半電壓比電荷泵電路的制作方法
【專利摘要】一種半電壓比電荷泵電路，包含浮動電容器電性耦接于第一節(jié)點與第二節(jié)點之間。八開關(guān)受控以執(zhí)行四操作階段，于該些階段期間進行電荷儲存以及轉(zhuǎn)移，藉此，產(chǎn)生正輸出電壓的值大約為正輸入電壓的一半，且產(chǎn)生負輸出電壓的值大約為負輸入電壓的一半。
【專利說明】半電壓比電荷泵電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種電荷泵電路，特別是關(guān)于一種半電壓比(half-rat1)電荷泵電路(charge pump)，其輸出電壓大約為輸入電壓的一半。

【背景技術(shù)】
[0002]電荷泵電路為一種電源轉(zhuǎn)換器，用以將直流電源從一電壓電平轉(zhuǎn)換至另一電壓電平。電荷泵電路一般會使用電容器作為能量儲存元件，用以產(chǎn)生較高或較低的電壓源。電荷泵電路例如可適用于源極驅(qū)動器的輸出入級，用以驅(qū)動液晶顯示器。
[0003]電荷泵電路通常需要使用多個浮動(flying)電容器，用以分別產(chǎn)生正輸出電壓及負輸出電壓。然而，具相當(dāng)電容值的電容器需占用相當(dāng)?shù)碾娐访娣e，此不利于集成電路的設(shè)計。
[0004]電荷泵電路還需要使用高壓元件(例如高壓晶體管)，用以獲得與(例如源極驅(qū)動器)輸出入級相當(dāng)?shù)碾妷弘娖?。高壓元件的設(shè)計要求較低壓元件來得嚴(yán)格，且占用更多的布局面積。
[0005]低壓降(LDO)調(diào)節(jié)器或電路經(jīng)常被使用來建構(gòu)源極驅(qū)動器的電源轉(zhuǎn)換器，用以產(chǎn)生輸入電壓一半大小的輸出電壓。然而，低壓降電路的電源效率卻很低。
[0006]因此亟需提出一種新穎的電荷泵電路，以簡化電路架構(gòu)及較少布局面積來產(chǎn)生特定輸出電壓。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述，本發(fā)明實施例的目的之一在于提供一種半電壓比電荷泵電路，具高電源效率及小布局面積，僅使用單一浮動電容器以產(chǎn)生正輸入電壓一半大小的正輸出電壓，且產(chǎn)生負輸入電壓一半大小的負輸出電壓。
[0008]根據(jù)本發(fā)明實施例，半電壓比電荷泵電路包含浮動電容器、八開關(guān)、第一穩(wěn)壓電容器及第二穩(wěn)壓電容器。浮動電容器電性耦接于第一節(jié)點與第二節(jié)點之間。八開關(guān)包含第一至第八開關(guān)，其受控以執(zhí)行四操作階段，于該些階段期間進行電荷儲存以及轉(zhuǎn)移。第一穩(wěn)壓電容器經(jīng)由第三開關(guān)電性耦接于第一節(jié)點，且第二穩(wěn)壓電容器經(jīng)由第四開關(guān)電性耦接于第二節(jié)點。正輸入電壓經(jīng)由第一開關(guān)電性耦接于第一節(jié)點，負輸入電壓經(jīng)由第二開關(guān)電性耦接于第二節(jié)點，第一節(jié)點經(jīng)由第五開關(guān)電性耦接于地，第二節(jié)點經(jīng)由第六開關(guān)電性耦接于地，第一節(jié)點經(jīng)由第七開關(guān)以提供正輸出電壓，且第二節(jié)點經(jīng)由該第八開關(guān)以提供負輸出電壓，藉此，正輸出電壓的值大約為正輸入電壓的一半，且負輸出電壓的值大約為負輸入電壓的一半。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1顯示本發(fā)明實施例的半電壓比電荷泵電路的電路示意圖。
[0010]圖2至圖5分別顯示圖1的電荷泵電路的開關(guān)于第一至第四操作階段的斷開或閉合狀態(tài)。
[0011][標(biāo)號說明]
[0012]100 電荷泵電路VSP正輸入電壓
[0013]VSN 負輸入電壓VCI正輸出電壓
[0014]VCL 負輸出電壓A第一節(jié)點
[0015]B 第二節(jié)點Cf浮動電容器
[0016]Crl第一穩(wěn)壓電容器Crt第二穩(wěn)壓電容器
[0017]Sffl 第一開關(guān)SW2第二開關(guān)
[0018]SW3 第三開關(guān)SW4第四開關(guān)
[0019]SW5 第五開關(guān)SW6第六開關(guān)
[0020]SW7 第七開關(guān)SW8第八開關(guān)

【具體實施方式】
[0021]圖1顯示本發(fā)明實施例的半電壓比(half-rat1)電荷泵電路100的電路示意圖。電荷泵電路100接收一正輸入電壓VSP與一負輸入電壓VSN。藉此，電荷泵電路100產(chǎn)生一正輸出電壓VCI，其值大約為正輸入電壓VSP的一半，并產(chǎn)生一負輸出電壓VCL，其值大約為負輸入電壓VSN的一半。由于輸出電壓VCI/VCL與輸入電壓VSP/VSN的比值大約為二分之一，因此電荷泵電路100稱為半電壓比電荷泵電路。
[0022]本實施例的電荷泵電路100包含一浮動(flying)電容器CF，其電性耦接于第一節(jié)點A與第二節(jié)點B之間。本實施例僅使用單一浮動電容器CF，而非如傳統(tǒng)電荷泵電路使用二浮動電容器。本實施例還使用八開關(guān)SWl?SW8，其受控于控制器以執(zhí)行四操作階段I至4，于該些階段期間進行電荷儲存以及轉(zhuǎn)移。本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用傳統(tǒng)電子元件(例如金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管)來實施每一個開關(guān)SWl?SW8。也就是說，本說明書所稱的“開關(guān)”是廣泛指稱切換(switching)電子元件，而非局限于機械式的開關(guān)零件?；パa式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造技術(shù)可適用于本實施例所揭示的電路架構(gòu)的制造。
[0023]本實施例僅使用低壓(LV)元件，例如低壓金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，相較于傳統(tǒng)電荷泵電路需使用一些高壓(HV)元件。因此，本實施例較傳統(tǒng)電荷泵電路使用較少布局面積而能達到高電源效率。在本說明書中，“高壓(HV) ”或“低壓(LV) ”為一種相對的概念，其大小視技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用而定。例如，低壓可定義為小于一極小電壓(例如5伏特、3.3伏特或更小)的電壓值，而高壓則定義為大于前述極小電壓的電壓值。高壓元件一般是用于電子系統(tǒng)的輸出入級，例如于源極驅(qū)動器中用以驅(qū)動液晶顯示器。
[0024]繼續(xù)參閱圖1，正輸入電壓VSP經(jīng)由第一開關(guān)SWl電性耦接于第一節(jié)點A，且負輸入電壓VSN經(jīng)由第二開關(guān)SW2電性耦接于第二節(jié)點B。第一穩(wěn)壓電容器(reservoircapacitor) Crl經(jīng)由第三開關(guān)SW3電性耦接于第一節(jié)點A，且第二穩(wěn)壓電容器(；2經(jīng)由第四開關(guān)SW4電性耦接于第二節(jié)點B。第一 /第二穩(wěn)壓電容器Crt/(；2可用以將脈沖信號予以平滑化。在本實施例中，第一 /第二穩(wěn)壓電容器Crt/(^2與浮動電容器Cf的電容值大致相同。第一節(jié)點A經(jīng)由第五開關(guān)SW5電性耦接于地，且第二節(jié)點B經(jīng)由第六開關(guān)SW6電性耦接于地。第一節(jié)點A經(jīng)由第七開關(guān)SW7以提供正輸出電壓VCI，且第二節(jié)點B經(jīng)由第八開關(guān)SW8以提供負輸出電壓VCL。
[0025]圖2顯示圖1的電荷泵電路100的開關(guān)于第一操作階段的斷開(open)或閉合(close)狀態(tài)。于操作階段1，第一開關(guān)SWl及第四開關(guān)SW4為閉合，而其它開關(guān)(亦即SW2?SW3及SW5?SW8)為斷開。藉此，正輸入電壓VSP(經(jīng)由閉合的第一開關(guān)SWl)對浮動電容器Cf充電,且(經(jīng)由閉合的第四開關(guān)SW4)對第二穩(wěn)壓電容器C1^2充電。相應(yīng)于正輸入電壓VSP的電荷儲存于浮動電容器Cf與第二穩(wěn)壓電容器&2。因此,浮動電容器Cf (第一節(jié)點A相對于第二節(jié)點B)的充電電壓大約為正輸入電壓VSP的一半。
[0026]接著，于操作階段2，如第三圖所示，第六開關(guān)SW6及第七開關(guān)SW7為閉合，而其它開關(guān)(亦即SWl?SW5及SW8)為斷開。藉此，于前一操作階段(亦即，第一操作階段)儲存于浮動電容器Cf的電荷從第一節(jié)點A(經(jīng)由閉合的第七開關(guān)SW7)進行轉(zhuǎn)移。因此，可提供正輸出電壓VCI，其值大約為正輸入電壓VSP的一半。
[0027]于接下來的操作階段(亦即，第三及第四操作階段)，可依第一及第二操作階段獲得正輸出電壓VCI的類似原理以得到負輸出電壓VCL。圖4顯示圖1的電荷泵電路100的開關(guān)于第三操作階段的斷開或閉合狀態(tài)。于操作階段3，第二開關(guān)SW2及第三開關(guān)SW3為閉合，而其它開關(guān)(亦即SWl及SW4?SW8)為斷開。藉此，負輸入電壓VSN(經(jīng)由閉合的第二開關(guān)SW2)對浮動電容器Cf充電，且(經(jīng)由閉合的第三開關(guān)SW3)對第一穩(wěn)壓電容器Crt充電。相應(yīng)于負輸入電壓VSN的電荷儲存于浮動電容器Cf與第一穩(wěn)壓電容器Crt。因此，浮動電容器Cf (第二節(jié)點B相對于第一節(jié)點A)的充電電壓大約為負輸入電壓VSN的一半。
[0028]接著，于操作階段4，如圖5所示，第五開關(guān)SW5及第八開關(guān)SW8為閉合，而其它開關(guān)(亦即SWl?SW4及SW6?SW7)為斷開。藉此，于前一操作階段(亦即，第三操作階段)儲存于浮動電容器Cf的電荷從第二節(jié)點B(經(jīng)由閉合的第八開關(guān)SW8)進行轉(zhuǎn)移。因此，可提供負輸出電壓VCL，其值大約為負輸入電壓VSN的一半。
[0029]根據(jù)上述實施例，電荷泵電路100使用單一浮動電容器Cf，其于操作階段I?2是作為正電荷泵的浮動電容器，并于操作階段3?4作為負電荷泵的浮動電容器。換句話說，本實施例的電荷泵電路100可交替作為正電荷泵及負電荷泵，且單一浮動電容器Cf可共享于操作階段I?2與操作階段3?4。
[0030]此外，相較于傳統(tǒng)使用低壓降(LDO)電路的電源轉(zhuǎn)換器，本實施例的電荷泵電路100消耗較少電流。因此，本實施例的電荷泵電路100較傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換器具有較高的電源效率。
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用以限定本發(fā)明的權(quán)利要求范圍；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包含在上述的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半電壓比電荷泵電路，包含: 一浮動電容器，電性耦接于第一節(jié)點與第二節(jié)點之間； 八開關(guān)，包含第一至第八開關(guān)，其受控以執(zhí)行四操作階段，于該些階段期間進行電荷儲存以及轉(zhuǎn)移； 一第一穩(wěn)壓電容器，經(jīng)由該第三開關(guān)電性耦接于該第一節(jié)點 '及 一第二穩(wěn)壓電容器，經(jīng)由該第四開關(guān)電性耦接于該第二節(jié)點； 其中，正輸入電壓經(jīng)由該第一開關(guān)電性I禹接于該第一節(jié)點，負輸入電壓經(jīng)由該第二開關(guān)電性耦接于該第二節(jié)點，該第一節(jié)點經(jīng)由該第五開關(guān)電性耦接于地，該第二節(jié)點經(jīng)由該第六開關(guān)電性耦接于地，該第一節(jié)點經(jīng)由該第七開關(guān)以提供正輸出電壓，且該第二節(jié)點經(jīng)由該第八開關(guān)以提供負輸出電壓，藉此，該正輸出電壓的值大約為該正輸入電壓的一半，且該負輸出電壓的值大約為該負輸入電壓的一半。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半電壓比電荷泵電路，其中該第一至第八開關(guān)包含金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半電壓比電荷泵電路，其中該第一至第八開關(guān)不包含高壓元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半電壓比電荷泵電路，其中該第一穩(wěn)壓電容器、該第二穩(wěn)壓電容器及該浮動電容器的電容值大致相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第一操作階段期間，該第一開關(guān)及該第四開關(guān)為閉合，而其它開關(guān)為斷開，藉此，該浮動電容器的充電電壓大約為該正輸入電壓的一半。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第一操作階段期間，該正輸入電壓對該浮動電容器及該第二穩(wěn)壓電容器充電，藉此，相應(yīng)于該正輸入電壓的電荷儲存于該浮動電容器與該第二穩(wěn)壓電容器。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第二操作階段期間，該第六開關(guān)及該第七開關(guān)為閉合，而其它開關(guān)為斷開，藉此，提供該正輸出電壓的值大約為該正輸入電壓的一半。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第二操作階段期間，該第一操作階段儲存于該浮動電容器的電荷從該第一節(jié)點進行轉(zhuǎn)移。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第三操作階段期間，該第二開關(guān)及該第三開關(guān)為閉合，而其它開關(guān)為斷開，藉此，該浮動電容器的充電電壓大約為該負輸入電壓的一半。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第三操作階段期間，該負輸入電壓對該浮動電容器及該第一穩(wěn)壓電容器充電，藉此，相應(yīng)于該負輸入電壓的電荷儲存于該浮動電容器與該第一穩(wěn)壓電容器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第四操作階段期間，該第五開關(guān)及該第八開關(guān)為閉合，而其它開關(guān)為斷開，藉此，提供該負輸出電壓的值大約為該負輸入電壓的一半。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半電壓比電荷泵電路，其中于該第四操作階段期間，該第三操作階段儲存于該浮動電容器的電荷從該第二節(jié)點進行轉(zhuǎn)移。
【文檔編號】H02M3/06GK104518662SQ201310454543
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】莊振榮 申請人:奇景光電股份有限公司