CN101546204A

CN101546204A - 具有动态电阻反馈控制的电压产生器

Info

Publication number: CN101546204A
Application number: CN200810087643A
Authority: CN
Inventors: 蔡宗兴
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Current assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: CN101546204B

Abstract

本发明关于一种具有动态电阻反馈控制的电压产生器，该电压产生器包含一充电泵、一分压电路及一比较器。该充电泵可输出一高电压。该分压电路包含多个电阻及至少一开关，可在该开关导通时产生该高电压的第一分压，及在该开关关掉时产生该高电压的第二分压。该比较器的输出信号可用来控制该开关及该充电泵，该分压电路及该比较器形成一反馈回路，使得该比较器的反应加快，而减小充电泵输出的高电压的涟波。

Description

具有动态电阻反馈控制的电压产生器

技术领域

本发明涉及一种电压产生器，尤其是涉及一种具有动态电阻反馈控制的电压产生器。

背景技术

请参考图1，图1为现有技术的电压产生器的示意图。电压产生器10包含一充电泵(charge pump)12、一分压电路14及一比较器16。充电泵12用来输出一高电压Vout，通过分压电路14产生高电压Vout的分压Vdiv。比较器16根据分压Vdiv与一参考电压Vref输出一致能信号EN。分压电路14及比较器16形成一反馈回路，充电泵12根据致能信号EN输出高电压Vout。分压电路14包含一第一电阻17、一第二电阻18及一第三电阻19。第一电阻17的第一端耦接于一第一节点A。第二电阻18的第一端耦接于第一电阻17的第二端，第二电阻18的第二端耦接于一第二节点B。第三电阻19的第一端耦接于第二节点B，第三电阻19的第二端耦接于一第三节点C。第一节点A耦接于充电泵12的输出端，第二节点B耦接于比较器16的第一输入端，第三节点C耦接于一接地端。第一节点的电压为高电压Vout，第二节点的电压为分压Vdiv。

请参考图2，图2为图1中高电压Vout及分压Vdiv的波形图。分压电路14及比较器16形成的反馈回路可用来控制充电泵12，以限制充电泵12输出的高电压Vout在一目标电平Vtar附近。当充电泵输出的高电压Vout达到目标电平Vtar时，可通过反馈回路关掉充电泵12，等到高电压Vout小于目标电平Vtar时，再开启充电泵12。因此，比较器16将分压Vdiv分别与一参考电压Vref的上电平及下电平进行比较，当分压Vdiv大于参考电压Vref的上电平时，比较器16输出的致能信号EN会关掉充电泵12，当分压Vdiv小于参考电压Vref的下电平时，比较器16输出的致能信号EN会开启充电泵12。由于比较器16的延迟，使用上述的反馈回路会使得充电泵12的输出电压产生涟波(ripple)。

综上所述，在高电压产生器中，利用分压电路及比较器形成一反馈回路，该反馈回路可用来控制充电泵，使充电泵在输出的高电压达到目标电平后关掉，等到高电压小于目标电平时，再开启充电泵。反馈回路可限制充电泵的输出电压，但是无可避免的会产生涟波，而过大的涟波会导致输出电压不稳定并产生噪声。

发明内容

因此，本发明的一目的是提供一种具有动态电阻反馈控制的电压产生器，以解决上述的问题。

本发明提供一种具有动态电阻反馈控制的电压产生器，包含一充电泵，用来输出一高电压；一分压电路，耦接于该充电泵的输出端，包含多个电阻及至少一开关，该分压电路用来于该开关导通时产生该高电压的第一分压，及于该开关关掉时产生该高电压的第二分压；及一比较器，包含一第一输入端，耦接于该分压电路；一第二输入端，用来输入一参考电压；及一输出端，耦接于该充电泵。

附图说明

图1为现有技术的电压产生器的示意图。

图2为图1中高电压Vout及分压Vdiv的波形图。

图3为本发明电压产生器的第一实施例的示意图。

图4为图3中高电压Vout及分压Vdiv的波形图。

图5为本发明电压产生器的第二实施例的示意图。

图6为本发明电压产生器的第三实施例的示意图。

图7为本发明电压产生器的第四实施例的示意图。

图8为本发明电压产生器的第五实施例的示意图。

图9为本发明电压产生器的第六实施例的示意图。

图10为本发明电压产生器的第七实施例的示意图。

图11为本发明电压产生器的第八实施例的示意图。

附图符号说明

10、51-58 电压产生器 12、22 充电泵

14、61-68 分压电路 16、26 比较器

31 第一电阻 32 第二电阻

33 第三电阻 34 第四电阻

35 第五电阻 41 第一开关

42 第二开关 43 第三开关

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明电压产生器的第一实施例的示意图。电压产生器20包含一充电泵(charge pump)22、一分压电路61及一比较器26。充电泵22用来输出一高电压Vout，通过分压电路61产生高电压Vout的分压Vdiv。比较器26根据分压Vdiv与一参考电压Vref输出一致能信号EN。分压电路61及比较器26形成一反馈回路使得充电泵22可根据致能信号EN调整高电压Vout。分压电路61包含一第一电阻31、一第二电阻32、一第三电阻33及一第一开关41。第一电阻31及耦接于一第一开关41与一第二节点B之间，第二电阻32及耦接于第一节点A与第二节点B之间，第三电阻33耦接于第二节点B与一第三节点C之间，第一开关41耦接于第一节点A与第一电阻31之间，其中，该第一电阻31与该第一开关41位置可以置换。第一节点A耦接于充电泵22的输出端，第二节点耦B接于比较器26的第一输入端，第三节点C耦接于一接地端。分压电路61可于第一开关41导通及关掉时分别产生不同的分压大小。假设第一电阻31的电阻值R1、第二电阻32的电阻值R2及第三电阻33的电阻值R3，当第一开关41导通时，第二节点B的电压Vdiv为R3*Vout/(R3+R1*R2/(R1+R2))，当第一开关41关掉时，第二节点B的电压Vdiv为R3*Vout/(R2+R3)。

请参考图4，图4为图3中高电压Vout及分压Vdiv的波形图。当充电泵22输出的高电压Vout达到一目标电平时，可通过分压电路61及比较器26形成的反馈回路关掉充电泵22，等到高电压Vout小于目标电平时，再开启充电泵22。上述的机制由于比较器26的延迟使得充电泵22输出的高电压Vout产生涟波(ripple)，过大的涟波会导致电压不稳定并产生噪声。因此，在本发明中，分压电路61可根据致能信号EN产生不同的分压大小，以加快比较器26的反应，达到减小涟波的目的。如图4所示，充电泵22输出的高电压Vout的目标电平为a1，在分压电路61的开关未启动的情况下，高电压Vout的涟波介于a1及a3之间(如虚线所示)。当高电压Vout由电平a1上升到电平a3时，分压Vdiv也上升到参考电压Vref的上电平b4。当分压Vdiv大于参考电压Vref的上电平b4时，比较器26输出的致能信号EN会关掉充电泵22，并且关掉第一开关41，使得分压Vdiv立刻下降到电平b2，所以当高电压Vout下降到电平a2时，分压Vdiv就达到参考电压Vref的下电平b1。当分压Vdiv小于参考电压Vref的下电平b1时，比较器26输出的致能信号EN会导通充电泵22，并且导通第一开关41，使得分压Vdiv立刻上升到电平b3，所以当高电压Vout上升到电平a3时，分压Vdiv就达到参考电压Vref的上电平b4。因此，充电泵22输出的高电压Vout的涟波被限制(clamp)于电平a2及a3之间，所以通过第一开关41与充电泵22的同步切换，可加快比较器26的反应，而减小充电泵22输出的高电压Vout的涟波。

假设在分压电路61的开关路径未加入的情况下，高电压Vout的涟波5V+-40mV之间且Vdiv＝Vout/4，换算后的参考电压Vref的上电平b4为1.26V，下电平b1为1.24V。在第一实施例中，假设当第一开关41导通时，第二节点B的电压Vdiv＝R3*Vout/((R1*R2/R1+R2)+R3)＝Vout/3.98，若以不切换的情况而言，此实际Vout落于1.24V*3.98＝4.9352V～1.26V*3.98＝5.0148V，当第一开关41关掉时，第二节点B的电压Vdiv＝R3*Vout/(R2+R3)＝Vout/4.02。此实际Vout落于1.24V*4.02＝4.9848V～1.26V*4.02＝5.0625V。当第一开关41导通时，高电压Vout上升到5.0148V时，分压Vdiv也上升到1.26V。当分压Vdiv大于1.26V时，比较器26输出的致能信号EN会关掉充电泵22，并且关掉第一开关41，使得分压Vdiv立刻下降到1.247V，所以当高电压Vout下降到4.9848V时，分压Vdiv就下降到1.24V。当分压Vdiv小于1.24V时，比较器26输出的致能信号EN会导通充电泵22，并且导通第一开关41，使得分压Vdiv立刻上升到1.252V，所以当高电压Vout上升到5.0148V时，分压Vdiv就上升到1.26V。因此，高电压Vout的涟波就被限制于4.9848V到5.0148V之间，变成大约5V+-15mV的讯号。

请参考图5，图5为本发明电压产生器的第二实施例的示意图。相较于第一实施例，在第二实施例中，电压产生器52的第一节点A耦接于接地端，第二节点B耦接于比较器26的第一输入端，第三节点C耦接于充电泵22的输出端。假设第一电阻31的电阻值R1、第二电阻32的电阻值R2及第三电阻33的电阻值R3。当第一开关41导通时，第二节点B的电压Vdiv为(R1*R2/(R1+R2))*Vout/(R3+R2*R1/(R1+R2))，当第一开关41关掉时，第二节点B的电压(R2)*Vout/(R2+R3))。

在分压电路62的开关未启动的情况下，高电压Vout的涟波5V+-40mV之间且Vdiv＝Vout/4，换算后的参考电压Vref的上电平b4为1.26V，下电平b1为1.24V。在第一实施例中，假设当第一开关41导通时，第二节点B的电压Vdiv＝(R1*R2/(R1+R2))Vout/(R3+R2*R1/(R1+R2))＝Vout/4.02，若以不切换的情况而言，此实际Vout落于1.24V*4.02＝4.9848V～1.26V*4.02＝5.0625V，当第一开关41关掉时，第二节点B的电压Vdiv＝R3*Vout/(R2+R3)＝Vout/3.98。此实际Vout落于1.24V*3.98＝4.9352V～1.26V*3.98＝5.0148V。当第一开关41关闭时，高电压Vout上升到5.0148V时，分压Vdiv也上升到1.26V。当分压Vdiv大于1.26V时，比较器26输出的致能信号会关掉充电泵22，并且会打开第一开关41，使得分压Vdiv立刻下降到1.247V，所以当高电压Vout下降到4.9848V时，分压Vdiv就下降到1.24V。当分压Vdiv小于1.24V时，比较器26输出的致能信号EN会导通充电泵22，并且关闭第一开关41，使得分压Vdiv立刻上升到1.252V，所以当高电压Vout上升到5.0148V时，分压Vdiv就上升到1.26V。因此，高电压Vout的涟波就被限制于4.9848V到5.0148V之间，变成大约5V+-15mV的讯号。

请参考图6，图6为本发明电压产生器的第三实施例的示意图。相较于第一实施例，在第三实施例中，电压产生器53的分压电路63还包含一第二开关42耦接于第一节点A及第二电阻之间。当第一开关41导通时，第二开关42关掉，当第一开关41关掉时，第二开关42导通。第三实施例的分压电路63可更容易的设计两组不同的分压，例如在第三实施例中要达到与第一实施例相同的两组分压。假设第一电阻31的电阻值R1、第二电阻32的电阻值R2及第三电阻33的电阻值为R3。Vdiv则介于R3*Vout/(R1+R3)＝Vout/3.98>Vdiv>R3*Vout/(R3+R2)＝Vout/4.02。

请参考图7，图7为本发明电压产生器的第四实施例的示意图。相较于第三实施例，在第四实施例中，电压产生器54的第一节点A耦接于接地端，第二节点B耦接于比较器的第一输入端，第三节点C耦接于充电泵的输出端。

请参考图8，图8为本发明电压产生器的第五实施例的示意图。第一至第四实施例是以电阻并联的方式来达成二组分压，在第五实施例中，分压电路65以串联的方式来达成两组分压。第一电阻31串联耦接第二电阻32后，串联耦接的第一电阻31及第二电阻32耦接于第一节点A与第二节点B之间。第三电阻33耦接于第二节点B与第三节点C之间，第一开关41并联耦接于第一电阻31。第一节点A耦接于充电泵22的输出端，第二节点B耦接于比较器26的第一输入端，第三节点C耦接于接地端。假设第一电阻31的电阻值R1、第二电阻32的电阻值R2及第三电阻33的电阻值为R3。Vdiv则介于R3*Vout/(R2)＝Vout/3.98>Vdiv>R3*Vout/(R1+R2)＝Vout/4.02。

请参考图9，图9为本发明电压产生器的第六实施例的示意图。相较于第五实施例，在第六实施例中，电压产生器56的第一节点A耦接于接地端，第二节点B耦接于比较器26的第一输入端，第三节点C耦接于充电泵22的输出端。假设第一电阻31的电阻值R1、第二电阻32的电阻值R2及第三电阻33的电阻值为R3。Vdiv则介于(R1+R2)*Vout/(R3+R2+R1)＝Vout/3.98>Vdiv>R2*Vout/(R2+R3)＝Vout/4.02。

请参考图10，图10为本发明电压产生器的第七实施例的示意图。在第七实施例中，分压电路67同时使用并联及串联的方式来达成两组的分压。第一电阻31串联耦接第一开关41，第二电阻32串联耦接第二开关42，之后二串联耦接的电阻及开关并联耦接，再与第三电阻33及第四电阻34串联耦接于第一节点A与第二节点B之间。第五电阻35耦接于第二节点B与第三节点C之间，第三开关43并联耦接于第三电阻33。第一节点A耦接于充电泵22的输出端，第二节点B耦接于比较器26的第一输入端，第三节点C耦接于接地端。

请参考图11，图11为本发明电压产生器的第八实施例的示意图。相较于第七实施例，在第八实施例中，电压产生器58的第一节点A耦接于接地端，第二节点B耦接于比较器的第一输入端，第三节点C耦接于充电泵的输出端。

综上所述，本发明的电压产生器具有动态电阻反馈控制，可减小该电压产生器的输出电压的涟波。该电压产生器包含一充电泵、一分压电路及一比较器。该充电泵可输出一高电压。该分压电路包含多个电阻及至少一开关，可于该开关导通时产生该高电压的第一分压，及于该开关关掉时产生该高电压的第二分压。该比较器的输出信号可用来控制该开关及该充电泵，该分压电路及该比较器形成一反馈回路，使得该比较器的反应加快，而减小充电泵输出的高电压的涟波。

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

Claims

1.一种具有动态电阻反馈控制的电压产生器，包含：

一充电泵，用来输出一高电压；

一分压电路，耦接于该充电泵的输出端，包含多个电阻及至少一开关，该分压电路用来于该开关导通时产生该高电压的第一分压，及于该开关关掉时产生该高电压的第二分压；及

一比较器，包含：

一第一输入端，耦接于该分压电路；

一第二输入端，用来输入一参考电压；及

一输出端，耦接于该充电泵。

2.如权利要求1所述的电压产生器，其中该分压电路包含：

一第一电阻，耦接于一第一节点与一第二节点之间；

一第二电阻，耦接于一第一节点与一第二节点之间；

一第三电阻，耦接于该第二节点与一第三节点之间；及

一第一开关，耦接于该第一节点与该第二节点之间，其中，该第一电阻与该第一开关为串联耦接。

3.如权利要求2所述的电压产生器，其中该分压电路的该第一节点耦接于该充电泵的输出端，该第二节点耦接于该比较器的第一输入端，该第三节点耦接于一接地端。

4.如权利要求3所述的电压产生器，其中该分压电路还包含一第二开关耦接于该第一节点及该第二节点之间，且该第二开关与该第二电阻为串联耦接。

5.如权利要求2所述的电压产生器，其中该分压电路的该第一节点耦接于一接地端，该第二节点耦接于该比较器的第一输入端，该第三节点耦接于该充电泵的输出端。

6.如权利要求5所述的电压产生器，其中该分压电路还包含一第二开关耦接于该第一节点及该第二节点之间，且该第二开关与该第二电阻为串联耦接。

7.如权利要求1所述的电压产生器，其中该分压电路包含：

一第一电阻；

一第二电阻，串联耦接该第一电阻后，该串联耦接的该第一电阻及该第二电阻耦接于一第一节点与一第二节点之间；

一第三电阻，耦接于该第二节点与一第三节点之间；及

一第一开关，并联耦接于该第一电阻。

8.如权利要求7所述的电压产生器，其中该分压电路的该第一节点耦接于该充电泵的输出端，该第二节点耦接于该比较器的第一输入端，该第三节点耦接于一接地端。

9.如权利要求8所述的电压产生器，其中该分压电路还包含一第二开关串联耦接一第四电阻，该串联耦接的该第二开关及该第四电阻并联耦接于该第二电阻。

10.如权利要求9所述的电压产生器，其中该分压电路还包含一第三开关串联耦接于该第二电阻。

11.如权利要求7所述的电压产生器，其中该分压电路的该第一节点耦接于一接地端，该第二节点耦接于该比较器的第一输入端，该第三节点耦接于该充电泵的输出端。

12.如权利要求11所述的电压产生器，其中该分压电路还包含一第二开关串联耦接一第四电阻，该串联耦接的该第二开关及该第四电阻并联耦接于该第二电阻。

13.如权利要求12所述的电压产生器，其中该分压电路还包含一第三开关串联耦接于该第二电阻。