CN108233702B - 电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

一种电荷泵电路包括N个升压电路、N‑2个切换电路与控制电路；第k个升压电路包括单向元件与电容；第k个升压电路的单向元件正端电性连接至第k‑1个升压电路的单向元件的负端；电容的第一端电性连接至第k个升压电路的单向元件的负端；第2i‑1个切换电路依据控制电路的控制信号，选择性地切换该第2i‑1个升压电路至第一时脉端或接地端的电流路径，第2i个切换电路电性连接第2i个升压电路，第2i个切换电路依据控制电路的控制信号，选择性地切换第2i个升压电路至第二时脉端或接地端的电流路径。本发明所提供的电荷泵电路，可以依据切换的数量调整所需要的输出电压。

Description

电荷泵电路

技术领域

本发明涉及一种电荷泵电路，尤其涉及一种具有切换功能的电荷泵电路。

背景技术

许多的电子产品必须使用符合规格的工作电压，才可以驱动内部电路，以达到正常的运作。为了供应适当的工作电压至电子产品，常见的作法将电荷泵当成升压电路(Booster)使用，以输出适合的工作电压。举例来说，利用电荷泵将低电位的输入电压调整成高电位的工作电压。而其中一种公知技术的电荷泵为迪克森电荷泵(Dickson chargepump)。

迪克森电荷泵是由多个二极管与电容器组成的多级电荷泵，而每个电容器由时脉信号驱动。迪克森电荷泵的输入电压会逐级的升高，由此提供电子产品所需的高电位输出电压。然而，一个迪克森电荷泵所具有的多个二极管与电容器的数量为固定的，也就是说其所具有的级数为固定。在这样的结构之下，提供一个特定的输入电压至该迪克森电荷泵时，其只能输出固定的工作电压，并无法依据实际产品的需求或规格，随机地调整工作电压的电位。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种电荷泵电路，借助于控制电路所提供的控制信号，以控制切换电路，从而调整输出工作电压的电位。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种电荷泵电路，包括N个升压电路，N-2个切换电路与控制电路，N为大于2的正整数，其中第k个升压电路包括单向元件与电容；单向元件具有正端与负端，第k个升压电路的单向元件正端电性连接至第k-1个升压电路的单向元件的负端；电容具有第一端与第二端，第一端电性连接至第k个升压电路的单向元件的负端，k为不大于N的正整数；N-2个切换电路中，第2i-1个切换电路电性连接第2i-1个升压电路，第2i-1个切换电路依据控制信号，选择性地切换第2i-1个升压电路至第一时脉端或接地端的电流路径，第2i个切换电路电性连接第2i个升压电路，第2i个切换电路依据控制信号，选择性地切换第2i 个升压电路至第二时脉端或接地端的电流路径，i为正整数且小于

控制电路用以提供控制信号；其中第N-1个升压电路的电容的第二端电性连接第二时脉端，第N个升压电路的电容的第二端电性连接接地端。

更好地，该第一时脉端提供一第一时脉信号，该第二时脉端提供一第二时脉信号，该第二时脉信号与该第一时脉信号反相。

更好地，该第一时脉端提供一第一时脉信号，该第二时脉端提供一第二时脉信号，该第二时脉信号与该第一时脉信号为非重叠。

更好地，每一切换电路包括一多路复用器，该多路复用器具有一第一输入端、一第二输入端、一输出端与一接收端，每一切换电路的该多路复用器的该接收端电性连接该控制电路，该第2i-1个切换电路的该多路复用器的该第一输入端电性连接该第一时脉端，且该第二输入端电性连接该接地端，该输出端电性连接第2i-1个升压电路，该第 2i个切换电路的该多路复用器的该第一输入端电性连接该第二时脉端，且该第二输入端电性连接该接地端，该输出端电性连接该第2i个升压电路。

更好地，该单向元件为一二极管。

更好地，该单向元件为一二极管接法晶体管。

更好地，该第N个升压电路的电容大于该第N-1升压电路的电容。

更好地，该第1个至第N-1个升压电路的电容相同。

更好地，该第1个至第N个升压电路的电容依序递增。

综合以上所述，本发明所提供的电荷泵电路，设置切换电路，并使切换电路依据控制电路所产生的控制信号，选择性地切换部分数量的升压电路至时脉端或接地端的电流路径，从而可以依据切换的数量调整所需要的输出电压。

以上记载内容的说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为本发明的一实施例的电荷泵电路的电路架构图；

图2为本发明的一实施例的单向元件的示意图；

图3为本发明的一实施例的第一时脉信号与第二时脉信号的时序图；

图4为本发明的另一实施例的第一时脉信号与第二时脉信号的时序图。

【附图标记说明】

1：电荷泵电路

10_1～10_N：升压电路

101_1～101_N：单向元件

11_1～11_(N-2)：切换电路

12：第一时脉产生电路

13：第二时脉产生电路

14：控制电路

SIG：控制信号

GND：接地端

TC1：第一时脉端

TC2：第二时脉端

CLK1：第一时脉信号

CLK2：第二时脉信号

P1～P4：正端

N1～N4：负端

K1～K2：第一输入端

Q1～Q2：第二输入端

R1～R2：接收端

S1～S2：输出端

T_1：晶体管

Vin：输入电压

Vout：输出电压

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使本领域普通技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所记载的内容、权利要求保护范围及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

图1为本发明的一实施例的电荷泵电路的电路架构图。如图1所示，电荷泵电路1包括多个升压电路10_1～10_N、多个切换电路 11_1～11_(N-1)与控制电路14。升压电路10_1包括单向元件101_1 与电容C1。单向元件101_1具有正端P1与负端N1。升压电路10_2 包括单向元件101_2与电容C2。单向元件101_2具有正端P2与负端 N2。升压电路10_3包括单向元件101_3与电容C3。单向元件101_3 具有正端P3与负端N3。升压电路10_4包括单向元件101_4与电容C4。单向元件101_4具有正端P4与负端N4。其余的升压电路10_5～10_N 亦各别包括单向元件101_(N-5)～101_N与电容C5～CN，于此不再赘述。于实务上，所述的单向元件为具有单向导电特性的电子元件，于图1的例子中，电流只能从单向元件的正端流向负端。

于一实施例中，如图1所示，单向元件包括二极管。以升压电路 10_2举例说明，当提供输入电压Vin至升压电路10_1时，其电流仅能由单向元件101_1中的二极管的阳极端(也就是正端P1)流向二极管的阴极端(也就是负端N1)。于其他实施例中，单向元件可以是其他具有单向导电特性的电子元件，本发明不以图1中的二极管为限。请一并参照图1与图2，图2为本发明的一实施例的单向元件的示意图。如图2所示，单向元件10_1包括晶体管T_1，其栅极端连接漏极端而形成一个二极管接法晶体管(Diode-connected transistor)。此二极管接法晶体管T1同样具有单向导电特性。可以理解的是，图2中的单向元件10_1包括晶体管T1用以方便举例说明，本发明的其他单向元件 10_2～10_N均可以包括二极管接法晶体管。

升压电路10_2的单向元件101_2的正端P2电性连接至升压电路 10_1的单向元件101_1的负端N1。升压电路10_3的单向元件101_3 的正端P3电性连接至升压电路10_2的单向元件101_2的负端N2。升压电路10_4的单向元件101_4的正端P4电性连接至升压电路10_3的单向元件101_3的负端N3。而后续的升压电路10_5～10_N亦具有相似的连接方式。于图1的实施例中，升压电路10_1～10_N分别具有电容 C1～CN。电容C1～CN各别具有第一端与一第二端。电容C1～CN的第一端各别对应电性连接升压电路10_1～10_N的单向元件101_1～101_N 的负端。于实务上，升压电路10_N所包括的电容CN的设置用以稳压。于一实施例中，升压电路10_1～10_(N-1)所具有的电容C1～C(N-1) 实质上相同。于一实施例中，升压电路10_N所具有的电容CN大于升压电路10_1～10_(N-1)所具有的电容C1～C(N-1)。于另一实施例中，升压电路10_1～10_N所具有的电容C1～CN为依序递增。

第一时脉产生电路12电性连接切换电路10_1、切换电路 10_3～10_(N-2)且通过第一时脉端TC1提供第一时脉信号CLK1。第二时脉产生电路13电性连接切换电路10_2、切换电路10_4～10_(N-1) 且通过第二时脉端TC2提供第二时脉信号CLK2。具体来说，若以切换电路10_1作为第一个切换电路、以切换电路10_2作为第二个切换电路，后续依此类推的话，便可以理解成，第一时脉产生电路12电性连接奇数的切换电路，而第二时脉产生电路13电性连接偶数的切换电路。于一实施例中，请参照图3，图3为本发明的一实施例的第一时脉信号与第二时脉信号的时序图。如图3所示，第一时脉端TC1所提供的第一时脉信号CLK1与第二时脉端TC2所提供的第二时脉信号CLK2 互为反向的时脉信号。于另一实施例中，请参照图4，图4为本发明的一实施例的第一时脉信号与第二时脉信号的时序图。如图4所示，第一时脉端TC1所提供的第一时脉信号CLK1与第二时脉端TC2所提供的第二时脉信号CLK2互为非重叠(non-overlapping)的时脉信号。

控制电路14电性连接切换电路11_1～11_(N-2)。控制电路14用以提供一组控制信号SIG至切换电路11_1～11_(N-2)。于一个例子中，控制电路14是为逻辑电路，能够通过复杂的逻辑运算，进而产生信号以控制外部电路。升压电路10_(N-1)的电容的第二端C(N-1)电性连接第二时脉端TC2，升压电路10_N的电容CN的第二端电性连接接地端GND。切换电路11_1与切换电路11_2分别电性连接升压电路10_1 与升压电路10_2。切换电路11_1依据控制电路14所产生的该组控制信号SIG，选择性地切换升压电路10_1至第一时脉端TC1或接地端 GND的电流路径。切换电路11_2依据控制电路14所产生的该组控制信号SIG，选择性地切换升压电路10_2至第二时脉端TC2或接地端 GND的电流路径。具体来说，本发明的电荷泵电路，通过切换升压电路至时脉端或接地端的电流路径，进而调整输出电压Vout。而其余的切换电路11_3～11_(N-2)的连接方式与切换原理与前述相同，不再予以赘述。

于制作过程的实务上，相同的电子产品，例如数字麦克风或是其他需要电荷泵供电的电子产品，其每一批产品所需的工作电压可能不尽相同。举例来说，第一批的电子产品所需的工作电压为11伏特，第二批的电子产品所需的工作电压为10伏特，第三批的电子产品所需的工作电压为9伏特。为了使每批电子产品都可以接收到符合各自所需的工作电压，而达到正常运作。可以借助于本发明所提供的电荷泵电路，依据产品实际所需要的电压需求，随机地调整输出的电压，以符合不同批次的电子产品的电压规格。以一个实际的例子来说，假设第一批电子产品所需要的工作电压为11伏特。此时可以通过控制电路14 发送控制信号SIG，使得切换电路11_1～11_(N-2)切换升压电路 10_1～10_(N-2)至第一时脉端TC1的电流路径，也就是导通所有奇数的升压电路10_1～10_(N-2)至第一时脉端TC1的电流路径。并且使得切换电路11_2～11_(N-1)切换升压电路10_2～1_(N-1)至第二时脉端TC2的电流路径，也就是导通所有偶数的升压电路10_1～11_(N-1) 至第二时脉端TC2的电流路径。此时，电荷泵电路1所能够提供的输出电压Vout大约达到11伏特，以符合第一批电子产品所需的工作电压的规格。于另一个例子中，假设第二批电子产品所需要的工作电压为 10伏特，其比第一批电子产品的工作电压略低。此时，可以通过控制电路14发送控制信号SIG，调整部分的升压电路10_1～10_(N-2)至第一时脉端TC1的电流路径，以及调整部分的升压电路10_2～1_(N-1) 至第二时脉端TC2的电流路径。

更具体的来说，为了提供适当的输出电压Vout作为第二批电子产品的工作电压，电荷泵电路1可以依据控制信号SIG，使切换电路11_1 切换升压电路10_1至接地端GND的电流路径，也就是导通升压电路 10_1至接地端GND的电流路径。并且使切换电路11_2切换升压电路 10_2至接地端GND的电流路径，也就是导通升压电路10_2至接地端 GND的电流路径。而其余奇数的升压电路10_3～10_(N-2)与第一时脉端TC1之间的电流路径保持导通，其余偶数的升压电路10_4～10_ (N-1)与第二时脉端TC2之间的电流路径亦保持导通。在这个情况下，相较于应用在第一批电子产品的例子中，电荷泵电路1所提供的输出电压Vout为较低的10伏特，以符合第二批电子产品所需的工作电压。

本领域普通技术人员，依据前述的例子可合理推之，假设另有第三批电子产品，其所需的工作电压为9伏特，低于前述的第二批电子产品所需的工作电压。此时，原本应用于第二批电子产品的电荷泵电路1，可以进一步地依据控制信号SIG，使切换电路11_3切换升压电路10_3至接地端GND的电流路径，也就是导通升压电路10_3至接地端GND的电流路径。并且依据控制信号SIG，使切换电路11_4切换升压电路10_4至接地端GND的电流路径，也就是导通升压电路10_4 至接地端GND的电流路径。而其余的奇数的升压电路10_5～10_(N-2)与第一时脉端TC1之间的电流路径保持导通，其余偶数的升压电路 10_6～10_(N-1)与第二时脉端TC2之间的电流路径保持导通。如此一来，电荷泵电路1能够提供更低的输出电压Vout为9伏特，以作为第三批电子产品所需的工作电压。前述所提及的具体电压值9伏特、10伏特与11伏特仅作为举例说明，本发明不以此为限。

于一实施例中，图1所示的切换电路11_1～11_(N-1)包括有多路复用器(Multiplexer，MUX)，用以依据控制信号，切换升压电路至时脉端或接地端的电流路径。举例来说，如图1所示，切换电路11_1 具有第一输入端K1、第二输入端Q1、输出端S1与接收端R1。第一输入端K1电性连接第一时脉产生电路12的第一时脉端TC1。第二输入端Q1电性连接接地端GND。输出端S1电性连接升压电路10_1。接收端R1电性连接控制电路14。切换电路11_1所包括的多路复用器依据控制电路14的控制信号，选择性地导通升压电路10_1至第一时脉端 TC1或接地端GND的电流路径。而切换电路11_2具有第一输入端K2、第二输入端Q2、输出端S2与接收端R2。第一输入端K2电性连接第一时脉产生电路12的第二时脉端TC2。第二输入端Q2电性连接接地端GND。输出端S2电性连接升压电路10_2。接收端R2电性连接控制电路14。切换电路11_2所包括的多路复用器依据控制电路14的控制信号，选择性地导通升压电路10_2至第二时脉端TC2或接地端GND 的电流路径。同样的原理，切换电路11_3～11_(N-1)所包括的多路复用器，其所具有的端点以及连接与运作方式与前述例子的多路复用器相同，故于此不再赘述。

综合以上所述，本发明所提供的电荷泵电路，借助于切换电路与控制电路的设置，以使切换电路得以依据控制电路所产生的控制信号，依据实际电子产品所需的电压，选择性地切换部分数量的升压电路至时脉端或接地端的电流路径，进而可以依据切换的数量调整所需要的输出电压，以符合电子产品的电压规格的需求。

Claims (9)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括：

N个升压电路，N为大于2的正整数，其中第k个升压电路包括：

一单向元件，具有一正端与一负端，该第k个升压电路的该单向元件的该正端电性连接至第k-1个升压电路的该单向元件的该负端；以及

一电容，具有一第一端与一第二端，该第一端电性连接至该第k个升压电路的该单向元件的该负端，k为不大于N的正整数；

一控制电路，用以提供至少一组控制信号；以及

N-2个切换电路，其中第2i-1个切换电路电性连接第2i-1个升压电路，该第2i-1个切换电路依据该组控制信号，选择性地切换该第2i-1个升压电路至一第一时脉端或一接地端的电流路径，第2i个切换电路电性连接第2i个升压电路，该第2i个切换电路依据该组控制信号，选择性地切换该第2i个升压电路至一第二时脉端或该接地端的电流路径，i为正整数且小于

其中第N-1个升压电路的该电容的该第二端电性连接该第二时脉端，第N个升压电路的该电容的该第二端电性连接该接地端，第一个升压电路的该单向元件的该正端直接连接一输入电压源，第二个升压电路透过该第一个升压电路连接该输入电压源，且当3≦k≦N时，该第k个升压电路透过该第k-1个至该第一个升压电路连接该输入电压源，该第2i-1个切换电路电性连接该第一时脉端、该接地端、该第2i-1个升压电路及该控制电路，该第2i个切换电路电性连接该第二时脉端、该接地端、该第2i个升压电路及该控制电路。

2.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该第一时脉端提供一第一时脉信号，该第二时脉端提供一第二时脉信号，该第二时脉信号与该第一时脉信号反相。

3.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该第一时脉端提供一第一时脉信号，该第二时脉端提供一第二时脉信号，该第二时脉信号与该第一时脉信号为非重叠。

4.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，每一切换电路包括一多路复用器，该多路复用器具有一第一输入端、一第二输入端、一输出端与一接收端，每一切换电路的该多路复用器的该接收端电性连接该控制电路，该第2i-1个切换电路的该多路复用器的该第一输入端电性连接该第一时脉端，且该第二输入端电性连接该接地端，该输出端电性连接第2i-1个升压电路，该第2i个切换电路的该多路复用器的该第一输入端电性连接该第二时脉端，且该第二输入端电性连接该接地端，该输出端电性连接该第2i个升压电路。

5.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该单向元件为一二极管。

6.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该单向元件为一二极管接法晶体管。

7.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该第N个升压电路的电容大于该第N-1升压电路的电容。

8.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该第1个至第N-1个升压电路的电容相同。

9.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，该第1个至第N个升压电路的电容依序递增。

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