專利名稱：電荷泵浦電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵浦電路，特別是涉及一種減少電容組件的電荷泵浦電^各。
背景技術(shù)：
在電子電路中，往往需要各種不同電平的電壓以供電路使用。因此，
電子電路常配置電荷泵浦電路(charge pump circuit)以產(chǎn)生各種不同電平的電壓。
圖1示出了已知的電荷泵浦的電路圖。請參照圖1,此電荷泵浦電路100包括開關(guān)101 ~ 108、電容109-112。此電荷泵浦電路100利用2個控制信號PH1(第一期間)、PH2(第二期間)輪流控制開關(guān)101-108的接通與斷開狀態(tài)。當(dāng)控制信號PH1為高電平時，使得關(guān)101、 104、 106與108導(dǎo)通，電荷泵浦電路100的等效電路如圖2A所示。此時，輸入電壓VIN將電容109充電至兩端的電壓差為VIN。當(dāng)控制信號PH2為高電平時，則開關(guān)102、 103、105與107導(dǎo)通，電荷泵浦電路100的等效電路如圖2B所示。此時，藉由輸入電壓VIN及電容109所儲存的電荷對電容110及電容111充電至2VIN并產(chǎn)生電壓電平為2VIN的輸出電壓Voutl。
接著，當(dāng)控制信號PH1又為高電平，并由于電容110所儲存的電荷為2VIN,因此輸出電壓Voutl仍保持2VIN。另一方面，利用電容lll所儲存的電荷對電容112充電，以產(chǎn)生電壓電平為-2VIN的輸出電壓Vout2。
圖3示出了另一已知的電荷泵浦的電路圖。請參照圖3，此包括開關(guān)301 - 306、電容307 - 309。電荷泵浦電路300利用4個控制信號PH1 (第一期間) PH4(第四期間)控制開關(guān)301 306的接通與斷開狀態(tài)。當(dāng)控制信號PH1為高電平，使得開關(guān)301、 304導(dǎo)通，而電荷泵浦電路300的等效電路如圖4A所示。此時，輸入電壓VIN將電容307充電至兩端的電壓差為VIN。當(dāng)控制信號PH2為高電平，使得開關(guān)302、 303導(dǎo)通，而電荷泵浦電路300的等效電路如圖4B所示。電容307 —端耦接至輸入電壓VIN，藉由輸入電壓VIN及電容307所儲存的電荷將電容308充電至并產(chǎn)生電壓電平為2VIN 的l命出電壓Voutl。
當(dāng)控制信號PH3為高電平，使得開關(guān)301、 304導(dǎo)通，而電荷泵浦電路 300的等效電路如圖4C所示。此時，電容308所儲存的電荷仍為2VIN，因 此，輸出電壓Voutl仍保持2VIN的電壓電平。另一方面，輸入電壓VIN將 電容307充電至兩端的電壓差為VIN。當(dāng)控制信號PH4為高電平，使得開關(guān) 305、 306導(dǎo)通，而電荷泵浦電路300的等效電路如圖4D所示。此時，利用 電容307所儲存的電荷對電容309進行;^電，以產(chǎn)生電壓電平為-VIN的輸 出電壓Vout2。
對于電荷泵浦電路而言，內(nèi)建(build-in)電容會占集成電路(Integral circuit, ICM艮大的面積，增加成本。而外部電容組件會增加電路板面積， 也會造成成本增加，妨礙產(chǎn)品縮小化。已知的電荷泵浦電路100雖可產(chǎn)生 2VIN及-2VIN的輸出電壓，但輸出電壓Voutl、 Vout2皆須一穩(wěn)壓電容，因 此使得電路的成本增加。另外，已知的電荷泵浦電路300雖然比電荷泵浦 電路100減少一個電容，但是，所產(chǎn)生最負(fù)的電壓值只有-VIN。而電荷泵 浦電路300使用4個控制信號(4個期間)來產(chǎn)生2VIN及-VIN的輸出電壓， 會使電荷泵浦電路300效率下降，且降低最高負(fù)載能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電荷泵浦電路，以提供不同的輸出電壓，并且減少電 容組件的數(shù)量與電路的成本。
本發(fā)明提出一種電荷泵浦電路，用以依據(jù)輸入電壓而產(chǎn)生第一輸出電 壓與第二輸出電壓。此電荷泵浦電路包括泵浦單元、第一開關(guān)、第二開關(guān)、
第三開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)、儲存電容及第六開關(guān)。泵浦單元包括至 少一內(nèi)部電容、第一端、第二端、第三端與第四端，其中第一端耦接至輸 入電壓，第二端耦接至第一電壓，用以于第一期間以輸入電壓與第一電壓 而對內(nèi)部電容充電，于第二期間與第三期間使內(nèi)部電容基于第三端的電壓 電平而提供第一輸出電壓給第四端。
第一開關(guān)的第一端耦接至第二電壓，其第二端耦接至泵浦單元的第三 端，此第一開關(guān)于第一期間斷開，于第二期間與第三期間接通。第二開關(guān) 的第一端耦接至泵浦單元的第四端，此第二開關(guān)于第一期間斷開，于第二期間與第三期間接通。第三開關(guān)的第一端耦接至第二開關(guān)的第二端，此第 三開關(guān)于第一期間與第二期間接通，于第三期間斷開。其中，第三開關(guān)的 第一端耦接至第一輸出電壓的輸出端。第四開關(guān)第一端耦接至第三電壓， 此第四開關(guān)于第一期間與第二期間接通，于第三期間斷開。第五開關(guān)的第 一端耦接至第四電壓，此第五開關(guān)于第一期間與第二期間斷開，于第三期 間將導(dǎo)通。
儲存電容的第一端耦接至第三開關(guān)的第二端與第五開關(guān)的第二端，而 儲存電容的第二端耦接至該第四開關(guān)的第二端。其中，儲存電容的第二端 于第二期間耦接至第三電壓，用以以第 一輸出電壓與第三電壓而對儲存電 容充電。于第三期間使儲存電容基于該第四電壓的電壓電平而提供第二輸 出電壓給儲存電容的第二端。此儲存電容的第二端耦接至耦接至第三電壓， 用以于第一期間使儲存電容基于第三電壓的電壓電平而提供該第一輸出電 壓給該儲存電容的第 一端。第六開關(guān)的第 一端耦接至儲存電容的第二端， 此第六開關(guān)于第一期間與第二期間斷開，于第三期間接通。其中，第六開 關(guān)的第二端耦接至第二輸出電壓的輸出端。
本發(fā)明提出一種電荷泵浦電路，此電荷泵浦電路包括泵浦單元、第一 開關(guān)、第二開關(guān)、第三開關(guān)、第四開關(guān)、儲存電容與第五開關(guān)。泵浦單元 具有輸入端與輸出端，且泵浦單元的輸入端接收輸入電壓，并于泵浦單元 的輸出提供第一輸出電壓。第一開關(guān)的第一端耦接至泵浦單元的輸出端， 此第一開關(guān)于第一期間斷開，于第二期間與第三期間接通。其中，第一開 關(guān)的第二端耦接至第一輸出電壓的輸出端。
第二開關(guān)的第一端耦接至第一開關(guān)的第二端，此第二開關(guān)于第一期間 與第二期間接通，于第三期間斷開。第三開關(guān)的第一端耦接至第一電壓， 此第三開關(guān)于第一期間與第二期間接通，于第三期間斷開。第四開關(guān)的第 一端耦接至第二電壓，此第四開關(guān)于第一期間與第二期間斷開，于第三期 間才婁通。
儲存電容的第一端耦接至第二開關(guān)的第二端與第四開關(guān)的第二端，此 儲存電容的第二端耦接至第三開關(guān)的第二端。其中，儲存電容的第二端于 第二期間耦接至第一電壓，用以以第一輸出電壓與第一電壓而對儲存電容 充電。于第三期間使儲存電容基于第二電壓的電壓電平而提供第二輸出電 壓給儲存電容的第二端。儲存電容的第二端于第一期間耦接至第一電壓，用以使儲存電容基于第一電壓的電壓電平而提供第一輸出電壓。第五開關(guān) 的第 一端耦接至儲存電容的第二端，此第五開關(guān)于第 一期間與第二期間斷 開，于第三期間接通。其中，第五開關(guān)的第二端耦接至第二輸出電壓的輸 出端。
本發(fā)明藉由在不同的期間，利用儲存電容(fly capacitor)作為輸出電 壓的穩(wěn)壓電容，因此可達到節(jié)省穩(wěn)壓電容的數(shù)量。另外，在使用較少的控 制信號下，可產(chǎn)生較高的輸出電壓。因此本發(fā)明效率較高，最高負(fù)載電流 也比4交大。
為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例， 并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。


圖1示出了已知的電荷泵浦的電路圖。
圖2A-圖2B分別是圖1所示電荷泵浦電路在第一期間與第二期間的等 效電路圖。
圖3示出了另一已知的電荷泵浦的電路圖。
圖4A-圖4D分別是圖3所示電荷泵浦電路在第一 第四期間的等效電 路圖。
圖5示出了本發(fā)明第一實施例的電荷泵浦的電路圖。 圖6A 圖6C分別是圖5所示電荷泵浦電路在第一-第三期間的等效電 路圖。
圖7示出了本發(fā)明第二實施例的電荷泵浦的電路圖。
圖8示出了本發(fā)明第三實施例的電荷泵浦的電路方塊圖。
圖9示出了圖8的電荷泵浦電路的電路圖。
圖10A-圖IOC分別是圖9所示電荷泵浦電路在第一 第三期間的等效 電路圖。
圖11示出了本發(fā)明一實施例的電荷泵浦的電路圖。 附圖符號說明
100、 300、 500、 700、 800:電荷泵浦電路 101-108、 301 - 306:開關(guān)109~112、 307 - 309:電容 VIN、 Vin:輸入電壓 Voutl、 Vout2:輸出電壓 GND: 4妄地電壓
PH1、 PH2、 PH3、 PH4:控制信號
510、 710、 810:泵浦單元
Cfl、 Cfl-l ~Cfl—M:內(nèi)部電容
T1 T4:泵浦單元510、 710的第一 第四端
V1 V4:第——第四電壓
SW1 SW11:第一-第十一開關(guān)
Cf2:儲存電容
V01:第一輸出電壓
V02:第二輸出電壓
ISW1 —1 ~ ISW1-M:第一內(nèi)部開關(guān)
ISW2_1 ~ ISW2_M:第二內(nèi)部開關(guān)
S廣Sm-"第三內(nèi)部開關(guān)
Cout: l俞出電容
T01:泵浦單元810的輸出端
930、 1130:第一泵浦單元
T5-T8:第一泵浦單元930、 1130的第一-第四端 Cf-1-Cf-M:第一內(nèi)部電容
具體實施方式
第一實施例
圖5示出了本發(fā)明第一實施例的電荷泵浦的電路圖。此電荷泵浦電路 500包括泵浦單元510、第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SWL第三開關(guān)SW3、第四 開關(guān)SW4、第五開關(guān)SW5、第六開關(guān)SW6、儲存電容(fly capacitor) Cf2 與輸出電容Cout。
泵浦單元510的第一端Tl耦接至輸入電壓Vin,其第二端T2耦接至第
一電壓VI (例如為接地電壓GND)。泵浦單元510尚包括內(nèi)部電容Cfl、第七
開關(guān)SW7與第八開關(guān)SW8。第七開關(guān)SW7的第一端為泵浦單元510的第一端Tl，而其第二端耦接至內(nèi)部電容Cfl的第一端，其中內(nèi)部電容Cfl的第一
端為泵浦單元510的第四端T4。第八開關(guān)SW8的第一端為泵浦單元510的 第二端T2,而其第二端耦接至內(nèi)部電容Cfl的第二端，其中內(nèi)部電容Cfl 的第二端為泵浦單元510的第三端T3。
第一開關(guān)SW1的第一端耦接至第二電壓V2(例如為輸入電壓Vin),而 其第二端耦接至泵浦單元510的第三端'T3。第二開關(guān)SW2的第一端耦接至 泵浦單元510的第四端T4。第三開關(guān)SW3的第一端耦接至第二開關(guān)SW2的 第二端。其中，第三開關(guān)SW3的第一端耦接至第一輸出電壓V01。第四開關(guān) SW4的第一端耦接至第三電壓V3(例如為接地電壓GND)。第五開關(guān)SW5的第 一端耦接至第四電壓V4 (例如為接地電壓GND)。
儲存電容Cf2的第一端耦接至第三開關(guān)SW3的第二端與第五開關(guān)SW5 的第二端，而儲存電容Cf2的第二端耦接至第四開關(guān)SW4的第二端。第六 開關(guān)SW6的第一端耦接至儲存電容Cf2的第二端。輸出電容Cout的一端耦 接至接地端GND,而其另一端耦接至第六開關(guān)SW6的第二端。
上述簡略描述電荷泵浦電路500的架構(gòu)與組件間的耦接關(guān)系。接下來， 進一步說明此電荷泵浦電路500的操作細(xì)節(jié)。首先，電荷泵浦電路500進 入第一期間，亦即控制信號PH1為高電平，而控制信號PH2、 PH3為低電平。 因此，第三開關(guān)SW3、第四開關(guān)SW4、第七開關(guān)SW7及第八開關(guān)SW8為接通 狀態(tài)，而第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SWh第五開關(guān)SW5及第六開關(guān)SW6為斷 開狀態(tài)，且電荷泵浦電路500的等效電3各如圖6A所示。此時，輸入電壓Vin 與第一電壓Vl(接地電壓GND)分別耦接于內(nèi)部電容Cfl的兩端并對內(nèi)部電 容Cfl進行充電，使得內(nèi)部電容Cfl兩端的電壓差為輸入電壓Vin。
接下來進入第二期間，亦即控制信號PH2則為高電平，而控制信號PH1、 PH3為低電平。因此，第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第三開關(guān)SW3及第四 開關(guān)SW4為接通狀態(tài)，而第五開關(guān)SW5、第六開關(guān)SW6、第七開關(guān)SW7及第 八開關(guān)SW8為斷開狀態(tài)，且電荷泵浦電路500的等效電路如圖6B所示。此 時，內(nèi)部電容Cfl的第二端耦接至第二電壓V2(接地電壓Vin),因此，內(nèi) 部電容Cfl第一端的電壓電平由原先的Vin升壓為2Vin，并對儲存電容Cf2 進行充電至2Vin且提供電壓電平為2Vin的第一輸出電壓VOl。
"然后進入第三期間，亦即控制信號PH3則為高-電平，而控制信號PH1、 PH2為低電平。因此，第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第五開關(guān)SW5及第六開關(guān)SW6為接通狀態(tài)，而第三開關(guān)SW3、第四開關(guān)SW4、第七開關(guān)SW7及第 八開關(guān)SW8為斷開狀態(tài)，且電荷泵浦電路500的等效電路如圖6C所示。此 時，第一輸出電壓V01仍保持2Vin的電壓電平。另一方面，儲存電容Cf2 的第一端耦接至第四電壓V4(接地電壓GND),并利用儲存電容Cf2所儲存 的電荷對輸出電容Cout進行放電，使輸出電容Cout產(chǎn)生電壓電平為-2Vin 的第二輸出電壓V02。
在本實施例中，上述第一電壓、第二電壓、第三電壓與第四電壓可以 視需要而設(shè)定為各種不同電平的電壓。上述第一期間、第二期間與第三期 間僅為區(qū)分各開關(guān)接通的時序而定，并無先后順序的限制。另外，本發(fā)明 亦可提供其它倍數(shù)的第一輸出電壓與第二輸出電壓，如下實施例所述。
第二實施例
圖7示出了本發(fā)明第二實施例的電荷泵浦的電路圖。請參照圖7,此電 荷泵浦電路700包括泵浦單元710、第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第三開 關(guān)SW3、第四開關(guān)SW4、第五開關(guān)SW5、第六開關(guān)SW6、儲存電容(fly capacitor) Cf2與輸出電容Cout。
第一開關(guān)SW1的第一端耦接至第二電壓V2(例如為輸入電壓Vin),其 第二端耦接至泵浦單元710的第三端T3。第二開關(guān)SW2的第一端耦接至泵 浦單元710的第四端1M。第三開關(guān)SW3的第一端耦接至第二開關(guān)SW2的第 二端。其中，第三開關(guān)SW3的第一端耦接至第一輸出電壓V01的輸出端。 第四開關(guān)SW4的第一端耦接至第三電壓V3(例如為接地電壓GND)。第五開 關(guān)SW5的第一端耦接至第四電壓V4 (例如為接地電壓GND)。
儲存電容Cf2的第一端耦接至第三開關(guān)SW3的第二端與第五開關(guān)SW5 的第二端，而儲存電容Cf2的第二端耦接至第四開關(guān)SW4的第二端。第六 開關(guān)SW6的第一端耦接至儲存電容Cf2的第二端。輸出電容Cout的一端耦 接至接地端GND,而其另一端耦接至第六開關(guān)SW6的第二端。
泵浦單元710包括內(nèi)部電容Cfl_l ~Cfl_M(M為大于0的正整數(shù))、第 一內(nèi)部開關(guān)ISW1 —1 ~ ISW1—M、第二內(nèi)部開關(guān)ISW2-1 ~ ISW2—M與第三內(nèi)部開 關(guān)S!-S^。泵浦單元710的第一端Tl耦接至輸入電壓Vin，第二端T2耦 接至第一電壓Vl(接地電壓GND)。內(nèi)部電容Cfl-l的第二端耦接至泵浦單 元710的第三端T3。內(nèi)部電容Cfl-M的第一端耦接至果浦單元710的第四 端T4。第一內(nèi)部開關(guān)ISW1_1 ~ ISWl-M分別耦接于對應(yīng)的內(nèi)部電容Cf1 —1 ~Cfl—M的第一端與泵浦單元710第一端Tl之間。第二內(nèi)部開關(guān)ISW2_1~ ISW2-M分別耦接于對應(yīng)的內(nèi)部電容Cfl-l ~Cfl_M的第二端與泵浦單元710 第二端T2之間。
第三內(nèi)部開關(guān)S廣S^的耦接關(guān)系則為第i個第三內(nèi)部開關(guān)的第一端 耦接至第i個內(nèi)部電容的第一端，第i個第三內(nèi)部開關(guān)的第二端耦接至第 i+l個內(nèi)部電容的第二端，i為正整數(shù)且0〈i〈M。
上述已簡略描述電荷泵浦電路700的架構(gòu)與組件間的耦接關(guān)系。接下 來，進一步說明此電荷泵浦電路700的操作細(xì)節(jié)。首先，電荷泵浦電路700 進入第一期間，亦即控制信號PH1為高電平，而控制信號PH2、 PH3為低電 平，使得第一內(nèi)部開關(guān)ISW1-1 ~ ISW1-m、第二內(nèi)部開關(guān)ISW2_1 ~ ISW2_m、 第三開關(guān)SW3及第四開關(guān)SW4為接通狀態(tài)，而第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、 第五開關(guān)SW5、第六開關(guān)SW6及第三內(nèi)部開關(guān)S廣Sm—i為斷開狀態(tài)。因此， 內(nèi)部電容Cfl-l-Cfl-M并聯(lián)耦接于泵浦單元710的第一端Tl與第二端T2 之間。此時，輸入電壓Vin與第一電壓VI (接地電壓GND)對并聯(lián)的內(nèi)部電
容en—i ~cn—m充電，^^得內(nèi)部電容en—I ~cn—m兩端的電壓差為輸入
電壓Vin。
接下來進入第二期間，亦即控制信號PH2為高電平，而控制信號PH1、 PH3為低電平，使得第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第三開關(guān)SW3、第四開 關(guān)SW4及第三內(nèi)部開關(guān)S廣Sm—,為接通狀態(tài)，而第五開關(guān)SW5、第六開關(guān)SW6、 第一內(nèi)部開關(guān)ISW1-1 ~ ISW1—M及第二內(nèi)部開關(guān)ISW2 —1 ~ ISW2—M為斷開狀 態(tài)。因此，內(nèi)部電容Cfl-l Cfl-M相互串聯(lián)而成為內(nèi)部電容串，此內(nèi)部電 容串的電壓基準(zhǔn)端(內(nèi)部電容Cfl-l的第二端)耦接至泵浦單元710的第三 端T3,而此內(nèi)部電容串的電壓累增端(內(nèi)部電容Cfl-M的第一端)經(jīng)過泵浦 單元710的第四端T4與開關(guān)SW2而對儲存電容Cf2充電至(M+l卜Vin并提 供電壓電平為(M+l) *Vin的第一輸出電壓VOl。
然后于第三期間，亦即控制信號PH3為高電平，控制信號PH1、 PH2為 低電平，使得第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第五開關(guān)SW5、第六開關(guān)SW6 及第三內(nèi)部開關(guān)S廣Sw為接通狀態(tài)，而第三開關(guān)SW3、第四開關(guān)SW4、第一 內(nèi)部開關(guān)ISW1 —1 ~ ISW1—M及第二內(nèi)部開關(guān)ISW2 — 1 ~ ISW2—M為斷開狀態(tài)。 此時，第一輸出電壓V01仍維持(M+1^V—in的電壓電平。另一方面，儲存電 容Cf2的第一端耦接至第四電壓V4(接地電壓GND),并且經(jīng)過第六開關(guān)SW6而對輸出電容Cout放電并產(chǎn)生電壓電平為-(M+l)*Vin的第二輸出電壓 V02。上述第一期間、第二期間與第三期間僅為區(qū)分各開關(guān)接通的時序而定， 并無先后順序的限制。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員，可以視需要而決定泵浦單元710的內(nèi)部電容數(shù)量 (即決定M值)，因此可以產(chǎn)生出對應(yīng)倍率的第一輸出電壓VOl與第二輸出 電壓V02。另外，亦可藉由設(shè)定上述第一電壓VI、第二電壓V2、第三電壓 V3與第四電壓V4為各種不同電平的電壓，而調(diào)整第一輸出電壓V01與第二 輸出電壓V02的電平倍率。例如，可以將電荷泵浦電路700的第二電壓V2 改為接地電壓GND或其它電壓電平，使得電荷泵浦電路700可產(chǎn)生M倍輸 出電壓加V2電壓與-M倍輸出電壓減V2電壓。
第三實施例
圖8示出了本發(fā)明第三實施例的電荷泵浦的電路方塊圖。請參照圖8, 此電荷泵浦電路800包括泵浦單元810、第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第 三開關(guān)SW3、第四開關(guān)SW4、第五開關(guān)SW5、儲存電容Cf2與輸出電容Cout。 泵浦單元810具有輸入端與輸出端TOl。其中，泵浦單元810的輸入端接收 輸入電壓Vin，并于泵浦單元810的輸出端T01提供第一輸出電壓VOl。
第一開關(guān)SW1的第一端耦接至泵浦單元810的輸出端TOl。其中，第一 開關(guān)SW1的第二端耦接至第一輸出電壓V01輸出端。第二開關(guān)SW2的第一 端耦接至第一開關(guān)SW1的第二端。第三開關(guān)SW3第一端耦接至第一電壓 Vl(例如為接地電壓GND)。第四開關(guān)SW4的第一端耦接至第二電壓V2(例如 為接地電壓GND)。儲存電容Cf2的第一端耦接至第二開關(guān)SW2的第二端與 第四開關(guān)SW4的第二端，而儲存電容Cf2的第二端耦接至第三開關(guān)SW3的 第二端。第五開關(guān)SW5的第一端耦接至儲存電容Cf2的第二端。輸出電容 Cout的一端耦接至接地端GND，而其另一端耦接至第五開關(guān)SW5的第二端 與第二輸出電壓V02的輸出端。
上述已簡略描述電荷泵浦電路800的架構(gòu)與組件間的耦接關(guān)系。為了 致使本來源的技術(shù)人員能更了解本實施例的精神，以下將說明泵浦單元810 的實施方式。
圖9示出了圖8的電荷泵浦電路800的電路圖。請參照圖9，泵浦單元 810包括第一泵浦單元930_第六開關(guān)SW6、第七開關(guān)SW7、內(nèi)部電容Cfl、;. 第八開關(guān)SW8、第九開關(guān)SW9。第一泵浦單元930的第一端T5耦接至輸入電壓Vin,第一泵浦單元930的第二端T6耦接至第三電壓V3(例如為接地 電壓GND)。第一泵浦單元930包括第一內(nèi)部電容Cf —1、第十開關(guān)SWIO、第 十一開關(guān)SWll。第十開關(guān)SW10的一端為第一泵浦單元930的第一端T5, 而其另一端耦接至第一內(nèi)部電容Cf —1的第一端，其中第一內(nèi)部電容Cf-l 的第一端為第一泵浦單元930的第四端T8。第十一開關(guān)SW11的一端為第一 泵浦單元930的第二端T6，而其另一端耦接至第一內(nèi)部電容Cf —1的第二端， 其中第一內(nèi)部電容Cf-l的第二端為第一泵浦單元930的第三端T7。
第六開關(guān)SW6的第一端耦接至第四電壓V4(例如為輸入電壓Vin)，第 六開關(guān)SW6的第二端耦接至第一泵浦單元930的第三端T7。第七開關(guān)SW7 的第一端耦接至第一泵浦單元930的第四端T8。內(nèi)部電容Cfl的第一端耦 接至第七開關(guān)SW7的第二端。第八開關(guān)SW8的第一端耦接至內(nèi)部電容Cfl 的第二端，第八開關(guān)SW8的第二端耦接至第三電壓V3(接地電壓GND)。第 九開關(guān)SW9的第一端耦接至內(nèi)部電容Cfl的第二端，第九開關(guān)SW9的第二 端耦接至第四電壓V4 (輸入電壓Vin)。
上述簡略描述了泵浦單元810的電路結(jié)構(gòu)及其電路組件間的耦接關(guān)系。 接下來，進一步說明此電荷泵浦電路800的操作細(xì)節(jié)。首先，電荷泵浦電 路800進入第二期間，亦即控制信號PH2為高電平，而控制信號PH1、 PH3 為低電平，使得第一開關(guān)SW1、第二開關(guān)SW2、第三開關(guān)SW3、第九開關(guān)SW9、 第十開關(guān)SW10及第十一開關(guān)SW11為接通狀態(tài)，而第四開關(guān)SW4、第五開關(guān) SW5、第六開關(guān)SW6、第七開關(guān)SW7及第八開關(guān)SW8為斷開狀態(tài)，且電路泵 浦電路800的等效電路圖如圖IOA所示。此時，輸入電壓Vin與第三電壓 V3(接地電壓GND)對第一泵浦單元930的第一內(nèi)部電容Cf_l充電，使得第 一內(nèi)部電容Cf —1兩端的電壓差為輸入電壓Vin。
接下來進入第三期間，控制信號PH3為高電平，而控制信號PH1、 PH2 為低電平，使得第一開關(guān)SW1、第四開關(guān)SW4、第五開關(guān)SW5、第九開關(guān)SW9、 第十開關(guān)SW10及第十一開關(guān)SW11為接通狀態(tài)，而第二開關(guān)SW2、第三開關(guān) SW3、第六開關(guān)SW6、第七開關(guān)SW7及第八開關(guān)SW8為斷開狀態(tài)，且電路泵 浦電路800的等效電路圖如圖10B所示。此時，輸入電壓Vin與第三電壓 V3(接地電壓GND)仍然對第一內(nèi)部電容Cf —1充電，使得第一內(nèi)部電容Cf-l 兩端的電壓差仍為Vin。然后進入第一期間，控制信號PH1為高電平，控制信號PH2、 PH3為低 電平，使得第二開關(guān)SW2、第三開關(guān)SW3、第六開關(guān)SW6、第七開關(guān)SW7及 第八開關(guān)SW8為接通狀態(tài)，而第一開關(guān)SW1、第四開關(guān)SW4、第五開關(guān)SW5、 第九開關(guān)SW9、第十開關(guān)SW10及第十一開關(guān)SW11為斷開狀態(tài)，且電路泵浦 電3各800的等效電路圖如圖IOC所示。此時，第一內(nèi)部電容Cf-l的第二端 耦接第四電壓V4(輸入電壓Vin),因此，第一內(nèi)部電容Cf-l第一端的電壓 電平由原先的Vin升壓為2Vin，并對泵浦單元810的內(nèi)部電容Cfl進行充 電至2Vin。
再進入第二期間，此時，上述內(nèi)部電容Cfl的第二端耦接至輸入電壓 Vin，因此內(nèi)部電容Cfl第一端的電壓電平由原先的2Vin升壓為3Vin,并 對儲存電容Cf2進行充電至3Vin,且產(chǎn)生電壓電平為3Vin的第一輸出電壓 VOl。
接著，進入第三期間，上述第一輸出電壓V01由于內(nèi)部電容Cfl的第 二端仍耦接于輸入電壓Vin,所以第一輸出電壓V01的電壓電平仍保持在 3Vin。另一方面，儲存電容Cf2的第一端耦接至接地電壓GND,并利用其儲 存的電荷對輸出電容Cout進行放電，以產(chǎn)生電壓電平為-3Vin的第二輸出 電壓V02。
因此，此電荷泵浦電路800經(jīng)由反復(fù)進行上述三個期間，即可產(chǎn)生第 一輸出電壓V01為3Vin與第二輸出電壓V02為-3Vin。在本實施例中，上 迷第一期間、第二期間與第三期間僅為區(qū)分各開關(guān)接通的時序而定，并無 先后順序的限制。
另外，上述第三實施例亦可提供其它倍數(shù)的第一輸出電壓V01與第二 輸出電壓V02,只需將圖9中的第一泵浦單元930的內(nèi)部電路改變?yōu)槿鐖D 11所繪示的第一泵浦單元1130的電路形式。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員，經(jīng)由 上述實施例的披露，應(yīng)可輕易推知圖11的實施細(xì)節(jié)及應(yīng)用方式，并視需要 而決定第一泵浦單元1130的第一內(nèi)部電容數(shù)量(即決定M值)，即可產(chǎn)生出 對應(yīng)倍率的第一輸出電壓V01與第二輸出電壓V02,故在此不再贅述。
此外，在上述實施例中，泵浦單元810內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)僅為本發(fā)明的一 種實施方式，不應(yīng)用來局限本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)。而本領(lǐng)域的技術(shù)人員，可 以藉由其它可提供多倍數(shù)輸入電壓輸出的電路，來套用在本實施例的泵浦單元810中，并再搭配上述電路操作細(xì)節(jié)的說明，即可實現(xiàn)如上所述的功
效(同時產(chǎn)生M*Vin與-M4in),故不再贅述。 綜上所述，本發(fā)明具有的優(yōu)點如下
(1) 藉由儲存電容(fly-capacitor)在某個控制信號(期間)下，作為輸 出電壓的穩(wěn)壓作用，可在使用較少的電容個數(shù)下，產(chǎn)生相同的最高輸出電 壓。因此，減少電容的使用個數(shù)，可節(jié)省電路的成本。
(2) 藉由較少的控制信號(期間)，以減少電容上充電和放電不平衡的 差，可產(chǎn)生較高的輸出電壓。因此本發(fā)明效率較高，最高負(fù)載電流也比較 大。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本 領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作若干的更動與潤 飾，因此本發(fā)明的保護范圍以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵浦電路，用以依據(jù)一輸入電壓而產(chǎn)生一第一輸出電壓與一第二輸出電壓，該電荷泵浦電路包括一泵浦單元，其包括至少一內(nèi)部電容、一第一端、一第二端、一第三端與一第四端，其中該第一端耦接至該輸入電壓，該第二端耦接至一第一電壓，用以于一第一期間以該輸入電壓與該第一電壓而對該內(nèi)部電容充電，于一第二期間與一第三期間使該內(nèi)部電容基于該第三端的電壓電平而提供該第一輸出電壓給該第四端；一第一開關(guān)，具有第一端與第二端，該第一開關(guān)的第一端耦接至一第二電壓，該第一開關(guān)的第二端耦接至該泵浦單元的第三端，該第一開關(guān)于該第一期間斷開，于該第二期間與該第三期間接通；一第二開關(guān)，具有第一端與第二端，該第二開關(guān)的第一端耦接至該泵浦單元的第四端，該第二開關(guān)于該第一期間斷開，于該第二期間與該第三期間接通；一第三開關(guān)，具有第一端與第二端，該第三開關(guān)的第一端耦接至該第二開關(guān)的第二端，該第三開關(guān)于該第一期間與該第二期間接通，于該第三期間斷開，其中，第三開關(guān)的第一端耦接至該第一輸出電壓的輸出端；一第四開關(guān)，具有第一端與第二端，該第四開關(guān)的第一端耦接至一第三電壓，該第四開關(guān)于該第一期間與該第二期間接通，于該第三期間斷開；一第五開關(guān)，具有第一端與第二端，該第五開關(guān)的第一端耦接至一第四電壓，該第五開關(guān)于該第一期間與該第二期間斷開，于該第三期間導(dǎo)通；一儲存電容，具有第一端與第二端，該儲存電容的第一端耦接至該第三開關(guān)的第二端與該第五開關(guān)的第二端，該儲存電容的第二端耦接至該第四開關(guān)的第二端，該儲存電容的第二端耦于該第二期間接至該第三電壓，用以以該第一輸出電壓與該第三電壓而對該儲存電容充電，于該第三期間使該儲存電容基于該第四電壓的電壓電平而提供該第二輸出電壓給該儲存電容的第二端，該儲存電容的第二端耦接至該第三電壓，用以于該第一期間使該儲存電容基于該第三電壓的電壓電平而提供該第一輸出電壓給該儲存電容的第一端；以及一第六開關(guān)，具有第一端與第二端，該第六開關(guān)的第一端耦接至該儲存電容的第二端，該第六開關(guān)于該第一期間與該第二期間斷開，于該第三期間接通，其中，該第六開關(guān)的第二端耦接至該第二輸出電壓的輸出端。
2. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵浦電路，其中該泵浦單元還包括一第七開關(guān)，其一端為該泵浦單元的第一端，而其另一端耦接至該內(nèi)部電容的第一端，其中該內(nèi)部電容的第一端為該泵浦單元的第四端；以及 一第八開關(guān)，其一端為該泵浦單元的第二端，而其另一端耦接至該內(nèi) 部電容的第二端，其中該內(nèi)部電容的第二端為該泵浦單元的第三端。
3. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵浦電路，其中該泵浦單元還包括 M個內(nèi)部電容，.M為大于0的正整數(shù)，其中，于該第一期間使所述內(nèi)部電容并聯(lián)耦接于該泵浦單元的第一端 與第二端之間，于該第二期間與第三期間使所述內(nèi)部電容相互串聯(lián)而成為一內(nèi)部電容串，而該內(nèi)部電容串的電壓累增端耦接至該泵浦單元的第四端， 且該內(nèi)部電容串的電壓基準(zhǔn)端耦接至該泵浦單元的第三端。
4. 如權(quán)利要求3所述的電荷泵浦電路，其中該泵浦單元還包括 M個第一內(nèi)部開關(guān)，分別耦接于對應(yīng)的所述內(nèi)部電容的第一端與該泵浦單元的該第一端之間，用以于該第一期間導(dǎo)通；M個第二內(nèi)部開關(guān)，分別耦接于對應(yīng)的所述內(nèi)部電容的第二端與該泵浦 單元的該第二端之間，用以于該第一期間導(dǎo)通；以及M~l個第三內(nèi)部開關(guān)，其中第i個第三內(nèi)部開關(guān)的第一端耦接至第i 個內(nèi)部電容的第一端，第i個第三內(nèi)部開關(guān)的第二端耦接至第i+l個內(nèi)部 電容的第二端，用以于該第二期間與第三期間導(dǎo)通，使得所述內(nèi)部電容相 互串if關(guān)而成為該內(nèi)部電容串，i為正整l丈且0〈KM。
5. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵浦電路，還包括一輸出電容，其一端耦接至接地端，而其另一端耦接至該第六開關(guān)的 第二端。
6. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵浦電路，其中該第一電壓、該第三電壓 與該第四電壓為接地電壓。
7. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵浦電路，其中該第二電壓為該輸入電壓。
8. —種電荷泵浦電if各，包括一泵浦單元，具有輸入端與輸出端，該泵浦單元的輸入端接收一輸入 電壓，并于該泵浦單元的輸出端提供一第一輸出電壓；一第一開關(guān)，具有第一端與第二端，該第一開關(guān)的第一端耦接至該泵 浦單元的輸出端，該第一開關(guān)于一第一期間斷開，于一第二期間與一第三期間接通，其中，該第一開關(guān)的第二端耦接至該第一輸出電壓的輸出端；一第二開關(guān)，具有第一端與第二端，該第二開關(guān)的第一端耦接至該第 一開關(guān)的第二端，該第二開關(guān)于該第一期間與該第二期間接通，于該第三期間斷開；一第三開關(guān)，具有第一端與第二端，該第三開關(guān)的第一端耦接至一第 一電壓，該第三開關(guān)于該第一期間與該第二期間接通，于該第三期間斷開；一第四開關(guān)，具有第一端與第二端，該第四開關(guān)的第一端耦接至一第 二電壓，該第四開關(guān)于該第一期間與該第二期間斷開，于該第三期間接通；一儲存電容，具有第一端與第二端，該儲存電容的第一端耦接至該第 二開關(guān)的第二端與該第四開關(guān)的第二端，該儲存電容的第二端耦接至該第 三開關(guān)的第二端，該儲存電容的第二端于該第二期間耦接至該第一電壓， 用以以該第一輸出電壓與該第一電壓而對該儲存電容充電，于該第三期間 使該儲存電容基于該第二電壓的電壓電平而提供一第二輸出電壓給該儲存 電容的第二端，該儲存電容的第二端于第一期間耦接至該第一電壓，用以使該儲存電容基于該第一電壓的電壓電平而提供該第一輸出電壓；以及一第五開關(guān)，具有第一端與第二端，該第五開關(guān)的第一端耦接至該儲 存電容的第二端，該第五開關(guān)于該第一期間與該第二期間斷開，于該第三 期間接通，其中，該第五開關(guān)的第二端耦接至該第二輸出電壓的輸出端。
9.如權(quán)利要求8所述的電荷泵浦電路，其中該泵浦單元包括 一第一泵浦單元，具有至少一第一內(nèi)部電容、 一第一端、 一第二端、 一第三端與一第四端，其中該第一端耦接至一輸入電壓，該第二端耦接至 一第三電壓，用以于該第二期間與該第三期間以該輸入電壓與該第三電壓 而對該第一內(nèi)部電容充電，于該第一期間使該第一內(nèi)部電容基于該第三端 的電壓電平而提供一輸出電壓給該第四端；一第六開關(guān)，具有第一端與第二端，該第六開關(guān)的第一端耦接至一第 四電壓，該第六開關(guān)的第二端耦接至該第一泵浦單元的第三端，該第六開 關(guān)于該第 一 期間接通，于該第二期間與該第三期間斷開；一第七開關(guān)，具有第一端與第二端，該第七開關(guān)的第一端耦接至該第 一泵浦單元的第四端，該第七開關(guān)于該第一期間接通，于該第二期間與該 第三期間斷開；一內(nèi)部電容，具有第一端與第二端，其中該內(nèi)部電容的第一端耦接至 該第七開關(guān)的第二端，該內(nèi)部電容的第二端于該第一期間耦接至該第三電 壓，用以以該輸出電壓與該第三電壓對該內(nèi)部電容充電，于該第二期間與 該第三期間使該內(nèi)部電容基于該內(nèi)部電容的第二端的電壓電平以提供該第一輸出電壓至該泵浦單元的輸出端；一第八開關(guān)，具有第一端與第二端，該第八開關(guān)的第一端耦接至該內(nèi) 部電容的第二端，該第八開關(guān)的第二端耦接至該第三電壓，該第八開關(guān)于 該第一期間接通，于該第二期間與第三期間斷開；以及一第九開關(guān)，具有第一端與第二端，該第九開關(guān)的第一端耦接至該內(nèi) 部電容的第二端，該第九開關(guān)的第二端耦接至該第四電壓，該第八開關(guān)于 該第一期間斷開，于該第二期間與第三期間接通。
10. 如權(quán)利要求9所述的電荷泵浦電路，其中該第三電壓為接地電壓。
11. 如權(quán)利要求9所述的電荷泵浦電路，其中該第四電壓為該輸入電壓。
12. 如權(quán)利要求9所述的電荷泵浦電路，其中該第一泵浦單元還包括 一第十開關(guān)，其一端為該第一泵浦單元的該第一端，而其另一端耦接至該第一內(nèi)部電容的第一端，其中該第一內(nèi)部電容的第一端為該第一泵浦 單元的該第四端；以及一第十一開關(guān)，其一端為該第一泵浦單元的該第二端，而其另一端耦 接至該第一內(nèi)部電容的第二端，其中該第一內(nèi)部電容的第二端為該第一泵 浦單元的該第三端。
13. 如權(quán)利要求9所述的電荷泵浦電路，其中該第一泵浦單元還包括 M個第一內(nèi)部電容，M為大于O的正整數(shù)，其中，于該第二期間與該第三期間使所述第 一 內(nèi)部電容并聯(lián)耦接于該 第一泵浦單元的第 一端與第二端之間，于該第一期間使所述第一 內(nèi)部電容 相互串聯(lián)而成為一內(nèi)部電容串，而該內(nèi)部電容串的電壓累增端耦接至該第 一泵浦單元的第四端，且該內(nèi)部電容串的電壓基準(zhǔn)端耦接至該第一泵浦單 元的第三端。
14. 如權(quán)利要求13所述的電荷泵浦電路，其中該第一泵浦單元還包括:M個第一內(nèi)部開關(guān)，分別耦接于對應(yīng)的所述第一內(nèi)部電容的第一端與該 第 一 泵浦單元的該第 一 端之間，用以于該第 一 期間導(dǎo)通；M個第二內(nèi)部開關(guān)，分別耦接于對應(yīng)的所述第一內(nèi)部電容的第二端與該第一泵浦單元的該第二端之間，用以于該第一期間導(dǎo)通；以及M-l個第三內(nèi)部開關(guān)，其中第i個第三內(nèi)部開關(guān)的第一端耦接至第i個 第一內(nèi)部電容的第一端，第i個第三內(nèi)部開關(guān)的第二端耦接至第i+l個第 一內(nèi)部電容的第二端，用以于該第二期間與第三期間導(dǎo)通，使得所述第一 內(nèi)部電容相互串聯(lián)而成為該內(nèi)部電容串，i為正整數(shù)且(KKM。
15. 如權(quán)利要求8所述的電荷泵浦電路，還包括一輸出電容，其一端耦接至接地端，而其另一端耦接至該第五開關(guān)的 第二端。
16. 如權(quán)利要求8所述的電荷泵浦電路，其中該第一電壓、該第二電壓 為接地電壓。
全文摘要
一種電荷泵浦電路。此電荷泵浦電路包括泵浦單元、第一開關(guān)至第六開關(guān)、儲存電容(fly capacitor)與輸出電容。其中，于第一期間使輸入電壓與第一電壓各自經(jīng)由泵浦單元的第一端與第二端而對其內(nèi)部至少一電容充電。于第二期間，使泵浦單元的內(nèi)部電容基于經(jīng)由第一開關(guān)的第二電壓電平而經(jīng)由第二開關(guān)提供電荷給儲存電容并產(chǎn)生第一輸出電壓。于第三期間，使儲存電容基于經(jīng)由其第三開關(guān)的第三電壓電平而經(jīng)由第六開關(guān)提供電荷給輸出電容使其產(chǎn)生第二輸出電壓。
文檔編號G05F3/02GK101493715SQ20081000464
公開日2009年7月29日 申請日期2008年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月21日
發(fā)明者謝致遠(yuǎn), 顏志仁 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司