CN102136794A - 电荷泵浦驱动电路以及电荷泵浦系统 - Google Patents

Abstract

一种电荷泵浦驱动电路，以产生驱动脉冲信号，此电荷泵浦驱动电路含有控制信号产生器以及驱动信号产生器。控制信号产生器产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，其中第三控制信号先转态，接着第一控制信号转态，之后第二控制信号再转态。驱动信号产生器耦接于控制信号产生器，此驱动信号产生器由第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号所控制来产生驱动脉冲信号。

Description

电荷泵浦驱动电路以及电荷泵浦系统

技术领域

本发明是有关于一种电荷泵浦电路，且特别是有关于一种能够使原始信号的电压值变成倍数的电荷泵浦电路。

背景技术

一般而言，电荷泵浦电路属于一种直流-直流转换器(DC-DC converter)，其采用电容器来作为能量储存装置，并能够提供电压电平较原始信号更高或更低的电源。电荷泵浦电路的效率高，通常其效率能够高达90％至95％。电荷泵浦电路通常会采用一些开关装置来控制电容器与电压源之间的联结关系，来得到较原始信号为高的电压值。为了增加电压值，这一类的电荷泵浦电路通常会采用一些电容器来储存电荷，然后将这些电荷转移至其它电容器上。

用来控制电容器之间的联结关系的开关装置是由驱动脉冲信号所控制，此驱动脉冲信号则由电荷泵浦驱动电路产生。然而，电荷泵浦驱动电路内的晶体管通常存在短路电流(Short Circuit Current)，当晶体管进行切换时(导通与关闭之间的转换)，此短路电流会由电源供应端流至接地端，造成功率耗损。

因此，需要一个新的电荷泵浦驱动电路，以减少短路电流，进而降低功率消耗。

发明内容

因此，本发明的一方面提供一种电荷泵浦驱动电路，用以产生一驱动脉冲信号，能够减少驱动电路内的短路电流，进而降低功率消耗。

依据本发明一实施例，电荷泵浦驱动电路用以产生一驱动脉冲信号，此电荷泵浦驱动电路含有一控制信号产生器以及一驱动信号产生器。控制信号产生器产生一第一控制信号、一第二控制信号以及一第三控制信号，其中第三控制信号先转态，接着第一控制信号转态，之后第二控制信号再转态。驱动信号产生器耦接于控制信号产生器，此驱动信号产生器由第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号所控制来产生驱动脉冲信号。

本发明的另一方面提供一种电荷泵浦(Charge pump)系统，能够减少系统内部的短路电流，进而降低功率消耗。

依据本发明的另一实施例，电荷泵浦系统可增加一信号的电压值，此电荷泵浦系统含有电荷泵浦驱动电路以及电荷泵浦电路。电荷泵浦驱动电路产生一驱动脉冲信号，此电荷泵浦驱动电路内含一控制信号产生器以及一驱动信号产生器。控制信号产生器产生一第一控制信号、一第二控制信号以及一第三控制信号，其中第三控制信号先转态，接着第一控制信号转态，之后第二控制信号再转态。驱动信号产生器耦接于控制信号产生器，此驱动信号产生器由第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号所控制来产生一驱动脉冲信号。电荷泵浦电路由驱动脉冲信号驱动来产生一泵浦信号，此泵浦信号的电压值为驱动脉冲信号的倍数。

根据上述实施例，电荷泵浦驱动电路以及电荷泵浦系统能够减少驱动电路内的短路电流，进而降低功率消耗。

附图说明

为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附图式的说明如下：

图1是绘示本发明一实施方式电荷泵浦系统的方块图。

图2A是绘示本发明一实施方式驱动信号产生器的电路图。

图2B是绘示本发明一实施方式电荷泵浦电路的电路图。

[主要元件标号说明]

101：控制信号产生器        103：驱动信号产生器

105：电荷泵浦电路          107～117：时间间隔

119：电荷泵浦驱动电路      201：第一晶体管

203：偏压晶体管            205：第二晶体管

207：第三晶体管            209：第四晶体管

211：电平移位器            213：电流镜

215：电压降电路            217：电流源

221：第一二极管            223：第二二极管

225：第三二极管            227：第四二极管

229：第五二极管          231：第一电容

233：第二电容            235：第三电容

237：第四电容            239：第五电容

具体实施方式

图1是绘示本发明一实施方式电荷泵浦系统的方块图。电荷泵浦(Charge pump)系统可增加一信号的电压值，此电荷泵浦系统含有电荷泵浦驱动电路119与电荷泵浦电路105。电荷泵浦驱动电路119产生驱动脉冲信号，电荷泵浦电路105则由此驱动脉冲信号所驱动，来产生泵浦信号，泵浦信号的电压值会是驱动脉冲信号电压值的倍数。

电荷泵浦驱动电路119含有控制信号产生器101与驱动信号产生器103。控制信号产生器101产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，其中第三控制信号会先转态，接着第一控制信号转态，之后第二控制信号再跟着转态。具体来说，在第三控制信号下降与第二控制信号上升的空档间隔当中，第一控制信号会上升。另一方面，在第二控制信号下降与第三控制信号上升的空档间隔当中，第一控制信号会下降。由于第一、第二、第三控制信号依照特定顺序转态，且转态时间并不重迭，使受其控制的晶体管会交错地导通，因此在电源供应端与接地端之间不会存在直流路径。

驱动信号产生器103耦接于控制信号产生器，并由第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号控制，来产生驱动脉冲信号，因此在驱动信号产生器103当中，自电源供应端流至接地端的短路电流可被减少。在一些状况当中，驱动信号产生器103内自电源供应端流至接地端的短路电流可减少至零。如此一来，逻辑转态所产生的短路电流及其所造成的功率消耗可被减少。

图2A是绘示本发明一实施方式驱动信号产生器的电路图。驱动信号产生器含有第一晶体管201、偏压晶体管203、第二晶体管205、第三晶体管207以及第四晶体管209。第一晶体管201的源极电性连接至提供供应电压VDD的电源供应端，其栅极则接收第一控制信号。偏压晶体管203的源极电性连接至第一晶体管201，其栅极则接收偏压电压。第二晶体管205的漏极电性连接至偏压晶体管203，栅极则接收第二控制信号。第四晶体管209的源极电性连接至电源供应端VDD，栅极电性连接至偏压晶体管的源极。第三晶体管207的漏极电性连接至第四晶体管209来输出驱脉冲信号，其栅极则接收第三控制信号。

为了避免由电源供应端至接地端之间存在直流路径，此一实施例是使第一晶体管201以及第二晶体管205于不同时间间隔当中导通，第三晶体管207以及第四晶体管209亦不同时间间隔当中导通。换言之，第一晶体管201与第二晶体管205不会同时导通，第三晶体管207与第四晶体管209也不会同时导通。

举例来说，在图1所绘示的时间间隔107当中，第一控制信号与第三控制信号会分别导通第一晶体管201(PMOS)与第三晶体管207(NMOS)，此时一高逻辑电平电压则关闭第四晶体管209(PMOS)。接着在时间间隔109当中，第三控制信号会关闭第三晶体管207，第一控制信号会在时间间隔111当中关闭第一晶体管201；在时间间隔109之后的时间间隔113当中，第二控制信号会导通第二晶体管205。

在时间间隔113之后的时间间隔115当中，第二控制信号会关闭第二晶体管205，在之后的时间间隔117当中，第一控制信号则会导通第一晶体管201。最后，第三控制信号上升并导通第三晶体管207，如此便可产生具有高、低逻辑电平的驱动脉冲信号，在此驱动信号产生器的电源供应端与接地端之间不易存在直流路径，因而可降低功率消耗。

驱动信号产生器还含有电平移位器211来调整第一参考信号的电压电平以产生第一控制信号。举例来说，第一参考信号可为5伏特，经电平移位器211调整之后，会使第一控制信号变为40伏特。

此外，此一实施例的驱动信号产生器还可采用电流镜213以及电压降电路215，来产生控制偏压晶体管203的偏压电压。电流镜213会复制电流源217来产生定电流。电压降电路215电性连接电流镜213并由前述定电流偏压，此电压降电路215会降低供应电压VDD来产生偏压电压。更详细来说，电压降电路215含有三个二极管连接式(Diode-Connected)晶体管，这些二极管连接式晶体管之间是电性串接，将供应电压VDD的电压值降低三个临界电压(Threshold voltage)，所造成的偏压电压则为一常数。

当第一晶体管201导通时，偏压晶体管203源极端电压的最大值约略与供应电压VDD的电压值相等，例如20伏特；当第一晶体管201关闭时，偏压晶体管203源极端电压的最小值约略等于供应电压的电压值减去设定电压值，设定电压值为第四晶体管209栅源接面的电压降，例如5伏特。换言之，偏压晶体管203源极上的电压摆幅可被减少，因此可采用栅源接面承受5伏特的小尺寸晶体管来产生驱动脉冲信号。

图2B是绘示本发明一实施方式电荷泵浦电路的电路图。电荷泵浦电路含有串接的第一二极管221、第二二极管223、第三二极管225、第四二极管227以及第五二极管229。第一二极管221接收参考脉冲信号，第五二极管229则输出泵浦信号。

第一电容231耦接第一二极管221、第二二极管223以及接地端；更详细来说，第一电容231的第一端耦接至接地端，第二端耦接至第二二极管223的阳极以及第一二极管221的阴极。第二电容233自电荷泵浦驱动电路接收驱动脉冲信号，第二电容233并耦接第二二极管223以及第三二极管225；进一步来说第二电容233的第一端接收驱动脉冲信号，其第二端则耦接第二二极管223的阴极。

第三电容235耦接第三二极管225、第四二极管227以及接地端；进一步地，第三电容235的第一端耦合接地端，其第二端则耦接第三二极管225的阴极与第四二极管227的阳极。第四电容237接收参考脉冲信号，并耦接第四二极管227；进一步来说，第四电容237的第一端接收参考脉冲信号，其第二端则耦接至第四二极管227的阴极。第五电容239耦接第五二极管229并输出泵浦信号。

在此一实施例当中，泵浦信号的电压值为驱动脉冲信号电压值的三倍。具体而言，第一二极管221阴极端、第三二极管225阴极与泵浦信号的电压值分别为驱动脉冲信号电压值的一倍、两倍与三倍。

根据上述实施例，由逻辑转态所引起的电源供应端与接地端之间的短路电流(Short Circuit Current)可被减少。如此一来，由短路电流所引起的功率消耗亦可降低。除此之外，由于可采用小面积的晶体管来产生驱动脉冲信号，因此减少了电路面积。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何在本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (17)

1.一种电荷泵浦驱动电路，用以产生驱动脉冲信号，该电荷泵浦驱动电路包含：

控制信号产生器，以产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，其中该第三控制信号先转态，接着该第一控制信号转态，之后该第二控制信号再转态；以及

驱动信号产生器，耦接于该控制信号产生器，该驱动信号产生器由该第一控制信号、该第二控制信号以及该第三控制信号所控制来产生该驱动脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的电荷泵浦驱动电路，其中该驱动信号产生器包含：

第一晶体管，具有：

源极，电性连接至电源供应端；以及

栅极，接收该第一控制信号；

偏压晶体管，具有：

源极，电性连接至该第一晶体管；以及

栅极，接收偏压电压；

第二晶体管，具有：

漏极，电性连接至该偏压晶体管；以及

栅极，接收该第二控制信号；

第四晶体管，具有：

源极，电性连接至该电源供应端；以及

栅极，电性连接至该偏压晶体管的该源极；以及

第三晶体管，具有：

漏极，电性连接至该第四晶体管，以输出该驱动脉冲信号；以及

栅极，接收该第三控制信号，

其中该第一晶体管以及该第二晶体管于不同时间间隔当中导通，该第三晶体管以及该第四晶体管于不同时间间隔当中导通。

3.根据权利要求2所述的电荷泵浦驱动电路，其中该偏压晶体管的该源极上的最大电压约等于该电源供应端所提供的供应电压，该偏压晶体管的该源极上的最小电压约等于该供应电压减去设定电压值。

4.根据权利要求2所述的电荷泵浦驱动电路，其中该驱动信号产生器还包含电平移位器，以调整第一参考信号的电压电平来产生该第一控制信号。

5.根据权利要求4所述的电荷泵浦驱动电路，其中该驱动信号产生器还包含：

电流镜，以产生定电流；以及

电压降电路，电性连接该定电流，以降低该供应电压的电压值来产生该偏压电压。

6.根据权利要求5所述的电荷泵浦驱动电路，其中该电压降电路包含三个二极管连接式晶体管，该三个二极管连接式晶体管之间是电性串接，以降低该供应电压的电压值。

7.根据权利要求1所述的电荷泵浦驱动电路，其中该第一控制信号于该第三控制信号下降之后才上升。

8.根据权利要求7所述的电荷泵浦驱动电路，其中该第一控制信号先上升，接着该第二控制信号才上升。

9.根据权利要求8所述的电荷泵浦驱动电路，其中该第一控制信号于该第二控制信号下降之后下降，该第三控制信号则于该第一控制信号下降之后才上升。

10.一种电荷泵浦系统，用以增加信号的电压值，该电荷泵浦系统包含：

一种电荷泵浦驱动电路，以产生驱动脉冲信号，该电荷泵浦驱动电路包含：

控制信号产生器，以产生第一控制信号、第二控制信号以及第三控制信号，其中该第三控制信号先转态，接着该第一控制信号转态，之后该第二控制信号再转态；以及

驱动信号产生器，耦接于该控制信号产生器，该驱动信号产生器由该第一控制信号、该第二控制信号以及该第三控制信号所控制来产生驱动脉冲信号；以及

电荷泵浦电路，由该驱动脉冲信号所驱动，以产生泵浦信号，该泵浦信号的电压值为该驱动脉冲信号的倍数。

11.根据权利要求10所述的电荷泵浦系统，其中该电荷泵浦电路包含：

第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管以及第五二极管，其中该第一二极管接收参考脉冲信号，该第五二极管则输出该泵浦信号；

第一电容，耦接该第一二极管、该第二二极管，以及接地端；

第二电容，耦接该第二二极管以及该第三二极管，以自该电荷泵浦驱动电路接收该驱动脉冲信号；

第三电容，耦接该第三二极管、该第四二极管以及该接地端；

第四电容，耦接该第四二极管，并接收该参考脉冲信号；以及

第五电容，耦接该第五二极管，并输出该泵浦信号。

12.根据权利要求11所述的电荷泵浦系统，其中该第一电容具有：

第一端点，耦接至该接地端；以及

第二端点，耦接至该第二二极管的阳极以及该第一二极管的阴极。

13.根据权利要求11所述的电荷泵浦系统，其中该第二电容具有：

第一端点，以接收该驱动脉冲信号；以及

第二端点，耦接至该第二二极管的阴极端。

14.根据权利要求11所述的电荷泵浦系统，其中该第三电容具有：

第一端点，耦接至该接地端；以及

第二端点，耦接至该第三二极管的阴极端以及该第四二极管的阳极端。

15.根据权利要求11所述的电荷泵浦系统，其中该第四电容具有：

第一端点，以接收该参考脉冲信号；以及

第二端点，耦接至该第四二极管的阴极端。

16.根据权利要求11所述的电荷泵浦系统，其中该第五电容具有：

第一端点，耦接至该第五二极管的阴极端；以及

第二端点，耦接至该接地端。

17.根据权利要求11所述的电荷泵浦系统，其中该参考脉冲信号以及该驱动脉冲信号具有大约相同的最大电压值。

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