CN105094186A - 运用于电压产生器的调整电路与调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电压产生器的调整方法，且该电压产生器根据一参考电压产生一输出电压。该调整方法包括下列步骤：(a)提供初始值的一调整码；(b)根据该调整码，产生一参考电压至该电压产生器，并使得该电压产生器对应地产生该输出电压；以及(c)比较一目标电压以及该输出电压中的一平均电压，当该平均电压未到达该目标电压时，依序变化该调整码并回到该步骤(b)；以及，当该平均电压到达该目标电压时，锁住该调整码。

Description

运用于电压产生器的调整电路与调整方法

技术领域

本发明涉及一种调整电路与调整方法，且特别是涉及一种运用于电压产生器(例如电荷泵电路(chargepumpingcircuit))的调整电路与调整方法。

背景技术

众所周知，IC电路内部需要接收各种不同的供应电压。而电荷泵电路(chargepumpingcircuit)是设计于IC电路内部的一种电压产生器，其可根据实际需求提供各种电压。基本上，电荷泵电路根据泵时钟信号(pumpingclock)的作用，而将一特定电压逐级(stage)提升至较高的泵输出电压(pumpingoutputvoltage)。

请参照图1A与图1B，其所绘示为已知电荷泵电路内部的相关电路及其相关信号示意图。电荷泵电路100包括一泵单元(pumpingunit)102与一反馈检测器(feedbackdetector)104。

如图所示，泵单元102的控制端(Cr)接收泵时钟信号CLKpump，并在输出端(O)产生一泵输出信号Vpump。其中，泵单元102的输出端(O)连接至一电容器C。

一般来说，泵输出信号Vpump受控于泵时钟信号CLKpump。亦即，当泵时钟信号CLKpump作用时，泵输出信号Vpump会递增；当泵时钟信号CLKpump不作用时，泵输出信号Vpump会递减。因此，电荷泵电路100中的反馈检测器104则用来控制泵时钟信号CLKpump的作用与否。

反馈检测器104包括一分压电路106、比较器107、与门108。分压电路106包括二个电阻R1、R2串接于泵单元102输出端(O)与接地电压(GND)之间，且于二个电阻R1、R2连接的节点a输出一反馈电压Vfb。再者，比较器107的负输入端接收反馈电压Vfb，正输入端接收一参考电压Vref。再者，与门108的第一输入端连接至比较器107输出端，第二输入端接收一参考时钟信号CLKref，输出端产生泵时钟信号CLKpump。

再者，当反馈电压Vfb小于参考电压Vref时，比较器107输出高电平至与门108，使得泵时钟信号CLKpump作用。反之，当反馈电压Vfb大于参考电压Vref时，比较器107输出低电平至与门108，使得泵时钟信号CLKpump不作用。因此，泵输出信号Vpump与参考电压Vref之间的关系即为，

$\mathrm{Vref}=\mathrm{Vfb}=\left(\frac{R2}{R1+R2}\right)\×\mathrm{Vpump}.$

如图1B所示，经由反馈检测器104控制泵时钟信号CLKpump的作用与不作用，使得泵单元102的泵输出信号Vpump维持在直流的一平均电压Vavg附近上下振荡。因此，Vpump＝Vavg+Vripple，其中Vripple为交流的波动振幅。

基本上，为了要让已知电荷泵电路100能够产生特定的平均电压Vavg。IC电路的测试人员需要在出厂前以人工的方式来调整参考电压Vref以改变泵输出信号Vpump，直到泵输出信号Vpump当中的平均电压Vavg到达预定值为止。

很明显地，以人工的方式来调整泵输出信号Vpump非常的耗时，且浪费人力。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种运用于电压产生器(例如电荷泵电路)的调整电路与调整方法，利用调整电路来自动寻找适当的参考电压Vref，并且使得直到泵输出信号Vpump当中的平均电压Vavg到达预定值。

本发明涉及一种调整电路用以调整一电压产生器，该电压产生器根据一参考电压产生一输出电压，包括：一控制器，接收一控制时钟信号与一调整完成信号并输出一调整码，其中当该调整完成信号未作用时，该控制器输出的该调整码由一初始值开始根据该控制时钟信号依序变化，且当该调整完成信号作用时，该控制器输出的该调整码不再变化；一参考电压供应器，连接至该控制器以接收该调整码，其中，该参考电压供应器根据该调整码将一固定电压转变为一参考电压至该电压产生器，且该参考电压与该调整码成比例；以及，一平均电压检测器，连接至该电压产生器以接收该输出电压以及一目标电压，其中该输出电压包括直流的一平均电压与交流的一波动电压，且当该平均电压到达该目标电压时，该平均电压检测器使该调整完成信号起作用。

本发明还提出一种调整方法，用以调整一电压产生器，且该电压产生器根据一参考电压产生一输出电压，该调整方法包括下列步骤：(a)提供初始值的一调整码；(b)根据该调整码，产生一参考电压至该电压产生器，并使得该电压产生器对应地产生该输出电压；以及(c)比较一目标电压以及该输出电压中的一平均电压，当该平均电压未到达该目标电压时，依序变化该调整码并回到该步骤(b)；以及，当该平均电压到达该目标电压时，锁住该调整码。

为了对本发明的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1A与图1B为已知电荷泵电路内部的相关电路及其相关信号示意图。

图2A与图2B为本发明电压产生器的调整电路及其调整方法。

图3A为本发明平均电压检测器示意图。

图3B至图3D为平均电压检测器的相关信号示意图。

图4为平均电压检测器的详细电路。

图5为平均电压检测器中相关信号示意图。

附图符号说明

100：电荷泵电路

102：泵单元

104：反馈检测器

S202～S212：步骤流程

220：电压产生器

230：平均电压检测器

232：比较器

234：充放电控制电路

236：电压变化检测器

237：充电单元

238：放电单元

239：比较器

240：控制器

250：参考电压供应器

290：调整电路

具体实施方式

请参照图2A与图2B，其所绘示为本发明电压产生器的调整电路及其调整方法。其中，电压产生器220可以是图1A所绘示的电荷泵电路，其根据输入的参考电压Vref，而产生一输出电压，其中输出电压即为泵输出电压Vpump。而电压产生电路220的作用原理及其内部电路不再赘述。

调整电路290包括：平均电压检测器230、控制器240、参考电压供应器(referencevoltagesupply)250。其中，根据控制时钟信号CLKctrl，控制器240将调整码Ctrim由初始一初始值逐次提高。举例来说，控制器240可为一递增计数器(upcounter)，其计数值即为调整码Ctrim。且递增计数器的初始值可为0，并且根据控制时钟信号CLKctrl逐次增加其计数值(调整码Ctrim)。

再者，参考电压供应器250接收一固定电压Vbg以及调整码Ctrim后产生参考电压Vref。其中，参考电压Vref正比例于调整码Ctrim。举例来说，固定电压Vbg是由带隙参考电路(bandgapreferencecircuit)所产生的带隙电压(bandgapvoltage)，参考电压供应器250将固定电压Vbg乘上调整码Ctrim后，即成为参考电压Vref。而电压产生器220根据参考电压Vref，产生泵输出电压Vpump至平均电压检测器230。

再者，平均电压检测器230比较泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg以及目标电压Vtarget。当平均电压Vavg小于目标电压Vtarget时，调整完成信号Trim_pass不作用，此时控制器240持续地根据控制时钟信号CLKctrl来改变调整码Ctrim。反之，当平均电压Vavg不小于目标电压Vtarget时，调整完成信号Trim_pass作用，此时控制器240锁住调整码Ctrim，且调整码Ctrim不再随着控制时钟信号CLKctrl而变化。

如图2B所示，在调整电路290开始进行调整程序时，控制器240提供初始值的调整码Ctrim至参考电压供应器250(步骤S202)。

而参考电压供应器250则根据调整码Ctrim产生参考电压Vref(步骤S204)至电压产生器220。进而使得电压产生器220根据参考电压Vref产生泵输出电压Vpump(步骤S206)。

平均电压检测器230判断泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg是否小于目标电压Vtarget(步骤S208)。当平均电压Vavg小于目标电压Vtarget时，此时控制器240增加调整码Ctrim(步骤S212)，并回到步骤S204。

反之，当平均电压Vavg不小于目标电压Vtarget时，调整电路290完成调整程序。此时，控制器240锁住调整码Ctrim(步骤S210)，使得调整码Ctrim、参考电压Vref以及泵输出电压Vpump不再变化。

请参照图3A，其所绘示为本发明平均电压检测器示意图。平均电压检测器230包括一比较器232、一充放电控制电路234、一积分电容器(IntegralCapacitor，Cg)与电压变化检测器236。

比较器232用来比较泵输入电压Vpump与目标电压Vtarget之间的关系，并产生一输出脉冲信号(outputpulse，OP)至充放电控制电路234。

再者，充放电控制电路234根据输出脉冲信号OP对积分电容器Cg进行充放电控制。再者，充放电控制电路234包括一充电单元(chargingunit)237、第一开关单元S1与一放电单元(dischargingunit)238。根据本发明的实施例，第一开关单元S1受控于输出脉冲信号OP，并且充电单元237提供一第一电流Ich，且放电单元238提供一第二电流Ids，并且Ich＝2×Ids。

因此，当输出脉冲信号为第一电平(例如高电平)时，第一开关单元S1为闭合状态(closestate)使得充电单元237对积分电容Cg进行充电作用，而充电电流为Ids(Ich-Ids＝Ids)。当输出脉冲信号为第二电平(例如低电平)时，第一开关单元S1为断开状态(openstate)使得放电单元238对积分电容Cg进行放电作用，而放电电流为Ids。

再者，电压变化检测器236检测节点c上的电压Vc变化，当电压变化检测器236确认电压变化量(ΔVc)不小于零时，则确认调整电路的调整作用完成，并使调整完成信号Trim_pass起作用。

请参照图3B至图3D，其所绘示为平均电压检测器的相关信号示意图。如图3B所示，当输出脉冲信号OP第一电平(高电平)的时间小于第二电平(低电平)的时间时，输出脉冲信号OP的占空比(dutycycle)小于50％。此时，积分电容器Cg上放电期间(dischargingperiod)会大于充电期间(chargingperiod)，使得积分电容器Cg上的电荷会逐渐减少，节点c上的电压Vc会逐渐下降，亦即电压变化量(ΔVc)小于零，泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg尚未到达目标电压Vtarget。

如图3C所示，当输出脉冲信号OP第一电平(高电平)的时间等于第二电平(低电平)的时间时，输出脉冲信号OP的占空比等于50％。此时，积分电容器Cg上放电期间会等于充电期间，使得积分电容器Cg上的电荷会维持稳定，节点c上的电压Vc会维持稳定，亦即电压变化量(ΔVc)等于零，泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg到达目标电压Vtarget。

如图3D所示，当输出脉冲信号OP第一电平(高电平)的时间大于第二电平(低电平)的时间时，输出脉冲信号OP的占空比大于50％。此时，积分电容器Cg上放电期间会小于充电期间，使得积分电容器Cg上的电荷会增加，节点c上的电压Vc会上升，亦即电压变化量(ΔVc)大于零，泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg超过目标电压Vtarget。

换句话说，当本发明的调整电路290在进行调整作用时，泵输出电压Vpump会逐渐升高。而平均电压检测器230持续地进行泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg与目标电压Vtarget的比较。当确认平均电压Vavg到达目标电压Vtarget时，则使调整完成信号Trim_pass起作用，而此时被控制器240锁住的调整码Ctrim即为目标调整码(targettrimmingcode)。

请参照图4，其所绘示为平均电压检测器的详细电路。其中，电压变化检测器236包括一第二开关单元S2、一第三开关单元S3、一第四开关单元S4、与一比较器239。其中，第二开关单元S2受控于第二开关信号Cs2，第三开关单元S3受控于第三开关信号Cs3，第四开关单元S4受控于第四开关信号Cs4。

平均电压检测器230包括多个电压检测周期。且每一个电压检测周期(voltagedetectingcycle)都包括三个阶段(phase)。详细说明如下：

在第一阶段时，第二开关单元S2为闭合状态，第三开关单元S3与第四开关单元S4为断开状态。此时，将积分电容器Cg预充电(precharge)至一初始电压Vinit。

第一阶段完成后即为第二阶段。在第二阶段中，第三开关单元S3为闭合状态，第二开关单元S2与第四开关单元S4为断开状态。此时，积分电容器Cg连接至节点b，并开始接收充放电控制电路234提供的充电电流与放电电流。

第二阶段完成后即为第三阶段。在第三阶段中，第四开关单元S4为闭合状态，第二开关单元S2与第三开关单元S3为断开状态。此时，比较器239被致能(enable)，比较器239开始比较初始电压Vinit与积分电容器Cg的电压Vc。

当初始电压Vinit大于积分电容器Cg的电压Vc时，表示电压变化量(ΔVc)小于零，比较器239输出低电平的调整完成信号Trim_pass，以表示调整完成信号Trim_pass未作用。

当初始电压Vinit小于积分电容器Cg的电压Vc时，表示电压变化量(ΔVc)大于零，比较器239输出高电平的调整完成信号Trim_pass，以表示调整完成信号Trim_pass作用。

由以上说明可知，当泵输出电压Vpump持续递增的过程，调整完成信号Trim_pass未作用。直到泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg到达目标电压Vtarget时，调整完成信号Trim_pass才会作用，用以指示调整作用完成。

请参照图5，其所绘示为平均电压检测器中相关信号示意图。其中，每个电压检测周期都包括：第一阶段P1，第二阶段P2、第三阶段P3。

在时间点t0至t1的第一阶段P1时，积分电容器Cg预充电(precharge)至一初始电压Vinit。

在时间点t1至t2的第二阶段P2时，积分电容器Cg开始接收充放电控制电路234提供的充电电流与放电电流。很明显地，由于放电期间大于充电期间，所以积分电容器Cg上的电压Vc在第二阶段P2时会逐渐降低。

在时间点t2至t3的第三阶段P3时，由于电压变化量(ΔVc)小于零，所以调整完成信号Trim_pass未作用。此时，表示泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg仍小于目标电压Vtarget。

同理，在时间点t3至t4之间的多个电压检测周期中，由于电压变化量(ΔVc)仍旧小于零，所以调整完成信号Trim_pass未作用。此时，表示泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg仍小于目标电压Vtarget。

在时间点t4至t5的第一阶段P1时，积分电容器Cg预充电(precharge)至一初始电压Vinit。

在时间点t5至t6的第二阶段P2时，积分电容器Cg开始接收充放电控制电路234提供的充电电流与放电电流。很明显地，由于放电期间约等于充电期间，所以积分电容器Cg上的电压Vc在第二阶段P2会维持在初始电压Vinit。

在时间点t6至t7的第三阶段P3时，由于电压变化量(ΔVc)不小于零，所以调整完成信号Trim_pass作用。此时，表示调整作用完成，泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg已上升到达目标电压Vtarget。

再者，在上述的实施例中，都以泵输出电压Vpump持续递增进行调整。但本发明并不限定于此，本领域的技术人员也可以利用相同的调整原理，控制泵输出电压Vpump持续递减来进行调整，也可以获得相同的调整结果。

综上所述，本发明的优点在于提出一种电压产生器的调整电路与调整方法，可有效地判断泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg与目标电压Vtarget之间的关系，并持续调整泵输出电压Vpump。直到泵输出电压Vpump中的平均电压Vavg到达目标电压Vtarget为止。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围下，可做各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (11)

1.一种调整电路，用以调整一电压产生器，该电压产生器根据一参考电压产生一输出电压，包括：

一控制器，接收一控制时钟信号与一调整完成信号并输出一调整码，其中当该调整完成信号未作用时，该控制器输出的该调整码由一初始值开始根据该控制时钟信号依序变化，且当该调整完成信号作用时，该控制器输出的该调整码不再变化；

一参考电压供应器，连接至该控制器以接收该调整码，其中，该参考电压供应器根据该调整码将一固定电压转变为一参考电压至该电压产生器，且该参考电压与该调整码成比例；以及

一平均电压检测器，连接至该电压产生器以接收该输出电压以及一目标电压，其中该输出电压包括直流的一平均电压与交流的一波动电压，且当该平均电压到达该目标电压时，该平均电压检测器使该调整完成信号起作用。

2.如权利要求1所述的调整电路，其中该固定电压为一带隙参考电路所产生的一带隙电压，且该参考电压供应器将该固定电压乘上该调整码后成为该参考电压。

3.如权利要求1所述的调整电路，其中该控制器为一计数器，其计数值为该调整码，在该调整完成信号未作用时，该计数器由该初始值开始根据该控制时钟信号依序变化，且当该调整完成信号作用时，该计数器输出的该调整码不再变化。

4.如权利要求1所述的调整电路，其中该平均电压检测器包括：

一第一比较器，接收并比较该输出电压与该目标电压，并产生一输出脉冲信号；

一充放电控制电路，连接至该第一比较器以接收该输出脉冲信号，其中该输出脉冲信号的一第一电平为该充放电控制电路的一充电期间用以输出一充电电流，该输出脉冲信号的一第二电平为该充放电控制电路的一放电期间用以输出一放电电流；

一积分电容器，接收该充电电流与该放电电流；

一电压变化检测器，连接至该充放电控制器以及该积分电容，用以根据该积分电容器上的一电压变化量来使该调整完成信号起作用。

5.如权利要求4所述的调整电路，其中该积分电容器上的一电压变化由一负值到达零时，该调整完成信号作用。

6.如权利要求4所述的调整电路，其中该充放电控制电路包括：

一充电单元，产生一第一电流；

一第一开关单元，受控于该输出脉冲信号，且连接于该充电单元与一第一节点之间；

一放电单元，连接于该第一节点，产生一第二电流；

其中，在该充电期间，该充放电控制电路的该充电电流为该第一电流减去该第二电流；在该放电期间，该充放电控制电路的该放电电流为该第二电流，且该第一电流为该第二电流的2倍。

7.如权利要求6所述的调整电路，其中该电压变化检测器包括：

一第二比较器，具有一第一输入端接收一初始电压，一第二输入端连接至一第二节点与该积分电容器，具有一输出端产生该调整完成信号；

一第二开关单元，连接于该第二比较器的该第一输入端与该第二输入端之间；

一第三开关单元，连接于该第一节点与该第二节点之间；

一第四开关单元，连接于该第二比较器的一致能端与一电压源之间；

其中，在一电压检测周期的一第一阶段时仅有该第二开关单元为一闭合状态，在该电压检测周期的一第二阶段时仅有该第三开关单元为该闭合状态，且在该电压检测周期的一第三阶段时，仅有该第四开关单元为该闭合状态。

8.如权利要求7所述的调整电路，其中在该第一阶段时，该积分电容器预充电至该初始电压；在该第二阶段时，该积分电容器接收该充电电流与该放电电流；且在该第三阶段时，该第二比较器根据该积分电容器上的该电压变化量来使该调整完成信号起作用。

9.一种调整方法，用以调整一电压产生器，且该电压产生器根据一参考电压产生一输出电压，该调整方法包括下列步骤：

(a)提供初始值的一调整码；

(b)根据该调整码，产生一参考电压至该电压产生器，并使得该电压产生器对应地产生该输出电压；以及

(d)比较一目标电压以及该输出电压中的一平均电压，当该平均电压未到达该目标电压时，依序变化该调整码并回到该步骤(b)；以及，当该平均电压到达该目标电压时，锁住该调整码。

10.如权利要求9所述的调整方法，其中该参考电压，且该参考电压与该调整码成比例。

11.如权利要求9所述的调整方法，其中步骤(d)还包括：

(d1)比较该输出电压与该目标电压，以产生一输出脉冲信号，其中在该输出脉冲信号的一第一电平为一充电期间，输出一充电电流，以及在该输出脉冲信号的一第二电平为一放电期间，输出一放电电流；

(d2)利用一积分电容器接收该充电连流与该放电电流；

(d3)当该积分电容器上的一电压变化量小于零时，确定该平均电压未到达该目标电压；以及

(d4)当该积分电容器上的一电压变化量不小于零时，确定该平均电压到达该目标电压。