CN109428376A - 电荷泵的分隔储存电容器架构 - Google Patents

Abstract

本文中的实施例提供了包括耦合到分隔储存电容器的电荷泵的电子装置，所述分隔储存电容器包括至少两个分立电容器。此外，分立电容器通过由输出调节器控制的开关（例如，晶体管）耦合在一起。在一个实施例中，输出调节器监测电荷泵和分隔储存电容器的输出电压，以确定何时输出不同于预定目标电压。当开关将两个电容器隔离时，电荷泵可以继续向分立电容器中的第一分立电容器添加电荷。因此，当输出调节器检测到输出电压的下降并且激活开关来重新连接两个分立电容器时，第一分立电容器具有额外的电荷，所述额外的电荷能够减少将输出电压恢复到目标电压所需要的时间。

Description

电荷泵的分隔储存电容器架构

技术领域

本文中的实施例总体上描述了耦合到分隔储存电容器架构的电荷泵。

背景技术

电荷泵可以耦合到充当用于向负载提供附加电荷的电荷储存器的电容器。当负载首先耦合到电荷泵时，电荷泵和电容器二者均向负载传送电荷，这减轻了在电荷泵的输出处的电压下降。当从负载切断时，电荷泵可以补充电容器中的电荷，使得下次电荷泵耦合到负载时，储存电容器可以提供附加电荷，由此减轻电压下降。

发明内容

本文中描述的一个实施例是一种电路，其包括：电荷泵；第一电容器，其在第一端处耦合到电荷泵的输出；第一开关，其在第一端处耦合到电荷泵的输出并且耦合到第一电容器的第一端；第二电容器，其在第一端处耦合到第一开关的第二端；以及输出调节器，其耦合到第二电容器的第一端，其中输出调节器配置成响应于在第二电容器的第一端处的电压的改变而改变第一开关的状态。

本文中描述的另一个实施例是一种集成电路，其包括：电荷泵；第一电容器，其在第一端处耦合到电荷泵的输出；第一开关，其在第一端处耦合到电荷泵的输出并且耦合到第一电容器的第一端；第二电容器，其在第一端处耦合到第一开关的第二端；以及输出调节器，其耦合到第二电容器的第一端，其中输出调节器配置成响应于在第二电容器的第一端处的电压的改变而改变第一开关的状态。

本文中描述的另一个实施例是一种电子装置，其包括显示屏幕，所述显示屏幕包括多个像素和多个栅极线，其中多个栅极线中的每一个耦合到多个像素中的相应行。该电子装置也包括：电荷泵；第一电容器，其在第一端处耦合到电荷泵的输出；第一开关，其在第一端处耦合到电荷泵的输出并且耦合到第一电容器的第一端；第二电容器，其在第一端处耦合到第一开关的第二端，其中显示屏幕配置成选择性地将第二电容器的第一端耦合到多个栅极线中的相应栅极线；以及输出调节器，其耦合到第二电容器的第一端，其中输出调节器配置成响应于在第二电容器的第一端处的电压的改变而改变第一开关的状态。

附图说明

为了以其能够详细地理解本发明的以上记载的特征的方式，可以通过参照实施例对以上概述的本公开进行更加具体的描述，在附图中图示了所述实施例中的一些。然而要指明的是，附图仅图示了本公开的典型实施例，并且因此不被认为限制其范围，因为本公开可以容许其它等同有效的实施例。

图1是根据本公开的实施例的包括输入装置的示例性系统的框图；

图2图示了根据本文中描述的实施例的耦合到分隔储存电容器的电荷泵；

图3是图示了根据本文中描述的实施例的图2中所示出的电路的操作的时序图；

图4A-图4E图示了根据本文中描述的实施例的根据图3中的时序图的图2中所示出的电路的不同状态；

图5图示了根据本文中描述的实施例的耦合到分隔储存电容器的电荷泵；

图6是图示了根据本文中描述的实施例的图5中所示出的电路的操作的时序图；以及

图7A-图7C图示了根据本文中描述的实施例的根据图6中的时序图的图5中所示出的电路的不同状态。

为了促进理解，在可能的情况下已经使用了相同的参考标号来标明附图共有的相同元件。预期的是，在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其它实施例上而无需特定记载。这里所涉及的附图不应当被理解为按比例绘制，除非具体指明。同样地，为了呈现和解释的清楚性，附图常常被简化并且细节或组件被省略。附图和讨论用于解释以下讨论的原理，其中类似的标记表示类似的元件。

具体实施方式

以下的具体实施方式在本质上仅仅是示例性的，而不意在限制本公开或者其应用和用途。此外，不存在受前面的技术领域、背景技术、发明内容或者以下具体实施方式中所呈现的任何明示或暗示的理论所束缚的意图。

本公开的各种实施例提供了促进改进的可用性的电子装置和方法。在一个实施例中，电子装置包括耦合到包括至少两个分立电容器的分隔储存电容器的电荷泵。此外，分立电容器通过由输出调节器控制的开关（例如，晶体管）耦合在一起。在一个实施例中，输出调节器监测电荷泵和分隔储存电容器的输出电压，以确定何时输出不同于固定目标电压。如果输出电压足够接近目标电压，则输出调节器断开开关，由此将储存电容器中的两个分立电容器电隔离。当被隔离时，电荷泵可以继续向分立电容器中的第一分立电容器添加电荷。因此，当输出调节器检测到输出电压的下降并且激活开关来重新连接两个分立电容器时，第一分立电容器具有额外的电荷，所述额外的电荷能够减少将输出电压恢复到目标电压所需要的时间。

在一个实施例中，电容器储存电容器包括两个并联的开关，所述开关选择性地将第一分立电容器耦合到第二分立电容器。而且，两个开关可以是不同的。例如，储存电容器可以包括粗糙开关，其相比于具有更高关联电阻的精细开关具有准许大得多的电流的更低的关联电阻。输出调节器可以控制精细开关，使得当检测到来自目标电压的小的偏离时，仅激活精细开关。由于精细开关的内阻，所以有限量的电荷从第一分立电容器流到输出，这防止输出电压形成尖峰。相比之下，在输出电压处的较大电压下降期间，激活粗糙开关，这准许较大电流（以及较多电荷）从第一分立电容器流到输出。

现在转到附图，图1是根据本文中描述的实施例的示例性输入装置100的框图。输入装置100可以配置成向电子系统（未示出）提供输入。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”(或“电子装置”)宽泛地表示能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控器和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外设。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机(例如，视频游戏控制台、便携式游戏装置等)。其它示例包括通信装置(包括蜂窝电话，诸如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外，电子系统可能是输入装置的主设备或从设备。

输入装置100能够实现为电子系统的物理部分，或者能够与电子系统在物理上分离。视情况而定，输入装置100可以使用下列中的任何一个或多个与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例通信协议包括I²C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙®、RF和IrDA协议。

图1中，输入装置100示出为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”)，其配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1中所示出的那样。

感测区120涵盖输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入装置100能够检测用户输入(例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可以随实施例而广泛地变化。在一些实施例中，感测区120沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻碍足够准确的对象检测。在各种实施例中，这个感测区120沿特定方向所延伸到的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者更多，并且可以随所使用的感测技术的类型和所期望的准确度而显著地变化。因此，一些实施例感测的输入包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与以某个量的外加力或压力耦合的输入装置100的输入表面相接触和/或它们的组合。在各种实施例中，可以由传感器电极位于其内的壳体的表面、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的面板等来提供输入表面。在一些实施例中，感测区120在投影到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。

输入装置100可以利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入装置100可以包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例，输入装置100可以使用电容性的、倒介电的、电阻性的、电感性的、磁性的、声学的、超声的和/或光学的技术。

一些实现方式配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现方式配置成提供输入的沿特定轴或平面的投影。

在输入装置100的一些电阻性实现方式中，柔性且导电的第一层由一个或多个间隔件元件与导电的第二层分离。在操作期间，跨多个层创建一个或多个电压梯度。按压该柔性第一层可以使其充分偏转以在层之间创建电接触，从而导致反映层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可以用来确定位置信息。

在输入装置100的一些电感性实现方式中，一个或多个感测元件采集由谐振线圈或线圈对感应的环路电流。该电流的幅值、相位和频率的某个组合可以然后用来确定位置信息。

在输入装置100的一些电容性实现方式中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象140引起电场的改变，并且产生电容性耦合的可检测改变，其可以作为电压、电流等的改变被检测。

一些电容性实现方式利用电容性感测元件的阵列或者其它规则或不规则图案来创建电场。在一些电容性实现方式中，分离的感测元件可以欧姆地短接在一起，以形成较大传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，其可以是均匀电阻性的。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极与输入对象140之间的电容性耦合的改变的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象更改传感器电极附近的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压(例如系统接地)来调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来进行操作。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合的改变的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象140更改传感器电极之间的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，跨电容性感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”或“发射器”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”或“接收器”)之间的电容性耦合来进行操作。发射器传感器电极可以发射相对于参考电压（例如，系统接地）所调制的发射器信号。接收器传感器电极可以相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进对所产生信号的接收。所产生信号可以包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其它电磁信号)对应的（一个或多个）影响。（一个或多个）影响可以是发射器信号、由一个或多个输入对象和/或环境干扰引起的发射器信号的改变或者其它这样的影响。传感器电极可以是专用的发射器或接收器，或者可以配置成既发射又接收。使用互电容感测方法获取的测量结果可以被称为互电容测量结果。

此外，传感器电极可以具有变化的形状和/或尺寸。相同形状和/或尺寸的传感器电极可以在或可以不在相同的组中。例如，在一些实施例中，接收器电极可以具有相同的形状和/或尺寸，然而在其它实施例中，接收器电极可以具有变化的形状和/或尺寸。

在图1中，处理系统110示出为输入装置100的部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件，以检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其它电路组件。例如，用于互电容传感器装置的处理系统110可以包括：发射器电路，其配置成采用发射器传感器电极来发射信号；和/或接收器电路，其配置成采用接收器传感器电极来接收信号。此外，用于绝对电容传感器装置的处理系统可以包括：驱动器电路，其配置成将绝对电容信号驱动到传感器电极上；和/或接收器电路，其配置成采用那些传感器电极来接收信号。在一个或多个实施例中，用于组合的互电容和绝对电容传感器装置的处理系统可以包括上述互电容和绝对电容电路的任何组合。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，构成处理系统110的组件定位在一起，诸如在输入装置100的(一个或多个)感测元件附近。在其它实施例中，处理系统110的组件在物理上分离，其中一个或多个组件接近于输入装置100的(一个或多个)感测元件，而一个或多个组件在其它位置。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设，以及处理系统110可以包括配置成运行于台式计算机的中央处理单元上的软件以及与中央处理单元分离的一个或多个IC(也许具有关联的固件)。作为另一个示例，输入装置100可以在物理上集成在诸如电话的移动装置中，以及处理系统110可以包括作为移动装置的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其它实施例中，处理系统110还执行其它功能，诸如操作显示屏幕、驱动触觉致动器/机械装置（未示出）等。

处理系统110可以实现为对处理系统110的不同功能进行处理的模块的集合。每一个模块可以包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，其用于操作诸如传感器电极和显示屏幕之类的硬件；数据处理模块，其用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，其用于报告信息。另外的示例模块包括：传感器操作模块，其配置成操作(一个或多个)感测元件以检测输入；识别模块，其配置成识别手势，诸如模式改变手势；以及模式改变模块，其用于改变操作模式。

在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作而直接地响应于感测区120中的用户输入(或者没有用户输入)。示例动作包括改变操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分(例如向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样的分离的中央处理系统存在的话)提供与输入(或者没有输入)有关的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息以作用于用户输入，诸如促进全范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的(一个或多个)感测元件，以产生指示感测区120中的输入(或者没有输入)的电信号。处理系统110可以在产生提供给电子系统的信息过程中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以数字化从传感器电极所获得的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可以执行滤波或者其它信号调节。作为又一个示例，处理系统110可以减去或者以其它方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又一些示例，处理系统110可以确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。

如本文中所使用的“位置信息”宽泛地涵盖绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包括空间信息的其它表示。还可以确定和/或存储关于一种或多种类型的位置信息的历史数据，包括例如随着时间来跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或者由某种其它处理系统操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或者某种其它功能性。图1示出感测区120附近的能够用来促进使用输入装置100来选择项目的按钮130。其它类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入装置100可以不采用其它输入组件来实现。

在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，以及感测区120重叠显示屏幕的有源区域的至少部分。例如，输入装置100可以包括覆盖显示屏幕的基本上透明的传感器电极，并且提供用于关联的电子系统的触摸屏界面。显示屏幕可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者其它显示技术。输入装置100和显示屏幕可以共享物理元件。例如，一些实施例可以将相同电组件中的一些用于显示和感测。作为另一个示例，显示屏幕可以部分地或全部地由处理系统110来操作。

应当理解的是，虽然本文中描述的许多实施例是在全功能设备的上下文中描述的，但是本公开的机制能够以多种形式作为程序产品(例如，软件)被分发。例如，本公开的机制可以作为由电子处理器可读的信息承载介质(例如，由处理系统110可读的非瞬态计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)上的软件程序被实现和分发。另外，本公开的实施例与用于执行分发的介质的特定类型无关而同样适用。非瞬态的电子可读介质的示例包括各种盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可以基于闪速存储技术、光学存储技术、磁性存储技术、全息存储技术或者任何其它存储技术。

图2图示了根据本文中描述的实施例的耦合到分隔储存电容器215的电荷泵205。如所示出的那样，分隔储存电容器215包括由开关230在一端处选择性地耦合的第一分立电容器220和第二分立电容器225。输出调节器235耦合到节点B并且响应于节点B处的电压而控制开关230的操作状态。在一个实施例中，输出调节器235将节点B处的电压与目标电压（V_TARGET）进行比较。如果目标与目标电压偏离超出预定量（例如，100mV），则输出调节器235闭合开关230，由此将节点B电耦合到节点A。然而，如果节点B处的电压足够接近目标电压（例如，在100mV内），则输出调节器235断开开关，由此将电荷泵205和电容器220从节点B切断。

在一个实施例中，电容器220和225的电容值是相同的。在另一个实施例中，电容器220和225的电容值是不同的。例如，如果电容器220具有与电容器225不同的电容值，则与电容器220和225是相同电容值的情况相比，处理系统110中的总空间可以更小。

在图2中，电荷泵205和分隔储存电容器215操作以将电压驱动到负载（例如，这个示例中的栅极线245）上。如所示出的那样，栅极线245集成在输入装置100的显示屏幕240中。在一个实施例中，显示屏幕240使用栅极线245来激活显示屏幕240中的像素的行，使得那些像素的颜色可以被更新或者刷新。例如，显示屏幕240可以包括栅极选择逻辑，其将栅极线245中的相应栅极线耦合到节点B，使得电荷泵和分隔储存电容器215可以驱动连接的栅极线245上的电压，以便激活像素的对应行。以这种方式，显示屏幕240可以光栅扫描尽栅极线245以便更新正被显示在屏幕240上的图像。

尽管在图1中电荷泵205和分隔储存电容器215耦合到显示屏幕中的栅极线245，但是这些组件可以耦合到任何负载。例如，电荷泵205和分隔储存电容器215可以耦合到动态负载，其改变在输出处（即，在节点B处）创建电压下降。电容器220和225可以减轻节点B处的输出电压的下降，这可以改进装置100的可操作性。例如，节点B处的电压的大的改变可以导致输入装置100错误地表现。例如，如果节点B处的脉动（例如，电压的波动）是大的，则脉动可以使得耦合到节点B的逻辑切换到非预期状态。例如，如果节点B处的电压降至低于或者升至高于阈值，则耦合到节点B的逻辑可能以不期望的方式表现。因此，最小化电荷泵的输出电压的脉动可以改进输入装置100的可靠性。

在一个实施例中，节点B处的脉动可以通过增加在电荷泵205的输出210处的电容来减少。然而，使用大电容器可能意味着该电容器不能集成到处理系统110中。因此，电容器可以在处理系统的外部，诸如安装在分离的衬底（例如，印刷电路板）上。换言之，将大电容器集成到集成电路中可能要求集成电路中的太多区域以及对芯片中的其它电路具有负面影响。然而，在一个实施例中，分隔储存电容器215中的电容器220和225的值可以足够小（例如，小于一微法），使得这些电容器220和225可以制造在处理系统110（例如，相同的集成电路）内。因此，电荷泵205、分隔储存电容器215和输出调节器235可以设置在相同的集成电路或者芯片中。有利地，系统设计者不需要在输入装置100中找到附加空间来安装电容器220和225。也就是说，图2中所图示的充电系统提供了用于驱动负载的单芯片解决方案。

图3是图示了根据本文中描述的实施例的图2中所示出的充电系统的操作的时序图300。在时刻A，假设处理系统110正结束显示线更新周期，其中更新了显示屏幕240的行中的像素。在这个示例中，节点B耦合到栅极线245中的一个，其激活了准许源极线（未示出）更新行中的像素上的电压的对应晶体管。在一个实施例中，显示屏幕240是LCD屏幕，但是也可以是LED屏幕、OLED屏幕等。

在时刻A，节点B处的电压处于目标电压V_TARGET（尽管电压由于以下所描述的泄漏可能已经下降一些）。在这个实施例中，目标电压V_TARGET是用来激活耦合到栅极线的像素的期望的栅极电压。目标电压V_TARGET确保将像素耦合到源极线的晶体管是闭合的，使得可以更新像素的电压。

然而，节点A处的电压与节点B处的电压不同。对于这些处于不同电压的节点，开关230断开（如由图300中的低电压信号所示出的那样），这将节点B和电容器225与节点A、电荷泵205和电容器220电隔离。在这个实施例中，节点A被驱动到增高电压V_BOOST，其在幅值上比目标电压V_TARGET更大。因此，假设电容器220和225的电容值是相同的，则电容器220（其耦合到节点A）比电容器225存储更多电荷，这是由于电容器的电荷（Q）由电容器的电容（C）和电容器两端的电压（V）来确定，即Q=C*V。

图4A图示了在图3的时刻A的充电系统400的操作状态。充电系统400包括用作输出调节器235的比较器405，尽管可以使用其它类型的调节器。比较器405具有耦合到节点B的第一输入，而第二输入耦合到固定的参考电压，例如这个示例中的目标电压V_TARGET或者期望的栅极线电压。比较器405的输出是控制信号，其控制开关230的操作状态。例如，比较器405的输出可以连接到晶体管的栅极，其激活和去激活（例如，断开和闭合）晶体管以便选择性地将节点A耦合到节点B。

在一个实施例中，比较器405将在第一输入和第二输入处的电压进行比较，并且只要这些电压足够接近（例如，在预定阈值内），就断开开关230使得节点A与节点B电隔离。在时刻A，节点B处的电压处于（或者足够接近于）目标电压V_TARGET，并且因此，开关230断开。在开关230断开时，电荷泵205可以将节点A处的电压驱动到与节点B处电压的不同的值。在一个实施例中，节点A处的电压高于节点B处的电压。例如，目标电压V_TARGET可以是20V而增高电压V_BOOST是26V。因此，与节点A处的电压处于目标电压V_TARGET的情况相比，电容器220存储更多的电荷。因为电容器220和225可以使用开关230彼此“分隔”或者电隔离，所以电容器220和225的值可以更小，这是由于电容器220可以相对于其输出耦合到仅一个电容器的电荷泵被充电到更高电压，即增高电压V_BOOST。

回到图3，在时刻B，图2中所示出的充电系统被耦合到不同栅极线245。也就是说，输入装置100在后续的显示线更新周期中开始更新像素的不同行。因此，显示屏幕240将节点B耦合到不同栅极线245以便增加栅极线245上的电压，以及将行中的对应像素耦合到源极线。由于将节点B耦合到不同栅极线245，节点B处的电压下降，这是因为由电容器225存储的电荷被耗尽以便增加栅极线245上的电压。

一旦节点B处的电压开始下降，输出调节器235就检测电压下降并且在时刻B（或者在那之后不久）激活开关230，以便将电容器220和电荷泵205耦合到节点B，并且因此耦合到负载——即，栅极线245。因此，电荷泵205、电容器220和电容器225提供电荷以抵消节点A和节点B处的电压的下降。最终，在时刻B之后，节点A和节点B处的电压停止下降并且开始上升。在电压达到最低点——即，V_DROOP——之前所需要的时间取决于电容器220和225上的组合电荷以及由电荷泵205输出的电荷的量。

图4B图示了当节点A和节点B的电压已经达到下降电压时的时刻B之后的充电系统400的操作状态。如所示出的那样，开关230闭合。也就是说，比较器405确定节点B处的电压与目标电压V_TARGET不同，以及因此，闭合开关230。因此，电荷泵205和电容器220耦合到节点B并且开始连同电容器225一起向负载提供电荷，以便升高节点B和节点A处的电压。

如上所述，因为电容器220被充电到比目标电压V_TARGET更高的电压（即，V_BOOST），所以与电容器220被充电到目标电压（或者电容器220被省略并且仅使用一个电容器）的情况相比，这个电容器220具有更多可以用于减轻V_DROOP的电荷。因此，目标电压V_TARGET与下降电压V_DROOP之间的电压差被最小化。例如，目标电压V_TARGET与下降电压V_DROOP之间的电压差可以是仅一伏特而不是二伏特。因此，节点B处的电压的脉动（即，电压的波动）被减小，这可以改进电子装置的性能。

回到图3，在时刻C，节点A和节点B处的电压已经达到目标电压。换言之，充电系统已经成功地将栅极线245充电到期望的栅极电压。此外，输出调节器确定节点B处的电压已经达到（或者足够接近于）目标电压V_TARGET，以及作为响应断开开关230。这样做将节点B与节点A隔离。然而，在这个实施例中，电荷泵205不关闭。代替地，电荷泵205继续提供电荷，其增加了节点A处的电压，而节点B处的电压保持在目标电压V_TARGET。

图4C图示了在图3的时刻C的充电系统400的操作状态。如所示出的那样，比较器405断开开关230，这是因为节点B处的电压处于目标电压V_TARGET。电荷泵205继续提供电荷（即，驱动电流），这增加了节点A处的电压。因此，节点A处的电压开始增加到目标电压V_TARGET之上，而节点B处的电压保持基本上恒定（尽管电压由于如下所述的泄漏电流可能开始下降）。

回到图3，在时刻D，当节点A处的电压达到增高电压V_BOOST时，去激活电荷泵，使得电荷泵不再输出电荷。在一个实施例中，电荷泵205可以由定时信号来控制。也就是说，在调谐操作期间可以测试处理系统以确定在电荷泵205将节点A处的电压升高到期望的增高电压V_BOOST之前所需要的时间的长度。换言之，系统设计者可以确定时刻C（当开关将节点A与节点B隔离）与时刻D（当节点A处的电压达到增高电压V_BOOST）之间的时间的长度。一旦这个时间段确定，可以在一旦达到时刻D时——即，当节点A达到增高电压V_BOOST时，使用数字信号控制电荷泵以切断其输出210。然而，在另一个实施例中，充电系统可以包括耦合到节点A的第二输出调节器，其确定何时节点A处的电压达到期望的增高电压V_BOOST。作为响应，第二输出调节器输出去激活电荷泵205的控制信号。

图4D图示了在图3的时刻D的充电系统400的操作状态。如所示出的那样，开关230仍然断开，这将节点B与节点A隔离。此外，电荷泵205已经停止向电容器220提供电荷，这是由于电容器现在已经被充电到增高电压V_BOOST。

而且，节点B处的电压可以不再处于目标电压V_TARGET。如上文所提到的那样，可能存在泄漏电流，其减少电容器225上存储的电荷，由此减少节点B处的电压。在一个实施例中，泄漏电流是由于诸如耦合到栅极线245的晶体管那样的显示屏幕240中的泄漏电流。尽管小，但是随着时间地，泄漏电流可以使得栅极线245和节点B的电压下降。然而，在时刻D，节点D处的电压仍然足够接近于目标电压V_TARGET（例如，在与目标电压V_TARGET相差100mV的范围内），使得比较器405未闭合开关230。

回到图3，在时刻E，节点B处的电压已经降至低于目标电压V_TARGET，使得输出调节器闭合开关230。如所示出的那样，节点B上的电压从时刻C到时刻E缓慢地减少，直到电压已经降至由耦合到节点B的输出调节器准许的预定阈值之外。在图300中，节点A上的电压已经降至V_LEAKAGE，其具有比目标电压V_TARGET的幅值更小的幅值。

一旦激活开关230，节点A就电耦合到节点B。因此，存储在电容器220中的电荷可以流入节点B以及流入负载——例如，栅极线245——以便将节点B上的电压升高回到目标电压V_TARGET。而且，电荷泵205也打开以向节点B提供电荷。然而，在另一个实施例中，电荷泵205可以保持去激活，而仅存储在电容器220上的电荷用来将节点B上的电压驱动回到目标电压V_TARGET。

在图3中，一旦开关230闭合，由电容器220和电荷泵205提供的电荷就使得节点B处的电压在时刻E与时刻F之间从V_LEAKAGE增加到更大幅值电压。然而，因为输出调节器235可能具有一些延迟，所以节点B上的电压可以增加超过目标电压V_TARGET，如由电压尖峰305所示出的那样。也就是说，一旦被闭合，开关230的低电阻准许比所需要的更多的电荷从节点A流到节点B，这将节点B处的电压升高超过目标电压V_TARGET。因此，闭合开关230以便补偿负载中的泄漏电流可以引起节点B处的电压的脉动。尽管这个脉动与在新的显示线更新周期的开始处在时刻B的脉动相比通常不那么急剧，但是这个脉动仍然是不期望的。后面的实施例讨论了不同的开关方案，以便减少时刻E与时刻F之间的脉动。

在时刻E与时刻F之间，节点A处的电压也下降，这是因为电容器220上的电荷用于增加节点B处的电压。然而，在这个实施例中，在节点A处的电压可以下降到与节点B相同的值之前断开开关230。也就是说，节点A处的电压可以保持比节点B处的电压显著地更高（例如，多于一伏特）。因为电荷泵205是激活的，所以在时刻E和时刻F之间由其输出210提供的电荷可以将节点A上的电压升高返回到增高电压V_BOOST。

图4E图示了在图3的时刻E的充电系统400的操作状态。因为节点B处的电压已经降至V_LEAKAGE，其不再足够接近于目标电压V_TARGET，所以比较器405闭合开关230，这将节点B连接到节点A。因此，电容器220上存储的电荷开始流到节点B，这升高节点B处的电压（并且降低节点A处的电压）。并行地，电荷泵205是激活的并且向节点B提供附加电荷。

回到图3，在时刻F，输出调节器断开开关230，这将节点A与节点B隔离。尽管节点B处的电压已经上升到目标电压V_TARGET之上，如由尖峰305所图示的那样，但是泄漏电流使得节点B处的电压缓慢下降直到电压再次达到目标电压V_TARGET。然而，在节点B处的电压降至远远低于目标电压V_TARGET之前，在时刻G，显示屏幕240开始新的显示线更新周期，其中新栅极线245耦合到节点B，这使得节点B处的电压下降。然后重复时刻B-时刻F中和图4A-图4E中描述的过程。

尽管图300图示了在显示线更新期间开关230需要打开两次，但是泄漏电流可以使得开关激活多次。换言之，输出调节器235可以检测到对应于栅极线的泄漏电流已经使得节点B上的电压在显示线更新周期期间多次降至远远低于目标电压V_TARGET。另一方面，显示屏幕240可以具有较小的泄漏电流，使得在显示线更新周期期间，节点B上的电压保持足够接近于目标电压V_TARGET，使得开关230仅在如时刻B和时刻G处所示出的那样在栅极线245之间切换时闭合。

而且，在其它实施例中，分隔储存电容器215可以包括多于两个分立电容器，例如，三个、四个、五个等。将更多分立电容器添加到分隔储存电容器215可以对于在图3中所图示的时刻期间提供的电荷的量提供附加的控制。例如，在时刻B和时刻G期间，当在栅极线之间切换时，分立电容器中的全部可以耦合到负载，以便减轻充电系统的输出电压的下降。然而，在时刻E，当补偿由于泄漏电流的电压的下降时，分隔储存电容器215中的仅分立电容器的子集耦合到充电系统的输出。通过不将所有分立电容器耦合到充电系统的输出，减少了转移到负载的电荷的量，这可以减轻图300中示出的尖峰305并且减少在充电系统的输出处的电压脉动。

在另一个实施例中，分隔储存电容器215中的电容器220和225的电容值是可配置的。换言之，电容器220和225的值可以响应于附连到充电系统的负载而被自定义。例如，处理系统110可以包括用于设定分隔储存电容器215中的电容器的电容值的数字控制信号。因此，处理系统110可以是能够驱动不同负载的单芯片解决方案。例如，不同的显示屏幕制品具有不同的设计，这意味着充电系统上的负载可以变化。如果电容值是可配置的，则处理系统可以在输入装置的装配期间被调谐以满足特定负载。以这种方式，包括具有可配置的分立电容器的分隔储存电容器215的处理系统110（例如，集成电路）的相同设计可以用于不同负载。在另一个实施例中，处理系统110可以在操作期间动态地改变分隔储存电容器215的电容。例如，附连到充电系统的负载可以随着时间改变。作为响应，处理系统110可以动态地改变电容器220和225的值以更好地匹配改变的负载。

图5图示了根据本文中描述的实施例的充电系统500，所述充电系统500包括耦合到分隔储存电容器215的电荷泵205。充电系统500不同于图2中所图示的充电系统，在于节点A和节点B使用两个开关而不是一个开关选择性地耦合。如所示出的那样，充电系统500包括并联地耦合的精细开关505和粗糙开关510。因此，如果任何一个开关闭合，则节点A和节点B电耦合使得电荷可以在节点之间流动。

在一个实施例中，准许流过精细开关505和粗糙开关510的电荷或电流的量是不同的。在这个示例中，精细开关505比粗糙开关510具有更高的总电阻，使得假设开关两端的电压差的量相同，精细开关505比粗糙开关510准许更少的电荷或电流流动。例如，形成精细开关505的晶体管可以比形成粗糙开关510的晶体管具有更高的内阻。

充电系统500包括用于控制粗糙开关510的调节逻辑520。相比之下，精细开关505由比较器405控制。因此，精细开关505响应于与目标电压V_TARGET偏离的节点B处的电压而闭合和断开（即，激活和去激活）。在一个实施例中，调节逻辑520使用预定定时信号断开和闭合粗糙开关510。例如，调节逻辑520可以包括数字逻辑，其每当开始新的显示更新时间周期，总是闭合粗糙开关510。当节点A和节点B处的电压达到目标电压V_TARGET时，调节逻辑520断开粗糙开关510。

在另一个实施例中，调节逻辑520可以是与比较器405类似的比较器，所述比较器405在节点B处的电压非常远离目标电压V_TARGET时闭合粗糙开关510，并且在节点B处的电压足够接近于目标电压V_TARGET时断开开关。然而，调节逻辑520中的比较器可以使用不同的阈值来确定何时断开和闭合粗糙开关510。例如，每当节点B处的电压与目标电压V_TARGET相差多于100mV时，比较器405可以闭合精细开关505。相比之下，每当节点B处的电压与目标电压V_TARGET相差多于200mV时，调节逻辑520中的比较器可以闭合粗糙开关510。因此，当在开始新的显示线更新周期时将充电系统500耦合到不同的栅极线245时，比较器405在节点B处的电压从目标电压V_TARGET下降100mV时闭合精细开关505，这在调节逻辑520中的比较器响应于节点B处的电压下降200mV而闭合粗糙开关510之前。然而，当节点B处的电压在显示线更新周期期间由于泄漏电流而下降时，比较器405闭合精细开关505，但是调节逻辑520中的比较器保持粗糙开关510断开（假设流过精细开关505的电荷足以增加节点B处的电压，使得电压不降至与目标电压V_TARGET相差200mV之下）。在那个场景中，仅闭合精细开关505，以便抵消泄漏电流并且将节点B处的电压升高回到目标电压V_TARGET。

在一个实施例中，（除了显示屏幕240之外的）充电系统500设置在处理系统110中或者单个集成电路中。因此，充电系统500可以提供零芯片外设计，其中电容器220和225可以被制造到集成电路中而不是被安装到衬底的分离的分立组件。

图6是图示了根据本文中描述的实施例的图5中示出的电路的操作的时序图600。在时刻A，假设充电系统500正结束显示线更新周期，其中更新了显示屏幕240的行中的像素。在这个示例中，节点B耦合到栅极线245中的一个，其激活了准许源极线（未示出）更新行中的像素上的电压的对应晶体管。在时刻A，假设节点B处于目标电压V_TARGET（尽管由于泄漏电流，其可能稍微低于这个电压）而节点A处于增高电压V_BOOST。

图7A图示了在图6的时刻A的充电系统500的操作状态。如所示出的那样，断开精细开关505和粗糙开关510，由此将节点B从节点A电切断。因此，电荷没有在节点之间流动。此外，节点B被充电到目标电压V_TARGET（或者足够接近于目标电压而使得比较器405保持精细开关505断开）而节点A被充电到增高电压V_BOOST。电荷泵205被去激活使得节点A处的电压不改变。如上文所提到的那样，电荷泵205可以响应于诸如显示线更新周期之类的处理系统中的定时信号而由数字逻辑控制。在另一个实施例中，增高电压V_BOOST可以是电荷泵205的最大电压，在此情况下，电荷泵205可以仍然是激活的但是不能够增加节点A处的电压。

回到图6，在时刻B，图5中所示出的充电系统500被耦合到不同栅极线245。也就是说，节点B耦合到显示屏幕240中的不同栅极线245，以便激活屏幕240中的像素的行以执行显示更新。由于将节点B耦合到不同栅极线245，节点B处的电压下降，这是因为由电容器225存储的电荷被耗尽以便增加栅极线245上的电压。

一旦节点B处的电压开始下降，比较器405就检测到电压下降并且在时刻B（或者在那之后不久）激活精细开关505，以便将电容器220和电荷泵205耦合到节点B，并且因此耦合到负载——即，栅极线245。另外，调节逻辑520也激活粗糙开关510，其提供节点A与节点B之间的并联的电连接。因此，在这个实施例中，精细开关505和粗糙开关510均被闭合。因为这些开关505和510并联地耦合，所以节点A与节点B之间的电气路径的总电阻小于精细开关505和粗糙开关510的单独的电阻。因此，激活两个开关相对于仅激活开关505和510中的一个而言增加了可以在节点之间流动的电荷的量。

图7B图示了在图6的时刻B之后充电系统500的操作状态。具体地，图7B图示了当节点B和节点A处的电压已经达到V_DROOP时充电系统500的状态。如所示出的那样，电荷泵205和电容器220提供了经由精细开关505和粗糙开关510流到节点B的电荷。最终，在时刻B之后，节点A和节点B处的电压停止下降并且电压开始上升。电压达到最低点——即，V_DROOP——之前所需要的时间取决于电容器220和225上的组合电荷以及由电荷泵205输出的电荷的量。

回到图6，在时刻C，节点A和节点B处的电压已经达到目标电压V_TARGET。换言之，充电系统500已经成功地将栅极线245充电到期望的栅极电压。另外，比较器405确定节点B处的电压已经达到（或者足够接近于）目标电压V_TARGET，并且作为响应，断开精细开关505。而且，调节逻辑520响应于定时信号或者使用比较器来断开粗糙开关510。这样做将节点B与节点A隔离。然而，在这个实施例中，电荷泵205不关闭。代替地，电荷泵205继续提供电荷，其增加了节点A处的电压，而节点B处的电压保持在目标电压V_TARGET。在时刻C之后的某个时刻，节点A处的电压达到增高电压V_BOOST并且电荷泵205被去激活。如上文提到的那样，电荷泵205可以使用数字定时信号或者比较器来控制，以便当节点A处的电压达到增高电压V_BOOST时关闭其输出。

在时刻D，由于例如泄漏电流，节点B处的电压已经下降使得电压低于目标电压V_TARGET。响应于电压的预定下降，比较器405激活精细开关505以便将节点B电耦合到节点A。因此，电容器220中存储的电荷连同由电荷泵205提供的电荷一起增加了节点B处的电压。

在图600中，节点A处的电压暂时下降，这是因为存储在电容器220上的电荷用于增加节点B处的电压。而且，也打开电荷泵205以向节点B提供电荷。然而，在另一个实施例中，电荷泵205可以保持去激活并且仅存储在电容器220上的电荷用于将节点B上的电压驱动回到目标电压V_TARGET。

不像在图3中的时序图300中，在此处电压不形成尖峰或者增加超过目标电压V_TARGET。因为闭合精细开关505但是保持断开粗糙开关510（即，具有最小电阻的开关），所以限制了在节点A与节点B之间流动的电荷。因此，当闭合精细开关505时，可以控制在节点之间流动的电荷的量，使得在节点B处的电压可以增加超过目标电压V_TARGET之前，比较器405具有足够的时间来断开开关。因此，使用两个开关相对于如图3中所图示的使用一个开关，充电系统500可以减少节点B处电压的脉动。

图7C图示了图6的时刻D之后的充电系统500的操作状态。因为节点B处的电压已经降至V_LEAKAGE（其小于与目标电压V_TARGET相差预定阈值），所以比较器405闭合精细开关505，其准许来自电容器220和电荷泵205的电荷流到节点B。然而，电荷或者电流仅可以流过精细开关505。因为充电系统500可以被设计使得精细开关505比粗糙开关510准许更少的电流，所以比较器405可以阻止太多电荷从电容器220和电荷泵流入节点B，这可以防止（或者至少减轻）时序图300中示出的电压尖峰305。

回到图6，在时刻E，比较器405再次去激活精细开关505，从而将节点B与节点A电隔离。同时，电荷泵205已经补充了电容器220中的电荷，使得节点A处的电压返回到增高电压V_BOOST，尽管在其它实施例中，在时刻E之后电荷泵205可能不得不保持激活，以便将节点A处的电压增加到增高电压V_BOOST。

在时刻F，显示屏幕240开始新的显示线更新周期，其中新的栅极线245耦合到节点B，这使得节点B处的电压下降。然后重复时刻B-时刻E中和图7A-图7C中所描述的过程。

呈现了本文中阐述的实施例和示例以便根据本技术和其特定应用最佳地解释实施例，以及由此使得本领域技术人员能够实施和使用本技术。然而，本领域技术人员将认识到的是，前面的描述和示例仅出于说明和示例的目的而已经被呈现。如所阐述的描述不意在是穷尽性的或者将本公开限制于所公开的精确形式。

鉴于前面的内容，本公开的范围由以下权利要求确定。

Claims (20)

1.一种电路，包括：

电荷泵；

第一电容器，在第一端处耦合到所述电荷泵的输出；

第一开关，在第一端处耦合到所述电荷泵的所述输出并且耦合到所述第一电容器的所述第一端；

第二电容器，在第一端处耦合到所述第一开关的第二端；以及

输出调节器，耦合到所述第二电容器的所述第一端，其中所述输出调节器配置成响应于在所述第二电容器的所述第一端处的电压的改变而改变所述第一开关的状态。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述输出调节器包括：

比较器，配置成将在所述第二电容器的所述第一端处的所述电压与预定目标电压进行比较，并且当在所述第二电容器的所述第一端处的所述电压相对于所述预定目标电压改变了预定量时，改变所述第一开关的所述状态。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电容器的第二端和所述第二电容器的第二端均耦合到参考电压。

4.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电容器和所述第二电容器的电容值是相同的。

5.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电容器和所述第二电容器的电容值是不同的。

6.根据权利要求1所述的电路，其中所述第一电容器和所述第二电容器中的至少一个的电容值是可调整的。

7.根据权利要求1所述的电路，还包括：

第二开关，与所述第一开关并联地耦合，其中所述第一开关具有与所述第二开关不同的内阻。

8.根据权利要求7所述的电路，还包括：

调节逻辑，配置成响应于数字定时信号而改变所述第二开关的操作状态，其中所述第二开关具有比所述第一开关更低的内阻。

9.根据权利要求1所述的电路，其中所述电荷泵、所述第一电容器、所述第一开关、所述第二电容器和所述输出调节器包含在集成电路中。

10.一种操作电路的方法，所述方法包括：

在电荷泵的输出处生成电荷，其中所述电荷泵的所述输出耦合到第一电容器的第一端并且耦合到第一开关的第一端，以及其中第二电容器的第一端耦合到所述第一开关的第二端；以及

基于在所述第二电容器的所述第一端处测量的电压设定所述第一开关的状态。

11.根据权利要求10所述的方法，其中设定所述第一开关的所述状态包括：

将所述测量的电压与预定目标电压进行比较；以及

当所述测量的电压与所述预定目标电压相差预定量时，闭合所述第一开关。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，在闭合所述第一开关之后，所述方法还包括：

确定所述测量的电压与所述预定目标电压相差少于或等于所述预定量，并且作为响应，断开所述第一开关；以及

在断开所述第一开关之后，使用所述电荷泵对所述第一电容器进行充电，直到在所述第一电容器的所述第一端处达到期望的目标电压。

13.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一电容器的第二端和所述第二电容器的第二端均耦合到参考电压。

14.根据权利要求10所述的方法，还包括：

响应于数字定时信号而设定与所述第一开关并联的第二开关的状态，其中所述第二开关具有与所述第一开关不同的内阻。

15.一种电子装置，包括：

显示屏幕，包括：

多个像素；以及

多个栅极线，其中所述多个栅极线中的每一个耦合到所述多个像素中的相应行；

电荷泵；

第一电容器，在第一端处耦合到所述电荷泵的输出；

第一开关，在第一端处耦合到所述电荷泵的所述输出并且耦合到所述第一电容器的所述第一端；

第二电容器，在第一端处耦合到所述第一开关的第二端，其中所述显示屏幕配置成选择性地将所述第二电容器的所述第一端耦合到所述多个栅极线中的相应栅极线；以及

输出调节器，耦合到所述第二电容器的所述第一端，其中所述输出调节器配置成响应于在所述第二电容器的所述第一端处的电压的改变而改变所述第一开关的状态。

16.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述显示屏幕配置成响应于开始新的显示线更新周期而将所述第二电容器的所述第一端耦合到所述多个栅极线中的不同栅极线。

17.根据权利要求16所述的电子装置，其中所述输出调节器包括：

比较器，配置成将在所述第二电容器的所述第一端处的所述电压与预定目标电压进行比较，并且当在所述第二电容器的所述第一端处的所述电压相对于所述预定目标电压改变了预定量时，改变所述第一开关的所述状态，其中所述第一开关在所述新的显示线更新周期开始时闭合。

18.根据权利要求15所述的电子装置，还包括：

第二开关，与所述第一开关并联地耦合，其中所述第一开关具有与所述第二开关不同的内阻。

19.根据权利要求18所述的电子装置，还包括：

调节逻辑，配置成响应于指示新的显示线更新周期的开始的数字定时信号而改变所述第二开关的操作状态。

20.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述第一电容器和所述第二电容器的电容值是相同的。