 圖4為描述圖2的電荷泵的運作情形的時序圖。
具體實施方式
在說明書及后續(xù)的申請專利范圍當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元 件。所屬領(lǐng)域中具有通常知識者應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞 來稱呼同樣的元件。本說明書及后續(xù)的權(quán)利要求書并不以名稱的差異來作為 區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)則。在通篇說
明書及后續(xù)的權(quán)利要求書當(dāng)中所提及的r包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解 釋成r包含但不限定于」。另外，「耦接」 一詞在此包含任何直接及間接的電 氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表該第 一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電 氣連接至該第二裝置。請參考圖i，其所繪示為本發(fā)明一實施例的工作電壓產(chǎn)生電路100簡化 后的方塊圖。如圖所示，工作電壓產(chǎn)生電路100包含有一調(diào)整電路110、 一 控制信號產(chǎn)生器120以及一電荷泵(chargepump) 130。為方便說明起見，以 下假設(shè)工作電壓產(chǎn)生電路100應(yīng)用于一液晶顯示面板中，用來產(chǎn)生該液晶顯 示面板中的共用電壓驅(qū)動電路與源極驅(qū)動電路等元件所需的工作電壓Vo。在 工作電壓產(chǎn)生電路100中，調(diào)整電路110用來調(diào)整一系統(tǒng)時脈信號CLK的時 序，以產(chǎn)生與該液晶顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期同步的 一調(diào)整后的時脈信號 ACLK。接著，控制信號產(chǎn)生器120會依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號ACLK產(chǎn)生 控制信號來控制電荷泵130的運作。以下先就本發(fā)明的控制信號產(chǎn)生器120 與電荷泵130的運作及實施方式作進(jìn)一步說明。請參考圖2及圖3。圖2所繪示為本發(fā)明的電荷泵130的一較佳實施例 的示意圖。圖3則搭配圖2的電荷泵130的控制信號產(chǎn)生器120的一較佳實 施例。在本實施例中，電荷泵130由多個開關(guān)與多個電容所組成的一開關(guān)電 容(switch-capacitor)電荷泵，其功能用來作為一升壓電路(booster)或倍壓 電路(voltage multiplier )。進(jìn)一步而言，電荷泵130會依據(jù)一電壓源(例如鋰 電池，未繪示于圖式)所提供的較低伏特數(shù)的輸出電壓Vi,來產(chǎn)生一較高伏 特數(shù)的工作電壓Vo。如圖2所示，電荷泵130包含有四個開關(guān)單元210、 220、 230與240，以及兩個電容250及260。其中，電容250又稱為快速(flying) 電容，而電容260又稱為穩(wěn)壓電容(regulator capacitor )。如圖2所示，電荷 泵130中的開關(guān)210、 230與240可利用PMOS電晶體來實現(xiàn)，而開關(guān)220 則可以NMOS電晶體來實現(xiàn)。至于圖2中的S1、 S1B及S2代表控制信號產(chǎn) 生器120所產(chǎn)生的多個控制信號。在本例中，控制信號S1為高準(zhǔn)位有效信號 (high-active )，而控制信號S1B與S2兩者為低準(zhǔn)位有效信號(low-active )。如圖3所示，本實施例的控制信號產(chǎn)生器120包含有一RS鎖存器(RS latch) 310以及一 "非"門320。 RS鎖存器310用來依據(jù)調(diào)整電路110輸出 的調(diào)整后的時脈信號ACLK,來產(chǎn)生控制兩控制信號S1與S2，而"非"門320則用來產(chǎn)生與控制信號S1反相的另一控制信號S1B。如圖2所示，控制 信號Sl用來控制電荷泵130中的開關(guān)220，控制信號S1B用來控制開關(guān)230， 而控制信號S2則用來控制開關(guān)210與240。調(diào)整電路IIO產(chǎn)生該調(diào)整后的時 脈信號ACLK的運作方式將稍后說明，以下先利用圖4來說明控制信號產(chǎn)生 器120與電荷泵130兩者的互動情形。圖4為電荷泵130在控制信號產(chǎn)生器120控制下進(jìn)行運作的一實施例的 時序圖400。在時序圖400中，由于RS鎖存器310中的"與"門與"或"門 皆會有些許的延遲效果，故RS鎖存器310所產(chǎn)生的控制信號S1與S2兩者 的有效期間(activeperiod)間會有一間隔T1存在。這樣的設(shè)計方式可避免 電荷泵130中的開關(guān)210與220兩者同時開啟而造成電壓源短路的情形。為 方便說明電荷泵130所輸出的工作電壓Vo的變化情形，在此假設(shè)電荷泵130 中的快速電容250與穩(wěn)壓電容260兩者的電容值相等，且電荷泵130的后級 電路(如共用電壓驅(qū)動電路與源極驅(qū)動電路)的電流消耗量為一固定值。在 運作上，當(dāng)電荷泵130中的開關(guān)220與230開啟(turn on)而開關(guān)210與240 關(guān)閉(turnoff)時，快速電容250的負(fù)端(-)會經(jīng)由開關(guān)220接地，而其 正端(+ )則會經(jīng)由開關(guān)230耦接到電壓源并充電至電位Vi。接著，當(dāng)開關(guān) 220與230關(guān)閉而開關(guān)210與240開啟時，快速電容250的負(fù)端會經(jīng)由開關(guān) 210耦接至電壓源，而其正端則會經(jīng)由開關(guān)240耦接至穩(wěn)壓電容260并將電 荷導(dǎo)入穩(wěn)壓電容260中。如時序圖400所示，當(dāng)開關(guān)210與240開啟時(如圖中的區(qū)間A),快速 電容250與穩(wěn)壓電容260兩者會互相耦接進(jìn)行電荷分享。在快速電容250與 穩(wěn)壓電容260兩者耦接的瞬間，穩(wěn)壓電容260的正端電壓(亦即工作電壓Vo) 會因快速電容250的電荷分享效應(yīng)而迅速地由Vl提升(pull up)至V2，其 中V2接近于兩倍的Vi。接著，由于電荷泵130的后級電路會消耗快速電容 250與穩(wěn)壓電容260兩者所儲存的電荷，故電荷泵130所輸出的工作電壓Vo 會逐漸下降。當(dāng)開關(guān)210與240關(guān)閉時(如圖中的區(qū)間B),快速電容250則 會與穩(wěn)壓電容260分開，以便進(jìn)行前述的充電運作。此時，由于電荷泵130 中僅剩穩(wěn)壓電容260在供給電荷給后級電路，故該工作電壓Vo在區(qū)間B內(nèi) 的下降速度會大于在區(qū)間A內(nèi)的下降速度。在本例中，由于假設(shè)快速電容250 與穩(wěn)壓電容260兩者的電容值相等，且電荷泵130的后級電路的電流消耗為 固定值，故該工作電壓Vo在區(qū)間B內(nèi)的下降速度會是在區(qū)間A內(nèi)的兩倍。
然而，實際上電荷泵130的后級電路的電流消耗并非固定值。當(dāng)后級電 路的電流消耗量越大，該工作電壓Vo的下降速度也會越快。如前所述，當(dāng)該 液晶顯示面板的電壓極性開始反轉(zhuǎn)時，共用電壓驅(qū)動電路與源極驅(qū)動電路的 電流消耗會達(dá)到最大，故電荷泵130的最大負(fù)載時段會集中在該液晶顯示面 板的電壓極性開始反轉(zhuǎn)的這段期間內(nèi)。倘若該液晶顯示面板的電壓極性開始 反轉(zhuǎn)的期間位于時序圖400中的區(qū)間B之內(nèi)，則該工作電壓Vo會因共用電 壓驅(qū)動電路與源極驅(qū)動電路所消耗的電荷量大幅增加而發(fā)生劇烈下降的情 形。當(dāng)該工作電壓Vo下降的幅度過大時(相當(dāng)于該工作電壓Vo中出現(xiàn)不可 忽視的噪聲)，便會影響到電荷泵130的后級電路的正常運作。為了避免這樣的情況發(fā)生，本發(fā)明的工作電壓產(chǎn)生電路100中的調(diào)整電 路110與控制信號產(chǎn)生器120會控制電荷泵130中各個開關(guān)的運作時序，俾 使電荷泵130中的快速電容250與穩(wěn)壓電容260兩者相互耦接的時段(即時 序圖400中的區(qū)間A)，能對應(yīng)于電荷泵130的最大負(fù)載時段，亦即該液晶顯 示面板的電壓極性開始反轉(zhuǎn)的期間，以降低該工作電壓Vo的抖動情形。進(jìn)一步而言，本發(fā)明的調(diào)整電路110會調(diào)整該液晶顯示面板的系統(tǒng)時脈 信號CLK的時序，以產(chǎn)生與該液晶顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期同步的一調(diào)整后 的時脈信號ACLK。在一較佳實施例中，調(diào)整電路110會接收該系統(tǒng)時脈信 號CLK與控制該液晶顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期的一極性反轉(zhuǎn)控制信號ICS， 并檢測該系統(tǒng)時脈信號CLK與該極性反轉(zhuǎn)控制信號ICS兩者間的相位差。接 著，調(diào)整電路110再依據(jù)檢測的結(jié)果補(bǔ)償適當(dāng)?shù)难舆t量給該系統(tǒng)時脈信號 CLK,以使所輸出的調(diào)整后的時脈信號ACLK能同步于該極性反轉(zhuǎn)控制信號 ICS。換言之，調(diào)整電路110可藉由延遲該系統(tǒng)時脈信號CLK的時序的方式， 來產(chǎn)生該調(diào)整后的時脈信號ACLK。所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有公知常識的普通技 術(shù)人員應(yīng)可理解，當(dāng)調(diào)整后的時脈信號ACLK同步于該極性反轉(zhuǎn)控制信號ICS 時，便相當(dāng)于是與該液晶顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期同步。如此一來，控制信 號產(chǎn)生器120只要依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號ACLK產(chǎn)生多個控制信號S1、S1B 及S2來控制電荷泵130中該多個開關(guān)的切換時序，便能使電荷泵130的快速 電容250與穩(wěn)壓電容260兩者相互耦接的時段(即時序圖400所示的區(qū)間A) 對應(yīng)于該液晶顯示面板的電壓極性開始反轉(zhuǎn)的期間(亦即電荷泵130的最大 負(fù)載時段)，以降低該工作電壓Vo中的噪聲。實作上，調(diào)整電路110可用 一可編程延遲級(programmable delay stage )、 一延遲鎖定回路、或一鎖相回路等電路來實現(xiàn)。請注意，電荷泵130中的開 關(guān)與電容個數(shù)以及個別開關(guān)的實施方式，并不局限于前揭的實施例。例如， 亦可將快速電容或穩(wěn)壓電容的個數(shù)拓展至兩個或兩個以上。此外，前揭工作電壓產(chǎn)生電路100的架構(gòu)與其控制電荷泵130的方法， 并不限定僅能應(yīng)用在液晶顯示面板中。在實際應(yīng)用上，只要電荷泵的后級電 路的電流消耗量會呈現(xiàn)周期性的變化，便能應(yīng)用前述控制電荷泵的方法與相 關(guān)架構(gòu)來有效降低電荷泵的輸出電壓的抖動情形，確保電荷泵的后級電路能 正常運作，進(jìn)而提升整體系統(tǒng)的效能。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求書所做的均等 變化與修_飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制一電荷泵的方法，該電荷泵用來提供一工作電壓給一液晶顯示面板，且該電荷泵中具有多個開關(guān)，該方法包含有調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與該液晶顯示面板的極性反轉(zhuǎn)周期同步的一調(diào)整后的時脈信號；依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號；以及依據(jù)該多個控制信號控制該多個開關(guān)的切換時序。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中調(diào)整該時脈信號的時序的步驟包含有 接收控制該極性反轉(zhuǎn)周期的一極性反轉(zhuǎn)控制信號；以及 延遲該時脈信號的時序，以使調(diào)整后的時脈信號同步于該極性反轉(zhuǎn)控制信號。
3. —種工作電壓產(chǎn)生電路，其包含有 一電荷泵，具有多個開關(guān)；一調(diào)整電路，用來調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與一液晶顯示面板的 極性反轉(zhuǎn)周期同步的一調(diào)整后的時脈信號；以及一控制信號產(chǎn)生器，耦接于該調(diào)整電路與該電荷泵，用來依據(jù)該調(diào)整后 的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號，以控制該多個開關(guān)的切換時序。
4. 如權(quán)利要求3所述的工作電壓產(chǎn)生電路，其中該調(diào)整電路會接收控制 該極性反轉(zhuǎn)周期的一極性反轉(zhuǎn)控制信號，并延遲該時脈信號的時序，以使調(diào) 整后的時脈信號同步于該極性反轉(zhuǎn)控制信號。
5. 如權(quán)利要求3所述的工作電壓產(chǎn)生電路，其中該控制信號產(chǎn)生器包含 有一RS鎖存器(RS latch )。
6. —種控制一電荷泵的方法，該電荷泵用來提供一工作電壓給一后級電 路，且該電荷泵具有多個開關(guān)，該方法包含有調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與該后級電路的電流消耗周期同步的一 調(diào)整后的時脈信號；依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號；以及 依據(jù)該多個控制信號控制該多個開關(guān)的切換時序。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中調(diào)整該時脈信號的時序的步驟包含有: 接收對應(yīng)該后級電路的電流消耗周期的一周期性信號；以及 延遲該時脈信號的時序，以使調(diào)整后的時脈信號同步于該周期性信號。
8. —種工作電壓產(chǎn)生電路，其包含有 一電荷泵，具有多個開關(guān)；一調(diào)整電路，用來調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與一后級電路的電流消耗周期同步的一調(diào)整后的時脈信號；以及一控制信號產(chǎn)生器，耦接于該調(diào)整電路與該電荷泵，用來依據(jù)該調(diào)整后 的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號，以控制該多個開關(guān)的切換時序。
9. 如權(quán)利要求8所述的工作電壓產(chǎn)生電路，其中該調(diào)整電路會接收對應(yīng) 該后級電路的電流消耗周期的一周期性信號，并延遲該時脈信號的時序，以 使調(diào)整后的時脈信號同步于該周期性信號。
10. 如權(quán)利要求8所述的工作電壓產(chǎn)生電路，其中該控制信號產(chǎn)生器包 含有一 RS鎖存器(RS latch )。
全文摘要
一種控制一電荷泵的方法，該電荷泵用來提供一工作電壓給一后級電路，且該電荷泵具有多個開關(guān)，該方法包含有調(diào)整一時脈信號的時序，以產(chǎn)生與該后級電路的電流消耗周期同步的一調(diào)整后的時脈信號；依據(jù)該調(diào)整后的時脈信號產(chǎn)生多個控制信號；以及依據(jù)該多個控制信號控制該多個開關(guān)的切換時序。
文檔編號G09G3/36GK101162566SQ200610141679
公開日2008年4月16日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月9日
發(fā)明者張明忠, 林修平 申請人:奕力科技股份有限公司