CN103427627A

CN103427627A - 倍压装置以及其中振荡控制信号产生器

Info

Publication number: CN103427627A
Application number: CN2012103813476A
Authority: CN
Inventors: 赵光威
Original assignee: Nanya Technology Corp
Current assignee: Nanya Technology Corp
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: US8653883B2; US20130307612A1; TWI505646B; TW201347411A; CN103427627B

Abstract

本发明涉及一种倍压装置以及其中振荡控制信号产生器，其中倍压装置、与控制该倍压装置一电荷泵(由一第一电压供电，提供一第二电压)的一振荡控制信号产生器。所述振荡控制信号产生器具有一第一输入端接收一基准振荡信号、一第二输入端接收一比较结果显示该第二电压是否高于一目标值、一第三输入端用于取得该电荷泵一输出端的电流消耗状况、以及一输出端输出一振荡控制信号控制该电荷泵。此外，该振荡控制信号产生器包括一逻辑电路。根据该比较结果与该电流消耗状况，该逻辑电路将该基准振荡信号的状态变化选择性地略去，以作为该振荡控制信号。

Description

倍压装置以及其中振荡控制信号产生器

技术领域

本发明涉及一种倍压装置(voltage doubler)，尤其涉及其中振荡控制信号产生器。

背景技术

倍压装置常用于产生高于电源电位的电压(不限定为电源电位的两倍)。如此一来，所产生的电压可用于供电给操作电位高于电源电位的装置。例如，倍压装置可用于供电给一发光二极管驱动器(LED driver)、一液晶屏幕驱动器(LCD driver)、一存储器(例如，动态随机存取存储器/DRAM或静态随机存取存储器/SRAM)。

传统技术中，一电荷泵(charge pump)可用于实现倍压装置。电荷泵可使用电容作为能量存储元件。根据一振荡控制信号，电荷泵对上述电容充电，以产生高于电源电位的一电压。电容的充电基于该振荡控制信号的频率。一般技术是提供具不同振荡频率的多个振荡信号作为上述振荡控制信号的选项。基于一多路复用设计，上述多个振荡信号中最适合者将被选取，以输入所述电荷泵，妥善控制该电荷泵对上述电容的充电动作。

然而，关于上述多路复用设计，其困难点在于：如何在不影响倍压装置的效率的前提下即时切换至正确的振荡控制信号频率。图1图解一多路复用设计，用于输出振荡信号fx1与fx2的一作为振荡控制信号fxc。多路复用器Mux的选择信号命名为stb。参考图2A，振荡控制信号fxc由频率fx1切换至fx2，其中，频率切换发生在振荡信号fx2为低电平时。如图所示，振荡控制信号fxc的工作区间因而非对称─倍压装置的效能会受影响。参考图2B，振荡控制信号fxc的频率由频率fx1切换为fx2，其中，频率切换发生在振荡信号fx2拉升至高电平时。因此，如图所示，振荡控制信号fxc无法即时切换至高振荡频率，会漏掉至少一次振荡。参阅图2C，振荡控制信号fxc的频率由频率fx2切换到频率fx1，且选择信号stb的切换与振荡信号fx2的下降缘对齐。此状况可能因为工艺、电压、温度变动(PVT variations)而导致干扰脉冲(glitch)发生，致使倍压装置的效能受影响。

因此，本技术领域需要一种振荡控制信号产生器，其所产生的振荡控制信号的工作区间对称、且即时回应控制操作且无干扰脉冲问题。

发明内容

本发明所揭示为一倍压装置以及一振荡控制信号产生器。

根据本发明一种实施方式所实现的一倍压装置包括一电荷泵、一比较器、一基准振荡信号产生器以及一振荡控制信号产生器。

所述电荷泵由一第一电压供电、且具有一电容作为能量存储元件。所述电荷泵根据一振荡控制信号操作。基于该振荡控制信号，该电荷泵对该电容充电，以控制该电容所提供的一第二电压。该第二电压耦接该比较器，以观察出一比较结果显示该第二电压是否高于一目标值。根据该比较结果，该基准振荡信号产生器产生一基准振荡信号。根据上述比较结果以及该电荷泵一电流消耗状况，该振荡控制信号产生器选将该基准振荡信号的状态变化择性地略去，以形成控制该电荷泵用的该振荡控制信号。

根据本发明另外一种实施方式所实现者为一振荡控制信号产生器，供一电荷泵使用，该电荷泵在一第一电压供电下产生一第二电压。所揭示的振荡控制信号产生器包括一第一输入端接收一基准振荡信号、一第二输入端接收显示该第二电压是否高于一目标值的一比较结果、一第三输入端取得该电荷泵的一输出端的电流消耗状况、以及一输出端输出一振荡控制信号控制该电荷泵。此外，该振荡控制信号产生器包括一逻辑电路。该逻辑电路基于上述比较结果与电流消耗状况选择性地略去该基准振荡信号的状态变化，以形成该振荡控制信号。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图示，详细说明如下。

附图说明

图1图解一多路复用设计，自振荡信号fx1与fx2中择一输出为振荡控制信号fxc，其中多路复用器Mux的选择信号命名为stb；

图2A、图2B以及图2C为波形图，说明图1的多路复用器设计的非对称工作区间问题、振荡丢失问题以及干扰脉冲问题；

图3图解根据本发明一种实施方式所实现的一倍压装置；

图4图解根据本发明一种实施方式所实现的倍压控制信号产生器308，其中包括一信号上升缘检测器402、一信号下降缘检测器404、一逻辑栅406以及一D型触发器振荡器408；

图5图解D型触发器振荡器408的一种实施方式，其中包括一D型触发器502；

图6图解本发明所揭示的第一致能信号产生器的一种实施方式；

图7图解本发明所揭示的第二致能信号产生器的一种实施方式；以及

图8为波形图，其中包括本发明所揭示的倍压装置的多个信号波形，其中，当本发明所揭示的电荷泵的输出端仅存在漏电流时，该振荡控制信号Osc outz以该基准振荡信号Vbosc的四分之一频率振荡。

其中，附图标记说明如下：

302～电荷泵；

304～比较器；

306～基准振荡信号产生器；

308～振荡控制信号产生器；

310～泵电路；

312～由倍压装置驱动的装置；

402～信号上升缘检测器；

404～信号下降缘检测器；

406～逻辑栅；

408～D型触发器振荡器；

410～D型触发器振荡器408的输出端；

502～D型触发器；

602～闩锁；

702～图7所示第二致能信号产生器的控制信号；

actsync_LLF、actsync_LHF～第一、第二致能信号；

Bankidle～与比较结果Osc_en、电流消耗状况(Com_st)相关的信号；

C～电容；

CLK、CLKf、D、LAT、LATf、R、Q～接点；

Com_st～信号，反应该电荷泵302一输出端的电流消耗状况；

fx1、fx2～振荡信号；

fxc～振荡控制信号；

Mux～多路复用器；

Osc_en～比较结果；

Osc_outz～振荡控制信号；

PwrUP～电源启动信号；

Sbclk_gate～信号；

stb～多路复用器Mux的选择信号；

Vbosc～基准振荡信号；

VCC～第一电压；

Vpp～第二电压；

Vref～参考电位。

具体实施方式

以下介绍本发明的多种实施方式。以下叙述是用来说明本发明内容，但非意图限定本发明范围。本发明的范围请参考权利要求范围部分。

图3图解根据本发明一种实施方式所揭示的一倍压装置。如图所示，倍压装置包括一电荷泵302、一比较器304、一基准振荡信号产生器306以及一振荡控制信号产生器308。

电荷泵302由一第一电压Vcc供电，且具有一电容C作为能量存储元件。电容C由一泵电路(pump circuit)310灌入电荷。一振荡控制信号Osc_outz被输入该泵电路310。基于该振荡控制信号Osc_outz的振荡，电荷灌入该电容C以控制该电容C所提供的一第二电压Vpp。该第二电压Vpp耦接该比较器304，以观察一比较结果Osc_en显示该第二电压Vpp是否高于一目标值(参考电位Vref随之设定)。根据该比较结果Osc_en，该基准振荡信号产生器306产生一基准振荡信号Vbosc。除了该基准振荡信号Vbosc，上述比较结果Osc_en以及一信号Com_st亦传递至该振荡控制信号产生器308。该信号Com_st反应该电荷泵302一输出端的电流消耗状况。基于该比较结果Osc_en以及所述电流消耗状况(由信号Com_st显示)，该振荡控制信号产生器308将该基准振荡信号Vbosc的状态变化选择性地略去，以形成上述振荡控制信号Osc_outz控制该电荷泵302。

参阅图3所示的实施方式，该振荡控制信号产生器308以三个输入端分别接收该基准振荡信号Vbosc、该比较结果Osc_en以及该信号Com_st，并且以一输出端输出该振荡控制信号Osc_outz，且可使用一逻辑电路实现上述振荡控制信号Osc_outz的生成。根据一种实施方式，该信号Com_st反应该电荷泵302的输出端的电流消耗状况，可作为一装置致能信号─显示该第二电压Vpp是否供电给一装置312(或者，耦接该第二电压Vpp的该装置312是否致能)。

特别声明的，于一种实施方式中，所述基准振荡信号产生器306在该比较结果Osc_en显示该第二电压Vpp高于该目标值时可停止产生该基准振荡信号Vbosc。如此一来，能量消耗将被有效抑制。

图4图解所述振荡控制信号产生器308的一种实施方式，其中包括一信号上升缘检测器402、一信号下降缘检测器404、一逻辑栅406以及一D型触发器(D flip-flop)振荡器408。

信号上升缘检测器402由一第一致能信号actsync_LLF致能，以检测该基准振荡信号Vobsc的上升缘。在图示实施方式中，该信号上升缘检测器402由该第一致能信号astsync_LLF的高电平所致能，且于该第一致能信号actsync_LLF低电平时除能。于致能状态下，该信号上升缘检测器402在检测到该基准振荡信号Vbosc的上升缘时输出一脉冲。

该信号下降缘检测器404由一第二致能信号actsync_LHF致能，以检测该基准振荡信号Vbosc的下降缘。在一种实施方式中，该信号下降缘振荡器404由该第二致能信号actsync_LHF的低电平所致能，且于该第二致能信号actsync_LHF为高电平时除能。在致能状态下，该信号下降缘检测器404在检测到该基准振荡信号Vbosc的下降缘时输出一脉冲。

逻辑栅406耦接来自该信号上升缘检测器402以及该信号下降缘检测器404的脉冲；并且，该逻辑栅406具有一输出端410；该逻辑栅406于该信号上升缘检测器402检测到该基准振荡信号Vbosc的上升缘、或于该信号下降缘检测器404检测到该基准振荡信号Vbosc的下降缘时输出一脉冲。在图4所示实施方式中，逻辑栅406由一非及栅(NAND gate)所实现。特别声明的，所揭示技术并不限定以非及栅实现该逻辑栅406。逻辑栅406的实施与信号上升缘/下降缘检测器402/404的设计相关。

D型触发器振荡器408耦接接收该逻辑栅406的输出端所提供的脉冲，且具有一输出端输出该振荡控制信号Osc_outz。通过该D型触发器振荡器408，逻辑栅406每次输出脉冲会导致该振荡控制信号Osc_outz发生状态变化。

请注意，基于具有上述信号上升缘检测器402、信号下降缘检测器404、逻辑栅406以及D型触发器振荡器408的一逻辑电路，该基准振荡信号Vbosc的状态变化的略去操作由该信号上升缘检测器402或/以及该信号下降缘检测器404的除能实现。

图5图解该D型触发器振荡器408的一种实施方式，其中包括一D型触发器502。逻辑栅406的输出端410上提供的信号由一串反相器传递，且正相输入该D型触发器502的接点CLK，且反相输入该D型触发器502的接点CLKf。接点Q输出的的一信号反向回馈至输入接点D。电源启动信号PwrUP的除能可重置该D型触发器502(经由502接点R控制)。关于图中所示实施方式，每当有脉冲自该逻辑栅406的输出端410传递而来，该振荡控制信号Osc_outz即有状态变化发生。

为了形成上述第一以及第二致能信号actsync_LLF以及actsync_LHF，振荡控制信号产生器308更包括一第一致能信号产生器以及一第二致能信号产生器。该第一致能信号产生器可基于上述比较结果Osc_en以及电流消耗状况Com_st甚至该基准振荡信号Vbosc产生该第一致能信号actsync_LLF。该第二致能信号产生器可基于上述比较结果Osc_en以及电流消耗状况Com_st甚至该基准振荡信号Vbosc产生该第二致能信号actsync_LHF。一种实施方式在产生该第一致能信号actsync_LLF时考虑有该基准振荡信号Vbosc，使该第一致能信号actsyc_LLF仅在该基准振荡信号Vosc为低电平时触发。一种实施方式在产生该第二致能信号actsync_LHF时考虑有该基准振荡信号Vbosc，使该第二致能信号actsyc_LHF仅在该基准振荡信号Vosc为高电平时触发。如此一来，所产生的上述振荡控制信号Osc_outz的工作区间为对称。

回头参考图4，通过控制该第一以及该第二致能信号actsync_LLF以及actsync_LHF，该振荡控制信号Osc_outz可自该基准振荡信号Vbosc除频。在第一种实施方式中，该信号上升缘检测器402致能且该信号下降缘检测器404除能，该振荡控制信号Osc_outz以该基准振荡信号的一半频率振荡。在第二种实施方式中，该信号上升缘检测器402除能且该信号下降缘检测器404致能，该振荡控制信号Vosc以该基准振荡信号Vbosc一半频率振荡。在第三种实施方式中，该信号上升缘检测器402除能、且该信号下降缘检测器404以该基准振荡信号Vbosc的一半频率在启动/关闭间切换，该振荡控制信号Osc_outz以该基准振荡信号Vbosc的四分之一频率振荡。在第四种实施方式中，该信号上升缘检测器402以该基准振荡信号Vbosc的一半频率在启动/关闭间切换、且该信号下降缘检测器404除能，该振荡控制信号Osc_outz以该基准振荡控制信号的四分之一频率振荡。

以下段落列举一说明例，涉及电荷泵的输出端仅存有漏电流的状况，所产生的产生振荡控制信号Osc_outz以该基准振荡信号Vbosc四分之一频率振荡。举例来说，图6图解相关的第一致能信号产生器。图7图解相关的第二致能信号产生器。图8图解相关的倍压装置的信号波形。

参阅图6所示电路设计，该第一致能信号产生器包括一闩锁602。信号Bankidle有关于上述比较结果Osc_en以及电流消耗状况(由信号Com_st表示)。举例来说，当该比较结果Osc_en显示第二电压Vpp高于目标值，信号Bankidle可为高电平，或者，当电流消耗源自漏电流，信号Bankidle可为高电平。通过图6所示的第一致能信号产生器，第一致能信号actsync_LLF仅在基准振荡信号Vbosc为低电平时被触发，供应具有对称工作区间的振荡控制信号Osc_outz。

参阅图7所示的电路设计，其中图解一除频器。一控制信号702的状态基于上述比较结果Osc_en以及电流消耗状况(由信号Com_st显示)甚至该基准振荡信号Vobsc。当该控制信号702为低电平，该除频器致动，且信号Sbclk_gate以该基准振荡信号Vbosc的一半频率振荡，且反相形成该第二致能信号actsync_LHF。

图8图解多个信号波形，包括上述基准振荡信号Vbosc、信号Com_st(显示电流消耗状况)、信号702、第一致能信号actsync_LLF、信号Sbclk_gate以及振荡控制信号Osc_outz。参阅图中所示时间区间T1，由于比较结果显示电压Vpp高于一目标值，故基准振荡信号产生器(产生Vbosc)关闭；该振荡控制信号Osc_outz在时间区间T1停止振荡。在时间区间T2，由于电压Vpp的振荡频率跌至目标值之下、且信号Com_st显示有可观的电流消耗存在，基准振荡信号Vbosc重启振荡；振荡控制信号Osc_outz以该基准振荡信号Vbosc的频率振荡以维持该电压Vpp。在时间区间T3，信号Com_st为低电平─显示仅漏电流存在于电荷泵的输出端；因此，振荡控制信号Osc_outz以该基准振荡信号Vbosc的四分之一频率振荡。在时间区间T4，信号Com_st再度切换至高电平，显示有可观的电流消耗存在；因此，振荡控制信号Osc_outz加速振荡频率，再度以该基准振荡信号Vbosc的频率振荡，以维持该电压Vpp。因此，一振荡控制信号产生器产生具对称工作区间的振荡控制信号，可对控制操作即时反应、且不产生干扰脉冲。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种倍压装置，包括：

一电荷泵，由一第一电压供电，且具有一电容作为能量存储元件，该电荷泵接收一振荡控制信号并据以充电该电容，以控制该电容所提供的一第二电压；

一比较器，耦接该电荷泵以接收该电容所提供的该第二电压，且输出一比较结果显示该第二电压是否高于一目标值；

一基准振荡信号产生器，根据该比较结果产生一基准振荡信号；以及

一振荡控制信号产生器，根据该比较结果以及该电荷泵一输出端的一电流消耗状况将该基准振荡信号的状态变化选择性地略过，以生成该振荡控制信号。

2.如权利要求1所述的倍压装置，其中该基准振荡信号产生器在该比较结果显示该第二电压高于该目标值时停止产生该基准振荡信号。

3.如权利要求2所述的倍压装置，其中该振荡控制信号产生器包括：

一信号上升缘检测器，由一第一致能信号致能，以检测该基准振荡信号的上升缘；

一信号下降缘检测器，由一第二致能信号致能，以检测该基准振荡信号的下降缘；

一逻辑栅，具有一输出端在该信号上升缘检测器检测到该基准振荡信号的上升缘或该信号下降缘检测器检测到该基准振荡信号的下降缘时输出一脉冲；以及

一D型触发器振荡器，耦接该逻辑栅的该输出端且具有一输出端输出该振荡控制信号，其中，经由该D型触发器振荡器，该振荡控制信号根据该逻辑栅所产生的该脉冲发生发生状态变化，

其中，该信号上升缘检测器与该信号下降缘检测器的除能用于实现略去该基准振荡信号的状态变化的操作。

4.如权利要求3所述的倍压装置，其中该振荡控制信号产生器更包括：

一第一致能信号产生器，基于上述比较结果以及电流消耗状况产生该第一致能信号；以及

一第二致能信号产生器，基于上述比较结果以及电流消耗状况产生该第二致能信号。

5.如权利要求4所述的倍压装置，其中：

该第一致能信号产生器在产生该第一致能信号时更将该基准振荡信号考虑其中，以限定该第一致能信号的触发发生在该基准振荡信号的低电平状态；以及

该第二致能信号产生器在产生该第二致能信号时更将该基准振荡信号考虑其中，以限定该第二致能信号的触发发生在该基准振荡信号的高电平状态。

6.如权利要求1所述的倍压装置，其中该振荡控制信号产生器接收一装置致能信号，该装置致能信号显示该第二电压是否供电给一装置并且反应该电荷泵输出端的电流消耗状况。

7.如权利要求3所述的倍压装置，其中该振荡控制信号在该信号上升缘检测器致能且该信号下降缘检测器除能时以该基准振荡信号的一半频率振荡。

8.如权利要求3所述的倍压装置，其中该振荡控制信号在该信号上升缘检测器除能且该信号下降缘检测器致能时以该基准振荡信号的一半频率振荡。

9.如权利要求3所述的倍压装置，其中，该信号上升缘检测器除能且该信号下降缘检测器以该基准振荡信号一半频率于启动与关闭间切换时，该振荡控制信号以该基准振荡信号的四分之一频率振荡。

10.如权利要求3所述的倍压装置，其中，该信号上升缘检测器以该基准振荡信号一半频率于启动与关闭间切换、且该信号下降缘检测器除能时，该振荡控制信号以该基准振荡信号四分之一频率振荡。

11.一种振荡控制信号产生器，供一第一电压供电的一电荷泵使用，使该电荷泵供应一第二电压，包括：

一第一输入端，接收一基准振荡信号；

一第二输入端，接收一比较信号显示该第二电压是否高于一目标值；

一第三输入端，取得该电荷泵一输出端的电流消耗状况；

一输出端，输出一振荡控制信号以控制该电荷泵；以及

一逻辑电路，根据该比较结果以及该电流消耗状况将该基准振荡信号的状态变化选择性地略过，以生成该振荡控制信号。

12.如权利要求11所述的振荡控制信号产生器，更包括：

一逻辑栅，具有一输出端，于该信号上升缘检测器检测到该基准振荡信号的上升缘、或该信号下降缘检测器检测到该基准振荡信号的下降缘时输出一脉冲；以及

一D型触发器振荡器，耦接该逻辑栅的该输出端，且具有一输出端输出上述振荡控制信号，其中，经由该D型触发器振荡器，该振荡控制信号随着该逻辑栅所产生的上述脉冲发生状态变化，

其中，该信号上升缘检测器以及该信号下降缘检测器的除能实现略去该基准振荡信号的状态变化的操作。

13.如权利要求12所述的振荡控制信号产生器，更包括：

14.如权利要求13所述的振荡控制信号产生器，其中：

该第一致能信号产生器在产生该第一致能信号时更将该基准振荡信号考虑其中，以限定该第一致能信号的触发发生在该基准振荡信号为低电平时；以及

该第二致能信号产生器在产生该第二致能信号时更将该基准振荡信号考虑其中，以限定该第二致能信号的触发发生在该基准振荡信号为高电平时。

15.如权利要求11所述的振荡控制信号产生器，其中该第三输入端接收一装置致能信号，该装置致能信号显示该第二电源是否供电给一装置并且反应该电荷泵上述输出端的上述电流消耗状况。

16.如权利要求12所述的振荡控制信号产生器，其中该振荡控制信号在该信号上升缘检测器致能且该信号下降缘检测器除能时以该基准振荡信号的一半频率振荡。

17.如权利要求12所述的振荡控制信号产生器，其中该振荡控制信号在该信号上升缘检测器除能且该信号下降缘检测器致能时以该基准振荡信号的一半频率振荡。

18.如权利要求12所述的振荡控制信号产生器，其中，当该信号上升缘检测器除能、且该信号下降缘检测器以该基准振荡信号的一半频率于启动以及关闭间切换时，该振荡控制信号以该基准振荡信号的四分之一频率振荡。

19.如权利要求12所述的振荡控制信号产生器，其中，当该信号上升缘检测器以该基准振荡信号的一半频率于启动与关闭间切换、且该信号下降缘检测器除能时，该振荡控制信号以该基准振荡信号的四分之一频率振荡。