CN101162867B

CN101162867B - 电荷泵系统及其操作方法

Info

Publication number: CN101162867B
Application number: CN2007101887864A
Authority: CN
Inventors: 廖伟见
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AU Optronics Corp
Priority date: 2007-11-20
Filing date: 2007-11-20
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: CN101162867A

Abstract

本发明是关于一种电荷泵系统，包含电荷泵电路、电平移位电路以及启动电路。电荷泵电路具有电压输出端及电压输入端，并用以于电压输入端接收输入电压而于电压输出端产生输出电压。电平移位电路电性耦接于电荷泵电路的电压输出端。启动电路则是电性耦接于电压输入端以及电荷泵电路的电压输出端之间。在此亦揭露一种电荷泵系统的操作方法。

Description

电荷泵系统及其操作方法

技术领域

本发明是有关于一种电荷泵系统及其操作方法，且特别是有关于一种液晶显示器中的电荷泵系统及其操作方法。

背景技术

液晶显示器中通常包含电荷泵系统，用来产生二倍或三倍于电源供应电压的正输出电压，或者是产生二倍或三倍于电源供应电压的负输出电压，藉以供显示器中的驱动器或其它电路使用。此电荷泵系统一般包括电荷泵(charge pump)以及电平移位电路(level shifter)，其中电平移位电路用以将时序信号的电平拉升，以产生不同振幅大小的时序信号，提供给电荷泵使用，使得电荷泵可藉以产生不同电平的输出电压；而电荷泵则是根据电平移位电路所产生的不同振幅的时序信号，将电源供应电压转换为二倍或三倍于电源供应电压的输出电压，并将所产生的输出电压提供给电平移位电路使用，如此形成一个相互关联且共生的回路。

然而，当刚开始整体电路不稳定或者是电源供应电压一开始由0V逐渐增加时，电源供应电压的初始值可能会有不稳定或是太小的情况，导致电荷泵无法确实地提供电压使电平移位电路正常动作。一旦电平移位电路无法正常动作，电荷泵也就无法根据电平移位电路所产生的时序信号来输出所需的电压。

发明内容

本发明的目的是在提供一种电荷泵系统及其操作方法，藉以克服当整体电路不稳定或是电源供应电压刚开始增加时，电荷泵系统无法正常操作的问题。

本发明的一技术样态关于一种电荷泵系统，此电荷泵系统包含一电荷泵电路，具有一电压输出端及一电压输入端，并用以于所述的电压输入端接收一输入电压而于所述的电压输出端产生一输出电压；一电平移位电路，电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端；以及一启动电路，电性耦接于所述的电压输入端以及所述的电荷泵电路的电压输出端之间，且该启动电路包括：一反相器，具有一输入端以及一输出端，所述的输入端用以接收一第一时序信号；一电容器，具有一第一端以及一第二端，所述的第一端电性耦接于所述的反相器的输出端；一第一二极管，具有一第一阳极端以及一第一阴极端，所述的第一阳极端电性耦接于所述的输入电压，所述的第一阴极端电性耦接于所述的电容器的第二端；以及一第二二极管，具有一第二阳极端以及一第二阴极端，所述的第二阳极端电性耦接于所述的电容器的第二端，所述的第二阴极端电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端。

本发明的一技术另样态关于一种电荷泵系统，此电荷泵系统包含一电荷泵电路，具有一电压输出端及一电压输入端，并用以于所述的电压输入端接收一输入电压而于所述的电压输出端产生一输出电压；一电平移位电路，电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端；以及一启动电路，电性耦接于所述的电压输入端以及所述的电荷泵电路的电压输出端之间，且该启动电路包括：一反相器，具有一输入端以及一输出端，所述的输入端用以接收一第一时序信号；一电容器，具有一第一端以及一第二端，所述的第一端电性耦接于所述的反相器的输出端；一第一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述的第一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的一栅极端及源极或漏极端中的一个电性耦接于所述的输入电压，所述的第一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极或漏极端中的另一个电性耦接于所述的电容器的第二端；以及一第二N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述的第二N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的一栅极端及源极或漏极端中的一个电性耦接于所述的电容器的第二端，所述的第二N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极或漏极端中的另一个电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端。

本发明的另一技术样态关于一种如上述两种电荷泵系统的操作方法。此方法包含：提供一输入电压以启动电荷泵电路，使得电荷泵电路于电压输出端产生一输出电压；判断输出电压是否小于一预定电压；以及当输出电压小于预定电压时，开启上述的启动电路，并于电压输出端产生一启动电压以驱动电平移位电路。

根据本发明的技术内容，应用前述电荷泵系统及其操作方法，可于整体电路不稳定或是电源供应电压刚开始增加时，使电荷泵系统稳定地操作，藉以输出稳定的电压，并大幅降低电荷泵系统的不稳定性。

附图说明

图1是依照本发明第一实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。

图2是依照本发明第二实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。

图3是依照本发明第三实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。

图4是依照本发明第四实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。

图5是依照本发明第五实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。

图6是依照本发明实施例绘示一种操作上述电荷泵系统的方法的流程图。

附图标号：

100、200、300、400、500：电荷泵系统

102：电荷泵电路

104：电平移位电路

106a～106e：启动电路

108：电压输出端

600～606：步骤

具体实施方式

图1是依照本发明第一实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。电荷泵系统100包括电荷泵电路(charge pump)102、电平移位电路(levelshifter)104以及启动电路106a。电荷泵电路102具有电压输出端108，并用以接收输入电压VDD而于电压输出端108产生输出电压，其中输入电压VDD在液晶显示器中可为电源供应电压。电平移位电路104电性耦接于电荷泵电路102的电压输出端108，并用以拉升时序信号CLK的电平，且将拉升电平后所产生的时序信号Φ和/Φ传送至电荷泵电路102，提供电荷泵电路102使用。启动电路106a则是电性耦接于输入电压VDD以及电荷泵电路102的电压输出端108之间(其中启动电路106a与电压输出端108连接于节点Q)，并于电荷泵电路102所产生的输出电压小于一预定电压时启动，而于电压输出端108(即节点Q)产生一启动电压，藉以驱动电平移位电路104。此外，当电荷泵电路102所产生的输出电压大于或约略等于预定电压时，启动电路106a会停止产生启动电压，此时电平移位电路104直接由电荷泵电路102所产生的输出电压来进行驱动。

在本实施例中，启动电路106a包含二极管D1，其中二极管D1的阳极端电性耦接于输入电压VDD，二极管D1的阴极端电性耦接于电荷泵电路102的电压输出端108(即节点Q)。当电荷泵电路102所产生的输出电压小于输入电压VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压小于输入电压VDD时)，二极管D1会顺向导通，使得节点Q因此具有与输入电压VDD相同的电压，藉以启动电平移位电路104，使电平移位电路104正常地动作。另一方面，当电荷泵电路102所产生的输出电压随着时间逐渐增加至大于或约略等于输入电压VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压大于或等于输入电压VDD时)，二极管D1会呈现逆向截止的状态，此时电平移位电路104则是直接由电荷泵电路102所产生的输出电压来启动。

图2是依照本发明第二实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。相较于图1而言，电荷泵系统200中的启动电路106b包含N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)M1，其中晶体管M1的栅极端及第一源/漏极端电性耦接于输入电压VDD，晶体管M1的第二源/漏极端电性耦接于电荷泵电路102的电压输出端108(即节点Q)。当电荷泵电路102所产生的输出电压小于输入电压VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压小于输入电压VDD时)，晶体管M1会导通，使得节点Q因此具有与输入电压VDD相同的电压，藉以启动电平移位电路104，使电平移位电路104正常地动作。另一方面，当电荷泵电路102所产生的输出电压随着时间逐渐增加至大于或约略等于输入电压VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压大于或等于输入电压VDD时)，晶体管M1会呈现关闭的状态，此时电平移位电路104则是直接由电荷泵电路102所产生的输出电压来启动。

图3是依照本发明第三实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。相较于图1而言，电荷泵系统300中的启动电路106c包含P型金氧半场效晶体管M2，其中晶体管M2的栅极端及第一源/漏极端电性耦接于电荷泵电路102的电压输出端108(即节点Q)，晶体管M2的第二源/漏极端电性耦接于输入电压VDD。当电荷泵电路102所产生的输出电压小于输入电压VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压小于输入电压VDD时)，晶体管M2会导通，使得节点Q因此具有与输入电压VDD相同的电压，藉以启动电平移位电路104，使电平移位电路104正常地动作。另一方面，当电荷泵电路102所产生的输出电压随着时间逐渐增加至大于或约略等于输入电压VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压大于或等于输入电压VDD时)，晶体管M2会呈现关闭的状态，此时电平移位电路104则是直接由电荷泵电路102所产生的输出电压来启动。

图4是依照本发明第四实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。相较于图1而言，电荷泵系统400中的启动电路106d包含反相器IV1、储能元件Cp以及两个二极管D2和D3。在较佳实施例中，储能元件Cp为电容。反相器IV1具有一输入端以及一输出端，其中输入端用以接收时序信号CLK，输出端电性耦接于储能元件Cp的一端，而储能元件Cp的另一端电性耦接二极管D2的阴极端以及二极管D3的阳极端(即节点b)。二极管D2的阳极端电性耦接于输入电压VDD，而二极管D3的阴极端则是电性耦接于电荷泵电路102的电压输出端108(即节点Q)。

在理想的情况下，当电荷泵电路102所产生的输出电压小于输入电压VDD(即节点Q的电压小于输入电压VDD)，且时序信号CLK为高电平状态时，反相器IV1的输出端(即节点a)的电压电平为低电平状态，且二极管D2会顺向导通，使得节点b具有与输入电压VDD相同的电压，此时二极管D3亦会顺向导通，使得节点Q亦具有与输入电压VDD相同的电压，而储能元件Cp则是因此储存与输入电压VDD相同的电位。

当时序信号CLK为低电平状态时，反相器IV1的输出端(即节点a)的电压电平为高电平状态，此时节点b的电压会因储能元件Cp所储存的电位而上升至2VDD，使得二极管D2呈现逆向截止的状态，此时二极管D3仍为顺向导通，使得节点Q的电压亦为2VDD，藉以启动电平移位电路104，使电平移位电路104正常地动作。

另一方面，当电荷泵电路102所产生的输出电压随着时间逐渐增加至大于或约略等于2VDD时；亦即，在理想的情况下，当节点Q的电压大于或等于2VDD时，二极管D3则是会呈现逆向截止的状态，此时电平移位电路104则是直接由电荷泵电路102所产生的输出电压来启动。

图5是依照本发明第五实施例绘示一种液晶显示器中的电荷泵系统的示意图。相较于图4而言，此电荷泵系统500中的启动电路106e包含反相器IV1、储能元件Cp以及两个金氧半场效晶体管M3和M4。反相器IV1的输入端用以接收时序信号CLK，其输出端电性耦接于储能元件Cp的一端，而储能元件Cp的另一端电性耦接晶体管M3的第二源/漏极端以及晶体管M4的栅极端和第一源/漏极端于节点b。晶体管M3的栅极端及第一源/漏极端电性耦接于输入电压VDD，而晶体管M4的第二源/漏极端则是电性耦接于电荷泵电路102的电压输出端108(即节点Q)。

在理想的情况下，当电荷泵电路102所产生的输出电压小于输入电压VDD(即节点Q的电压小于输入电压VDD)，且时序信号CLK为高电平状态时，反相器IV1的输出端(即节点a)的电压电平为低电平状态，且晶体管M3会导通，使得节点b具有与输入电压VDD相同的电压，此时晶体管M4亦会导通，使得节点Q亦具有与输入电压VDD相同的电压，而电容Cp则是因此储存与输入电压VDD相同的电位。

当时序信号CLK为低电平状态时，反相器IV1的输出端(即节点a)的电压电平为高电平状态，此时节点b的电压会因电容Cp所储存的电位而上升至2VDD，使得晶体管M3呈现关闭的状态，此时晶体管M4仍为导通状态，使得节点Q的电压亦为2VDD，藉以启动电平移位电路104，使电平移位电路104正常地动作。

另一方面，当电荷泵电路102所产生的输出电压随着时间逐渐增加至大于或约略等于2VDD时(亦即在理想的情况下，当节点Q的电压大于或等于2VDD时)，晶体管M4会呈现关闭的状态，此时电平移位电路104是直接由电荷泵电路102所产生的输出电压来启动。

图6是依照本发明实施例绘示一种操作上述电荷泵系统的方法的流程图。以下将以图1所示的实施例为例子来作说明，并请同时参照图1和图6。首先，提供输入电压VDD至电荷泵电路102，藉以启动电荷泵电路102(步骤600)，使得电荷泵电路102于电压输出端108产生一输出电压。接着，判断电荷泵电路102所产生的输出电压是否小于一预定电压(步骤602)。当电荷泵电路102所产生的输出电压小于预定电压时，将启动电路160a开启而于电压输出端108(即节点Q)产生一启动电压(步骤604)，藉以驱动电平移位电路104。另一方面，当电荷泵电路102所产生的输出电压大于或等于预定电压时，则关闭启动电路160a以停止产生启动电压，并通过电荷泵电路102所产生的输出电压驱动电平移位电路104(步骤606)。此外，更可通过电平移位电路104将时序信号CLK的电平拉升，接着再将拉升电平后的时序信号Φ和/Φ传送至电荷泵电路102中，提供电荷泵电路102使用。如此一来，便可克服当整体电路不稳定或是电源供应电压刚开始由0V增加时，电荷泵系统无法正常操作的问题。

由上述本发明的实施例可知，应用此电荷泵系统及其操作方法可于整体电路不稳定或是电源供应电压刚开始由0V增加时，使电荷泵系统稳定且正常地操作，藉以输出稳定的电压，并可大幅降低电荷泵系统的不稳定性。此外，使用上述启动电路在初始状态提供一稳定电压，接着于电路稳定之后再行关闭，如此一来便不会造成额外的功率损耗。再者，此电荷泵系统亦不需另外的控制信号来进行控制，所以也不会造成液晶显示器中控制电路的负担。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何具有本发明所属技术领域的通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种电荷泵系统，其特征在于，所述的系统包含：

一电荷泵电路，具有一电压输出端及一电压输入端，并用以于所述的电压输入端接收一输入电压而于所述的电压输出端产生一输出电压；

一电平移位电路，电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端；以及

一启动电路，电性耦接于所述的电压输入端以及所述的电荷泵电路的电压输出端之间，且该启动电路包括：一反相器，具有一输入端以及一输出端，所述的输入端用以接收一第一时序信号；一电容器，具有一第一端以及一第二端，所述的第一端电性耦接于所述的反相器的输出端；一第一二极管，具有一第一阳极端以及一第一阴极端，所述的第一阳极端电性耦接于所述的输入电压，所述的第一阴极端电性耦接于所述的电容器的第二端；以及一第二二极管，具有一第二阳极端以及一第二阴极端，所述的第二阳极端电性耦接于所述的电容器的第二端，所述的第二阴极端电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端。

2.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述的启动电路于所述的电荷泵电路所产生的输出电压小于一预定电压时开启，而于所述的电压输出端产生一启动电压以驱动所述的电平移位电路。

3.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述的启动电路于所述的电荷泵电路所产生的输出电压大于或等于一预定电压时关闭，并停止产生启动电压。

4.如权利要求1所述的电荷泵系统，其特征在于，所述的电平移位电路用以拉升至少一时序信号的电平，并将拉升电平后的时序信号传送至所述的电荷泵电路。

5.一种电荷泵系统，其特征在于，所述的系统包含：

一启动电路，电性耦接于所述的电压输入端以及所述的电荷泵电路的电压输出端之间，且该启动电路包括：一反相器，具有一输入端以及一输出端，所述的输入端用以接收一第一时序信号；一电容器，具有一第一端以及一第二端，所述的第一端电性耦接于所述的反相器的输出端；一第一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述的第一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的一栅极端及源极或漏极端中的一个电性耦接于所述的输入电压，所述的第一N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极或漏极端中的另一个电性耦接于所述的电容器的第二端；以及一第二N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，所述的第二N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的一栅极端及源极或漏极端中的一个电性耦接于所述的电容器的第二端，所述的第二N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的所述源极或漏极端中的另一个电性耦接于所述的电荷泵电路的电压输出端。

6.如权利要求5所述的电荷泵系统，其特征在于，所述的启动电路于所述的电荷泵电路所产生的输出电压小于一预定电压时开启，而于所述的电压输出端产生一启动电压以驱动所述的电平移位电路。

7.如权利要求5所述的电荷泵系统，其特征在于，所述的启动电路于所述的电荷泵电路所产生的输出电压大于或等于一预定电压时关闭，并停止产生启动电压。

8.如权利要求5所述的电荷泵系统，其特征在于，所述的电平移位电路用以拉升至少一时序信号的电平，并将拉升电平后的时序信号传送至所述的电荷泵电路。