CN103872902A - 混合型电荷泵及其操作方法、包括所述泵的电源管理ic - Google Patents

Abstract

提供了一种混合型电荷泵及其操作方法、包括所述泵的电源管理IC。一种混合型电荷泵，包括：混合电路，被配置为如果输入脉冲的电平是第一电平，则在缓冲操作中对输入脉冲中存在的过冲或下冲进行缓冲，如果输入脉冲的电平是与第一电平不同的第二电平，则在充电操作中存储输入脉冲，并且在负电压产生操作中从存储的脉冲产生负电压。

Description

混合型电荷泵及其操作方法、包括所述泵的电源管理IC

本申请要求于2012年12月10日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0142794号韩国专利申请的优先权，所述申请的内容通过引用全部合并于此。

技术领域

本发明构思的示例实施例涉及一种混合型电荷泵及用于操作所述电荷泵的方法、包括混合型电荷泵的电源管理集成电路（IC）和/或包括电源管理IC的显示装置。

背景技术

近年来，由电子装置处理的传输数据量正在增加。在电子装置包括高清晰度显示单元的情况下，会日益期望安装在电子装置中的电源系统的效率增加。

一种具有高效率的用于操作电源系统的方法是脉冲宽度调制（PWM）方法。PWM方法是这样的方法：通过从通过输出信号与参考电压的比较而获得的脉冲信息对例如功率晶体管等进行开关来获得期望的电压或电流电平。由于可高效率实现PWM方法，因此PWM方法被广泛用于操作电源系统。

发明内容

至少一个示例实施例涉及一种能够提高装置的可靠性并减小装置的尺寸的混合型电荷泵。

至少一个其他示例实施例涉及一种用于操作能够提高装置的可靠性并减小装置的尺寸的混合型电荷泵的方法。

至少一个其他示例实施例涉及一种能够提高装置的可靠性并减小装置的尺寸的电源管理IC（PMIC）。

至少一个其他示例实施例涉及一种具有改善的可靠性并能够实现小型化的显示装置。

示例实施例不限于此，将在以下实施例的描述中描述其他示例实施例，或者从以下实施例的描述，其他示例实施例将是明显的。

根据示例实施例，一种混合型电荷泵包括：输入端子，脉冲被输入到所述输入端子；混合电路，如果输入到输入端子的脉冲的电平是第一电平，则执行对输入脉冲中存在的过冲或下冲进行缓冲的操作，如果输入到输入端子的脉冲的电平是与第一电平不同的第二电平，则执行从输入脉冲对电荷进行充电以产生负电压的操作；输出端子，输出从混合电路产生的负电压。

根据另一示例实施例，一种混合型电荷泵包括：输入端子，输入信号被输入到所述输入端子；第一开关和第二开关，在输入端子和接地端子之间串联连接；第一电荷存储元件和第一整流元件，在第一开关和接地端子之间与第二开关并联连接；第二整流元件和第二电荷存储元件，在第一电荷存储元件和接地端子之间与第一整流元件并联连接；输出端子，连接到第二电荷存储元件的一端。

根据另一示例实施例，一种用于操作混合型电荷泵的方法包括：在第一开关被接通并且第二开关被断开的状态下，接收第一电平的开关脉冲，并执行减轻开关脉冲中存在的过冲或下冲的缓冲操作；如果在第一开关被接通，第二开关被断开状态下，开关脉冲从第一电平改变为与第一电平不同的第二电平，则执行从开关脉冲对电荷充电的操作；在第一开关被断开并且第二开关被接通的状态下，执行从开关脉冲产生负电压的操作。

根据另一示例实施例，电源管理集成电路包括：主升压器，接收输入电源并输出第一输出电压；子升压器，接收第一输出电压并输出与第一输出电压不同的第二输出电压；混合型电荷泵，接收在主升压器产生的开关脉冲，并执行对开关脉冲中存在的过冲或下冲进行缓冲，或从开关脉冲产生负电压并输出负电压的操作。

至少一个示例实施例涉及一种电源管理集成电路（PMIC）。

在一实施例中，PMIC包括：包括被配置为在第一电路路径和第二电路路径之间切换的多个开关的混合型电荷泵，所述混合型电荷泵被配置为如果所述多个开关被布置在第一电路路径中，则减小输入到输入端子的脉冲的幅度，并且如果所述多个开关被布置在第二电路路径中，则从所述脉冲产生负电压。

在一实施例中，混合型电荷泵被配置为通过配置多个开关形成第一电路路径使得第一电容器和第一整流器在输入端子和接地之间串联连接，以减小输入的脉冲的幅度。

在一实施例中，混合型电荷泵被配置为通过配置多个开关形成第二电路路径使得存储在第一电容器中的能量通过第二整流器被输送到第二电容器，以产生负电压。

在一实施例中，PMIC还包括：控制器，被配置为控制多个开关的接通/断开。

在一实施例中，PMIC还包括：升压器电路，被配置为产生输入到输入端子的脉冲，所述脉冲具有期望的低电平和期望的高电平；混合型电荷泵，被配置为减小超过期望的高电平或低于期望的低电平的脉冲的幅度。

附图说明

通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，示例性实施例的上述和其他方面和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据示例实施例的混合型电荷泵的电路图；

图2至图5是示出根据示例实施例的用于操作混合型电荷泵的方法的示图；

图6是示出根据另一示例实施例的操作混合型电荷泵的方法的示图；

图7是示出根据另一示例实施例的操作混合型电荷泵的方法的示图；

图8是根据示例实施例的电源管理集成电路的概念框图；

图9是图8中示出的电源管理集成电路的电路图；

图10和图11是用于解释用于操作图8中示出的电源管理集成电路的方法的示图；

图12是根据示例实施例的显示装置的概念框图；

图13是示出图12中示出的显示装置的一示例的示图；

图14和图15是示出根据示例实施例的包括电源管理集成电路的半导体系统的概念框图。

具体实施方式

可通过参考示例实施例的以下详细描述和附图来更容易地理解本发明的优点和特点以及实现本发明的方法。然而，示例实施例可以以不同的形式来实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。更贴切地，提供这些实施例，从而本公开将是彻底和完整的，并将示例实施例完全地传达给本领域的技术人员，并且所述实施例将仅由权利要求来限定。在附图中，为了清楚，层和区域的厚度被夸大。

将理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”或者“连接到”另一元件或层，则所述元件或层可直接在所述另一元件或层上或连接到所述另一元件或层，或者可存在介入元件或介入层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”或“直接连接到”另一元件或层时，不存在介入元件或介入层。相同的标号始终表示相同的元件。如在此使用的，术语“和/或”包括关联的列出的项中的一个或多个的任意组合和所有组合。

除非在此另有指示或上下文明显矛盾，否则在描述本发明的上下文（尤其在权利要求的上下文中）中的单数术语和类似的指代的使用将被解释为覆盖单数和复数两者。除非另有说明，否则术语“包括”、“具有”和“包含”将被解释为开放式术语（即，意味着“包括，但不限于”）。

将理解，虽然术语第一、第二等可在此用来描述各种元件，但这些元件不应由这些术语来限定。这些术语仅用来将一个元件与另一元件区分开。因此，例如，在不脱离示例实施例的教导的情况下，以下讨论的第一元件、第一组件或第一部分可被称为第二元件、第二组件或第二部分。

如在此使用的术语“单元”或“模块”表示但不限于执行特定任务的软件组件或硬件组件（诸如，现场可编程门阵列（FPGA）或专用集成电路（ASIC））。单元或模块可优选地被配置为驻留在可寻址存储介质中并被配置为在一个或更多个处理器上运行。因此，通过示例的方式，单元或模块可包括组件（诸如，软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件）、进程、函数、属性、过程、子例程、程序代码段、驱动器、固件、微代码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。组件中提供的功能与单元或模块可被结合为更少的组件与单元或模块，或者被进一步分离为额外的组件与单元或模块。

除非另有限定，否则在此使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同的意义。值得注意的是，除非另有说明，否则任意示例和所有示例的使用或在此提供的示例性术语仅意在使本发明更加清楚，而不是对本发明的范围的限定。另外，除非另有限定，否则通常使用的词典中限定的所有术语可能不被过度地解释。

图1是根据示例实施例的混合型电荷泵的电路图。

参照图1，混合型电荷泵10包括输入端子IN、混合电路HC和输出端子OUT。

输入信号可被输入到输入端子IN。在一些示例实施例中，输入到输入端子IN的输入信号可以是具有上升沿和下降沿的脉冲信号。具体地讲，在一些示例实施例中，输入到输入端子IN的输入信号可以是例如脉冲宽度调制（PWM）调节器的开关脉冲（switching pulse）。

在这个输入到输入端子IN的脉冲信号中，可能存在由在信号路径中产生的噪声等引起的过冲（over shoot）或下冲（under shoot）。脉冲信号中存在的过冲或下冲可能产生在系统中引起高频噪声问题的谐波功率。

根据示例实施例的混合型电荷泵10可被配置为通过减小输入脉冲的幅度来减轻开关脉冲中存在的过冲或下冲，因此提高系统的可靠性。

混合电路HC可包括分别在输入端子IN和接地端子之间串联连接的第三开关M3和第四开关M4、在第三开关M3和接地端子之间与第四开关M4并联连接的多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1、以及在多功能电荷存储元件Cp1和接地端子之间与第一整流元件D1并联连接的第二整流元件D2和第三输出电荷存储元件Co3。

在这种情况下，第三开关M3和第四开关M4可被配置为例如功率晶体管。在第三开关M3和第四开关M4被配置为功率晶体管的情况下，第三开关M3和第四开关M4的接通/断开操作可分别根据分别从例如控制器单元（未示出）等施加的控制电压Vc3和Vc4来控制。在本实施例中，功率晶体管已被示出为构成第三开关M3和第四开关M4的示例，但示例实施例不限于示出的示例。

多功能电荷存储元件Cp1和第三输出电荷存储元件Co3中的每个可被配置为例如如所示的电容器。第一整流元件D1和第二整流元件D2中的每个可被配置为例如如所示的二极管，但本发明不限于示出的示例。

如果脉冲的电平是第一电平，则混合电路HC可执行用于减轻输入到输入端子IN的脉冲中存在的过冲或下冲的缓冲（snubbing）操作，如果输入到输入端子IN的脉冲的电平是与第一电平不同的第二电平，则混合电路HC可执行用于从脉冲对多功能电荷存储元件Cp1进行充电的电荷充电操作以及用于产生负电压的负电压产生操作。在一些示例实施例中，第一电平可包括逻辑低电平，第二电平可包括逻辑高电平。

换句话说，混合电路HC可执行缓冲操作以及电荷充电操作和负电荷抽送（negative charge pumping）操作两者，其中，缓冲操作用于减轻脉冲中存在的过冲或下冲，电荷充电操作和负电荷抽送操作用于从脉冲产生负电压。

输出端子OUT可被连接到第三输出电荷存储元件Co3的一端。输出端子OUT可将在第三输出电荷存储元件Co3中充电的负电压输出到外部。

图2至图5是示出根据示例实施例的用于操作混合型电荷泵的方法的示图。

图2是根据示例实施例的混合型电荷泵的操作时序图。

过冲

如上所述，由信号路径中产生的噪声等引起的过冲或下冲可能存在于输入到混合型电荷泵10的输入端子IN的脉冲中。以下，首先，将描述用于在输入脉冲中存在过冲的情况下操作混合型电荷泵10的方法。

参照图1和图2，具有上升沿RE和下降沿FE的输入脉冲可被输入到示出的混合型电荷泵10的输入端子IN。如图2所示，在这种情况下，由在信号路径中产生的噪声等引起的过冲可能存在于输入脉冲的上升沿RE中。

如图2所示，第三开关M3可在形成输入脉冲的上升沿RE之前被接通，并且第四开关M4可在形成输入脉冲的上升沿RE之前被断开。换句话说，可在形成输入脉冲的上升沿RE之前通过施加第三控制电压Vc3来接通第三开关M3，并且在形成输入脉冲的上升沿RE之前通过无法施加第四控制电压Vc4来断开第四开关M4。因此，在形成输入脉冲的上升沿RE时，第三开关M3可保持接通状态，第四开关M4可保持断开状态。

以这样的方式，当输入脉冲具有第一电平（例如，逻辑低电平）时，第三开关M3保持接通状态，第四开关M4保持断开状态（时间段A），混合型电荷泵10可执行缓冲操作以通过减少输入脉冲的幅度来减轻输入脉冲的过冲。

具体地讲，参照图3，当第三开关M3保持接通状态并且第四开关M4保持断开状态时，输入脉冲可通过第三开关、多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1流向接地端子。此时，第三开关M3中存在的导通电阻（on-resistance）、多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1的导通电阻可执行示出的缓冲电路（snubber circuit）的功能。换句话说，第三开关M3中存在的导通电阻、多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1的导通电阻可用作缓冲电路以减轻输入脉冲中存在的过冲。

因此，混合型电荷泵10可在形成输入脉冲的上升沿RE之前（时间段A）执行缓冲操作，从而减轻输入脉冲的过冲。

再次参照图2，如果在第三开关M3被接通且第四开关M4被断开的状态下，输入脉冲从第一电平（例如，逻辑低电平）改变为第二电平（例如，逻辑高电平）（时间段B），则混合型电荷泵10可执行从输入脉冲对电荷充电的电荷充电操作。

具体地讲，参照图4，当第三开关M3保持接通状态，第四开关M4保持断开状态并且输入脉冲具有逻辑高电平时，如图4的虚线所示，混合型电荷泵10可通过第三开关M3对多功能电荷存储元件Cp1进行充电。也就是说，混合型电荷泵10可在形成输入脉冲的上升沿RE之后执行电荷充电操作（时间段B）。在多功能电荷存储元件Cp1中充电的电荷可用于随后产生负电压。

再次参照图2，如果在输入脉冲保持第二电平（例如，逻辑高电平）或输入脉冲从第二电平降低到第一电平（例如，逻辑低电平）时，第三开关M3被断开并且第四开关被接通（时间段C），则混合型电荷泵10可执行从多功能电荷存储元件Cp1中充电的电荷产生负电压的负电荷抽送操作。

具体地讲，参照图5，由于没有施加第三控制电压Vc3使得第三开关M3被断开并且施加了第四控制电压Vc4使得第四开关M4被接通，因此输入脉冲不再被输送到混合型电荷泵10。随后，在第三输出电荷存储元件Co3中对用于保持与在多功能电荷存储元件Cp1中充电的电荷的电势差的负电荷进行充电，并通过输出端子OUT来输出所述负电荷。

也就是说，可在形成输入脉冲的下降沿FE时执行负电压产生操作。此时，第四开关M4，多功能电荷存储元件Cp1、第二整流元件D2和第三输出电荷存储元件Co3可用作从输入脉冲产生负电压的电路。

如上所述，可根据包括在混合电路HC中的第三开关M3和第四开关M4的接通/断开来控制混合型电荷泵10的缓冲操作、电荷充电操作和负电压产生操作。更具体地讲，混合型电荷泵10的缓冲操作、电荷充电操作和负电压产生操作可根据输入脉冲的电平和包括在混合电路HC中的第三开关M3和第四开关M4的接通/断开来控制，并可被顺序地执行。

也就是说，由于可在一个混合电路HC中同时执行缓冲操作和负电压产生操作，因此与单独地提供负电荷泵和缓冲电路的情况相比，可在保持装置的可靠性的同时进一步减少装置的尺寸。

另外，可在最佳条件下修改操作混合型电荷泵10的方法以根据输入脉冲中存在的噪声的类型减轻噪声。虽然在以上描述中已示出了输入脉冲中存在过冲的情况，但以下将参照图1、图6和图7来描述其修改示例。

下冲

图6是用于解释根据另一示例实施例的操作混合型电荷泵的方法的示图。图7是用于解释根据另一示例实施例的操作混合型电荷泵的方法的示图。

参照图1和图6，如所示，输入到混合型电荷泵10的输入端子IN的输入脉冲中可能存在下冲。在输入脉冲的下降沿FE中可能由信号路径中产生的噪声等引起下冲。

在本实施例中，在形成输入脉冲的下降沿FE之前，第三开关M3可被接通并且第四开关M4可被断开。随后，在输入脉冲具有第二电平（例如，逻辑高电平）时，如果第三开关M3被接通并且第四开关M4被断开（时间段B），则混合型电荷泵10可执行电荷充电操作。也就是说，可在形成输入脉冲的下降沿FE之前执行电荷充电操作。由于混合型电荷泵10的电荷充电操作可与以上参照图4描述的操作类似，因此将省略其更详细的描述。

随后，在形成输入脉冲的下降沿FE时，第三开关M3可保持接通状态并且第四开关M4可保持断开状态。混合型电荷泵10可执行缓冲操作直到第三开关M3被断开并且第四开关M4被接通为止（时间段A）。在形成输入脉冲的下降沿FE之后可执行缓冲操作直到第三开关M3被断开并且第四开关M4被接通为止（时间段A）。可通过缓冲操作来大量地减轻输入脉冲中存在的下冲。由于混合型电荷泵10的缓冲操作也可与以上参照图3描述的操作类似，因此将省略其更详细的描述。

随后，在第三开关M3被断开并且第四开关M4被接通时（时间段C），混合型电荷泵10可执行从充电的电荷产生负电压的操作。此时，在形成输入脉冲的上升沿RE时，如所示，混合型电荷泵10的第三开关可保持断开状态，并且混合型电荷泵10的第四开关M4可保持接通状态。也就是说，可在形成输入脉冲的上升沿RE时执行混合型电荷泵10的负电压产生操作。由于混合型电荷泵10的负电压产生操作也可与以上参照图5描述的操作类似，因此将省略其更详细的描述。

过冲和下冲

接下来，将参照图1和图7描述在过冲和下冲两者存在于输入到混合型电荷泵10的输入端子IN的输入脉冲的情况下操作混合型电荷泵10的方法。由信号路径中产生的噪声等引起的过冲和下冲可能分别存在于输入脉冲的上升沿RE和下降沿FE中。

在形成输入脉冲的上升沿RE之前，第三开关M3可被接通，第四开关可被断开。在形成输入脉冲的下降沿FE之后，第三开关M3可被断开，第四开关M4可被接通。

因此，混合型电荷泵10可概括为如下。

首先，施加第一电平（例如，逻辑低电平）的输入脉冲，并且当第三开关M3被接通，第四开关M4被断开时（时间段A），在形成输入脉冲的上升沿RE之前，混合型电荷泵10执行第一缓冲操作以减轻输入脉冲的上升沿RE中存在的过冲。

随后，在输入脉冲中形成上升沿RE，并且施加第二电平（例如，逻辑高电平）的输入脉冲。当第三开关M3被接通并且第四开关M4被断开时（时间段B），混合型电荷泵10执行电荷充电操作。混合型电荷泵10可在输入脉冲的上升沿RE和下降沿FE之间执行电荷充电操作。

随后，在输入脉冲中形成下降沿FE，并再次施加第一电平（例如，逻辑低电平）的输入脉冲。当第三开关M3被接通并且第四开关M4被断开时（时间段A），混合型电荷泵10执行第二缓冲操作。也就是说，可在形成输入脉冲的下降沿FE之后，执行用于减轻输入脉冲的下降沿FE中存在的下冲的第二缓冲操作。

随后，在保持第一电平（例如，逻辑低电平）的输入脉冲的状态下，当第三开关M3被断开并且第四开关M4被接通时（时间段C），混合型电荷泵10执行负电压产生操作。也就是说，在形成输入脉冲的下降沿FE之后，混合型电荷泵10的负电压产生操作可被执行直到第三开关M3被接通并且第四开关M4被断开为止。

由于混合型电荷泵10的第一缓冲操作和第二缓冲操作、电荷充电操作和负电压产生操作可与以上参照图3至图5描述的操作类似，因此将其省略更详细的描述。

接下来，将参照图8和图9描述根据示例实施例的电源管理集成电路。

图8是根据示例实施例的电源管理集成电路的概念框图。图9是图8中示出的电源管理集成电路的电路图。

参照图8和图9，电源管理集成电路（PMIC）100包括主升压器20、子升压器30、混合型电荷泵10和控制器单元40。

主升压器20可接收输入电压Vsupply，将输入电压Vsupply转换为第一输出电压Vout1，并输出第一输出电压Vout1。主升压器20可以是在开关节点VLX产生脉冲并通过脉冲宽度调制（PWM）调节来产生第一输出电压Vout1的调节器（regulator），但示例实施例不限于此。

子升压器30可接收从主升压器20输出的第一输出电压Vout1，将第一输出电压Vout1转换为与第一输出电压Vout1不同的第二输出电压Vout2，并输出第二输出电压Vout2。由子升压器30输出的第二输出电压Vout2的幅度可小于由主升压器20输出的第一输出电压Vout1的幅度，但示例实施例不限于此。

混合型电荷泵10可接收在主升压器20的开关节点VLX产生的开关脉冲，对开关脉冲中存在的过冲或下冲进行缓冲，或从开关脉冲产生负电压并将其输出为第三输出电压Vout3。混合型电荷泵10可以是根据上述示例实施例的混合型电荷泵中的任何一种。

控制器单元40可控制主升压器20、子升压器30和混合型电荷泵10的操作。具体地讲，如图9所示，主升压器20可包括第一开关M1和第二开关M2，混合型电荷泵10可包括第三开关M3和第四开关M4，子升压器30可包括第五开关M5和第六开关M6。控制器单元40可控制第一开关M1至第六开关M6的接通/断开。更具体地讲，控制器单元40可通过将第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2分别施加到包括在主升压器20中的第一开关M1和第二开关M2来接通/断开第一开关M1和第二开关M2，通过将第三控制电压Vc3和第四控制电压Vc4分别施加到包括在混合型电荷泵10中的第三开关M3和第四开关M4来接通/断开第三开关M3和第四开关M4，通过将第五控制电压Vc5和第六控制电压Vc6分别施加到包括在子升压器30中的第五开关M5和第六开关M6来接通/断开第五开关M5和第六开关M6。

可以以多种方式配置电源管理集成电路PMIC。

参照图9，主升压器20可包括例如第一电荷存储电容器C1、第一电感器L1、第一开关M1和第二开关M2、第一输出电荷存储元件Co1等。在这种情况下，可使用输入电压Vsupply对第一电荷存储电容器C1进行充电，可根据第一控制电压Vc1和第二控制电压Vc2来接通/断开第一开关M1和第二开关M2，并且在第一电感器L1从在第一电荷存储电容器C1中充电的电荷调节第一输出电压Vout1时可使用第一开关M1和第二开关M2。可从第一输出电荷存储元件Co1输出产生的第一输出电压Vout1。

子升压器30可包括第二电荷存储元件C2、第二电感器L2、第五开关M5和第六开关M6、第二输出电荷存储元件Co2等。在这种情况下，可使用第一输出电压Vout1对第二电荷存储元件C2进行充电，可分别根据第五控制电压Vc5和第六控制电压Vc6接通/断开第五开关M5和第六开关M6，并且可在第二电感器L2从在第二电荷存储元件C2中充电的电荷调节第二输出电压Vout2时使用第五开关M5和第六开关M6。可通过第二输出电荷存储元件Co2来输出产生的第二输出电压Vout2。

混合型电荷泵10可包括主升压器20的开关节点VLX与接地端子之间串联连接的第三开关M3和第四开关M4、在第三开关M3和接地端子之间与第四开关M4并联连接的多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1、以及在多功能电荷存储元件Cp1和接地端子之间与第一整流元件D1并联连接的第二整流元件D2和第三输出电荷存储元件Co3。可通过包括在混合型电荷泵10中的第三开关M3和第四开关M4的接通/断开来控制混合型电荷泵10的缓冲操作和负电压产生操作。由于以上已进行了详细的描述，因此将省略多余的描述。

接下来，将参照图10和图11描述根据示例实施例的操作电源管理集成电路的方法。

图10和图11是用于解释用于操作图8中示出的电源管理集成电路的方法的示图。

参照图10，当包括在主升压器20中的第一开关M1被断开并且包括在主升压器20中的第二开关M2被接通时，通过在前一周期中在第一电荷存储电容器C1中充电的电荷在开关节点VLX产生第二电平（例如，逻辑高电平）的开关脉冲。此时，当混合型电荷泵10的第三开关M3被接通并且混合型电荷泵10的第四开关M4被断开时，混合型电荷泵10可执行从开关脉冲对多功能电荷存储元件Cp1进行充电的电荷充电操作（时间段B，见图4）。

随后，参照图10，包括在主升压器20中的第一开关M1被接通，包括在主升压器20中的第二开关M2被断开，从而在开关节点VLX形成开关脉冲的下降沿FE。此时，如果混合型电荷泵10的第三开关M3仍处于接通状态并且混合型电荷泵10的第四开关M4处于断开状态，则混合型电荷泵10可执行用于减轻在开关脉冲的下降沿FE中存在的下冲的缓冲操作（时间段A）。具体地讲，参照图11，混合型电荷泵10的第三开关M3中存在的导通电阻、多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1的导通电阻可作为如所示的缓冲电路进行工作。因此，混合型电荷泵20造成如同单独的缓冲电路被连接到主升压器20的效果，从而减轻开关脉冲的下降沿FE中存在的下冲。

再次参照图10，包括在主升压器20中的第一开关M1保持接通状态，包括在主升压器20中的第二开关M2保持断开状态。因此，当在开关节点VLX保持第一电平（例如，逻辑低电平）的开关脉冲时，如果混合型电荷泵10的第三开关M3被断开并且混合电荷泵10的第四开关管M4被接通，则如以上参照图5所讨论的，混合电荷泵10可执行从在多功能电荷存储元件Cp1中充电的电荷产生负电压的操作（时间段C）。

再次参照图10，在第二时间段A中，包括在主升压器20中的第一开关M1保持接通状态，包括在主升压器20中的第二开关M2保持断开状态。因此，当在开关管节点VLX保持第一电平（例如，逻辑低电平）的开关脉冲时，如果混合型电荷泵10的第三开关M3被接通并且混合型电荷泵10的第四开关M4被断开，则混合型电荷泵10可执行用于减轻开关脉冲的上升沿RE中存在的过冲的缓冲操作。执行缓冲操作的缓冲电路可基于如图11所示的混合型电荷泵10的第三开关M3中存在的导通电阻、多功能电荷存储元件Cp1和第一整流元件D1。因此，它造成如同单独的缓冲电路被连接到主升压器20的效果，从而减轻开关脉冲的上升沿RE中存在的下冲。

在电源管理集成电路100中，一个混合型电荷泵10可根据开关脉冲的脉冲电平和第三开关M3和第四开关M4的接通/断开，同时执行缓冲操作和负电压产生操作。因此，与混合型电荷泵和缓冲电路被单独配置的情况相比，装置（例如，电源管理集成电路（PMIC））的尺寸被减小，并且缓冲功能被有效地执行。因此，存在保持装置的可靠性的优点。

同时，混合型电荷泵10以与参照图7描述的方式类的方式进行操作的情况已被示出为图10中的示例，但示例实施例不限于示出的示例。混合型电荷泵10的操作可被修改为根据图2或图6中示出的方法的操作。

接下来，将参照图12描述已应用了根据上述实施例的电源管理集成电路的显示装置。

图12是根据示例实施例的显示装置的概念框图。图13是示出图12中示出的显示装置的一个示例的示图。

参照图12，显示装置可包括显示单元200、数据驱动器210、栅极驱动器220和电源管理集成电路100。

显示单元200可包括用于显示图像的各个像素的多个像素PX。另外，像素PX中的每个可包括如所示的栅极线和沿第一方向（例如，X方向）延伸的公共电极线VCOM、沿第二方向（例如，Y方向）延伸的数据线、以及形成在栅极线和数据线的交叉点的存储元件SC和晶体管TR。

数据驱动器210可从电源管理集成电路100接收期望的（或可选择地，预定的）电压，将接收的电压转换为需要的数据电压，并将数据电压提供给显示单元200的数据线。具体地讲，例如，数据驱动器210可从电源管理集成电路100的主升压器20接收第一输出电压Vout1（见图9），将第一输出电压Vout1转换为需要的数据电压，并将该数据电压提供给显示单元200的数据线。

栅极驱动器220可从电源管理集成电路100接收期望的（或可选择地，预定的）电压，将接收的电压转换为需要的栅极电压，并将该栅极电压提供给显示单元200的栅极线。具体地讲，例如，栅极驱动器220可分别从电源管理集成电路100的子升压器30和混合型电荷泵10接收第二输出电压Vout2和第三输出电压Vout3（见图8），将第二输出电压Vout2和第三输出电压Vout3转换为需要的栅极电压，并将该栅极电压提供给显示单元200的栅极线。在这种情况下，从混合型电荷泵10提供给栅极驱动器220的第三输出电压Vout3（见图8）可以是例如负电压。

电源管理集成电路100可以是根据上述实施例的电源管理集成电路中的任何一个。如果根据上述实施例的电源管理集成电路被应用到显示装置，则可制造具有小尺寸且具有提高的可靠性的显示装置。

图13示出图12的显示装置被实现为智能电话300的示例。然而，根据示例实施例的显示装置可以以各种电子制造的形式实现。例如，显示装置可被实现为如下装置：计算机、超级移动PC（UMPC）、工作站、上网本、个人数字助理（PDA）、便携式计算机、web平板、无线电话、移动电话、智能电话、电子书、便携式多媒体播放器（PMP）、便携式游戏终端、导航装置、黑盒、数字相机、3维电视、数字音频记录器、数字音频播放器、数字图像记录器、数字图像播放器、数字视频记录器、数字视频播放器、能够在无线环境中发送和接收信息的装置、组成家用网络的各种电子装置中的一个、组成计算机网络的各种电子装置中的一个、组成远程信息处理网络的各种电子装置中的一个、RFID装置和形成计算系统的各种组件中的一个。

接下来，将参照图14和图15描述已应用了根据上述示例实施例的电源管理集成电路的半导体系统。

图14和图15是示出应用了根据示例实施例的电源管理集成电路的半导体系统的概念框图。

首先，参照图14，根据一些示例实施例的半导体系统可包括电池410、电源管理集成电路（PMIC）420和多个模块431至434。PMIC 420从电池410接收电压，并将其转换为具有各个模块431至434所需的电平的电压，并将所述电压提供给各个模块431至434。在这种情况下，PMIC 420可包括根据上述示例实施例的电源管理集成电路（图8的100）中的至少一个。

参照图15，根据一些示例实施例的半导体系统可包括控制器510、PMIC512、电池515、信号处理单元523、音频处理单元525、存储器530、显示单元550等。

键区527可包括用于输入数字信息和字符信息的键以及用于设置各种功能的功能键。

信号处理单元523可执行便携式终端的无线通信功能，并包括RF单元和调制解调器。RF单元可包括RF发送器和RF接收器等，其中，RF发送器执行发送信号的放大以及发送信号的频率的上变频，RF接收器执行接收信号的低噪放大以及接收信号的频率的下变频。调制解调器可包括发送器和接收器等，其中，发送器执行将被发送的信号的编码和调制，接收器执行在RF单元中接收的信号的解调和解码。

音频处理单元525可组成编解码器，编解码器可包括数据编解码器和音频编解码器。数据编解码器可对分组数据等进行处理，音频编解码器可对音频信号（诸如，语音文件和多媒体文件）进行处理。另外，音频处理单元525可执行以下功能：通过音频编解码器将在调制解调器中接收的数字音频信号转换为模拟信号并进行播放的功能，或通过音频编解码器将从麦克风产生的模拟音频信号转换为数字音频信号并将其发送到调制解调器的功能。编解码器可被单独地提供，或可包括在半导体系统的控制器510中。

存储器530可包括ROM和RAM。存储器530可被配置为程序存储器和数据存储器，并可存储用于启动的数据和用于控制便携式终端的操作的程序。

显示单元550可将图像信号和用户数据显示在屏幕上，或显示与呼叫相关的数据。在这种情况下，显示单元550可包括液晶显示器（LCD）或有机发光二极管（OLED）等。如果LCD或OLED以触摸屏的方式来实现，则显示单元550可作为输入单元进行操作以连同键区527一起控制便携式终端。

控制器510可执行控制半导体系统的整个操作的功能。控制器510可包括如所示的PMIC 512。PMIC 512可从电池515接收电压并将电压转换为需要的电平的电压。在这种情况下，PMIC 512可包括根据本发明的上述实施例的电源管理集成电路（图8的100）中的至少一个。

虽然已描述了可应用根据示例实施例的电源管理集成电路的一些半导体系统，但对于本领域的技术人员来说显然的是，根据示例实施例的电源管理集成电路100（见图8）也可应用于没有示出的其他半导体系统。

在详细描述的最后，本领域的技术人员将理解，在本质上不脱离示出的示例实施例的情况下，可对示例实施例进行各种变化和修改。因此，公开的示例实施例仅用作一般的和描述性的意义，而不是限制的目的。

Claims (30)

1.一种混合型电荷泵，包括：

混合电路，被配置为，

如果输入脉冲的电平是第一电平，则在缓冲操作中对输入脉冲中存在的过冲或下冲进行缓冲，

如果输入脉冲的电平是与第一电平不同的第二电平，则在充电操作中存储输入脉冲，

在负电压产生操作中从存储的脉冲产生负电压。

2.如权利要求1所述的混合型电荷泵，其中，第一电平包括逻辑低电平，第二电平包括逻辑高电平。

3.如权利要求1所述的混合型电荷泵，还包括：

第一开关和第二开关，被配置为控制混合电路是执行缓冲操作、充电操作还是负电压产生操作。

4.如权利要求3所述的混合型电荷泵，其中，如果第一开关接通并且第二开关断开，则混合电路被配置为执行缓冲操作和充电操作，

如果第一开关断开并且第二开关接通，则混合电路被配置为执行负电压产生操作。

5.如权利要求3所述的混合型电荷泵，其中，第一开关和第二开关是功率晶体管。

6.如权利要求1所述的混合型电荷泵，其中，所述脉冲是脉冲宽度调制（PWM）调节器的开关脉冲。

7.一种混合型电荷泵，包括：

第一开关和第二开关，在输入端子和接地端子之间串联连接；

第一电荷存储元件和第一整流元件，在第一开关和接地端子之间与第二开关并联连接；

第二整流元件和第二电荷存储元件，在第一电荷存储元件和接地端子之间与第一整流元件并联连接。

8.如权利要求7所述的混合型电荷泵，其中，混合型电荷泵被配置为缓冲电路，用于在第一开关被接通且第二开关被断开时，减轻提供给输入端子的输入信号中存在的过冲或下冲，所述缓冲电路包括第一开关的导通电阻、第一电荷存储元件和第一整流元件的导通电阻。

9.如权利要求7所述的混合型电荷泵，其中，混合型电荷泵被配置为负电压产生电路，用于在第一开关被断开且第二开关被接通时，从提供给输入端子的输入信号产生负电压，所述负电压产生电路包括第二开关、第一电荷存储元件、第二整流元件和第二电荷存储元件。

10.如权利要求7所述的混合型电荷泵，其中，输入端子被配置为接收脉冲信号。

11.如权利要求7所述的混合型电荷泵，其中，第一开关和第二开关是功率晶体管，

第一电荷存储元件和第二电荷存储元件是电容器，

第一整流元件和第二整流元件是二极管。

12.一种用于操作混合型电荷泵的方法，包括：

如果第一开关被设置为接通状态并且第二开关被设置为断开状态，则减轻在接收的具有第一电平的开关脉冲中存在的过冲或下冲；

如果开关脉冲从第一电平改变为与第一电平不同的第二电平，并且第一开关被设置为处于接通状态，第二开关被设置为处于断开状态，则基于开关脉冲存储电荷；

如果第一开关被设置为断开状态并且第二开关被设置为接通状态，则从开关脉冲产生负电压。

13.如权利要求12所述的方法，其中，第一电平包括逻辑低电平，第二电平包括逻辑高电平。

14.如权利要求12所述的方法，其中，在开关脉冲上升到第二电平时，第一开关被配置为保持接通状态，第二开关被配置为保持断开状态，

在开关脉冲降低到第一电平时，第一开关被配置为保持断开状态，第二开关被配置为保持接通状态。

15.如权利要求14所述的方法，其中，在开关脉冲上升到第二电平之前，执行减轻过冲或下冲的步骤，

在开关脉冲上升到第二电平之后，执行存储电荷的步骤，

在开关脉冲降低到第一电平时，执行产生负电压的步骤。

16.如权利要求12所述的方法，其中，当开关脉冲上升到第二电平时，第一开关被配置为保持断开状态，第二开关被配置为保持接通状态，

其中，在开关脉冲降低到第一电平时，第一开关被配置为保持接通状态，第二开关被配置为保持断开状态。

17.如权利要求16所述的方法，其中，在开关脉冲从第二电平改变之前，执行存储电荷的步骤，

在开关脉冲降低到第一电平之后，执行减轻过冲或下冲的步骤，

在开关脉冲上升到第二电平时，执行产生负电压的步骤。

18.如权利要求12所述的方法，其中，在开关脉冲上升到第二电平以及降低到第一电平时，第一开关被配置为保持接通状态，第二开关被配置为保持断开状态。

19.如权利要求18所述的方法，其中，在开关脉冲上升到第二电平之前，执行减轻过冲或下冲的步骤，并且在开关脉冲降低到第一电平之后，也执行减轻过冲或下冲的步骤，

在开关脉冲达到第二电平之后，执行存储电荷的步骤，

在开关脉冲降低到第一电平之后，执行产生负电压的步骤。

20.一种电源管理集成电路（PMIC），包括：

主升压器，被配置为接收输入电源并输出第一输出电压；

子升压器，被配置为基于第一输出电压输出第二输出电压，第二输出电压与第一输出电压不同；

混合型电荷泵，被配置为，

对由主升压器产生的脉冲中存在的过冲或下冲进行缓冲，

从所述脉冲产生负电压。

21.如权利要求20所述的电源管理集成电路，其中，主升压器包括第一开关和第二开关，混合型电荷泵包括第三开关和第四开关，子升压器包括第五开关和第六开关，并且PMIC还包括：

控制器单元，被配置为控制第一开关至第六开关在接通状态和断开状态之间的切换。

22.如权利要求20所述的电源管理集成电路，其中，包括在混合型电荷泵中的第三开关和第四开关被配置为控制由PMIC执行对过冲或下冲进行缓冲的步骤和产生负电压的步骤中的一个。

23.如权利要求22所述的电源管理集成电路，其中，混合型电荷泵被配置为，

如果开关脉冲的电平是第一电平，第三开关处于接通状态并且第四开关处于断开状态，则对过冲或下冲进行缓冲，

如果开关脉冲的电平是与第一电平不同的第二电平，第三开关处于接通状态并且第四开关处于断开状态，则从开关脉冲存储电荷，

如果第三开关处于断开状态并且第四开关处于接通状态，则从存储的电荷产生负电压。

24.如权利要求20所述的电源管理集成电路，其中，主升压器被配置为使用脉冲宽度调制（PWM）输出第一输出电压。

25.如权利要求20所述的电源管理集成电路，其中，混合型电荷泵包括：

第一开关和第二开关，在输入端子和接地端子之间串联连接；

第一电荷存储元件和第一整流元件，在第一开关和接地端子之间与第二开关并联连接；

第二整流元件和第二电荷存储元件，在第一电荷存储元件和接地端子之间与第一整流元件并联连接。

26.一种电源管理集成电路（PMIC），包括：

包括被配置为在第一电路路径和第二电路路径之间切换的多个开关的混合型电荷泵，所述混合型电荷泵被配置为，

如果所述多个开关被布置在第一电路路径中，则减小输入到输入端子的脉冲的幅度，

如果所述多个开关被布置在第二电路路径中，则从所述脉冲产生负电压。

27.如权利要求26所述的PMIC，其中，混合型电荷泵被配置为通过配置多个开关形成第一电路路径使得第一电容器和第一整流器在输入端子和接地之间串联连接，以减小脉冲的幅度。

28.如权利要求27所述的PMIC，其中，混合型电荷泵被配置为通过配置多个开关形成第二电路路径使得存储在第一电容器中的能量通过第二整流器被输送到第二电容器，以产生负电压。

29.如权利要求26所述的PMIC，还包括：

控制器，被配置为控制多个开关的接通/断开。

30.如权利要求26所述的PMIC，还包括：

升压器电路，被配置为产生输入到输入端子的脉冲，所述脉冲具有期望的低电平和期望的高电平；

混合型电荷泵，被配置为减小超过期望的高电平或低于期望的低电平的脉冲的幅度。

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