CN101162566A - 控制电荷泵的方法与相关的工作电压产生电路 - Google Patents

Abstract

一种控制一电荷泵的方法，该电荷泵用来提供一工作电压给一后级电路，且该电荷泵具有多个开关，该方法包含有：调整一时脉信号的时序，以产生与该后级电路的电流消耗周期同步的一调整后的时脉信号；依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号；以及依据该多个控制信号控制该多个开关的切换时序。

Description

控制电荷泵的方法与相关的工作电压产生电路

技术领域

本发明有关于降低工作电压抖动的技术，尤指用来控制电荷泵的方法与相关的工作电压产生电路。

背景技术

电荷泵(charge pump)常被用来作为升压电路(booster)或倍压电路(voltage multiplier)。举例而言，在液晶显示面板的驱动电路当中，常会利用电荷泵来提升低电压源(例如锂电池)的输出电压，以提供较高伏特数的工作电压给源极驱动电路(source driver IC)及共用电压驱动电路(Vcom driverIC)等电路元件。

一般而言，施加在液晶单元两端的电压极性必须每隔一预定时间进行反转，以避免液晶材料产生极化(polarization)而造成永久性的破坏。例如，若采用线反转(line inversion)的模式，则每一条扫瞄线上的所有像素会具有相同的电压极性，但会与相邻扫瞄线上的像素的电压极性相反。若采用点反转(dot inversion)的模式，则每一像素的电压极性会与其周围相邻像素的电压极性相反。

当液晶显示面板的电压极性开始反转之际，共用电压驱动电路与源极驱动电路的电流消耗最大，故此时也是该电荷泵负载最大的时间。如前所述，由于液晶显示面板的电压极性必须周期性地进行反转，故该电荷泵的负载大小会呈现周期性的变化，因而造成所输出的工作电压发生剧烈的抖动情形。如此一来，将会严重影响到操作在该工作电压下的电路元件(如前述的共用电压驱动电路与源极驱动电路)的正常运作。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供控制电荷泵的方法与相关的工作电压产生电路，以有效降低电荷泵的输出电压的抖动情形。

本发明的实施例提供了一种控制一电荷泵的方法，该电荷泵用来提供一工作电压给一液晶显示面板，且该电荷泵中具有多个开关，该方法包含有：调整一时脉信号的时序，以产生与该液晶显示面板的极性反转周期同步的一调整后的时脉信号；依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号；以及依据该多个控制信号控制该多个开关的切换时序。

本发明的实施例另提供了一种工作电压产生电路，其包含有：一电荷泵，具有多个开关；一调整电路，用来调整一时脉信号的时序，以产生与一液晶显示面板的极性反转周期同步的一调整后的时脉信号；以及一控制信号产生器，耦接于该调整电路与该电荷泵，用来依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号，以控制该多个开关的切换时序。

本发明的实施例还提供了一种控制一电荷泵的方法，该电荷泵用来提供一工作电压给一后级电路，且该电荷泵具有多个开关，该方法包含有：调整一时脉信号的时序，以产生与该后级电路的电流消耗周期同步的一调整后的时脉信号；依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号；以及依据该多个控制信号控制该多个开关的切换时序。

另外，本发明的实施例亦提供了一种工作电压产生电路，其包含有：一电荷泵，具有多个开关；一调整电路，用来调整一时脉信号的时序，以产生与一后级电路的电流消耗周期同步的一调整后的时脉信号；以及一控制信号产生器，耦接于该调整电路与该电荷泵，用来依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号，以控制该多个开关的切换时序。

附图说明

图1为本发明的工作电压产生电路的一实施例简化后的方块图。

图2为本发明的电荷泵的一较佳实施例的示意图。

图3为搭配图2的电荷泵的控制信号产生器的一较佳实施例示意图。

图4为描述图2的电荷泵的运作情形的时序图。

具体实施方式

在说明书及后续的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求书当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或透过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。

请参考图1，其所绘示为本发明一实施例的工作电压产生电路100简化后的方块图。如图所示，工作电压产生电路100包含有一调整电路110、一控制信号产生器120以及一电荷泵(charge pump)130。为方便说明起见，以下假设工作电压产生电路100应用于一液晶显示面板中，用来产生该液晶显示面板中的共用电压驱动电路与源极驱动电路等元件所需的工作电压Vo。在工作电压产生电路100中，调整电路110用来调整一系统时脉信号CLK的时序，以产生与该液晶显示面板的极性反转周期同步的一调整后的时脉信号ACLK。接着，控制信号产生器120会依据该调整后的时脉信号ACLK产生控制信号来控制电荷泵130的运作。以下先就本发明的控制信号产生器120与电荷泵130的运作及实施方式作进一步说明。

请参考图2及图3。图2所绘示为本发明的电荷泵130的一较佳实施例的示意图。图3则搭配图2的电荷泵130的控制信号产生器120的一较佳实施例。在本实施例中，电荷泵130由多个开关与多个电容所组成的一开关电容(switch-capacitor)电荷泵，其功能用来作为一升压电路(booster)或倍压电路(voltage multiplier)。进一步而言，电荷泵130会依据一电压源(例如锂电池，未绘示于图式)所提供的较低伏特数的输出电压Vi，来产生一较高伏特数的工作电压Vo。如图2所示，电荷泵130包含有四个开关单元210、220、230与240，以及两个电容250及260。其中，电容250又称为快速(flying)电容，而电容260又称为稳压电容(regulator capacitor)。如图2所示，电荷泵130中的开关210、230与240可利用PMOS电晶体来实现，而开关220则可以NMOS电晶体来实现。至于图2中的S1、S1B及S2代表控制信号产生器120所产生的多个控制信号。在本例中，控制信号S1为高准位有效信号(high-active)，而控制信号S1B与S2两者为低准位有效信号(low-active)。

如图3所示，本实施例的控制信号产生器120包含有一RS锁存器(RSlatch)310以及一“非”门320。RS锁存器310用来依据调整电路110输出的调整后的时脉信号ACLK，来产生控制两控制信号S1与S2，而“非”门320则用来产生与控制信号S1反相的另一控制信号S1B。如图2所示，控制信号S1用来控制电荷泵130中的开关220，控制信号S1B用来控制开关230，而控制信号S2则用来控制开关210与240。调整电路110产生该调整后的时脉信号ACLK的运作方式将稍后说明，以下先利用图4来说明控制信号产生器120与电荷泵130两者的互动情形。

图4为电荷泵130在控制信号产生器120控制下进行运作的一实施例的时序图400。在时序图400中，由于RS锁存器310中的“与”门与“或”门皆会有些许的延迟效果，故RS锁存器310所产生的控制信号S1与S2两者的有效期间(active period)间会有一间隔T1存在。这样的设计方式可避免电荷泵130中的开关210与220两者同时开启而造成电压源短路的情形。为方便说明电荷泵130所输出的工作电压Vo的变化情形，在此假设电荷泵130中的快速电容250与稳压电容260两者的电容值相等，且电荷泵130的后级电路(如共用电压驱动电路与源极驱动电路)的电流消耗量为一固定值。在运作上，当电荷泵130中的开关220与230开启(turn on)而开关210与240关闭(turn off)时，快速电容250的负端(-)会经由开关220接地，而其正端(+)则会经由开关230耦接到电压源并充电至电位Vi。接着，当开关220与230关闭而开关210与240开启时，快速电容250的负端会经由开关210耦接至电压源，而其正端则会经由开关240耦接至稳压电容260并将电荷导入稳压电容260中。

如时序图400所示，当开关210与240开启时(如图中的区间A)，快速电容250与稳压电容260两者会互相耦接进行电荷分享。在快速电容250与稳压电容260两者耦接的瞬间，稳压电容260的正端电压(亦即工作电压Vo)会因快速电容250的电荷分享效应而迅速地由V1提升(pull up)至V2，其中V2接近于两倍的Vi。接着，由于电荷泵130的后级电路会消耗快速电容250与稳压电容260两者所储存的电荷，故电荷泵130所输出的工作电压Vo会逐渐下降。当开关210与240关闭时(如图中的区间B)，快速电容250则会与稳压电容260分开，以便进行前述的充电运作。此时，由于电荷泵130中仅剩稳压电容260在供给电荷给后级电路，故该工作电压Vo在区间B内的下降速度会大于在区间A内的下降速度。在本例中，由于假设快速电容250与稳压电容260两者的电容值相等，且电荷泵130的后级电路的电流消耗为固定值，故该工作电压Vo在区间B内的下降速度会是在区间A内的两倍。

然而，实际上电荷泵130的后级电路的电流消耗并非固定值。当后级电路的电流消耗量越大，该工作电压Vo的下降速度也会越快。如前所述，当该液晶显示面板的电压极性开始反转时，共用电压驱动电路与源极驱动电路的电流消耗会达到最大，故电荷泵130的最大负载时段会集中在该液晶显示面板的电压极性开始反转的这段期间内。倘若该液晶显示面板的电压极性开始反转的期间位于时序图400中的区间B之内，则该工作电压Vo会因共用电压驱动电路与源极驱动电路所消耗的电荷量大幅增加而发生剧烈下降的情形。当该工作电压Vo下降的幅度过大时(相当于该工作电压Vo中出现不可忽视的噪声)，便会影响到电荷泵130的后级电路的正常运作。

为了避免这样的情况发生，本发明的工作电压产生电路100中的调整电路110与控制信号产生器120会控制电荷泵130中各个开关的运作时序，俾使电荷泵130中的快速电容250与稳压电容260两者相互耦接的时段(即时序图400中的区间A)，能对应于电荷泵130的最大负载时段，亦即该液晶显示面板的电压极性开始反转的期间，以降低该工作电压Vo的抖动情形。

进一步而言，本发明的调整电路110会调整该液晶显示面板的系统时脉信号CLK的时序，以产生与该液晶显示面板的极性反转周期同步的一调整后的时脉信号ACLK。在一较佳实施例中，调整电路110会接收该系统时脉信号CLK与控制该液晶显示面板的极性反转周期的一极性反转控制信号ICS，并检测该系统时脉信号CLK与该极性反转控制信号ICS两者间的相位差。接着，调整电路110再依据检测的结果补偿适当的延迟量给该系统时脉信号CLK，以使所输出的调整后的时脉信号ACLK能同步于该极性反转控制信号ICS。换言之，调整电路110可藉由延迟该系统时脉信号CLK的时序的方式，来产生该调整后的时脉信号ACLK。所属技术领域中具有公知常识的普通技术人员应可理解，当调整后的时脉信号ACLK同步于该极性反转控制信号ICS时，便相当于是与该液晶显示面板的极性反转周期同步。如此一来，控制信号产生器120只要依据该调整后的时脉信号ACLK产生多个控制信号S1、S1B及S2来控制电荷泵130中该多个开关的切换时序，便能使电荷泵130的快速电容250与稳压电容260两者相互耦接的时段(即时序图400所示的区间A)对应于该液晶显示面板的电压极性开始反转的期间(亦即电荷泵130的最大负载时段)，以降低该工作电压Vo中的噪声。

实作上，调整电路110可用一可编程延迟级(programmable delay stage)、一延迟锁定回路、或一锁相回路等电路来实现。请注意，电荷泵130中的开关与电容个数以及个别开关的实施方式，并不局限于前揭的实施例。例如，亦可将快速电容或稳压电容的个数拓展至两个或两个以上。

此外，前揭工作电压产生电路100的架构与其控制电荷泵130的方法，并不限定仅能应用在液晶显示面板中。在实际应用上，只要电荷泵的后级电路的电流消耗量会呈现周期性的变化，便能应用前述控制电荷泵的方法与相关架构来有效降低电荷泵的输出电压的抖动情形，确保电荷泵的后级电路能正常运作，进而提升整体系统的效能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种控制一电荷泵的方法，该电荷泵用来提供一工作电压给一液晶显示面板，且该电荷泵中具有多个开关，该方法包含有：

调整一时脉信号的时序，以产生与该液晶显示面板的极性反转周期同步的一调整后的时脉信号；

依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号；以及

依据该多个控制信号控制该多个开关的切换时序。

2.如权利要求1所述的方法，其中调整该时脉信号的时序的步骤包含有：

接收控制该极性反转周期的一极性反转控制信号；以及

延迟该时脉信号的时序，以使调整后的时脉信号同步于该极性反转控制信号。

3.一种工作电压产生电路，其包含有：

一电荷泵，具有多个开关；

一调整电路，用来调整一时脉信号的时序，以产生与一液晶显示面板的极性反转周期同步的一调整后的时脉信号；以及

一控制信号产生器，耦接于该调整电路与该电荷泵，用来依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号，以控制该多个开关的切换时序。

4.如权利要求3所述的工作电压产生电路，其中该调整电路会接收控制该极性反转周期的一极性反转控制信号，并延迟该时脉信号的时序，以使调整后的时脉信号同步于该极性反转控制信号。

5.如权利要求3所述的工作电压产生电路，其中该控制信号产生器包含有一RS锁存器(RS latch)。

6.一种控制一电荷泵的方法，该电荷泵用来提供一工作电压给一后级电路，且该电荷泵具有多个开关，该方法包含有：

调整一时脉信号的时序，以产生与该后级电路的电流消耗周期同步的一调整后的时脉信号；

依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号；以及

依据该多个控制信号控制该多个开关的切换时序。

7.如权利要求6所述的方法，其中调整该时脉信号的时序的步骤包含有：

接收对应该后级电路的电流消耗周期的一周期性信号；以及

延迟该时脉信号的时序，以使调整后的时脉信号同步于该周期性信号。

8.一种工作电压产生电路，其包含有：

一电荷泵，具有多个开关；

一调整电路，用来调整一时脉信号的时序，以产生与一后级电路的电流消耗周期同步的一调整后的时脉信号；以及

一控制信号产生器，耦接于该调整电路与该电荷泵，用来依据该调整后的时脉信号产生多个控制信号，以控制该多个开关的切换时序。

9.如权利要求8所述的工作电压产生电路，其中该调整电路会接收对应该后级电路的电流消耗周期的一周期性信号，并延迟该时脉信号的时序，以使调整后的时脉信号同步于该周期性信号。

10.如权利要求8所述的工作电压产生电路，其中该控制信号产生器包含有一RS锁存器(RS latch)。

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