CN101278225A - 电荷泵电路，lcd驱动器ic，及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明的电荷泵电路包括：以重复周期充电和放电的升压电容器Cc2；充电器(SW2a至SW2c)，使升压电容器Cc2的第一端Ta2与输入电压VR施加端导通，和使升压电容器Cc2的第二端T2b与接地端GND导通；第一放电器(SW3a和SW3b)，使升压电容器Cc2的第一端T2a与正电压输出端T3导通，和使T2b与VR导通；第二放电器(SW4a和SW4b)，使T2a与GND导通，和使T2b与负电压输出端T4导通；与T3相连的第一输出电容器Co1；和与T4相连的第二输出电容器Co2。每当升压电容器的充电完成时，使第一放电器进行的正电压输出与第二放电器进行的负电压输出交替。优选的是，可变地控制升压电容器Cc2的充电时段与输出电压VGH和VGL的输出时段之比。优选的是，当对升压电容器Cc2充电时，使SW2c的背栅和GND，开关SW5a之间的连接保持接通，否则保持截止。

Description

电荷泵电路，LCD驱动器IC，及电子设备

技术领域

本发明涉及通过升压输入电压来产生所希望的输出电压的电荷泵电路，还涉及设置有该电荷泵电路的LCD驱动器IC和电子设备

背景技术

图7A和7B是各显示传统电荷泵电路实例的电路图。图7A示出了正升压型(倍数为2)电荷泵电路，图7B示出了负升压型(倍数为-1)电荷泵电路。

图7A和7B所示的电荷泵电路100和200被配置成通过以预定定时的周期接通或断开开关101至104以及开关210至204，来从输入电压Vin产生所需的输出电压Vout。

下面对电荷泵电路100的正升压操作给出更具体的描述。

首先，当接通开关101和104并且断开开关102和103时，输入电压Vin被施加到第一电容器105的一端(点A)，地电压GND被施加到第一电容器105的另一端(点B)。于是，对第一电容器105充电，直到第一电容器105两端的电位差大致达到输入电压Vin的水平。

当完成对第一电容器105的充电时，晶体管101和104截止，开关102和103导通。通过该切换，点B的电位被从地电压GND的水平增加到输入电压Vin的水平。在此，由于通过上述充电已经在第一电容器105两端施加了与输入电压Vin相等的电位差，随着点B的电位被升压到输入电压Vin的水平，点A的电位被升压到2Vin的水平(输入电压Vin+充电电压Vin)。

与此同时，由于点A通过开关102和第二电容器106与接地端相连，第二电容器106被充电，直到第二电容器106两端的电位差大致达到2Vin的水平。结果是，得到通过把输入电压Vin正向升压2倍而获得的正向升压的电压2Vin作为输出电压Vout。

接下来，对电荷泵电路200的负升压操作给出更具体的描述。

首先，当接通开关201和203并且断开开关202和204时，输入电压Vin被施加到第一电容器205的一端(点C)，地电压GND被施加到第一电容器205的另一端(点D)。于是，对第一电容器205充电，直到第一电容器205两端的电位差大致达到输入电压Vin的水平。

当完成对第一电容器205的充电时，晶体管201和203截止，开关202和204导通。通过该切换，点C的电位被从输入电压Vin的水平减小到地电压GND的水平。在此，由于通过上述充电已经在第一电容器205两端施加了与输入电压Vin相等的电位差，随着点C的电位被减小到地电压GND的水平，点D的电位被降低到-Vin的水平(地电压GND减充电电压Vin)。

与此同时，由于点D通过开关202保持与输出端的导通，第二电容器206中的电荷移到第一电容器205。结果是，得到通过把输入电压Vin负向升压1倍而获得的负向升压的电压-Vin作为输出电压Vout。

按常规，向其驱动需要正和负内部电压二者的许多应用设备(例如，液晶显示器驱动器和闪存)提供如上所述的、正向和负向升压都具有的电荷泵电路，作为产生正向和负向内部电压的装置(例如，参见专利公开1)。

作为涉及本发明的现有技术，已经做出了许多种公开和提议作为示例，例如：防止寄生晶体管累积的半导体集成电路器件(参见专利公开2)；在构成泵单元的晶体管背栅与输入节点之间连接辅助电容器，以防止累积和电荷泄漏以及减小由背栅效应造成泵效率降低的电荷泵电路(参见专利公开3)。

另外，已经做出了与改善电荷泵电路的升压特性的技术有关的许多公开和建议，例如专利公开4和5。

专利公开1：JP-A-H07-231647

专利公开2：JP-A-H06-216323

专利公开3：JP-A-2000-173288

专利公开4：JP-A-2004-208142

专利公开5：JP-A-H07-322606

发明内容

本发明要解决的问题

的确，上述按常规配置的电荷泵电路100和200能够通过正向和负向升压输入电压Vin来产生所需的输入电压Vout(具有2Vin或-Vin的水平)。

然而，上述按常规配置的电荷泵电路100和200只能够产生或是正向的或是负向的升压电压。因此，当正向和负向升压电压都需要时，在专利公开1中揭示的常规技术中，正向和负向升压电荷泵电路都需要提供。不利的是，这不仅需要增加外部安装的电容器的数量，使其难以减小设备的规模，而且造成成本上升。

另外，在上述常规配置的负向升压电荷泵电路200中，当使用场效应晶体管作为开关201至204时，被施加了负电压的晶体管中的寄生二极管可能错误地操作，使其不能充分地降低每个晶体管的背栅电压(基底电压)，从而使其不能产生所需的输出电压Vout。

另外，在上述常规配置的负向升压电荷泵电路100和200中，它们的升压特性(升压时间)是通过适当地调节用作开关101至104以及开关201至204的场效应晶体管的电流提供能力来确定的。因此，不允许使用者按照他/她的需要来调节升压特性。

本发明的第一目的是提供一种电荷泵电路，能够产生正向和负向升压电压二者，而不会引起设备规模的增加，并且提供一种设置有该电荷泵电路的LCD驱动器IC和电子设备。

本发明的第二目的是提供一种电荷泵电路，能够由使用者按照他/她的需要来调节电荷泵电路的升压特性，并且提供一种设置有该电荷泵电路的LCD驱动器IC和电子装置。

本发明的第三目的是提供一种电荷泵电路，能够产生负向升压到所需水平而不失败的输出电压，并且提供一种设置有该电荷泵电路的LCD驱动器IC和电子装置。

解决问题的手段

为了实现上述第一目的，本发明的电荷泵电路包括：以重复的周期充电和放电的升压电容器；充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；第一放电器，用于在输出正电压时，使所述升压电容器的第一端与正电压输出端导通，和使所述升压电容器的第二端与输入电压施加端导通；第二放电器，用于在输出负电压时，使所述升压电容器的第一端与接地端导通，和使所述升压电容器的第二端与负电压输出端导通；与所述正电压输出端相连的第一输出电容器；和与所述负电压输出端相连的第二输出电容器。在此，每当所述升压电容器的充电完成时，使所述第一放电器进行的正电压输出与所述第二放电器进行的负电压输出交替(第一配置)。

为了实现上述第二目的，本发明的电荷泵电路包括：以重复的周期充电和放电的升压电容器；充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；放电器，用于在输出正电压时，使所述升压电容器的第一端与正电压输出端导通，和使所述升压电容器的第二端与输入电压施加端导通；和与所述正电压输出端相连的输出电容器，所述电荷泵电路从所述正电压输出端输出正电压。在此，所述电荷泵电路包括控制器，用于根据预定的控制信号，可变地控制所述升压电容器的充电时段与正电压的输出时段之比(第二配置)。

另外，为了实现上述第二目的，本发明的电荷泵电路包括：被以重复的周期充电和放电的升压电容器；充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；放电器，用于在输出负电压时，使所述升压电容器的第一端与接地端导通，和使所述升压电容器的第二端与负电压输出端导通；和与所述负电压输出端相连的输出电容器，所述电荷泵电路从所述负电压输出端输出负电压。在此，所述电荷泵电路包括控制器，用于根据预定的控制信号，可变地控制所述升压电容器的充电时段与负电压的输出时段之比(第三配置)。

为了实现上述第三目的，本发明的电荷泵电路包括：以重复的周期充电和放电的升压电容器；充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；放电器，用于在输出负电压时，使所述升压电容器的第一端与接地端导通，和使所述升压电容器的第二端与负电压输出端导通；和与所述负电压输出端相连的输出电容器，所述电荷泵电路从所述负电压输出端输出负电压。在此，所述电荷泵电路包括作为所述充电器的元件的场效应晶体管，所述场效应晶体管连接和断开所述升压电容器的第二端与所述接地端之间的连接线；在所述场效应晶体管的背栅与接地端之间连接第一开关，在向所述升压电容器充电时，所述第一开关与所述连接线相连，否则，所述第一开关与所述连接线断开(第四配置)。

优选的是，第二开关与所述场效应晶体管的源极端和漏极端中位于升压电容器一侧的那一端相连，在从所述负电压输出端输出负电压时，所述第二开关断开通向该一端的连接线，否则，所述第二开关连接通向该一端的连接线(第五配置)。

一种控制液晶显示的驱动的LCD驱动器集成电路，包括：具有第一至第五配置中的任何一种所述的电荷泵电路作为驱动电压发生器，所述驱动电压发生器产生用于所述液晶显示器的驱动电压(第六配置)。

一种电子设备，包括：作为设备显示器的液晶显示器；和用于控制所述液晶显示器的驱动的液晶显示驱动器集成电路。在此，所述液晶显示驱动器集成电路是具有上述第六配置的液晶显示驱动器集成电路(第七配置)。

本发明的优点

具有上述第一配置的电荷泵能够产生正和负升压电压二者，而不会引起设备规模的增加。因此，使LCD驱动器IC和设置有该电荷泵电路的电子设备紧凑，轻便，且重量轻。

具有上述第二或第三配置的电荷泵电路允许使用者按照他/她的希望调节电荷泵电路的升压特性。

具有上述第四或第五配置的电荷泵电路能够输出确保负向升压到所希望水平的输出电压，使其能够驱动LCD驱动器IC，或设置有该电荷泵电路的电子设备，而没有任何麻烦。

附图说明

图1是显示体现本发明的数字相机的方框图。

图2是显示电荷泵电路31a的配置实例的电路图。

图3是显示馈送到晶体管的栅极控制信号的波形的一个实例的时序图。

图4是显示馈送到晶体管的栅极控制信号的波形的另一个实例的时序图。

图5A是显示电荷泵电路31a的垂直结构的截面图。

图5B是显示电荷泵电路31a的垂直结构的截面图。

图6A是显示升压电容器Cc2的充电时段、输出电压VGH和VGL的输出时段间的关系的示意图。

图6B是显示升压电容器Cc2的充电时段、输出电压VGH和VGL的输出时段间的另一种关系的示意图。

图7A是显示电荷泵电路的常规实例的电路图。

图7B是显示电荷泵电路的另一种常规实例的电路图。

参考标号表

10：DC电源

30：TFT液晶显示器(LCD)

30：LCD驱动器IC

31：DC/DC转换器

31a：正/负升压电荷泵电路

32：栅极控制部分

33：源极控制部分

SW1a：开关(P沟道场效应晶体管)

SW1b：开关(N沟道场效应晶体管)

SW2a：开关(P沟道场效应晶体管)

SW2b：开关(P沟道场效应晶体管)

SW2c：开关(N沟道场效应晶体管)

SW3a：开关(P沟道场效应晶体管)

SW3b：开关(N沟道场效应晶体管)

SW4a：开关(N沟道场效应晶体管)

SW4b：开关(N沟道场效应晶体管)

SW5a：开关(N沟道场效应晶体管)

SW5b：开关(N沟道场效应晶体管)

Cc1和Cc2：升压电容器

Co1和Co2：输出电容器

T1a和T1b，T2a和T2b，T3，T4：外部端子

具体实施方式

下面的描述将讨论本发明如何应用到数字(静止/视频)相机的LCD(液晶显示器)驱动器IC中装配的DC/DC转换器的实例，其目的是转换DC输入电压，以产生用于驱动栅极控制部分和源极控制部分的驱动电压。

图1是显示体现本发明的数字相机的方框图(特别是，LCD驱动器IC的电源系统)。如该图所示，本实施例的数字相机包括作为设备电源的DC电源10，作为设备显示器的TFT(薄膜晶体管)液晶显示器20(下文称之为LCD20)，和控制LCD20的驱动的LCD驱动器IC30。

无需指出，虽然图中未示出，除了已经提到的部件外，该实施例的数字相机还设置有CCD(电荷耦合器件)型或CMOS(互补金属氧化物半导体)型图像传感器件，诸如光学镜头之类的图像信息部分，操作部分，存储部分等，作为实现其基本功能(图像传感功能等)的装置。

DC电源10向设备中需要的地方提供电能。DC电源10可以是诸如锂离子电池之类的可充电电池，或者是从商业传送的AC电压产生DC电压的AC/DC转换器。

LCD20具有排列在垂直和水平方向的多个源极信号线和多个栅极信号线，并具有在源极信号线和栅极信号线之间的每个交叉处排列的液晶像素，接通和断开作为对应的激活器件(场效应晶体管)驱动的每个液晶像素。

LCD驱动器IC30包括DC/DC转换器31，栅极控制部分32，和源极控制部分33。

DC/DC转换器31把从DC电源10馈送的电源电压VDD(+3V)转换成各种内部电压(VDD2，Vref，VR，VS，VGH，和VGL)。通过将电源电压VDD升高2倍获得内部电压VDD2(+6V)，参考电压Vref是与周围温度无关的带隙补偿电压。内部电压VR和VS是根据参考电压Vref产生的恒定电压(+3.36V，+5V)；在针对栅极控制部分32产生驱动电压VGH和VGL时，用内部电压VR作为标准电压，内部电压VS被馈送到源极控制部分33作为用于源极控制部分33的驱动电压VS。

栅极控制部分32和源极控制部分33根据从IC外部馈送的图像信号，针对LCD30分别产生栅极信号和源极信号，并将信号馈送到LCD30。

为了为LCD30产生栅极信号，栅极控制部分32需要正驱动电压VGH(例如，+9V)和负驱动电压VGL(例如，-6V)；据此，该实施例的DC/DC转换器31包括正/负升压电荷泵电路，作为为栅极控制部分32产生驱动电压VGH和VGL的装置，正/负升压电荷泵电路能够从信号输入电压VDD产生正和负输入电压VGH和VGL。

图2是显示DC/DC转换器31中装配的电荷泵电路31a的配置实例的电路图。

如图2所示，该实施例的电荷泵电路31a包括开关SW1a和SW1b，开关SW2a至SW2c，开关SW3a和SW3b，开关SW4a和SW4b，开关SW5a和SW5b，升压电容器Cc1和Cc2，输出电容器Co1和Co2。以通过以预定时序，周期性地切换上面提到的每个开关，从内部电压VR产生所希望的输出电压VGH和VGL的方式配置电荷泵电路31a。

在本实施例的电荷泵电路31a中，用P沟道场效应晶体管作为开关SW1a，开关SW2a至SW2c，以及开关SW3a和SW3b，用N沟道场效应晶体管作为开关SW1b，开关SW2c，开关SW4a和SW4b，以及开关SW5a和SW5b。

据此，在下面针对电荷泵电路31a的内部配置对各个电路部件间的互连所做的描述中，开关SW1a至SW1c，开关SW2a至SW2c，开关SW3a和SW3b，开关SW4a和SW4b，以及开关SW5a和SW5b将分别被称为晶体管SW1a至SW1c，晶体管SW2a至SW2c，晶体管SW3a和SW3b，晶体管SW4a和SW4b，以及晶体管SW5a和SW5b。

晶体管SW1a的漏极被连接到内部电压VR施加端。晶体管SW1a的源极被连接到外部端子T1a。晶体管SW1a的背栅被连接到晶体管SW1a的源极。

晶体管SW1b的漏极被连接到外部端子T1b。晶体管SW1b的源极接地。晶体管SW1b的背栅被连接到晶体管SW1b的源极。

晶体管SW2a的漏极被连接到外部端子T1a。晶体管SW2a的源极被连接到外部端子T2a。晶体管SW2a的背栅被连接到晶体管SW2a自身的源极。晶体管SW2a是高耐压晶体管。

晶体管SW2b的源极被连接到内部电压VR施加端。晶体管SW2b的漏极被连接到外部端子T1b。晶体管SW2b的背栅被连接到晶体管SW2b的源极。

晶体管SW2c的漏极被连接到晶体管SW3b的漏极和晶体管SW5b的源极。晶体管SW2c的源极接地。晶体管SW2c的背栅被通过晶体管SW5a连接到晶体管SW2c自身的源极。

晶体管SW3a的漏极被连接到外部端子T2a。晶体管SW3a的源极被连接到外部端子T3。晶体管SW3a的背栅被连接到晶体管SW3a本身的源极。晶体管SW3a是高耐压晶体管。

晶体管SW3b的源极被连接到内部电压VR施加端。晶体管SW3b的背栅被连接到晶体管SW3b的源极。

晶体管SW4a的漏极被连接到外部端子T2b。晶体管SW4a的源极被连接到外部端子T4。晶体管SW4a的背栅被连接到晶体管SW4a本身的源极。晶体管SW4a是高耐压晶体管。

晶体管SW4b的漏极被连接到外部端子T2a。晶体管SW4b的源极接地。晶体管SW4b的背栅被连接到外部端子T4。晶体管SW4b是高耐压晶体管。

晶体管SW5a的漏极被连接到晶体管SW2c的背栅，晶体管SW5a的漏极被连接到晶体管SW2c的源极。晶体管SW5a的背栅被连接到晶体管SW5a自身的源极。

晶体管SW5b的漏极被连接到外部端子T2b。晶体管SW5b的背栅被连接到外部端子T4。晶体管SW5b是高耐压晶体管。

在外部端子T1a和外部端子T1b之间外部连接升压电容器Cc1。

在外部端子T2a和外部端子T2b之间外部连接升压电容器Cc2。

外部端子T3作为正升压电压VGH输出端。外部端子T3通过输出电容器Co1接地，并且还连接到栅极控制部分32的正电压施加端(未示出)。

外部端子T4对应于负升压电压VGL输出端。外部端子T4通过输出电容器Co2接地，并且还连接到栅极控制部分32的负电压施加端(未示出)。

上述晶体管各由寄生二极管伴随。特别是，晶体管SW2c由寄生二极管D1伴随，寄生二极管D1的阳极和阴极分别是晶体管SW2c的背栅和源极。

从上面的描述可以清楚地看到，晶体管SW1a作为连接和断开内部电压VR施加端与电容器Cc1的第一端之间的连接线的开关。晶体管SW1b作为连接和断开电容器Cc1的第二端与接地端之间的连接线的开关。

晶体管SW2a作为连接和断开电容器Cc1的第一端与电容器Cc2的第一端之间的连接线的开关。晶体管SW2b作为连接和断开电容器Cc1的第二端与内部电压VR施加端之间的连接线的开关。晶体管SW2c作为连接和断开电容器Cc2的第二端与地端之间的连接线的开关。

晶体管SW3a作为连接和断开电容器Cc2的第一端与外部端子T3(正电压输出端)之间的连接线的开关。晶体管SW3b作为连接和断开电容器Cc2的第二端与内部电压VR施加端之间的连接线的开关。

晶体管SW4a作为连接和断开电容器Cc2的第二端与外部端子T4(负电压输出端)之间的连接线的开关。晶体管SW4b作为连接和断开电容器Cc2的第二端与接地端之间的连接线的开关。

晶体管SW5a作为连接和断开晶体管2c的背栅与源极之间的连接线的开关。晶体管SW5b作为连接和断开晶体管SW2c的漏极与电容器Cc2的第二端之间的连接线，以及晶体管SW2c的漏极与晶体管SW4a的漏极之间的连接线的开关。

从未示出的控制电路分别向晶体管SW1a和SW1b、晶体管SW2a至SW2c、晶体管SW3a和SW3b、晶体管SW4a和SW4b、以及晶体管SW5a和SW5b的栅极提供栅极控制信号。

现在参考图3对如上所述配置的电荷泵电路31a的正/负电压输出操作给出具体描述。

图3是显示提供到各个晶体管的栅极控制信号(用于接通/断开各个开关的信号)的波形实例的时序图。在该图的右端指示每个栅极信号的高和低电位。

启动电荷泵电路31a之后，首先，在时段t1期间，开关SW1a和SW1b保持导通，而开关SW1a至SW2c保持截止。通过该切换，内部电压VR被施加到电容器Cc1的第一端(外部端子T1a)，地电压GND被施加到电容器Cc1的第二端(外部端子T1b)。因此，对电容器Cc1充电，直到其两端的电位差大致达到内部电压VR的等级。换句话说，时段t1对应于电容器Cc1的充电时段。

在时段t1期间，除上面提到的开关之外的开关，即，开关SW3a和SW3b，开关SW4a和SW4b，以及SW5a和SW5b保持在与从外部端子T4输出负输出电压VGL时它们所处的相同导通/截止状态(图3示出了它们相应的导通/截止状态)。然而，紧接在电荷泵电路31a被启动之后，由于还没有电荷累积在电容器Cc2上，不输出负电压VGL。

电容器Cc1的充电结束时，时段t2开始，在时段t2期间，开关SW1a和SW1b保持截止，而开关SW2a至SW2c以及开关SW5a和SW5b保持导通。与此同时，SW3a和SW3b以及开关SW4a和SW4b保持截止。

通过该切换，电容器Cc1的第二端(外部端子T1b)被通过开关SW2b连接到内部电压VR施加端，电容器Cc1的第二端的电位从地电压GND的等级升高到内部电压VR的等级。在此，通过上述充电操作将与内部电压VR对应的电位差施加到电容器Cc1的两端，于是，当外部端子T1b的电位增加到内部电压VR的等级时，外部端子T1a的电位也增加到2VR的等级(内部电压VR加充电电压VR)。与此同时，由于外部端子T1a通过开关SW2a、电容器Cc1、SW5b、和开关SW2c连接到接地端子，因此而对电容器Cc2充电，直到电容器Cc2两端的电位差大致达到2VR的等级。换句话说，时段t2对应于电容器Cc2的充电时段。

电容器Cc2的充电结束时，时段t3开始，在时段t3期间，开关SW1a和SW1b再次保持导通，而开关SW2a至SW2c保持截止。通过该切换，如上述时段t1中一样，对电容器Cc1充电，直到电容器Cc1两端的电位差大致达到内部电压VR的等级。

在时段t3期间，开关SW3a和SW3b以及开关SW5b保持导通，而开关SW4a和SW4b以及开关SW5a保持截止。通过该切换，电容器Cc2的第二端(外部端子T2b)通过开关SW5b和开关SW3b连接到内部电压VR施加端，电容器Cc2的第二端的电位从地电压GND的等级增加到内部电压VR的等级。在此，通过上述充电已经在电容器Cc2的两端施加了电位差2VR，于是，当外部端子T2b的电位增加到内部电压VR的等级时，外部端子T2a的电位也增加到3VR的等级(内部电压VR加充电电压2VR)。与此同时，由于外部端子T2a通过开关SW3a和电容器Co1连接到地端，于是对电容器Co1充电，直到电容器Co1两端的电位大致达到3VR的等级。结果是，从外部端子T3得到通过将内部电压VR正向升高3倍而获得的正升高电压3VR作为输出电压VGH。

换句话说，时段t3对应于输出电压VGH(正升高电压3VR)的输出时段，以及电容器Cc1的充电时段。

时段t4跟在贯穿其得到输出电压VGH的时段t3之后，在时段t4期间，开关SW1a和SW1b保持截止，而开关SW2a至SW2c以及开关SW5a和SW5b保持导通，开关SW3a和SW3b以及开关SW4a和SW4b保持截止。于是，如图上述时段t2中那样，对电容器Cc2充电，直到电容器Cc2两端的电位差大致达到2VR的等级。因此，时段t4对应于电容器Cc2的充电时段。

电容器Cc2的充电时段结束时，时段t5开始，在时段t5期间，开关SW1a和SW1b再次保持导通，而开关SW2a至SW2c保持截止。通过该切换，像上述时段t1中那样，对电容器Cc1充电，直到电容器Cc1两端的电位差大致达到内部电压VR的等级。

此外，在时段t5期间，开关SW4a和SW4b保持导通，而开关SW3a和SW3b以及开关SW5a和SW5b保持截止。通过该切换，电容器Cc2的第一端(外部端子T2a)通过开关SW4b连接到接地端，电容器Cc2的第一端的电位降低到地电压GND的等级。在此，通过上述充电操作，以及在电容器Cc2两端施加了与内部电压2VR对应的电位差，因此，当外部端子T2a电位降低到地电压GND的等级时，外部端子T2b的电位也降低到-2VR的等级(地电压GND减充电电压2VR)。与此同时，由于外部端子T2b通过开关SW4a保持对外部端子T4的导通，电容器Co2的电荷被转移到电容器Cc2。结果是，从外部端子T4得到通过将内部电压VR负向升高2倍而获得的负升压电压-2VR作为输出电压VGH。

换句话说，时段t5对应于输出电压VGL(负升压电压-2VR)的输出时段以及电容器Cc1的充电时段。

此后，重复上述切换，使得每当电容器Cc2的充电结束时，交替地重复输出电压VGH和VGL的输出时段；从而分别从输出端T3和T4得到正输出电压VGH和负输出电压VGL。

如至此所描述的，本实施例的电荷泵电路31a包括：升压电容器，所述升压电容器的充电和放电被周期性地重复(在多个升压电容器的情况下，像本实施例中的Cc1和Cc2，使用电容器在多级中升压，特别是最终级升压电容器Cc2)；充电器(开关SW2a和SW2b)，在对升压电容器Cc2充电时，使升压电容器Cc2(T2a)的第一端通过升压电容器Cc1导通到内部电压VR施加端，和使电容器Cc2的第二端(T2b)导通到地端；第一放电器(开关SW3a和SW3b)，用于在输出正输出电压VGH时，使升压电容器Cc2的第一端(T2a)导通到正电压输出端(T3)，和使升压电容器Cc2的第二端(T2b)导通到内部电压VR施加端；第二放电器(开关SW4a和SW4b)，用于在输出负电压VGL时，使升压电容器Cc2的第一端(T2a)导通到接地端，和使升压电容器Cc2第二端(T2b)导通到负电压输出端T4；连接到正电压输出端T3的第一输出电容器Co1；和连接到负电压输出端T4的第二输出电容器Co2。在此，每当升压电容器Cc2的充电结束时，交替地由第一放电器输出正电压VGH和由第二放电器输出负电压VGL。

通过该配置，与设置有正和负升压电荷电路二者相比，正输出电压VGH(3VR)和负输出电压VGL(-2VR)都能够产生，同时使设备规模的增加(外部安装的电容器的数量增加)最小，从而使设置有电荷泵电路31a的LCD驱动器IC 30和数字相机紧凑、轻便、和体积小。

本实施例的电荷泵电路31a交替输出正和负电压VGH和VGL，比配置为交替产生相同极性的输出电压的电荷泵电路产生更大的波动。然而，由于在栅极控制部分32产生栅极信号时使用正和负电压VGH和VGL，即使出现更大的波动，它也极不可能影响栅极信号的逻辑电平(高电平/低电平)。

上面的描述涉及以相同的时序移动不同栅极信号的逻辑电平的情况；然而，应该理解，图3是使描述简单的一个代表装置。实际上，如图4所示，为了防止诸如输入电压施加端或输出电压导出端的接地短路之类的故障，通常以相互不同的时序对不同栅极信号的逻辑电平进行移位。

下面参考图5A和5B以及图1至4详细描述开关SW5a和SW5b的功能(防止输出负电压时的寄生操作的功能)。

图5A和5B是显示电荷泵电路31a的垂直结构的截面图。图5A示出了设置开关SW5a和SW5b的情况，而图5B示出了未设置开关SW5a和SW5b的情况，以便于比较。

通常，当使用N沟道场效应晶体管作为开关SW4a和SW4b时，需要将晶体管的背栅电位降低到比晶体管的沟道电位低。为了实现此目的，在本实施例的电荷泵电路31a中，如图5A和5B所示，将P型半导体衬底连接到负电压得出端(外部端子T4)，通过经由路径i1提取电流，将开关SW4a和SW4b的背栅电位(即，衬底电位)降低到输出电压VGL(-2VR)的等级。

附带指出，在电荷泵电路31a的构成中，使升压电容器Cc2的第二端(外部端子T2b)只连接到接地端和负电压输出端之一，如图5B所示，只需要在外部端子T2b和接地端子之间设置开关SW2c，在外部端子T2b和负电压输出端子之间设置开关SW4a。

然而，当采用图5B所示的配置时，在输出该输出电压VGL时，伴随开关SW2c的寄生二极管D1正向偏置，于是经由路径i2从接地端提取电流。

如上所述，如果未从P型半导体衬底提取电流，而是意想不到地从接地端提取电流，则不能降低开关SW4a和SW4b的背栅电位，因此可能不能获得负升压到所希望电平的输出电压VGL。

为了避免这种情况，在本实施例的电荷泵电路31a中，为了截断上述路径i2，在开关SW2c和接地端之间连接开关SW5a，在一端，即开关SW2c的漏极和在另一端，即升压电容器Cc2的第二端之间，即开关SW2c的漏极至开关SW4a的漏极连接开关SW5b。

控制开关SW5a，使得仅当对升压电容器Cc2充电时保持开关SW2c的背栅与接地端之间的连接线连接，否则保持该连接线断开。

控制开关SW5b，使得仅当输出负输出电压VGL时保持引导到开关SW2c的漏极的连接线断开，否则保持该连接线连接。

如上所述设置开关SW5a和SW5b，确保在输出该输出电压VGL时即使开关SW2c中的寄生二极管D1正向偏置也能切断路径i2，因此不会意想不到地从接地端提取电流。

因此，在本实施例的电荷泵电路31a中，由于确保经由路径i1从P型半导体衬底提取电流，能够充分地降低开关SW4a和SW4b的背栅电位(即，衬底电位)，因此获得确保负向升压到所希望电平(-2VR)的输出电压VGL。

下面参考图6A和6B详细描述电荷泵电路31a中的启动特性(启动时间)的可变控制。

图6A和6B各是显示升压电容器Cc2的充电时段与输出电压VGH和VGL的输出时段间的关系的示意图。

如图中所示，在本实施例的电荷泵电路31a中，未示出的、针对开关产生栅极信号的控制电路根据预定的控制信号可变地控制升压电容器Cc2的充电时段(t2，t4，…)与输出电压VGH的输出时段(t3，…)和输出电压VGL(t1，t5，…)的输出时段之比。

与图6A所示的、升压电容器Cc2的充电时段与输出电压VGH和VGL的输出时段具有相同长度的情况相比，在图6B所示的、使前者的时段比后者的时段短的情况中，能够更和缓地升高输出电压VGH和VGL。虽然图中未示出，可以相对于输出电压VGH和VGL的输出时段之间的比来进行类似的可变控制。

与通过适当地调节用作开关的场效应晶体管的电流供给能力来确定启动特性的配置相反，执行所述可变控制的配置允许根据预定控制信号，按照用户的希望来调节启动特性。因此，不仅能够满足来自优先考虑改善启动速度的用户的需求，而且能够满足来自优先考虑改善稳定性的用户的需求。

特别是，如本实施例的电荷泵电路31a中那样，在交替地重复正/负输出电压VGH和VGL的输出的配置中，增强启动特性的稳定性非常重要，因此，优选的是，设定输出电压VGH和VGL的输出时段比升压电容器Cc2的充电时段短，以使输出电压VGH和VGL和缓地升高。

在上述实施例中，对于输出电压VGH和VGL，假设分别得到具有3VR等级的电压和具有-2VR等级的电压。然而，这并不意味着本发明的配置限制于该配置。应该理解，通过微小的电路变化，例如改变升压级的数量或其中的输出电压得出端的位置，本发明也可应用于任何其它电压升压系数的电荷泵电路(例如，正升压2倍与负升压1倍组合，正升压4倍与负升压3倍组合等)。

还应该理解，以在输出负电压时防止寄生操作的方式安排开关SW5a和SW5b的配置也可应用于能够只输出负升压电压的电荷泵电路中，升压电容器的充电时段与升压电压的输出时段之间的比的可变控制应用于能够只输出正或负升压电压的电荷泵电路中。

还可以以除了如上所述的实施例具体描述的方式之外任何方式执行本发明，并且允许在本发明的精神内对其进行任何改变和变型。

工业实用性

本发明用于构成紧凑、小尺寸、轻便的电荷泵电路。此外，本发明用于增强电荷泵电路的启动特性的灵活性。此外，本发明用于增强电荷泵电路的负升压操作的可靠性。

Claims (7)

1.一种电荷泵电路，包括：

以重复的周期充电和放电的升压电容器；

充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；

第一放电器，用于在输出正电压时，使所述升压电容器的第一端与正电压输出端导通，和使所述升压电容器的第二端与输入电压施加端导通；

第二放电器，用于在输出负电压时，使所述升压电容器的第一端与接地端导通，和使所述升压电容器的第二端与负电压输出端导通；

与所述正电压输出端相连的第一输出电容器；和

与所述负电压输出端相连的第二输出电容器；

其中

每当所述升压电容器的充电完成时，使所述第一放电器进行的正电压输出与所述第二放电器进行的负电压输出交替。

2.一种电荷泵电路，包括：

以重复的周期充电和放电的升压电容器；

充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；

放电器，用于在输出正电压时，使所述升压电容器的第一端与正电压输出端导通，和使所述升压电容器的第二端与输入电压施加端导通；和

与所述正电压输出端相连的输出电容器，

所述电荷泵电路从所述正电压输出端输出正电压，

其中

所述电荷泵电路包括控制器，用于根据预定的控制信号，可变地控制所述升压电容器的充电时段与正电压的输出时段之比。

3.一种电荷泵电路，包括：

被以重复的周期充电和放电的升压电容器；

充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；

放电器，用于在输出负电压时，使所述升压电容器的第一端与接地端导通，和使所述升压电容器的第二端与负电压输出端导通；和

与所述负电压输出端相连的输出电容器，

所述电荷泵电路从所述负电压输出端输出负电压，

其中

所述电荷泵电路包括控制器，用于根据预定的控制信号，可变地控制所述升压电容器的充电时段与负电压的输出时段之比。

4.一种电荷泵电路，包括：

以重复的周期充电和放电的升压电容器；

充电器，用于在对所述升压电容器充电时，使所述升压电容器的第一端与输入电压施加端导通，和使所述升压电容器的第二端与接地端导通；

放电器，用于在输出负电压时，使所述升压电容器的第一端与接地端导通，和使所述升压电容器的第二端与负电压输出端导通；和

与所述负电压输出端相连的输出电容器，

所述电荷泵电路从所述负电压输出端输出负电压，

其中

所述电荷泵电路包括作为所述充电器的元件的场效应晶体管，所述场效应晶体管连接和断开所述升压电容器的第二端与所述接地端之间的连接线，和

其中

在所述场效应晶体管的背栅与接地端之间连接第一开关，在向所述升压电容器充电时，所述第一开关与所述连接线相连，否则，所述第一开关与所述连接线断开。

5.根据权利要求4所述的电荷泵电路，

其中

第二开关与所述场效应晶体管的源极端和漏极端中位于升压电容器一侧的那一端相连，在从所述负电压输出端输出负电压时，所述第二开关断开通向该一端的连接线，否则，所述第二开关连接通向该一端的连接线。

6.一种控制液晶显示器的驱动的液晶显示驱动器集成电路，包括：根据权利要求1至5中的任何一项所述的电荷泵电路作为驱动电压发生器，所述驱动电压发生器产生用于所述液晶显示器的驱动电压。

7.一种电子设备，包括：作为设备显示器的液晶显示器；和用于控制所述液晶显示器的驱动的液晶显示驱动器集成电路，

其中所述液晶显示驱动器集成电路是权利要求6所述的液晶显示驱动器集成电路。

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