CN111508444A - 提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，包括：所述电荷泵包括多级升压单元；每级升压单元中，输入电压包括VIN1，VIN2，VIN3，输出电压VOUT=VIN1+VIN2‑VIN3，飞电容的传输电压为VIN1‑VIN3；其中，所述输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1‑VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。

Description

提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法
技术领域
本发明涉及一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法。
背景技术
随着高分辨率、全面屏等高端智能手机的日益增长, 人们对移动智能终端的显示性能提出了越来越高的要求。因此，对手持设备的显示驱动芯片功能和性能而言，也提出了越来越高的挑战。
液晶显示驱动芯片中很重要的电源管理单元电荷泵为液晶提供偏压，对HD（高清），FHD（全高清）等高分辨率显示而言, 屏幕TFT （薄膜晶体管）栅极驱动所需要的高/低电压(VGH/VGL)的要求范围，对不同的屏幕生产厂家而言，会有很大的性能要求不同。VGL电压范围通常是-10V~-12V左右；VGH电压范围通常是12V~19V左右，而最高电压有些要求接近20V。另一方面，由于TFT的阈值电压（VTH）会随着温度变化而变化，因此，低的环境温度下，需要驱动芯片能够输出并提高VGH电压来满足VTH升高的应用需求。因此，有必要设计宽的VGH的输出电压范围，以此来满足不同的屏幕和高低温等的应用需求。
对VGH=12~19V宽的范围要求，在VSP/VSN的电压为±5.5V的条件下，一般会调整VGH电压的不同VSP倍数来实现不同电压输出，即在典型VGH=15V的条件下会选择VGH=3X倍数；而在需要VGH=19V甚至更高输出的条件下，会选择更高倍数，比如VGH=4X倍数的输出，以此来满足VGH的高压输出要求。
图1示出现有技术的电荷泵中升压单元的具体结构，其中，输入电压包括VIN1，VIN2，VIN3，输出电压VOUT=VIN1+VIN2-VIN3，飞电容的传输电压Cfly=VIN1-VIN3。
图2、图3所示的现有技术的电荷泵分别包括多个如图1所示的升压单元。
如图2所示，每一级升压单元实现2倍的升压，经过N级后可实现2N或者2N倍数的升压输出。具体的，对于第一级升压单元，当输入电压VIN1=VIN2=VIN，VIN3=GND时，输出电压VOUT=2VIN，飞电容的传输电压Cfly=VIN；对于第二级升压单元，当输入电压VIN1=VIN2=2VIN，VIN3=GND时，输出电压VOUT=4VIN，飞电容的传输电压Cfly=2VIN….因此对于VGH=4X倍数的输出需要，则需要两级升压单元的电荷泵结构。
然而，这种方法对带片外电容的方案具有一定的可行性，但是，对无片外电容的应用实现上，会有很大的缺陷。例如对于VSP/VSN的电压为±5.5V，VGH=19V的输出，只需要一个耐压超过12V的片外电容（通常是片外陶瓷贴片电容）即可实现2（VSP-VSN）≈4VSP电压。然而，片上集成电容（通常为MIM电容，MOM电容，或PIP电容）的耐压受制造工艺的局限，通常要小于片外贴片电容，无法满足较第二级升压单元中飞电容的耐压要求。于是需要采用如图3所示的，多个片上电容（比如MIM电容）且采用不同的级联方式，才能实现高倍数的切换输出，以满足19V的应用要求。
如图3所示，每一级升压单元实现1倍的升压，经过N级后可实现N+1倍数的升压输出。具体的，对于第一级升压单元，当输入电压VIN1=VIN2=VIN，VIN3=GND时，输出电压VOUT=2VIN，飞电容的传输电压Cfly=VIN；对于第二级升压单元，当输入电压VIN1=VIN2=2VIN，VIN3= VIN时，输出电压VOUT=3VIN，飞电容的传输电压Cfly=VIN；对于第三级升压单元，当输入电压VIN1=VIN2=3VIN，VIN3= 2VIN时，输出电压VOUT=4VIN，飞电容的传输电压Cfly=VIN；….因此对于VSP/VSN的电压为±5.5V，VGH=19V的输出需要，则需要三级升压单元的电荷泵结构，其中每级升压单元的飞电容传输电压Cfly=5.5V，满足MIM电容的耐压需求，但未充分利用MIM电容的耐压空间。
这样对于级联方式中产生的中间电源=2X或者3X电压的驱动能力相应的也要实现切换，通常情况下，这种驱动能力在几mA左右。因此，在高倍数条件下，需要切换/增加驱动能力，即需要增加开关管的尺寸和MIM电容，无疑增加了芯片的实现面积成本。因此，有必要在有限的芯片面积的条件下，提出并实现在不同的高压输出的方法，以此来满足不同的生产供应商的屏幕和高低温的实际应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，提高飞电容的传输电压，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积，改善芯片整体性能。
基于以上考虑，本发明提供一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，包括：所述电荷泵包括多级升压单元；每级升压单元中，输入电压包括VIN1，VIN2，VIN3，输出电压VOUT=VIN1+VIN2-VIN3，飞电容的传输电压为VIN1-VIN3；其中，所述输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1-VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。
优选的，通过电源池实现所述输入电压离散可调和/或连续可调。
优选的，所述电源池包括多路选择开关，通过多路控制信号控制所述多路选择开关选择输出电压，以实现升压单元的输入电压离散可调。
优选的，所述电源池包括低压差线性稳压器，通过低压差线性稳压器中运算放大器的参考电压以及分压电阻的阻值单独连续可调或组合连续可调，以实现升压单元的输入电压连续可调。
优选的，所述电源池包括多路选择开关和低压差线性稳压器，通过多路控制信号控制所述多路选择开关选择输出电压或者通过低压差线性稳压器中运算放大器的参考电压以及分压电阻的阻值单独连续可调或组合连续可调，实现升压单元的输入电压既能离散可调也能连续可调。
优选的，所述低压差线性稳压器为A型，B型或AB型低压差线性稳压器。
优选的，所述飞电容为片上集成电容。
本发明的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，通过设置输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，可以根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1-VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1为现有技术的电荷泵的升压单元的电路图；
图2为现有技术的一种电荷泵的原理图；
图3为现有技术的另一种电荷泵的原理图；
图4为本发明的电荷泵的升压单元的电路图；
图5为根据本发明一个实施例的输入电压电源池的电路图；
图6为根据本发明另一实施例的输入电压电源池的电路图；
图7为根据本发明又一实施例的输入电压电源池的电路图。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，包括：所述电荷泵包括多级升压单元；每级升压单元中，输入电压包括VIN1，VIN2，VIN3，输出电压VOUT=VIN1+VIN2-VIN3，飞电容的传输电压为VIN1-VIN3；其中，所述输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1-VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。
本发明提供一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，所述电荷泵包括多级升压单元，每级升压单元的结构如图4所示，其中，输入电压包括VIN1，VIN2，VIN3，输出电压VOUT=VIN1+VIN2-VIN3，飞电容的传输电压为VIN1-VIN3；其中，所述输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，可以根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1-VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。
具体的，可以通过电源池来实现所述输入电压VIN1，VIN2，VIN3离散可调和/或连续可调，并根据输出VOUT的电压要求来自由选择配置输入电压VIN1，VIN2，VIN3，彼此可以相同，也可以不同。
图5-图7通过具体实施例，对本发明的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法中，通过电源池来实现输入电压离散可调和/或连续可调的优选方案进行详细阐述。
实施例一
图5示出根据本发明一个优选实施例的输入电压电源池的电路图。
其中，所述电源池包括多路选择开关SW1~SWN，多路选择开关SW1~SWN分别连接VP1~VPN=（VSP，VSN，VDD，VSS，IOVCC……）等不同的电源电压，分别通过多路控制信号（互斥的多选一逻辑信号）控制所述多路选择开关SW1~SWN，从上述输入电压VP1~VPN中选择一个作为输出电压VIN，从而实现升压单元的输入电压VIN1~VIN3的离散可调。
实施例二
图6示出根据本发明另一优选实施例的输入电压电源池的电路图。
其中，所述电源池包括低压差线性稳压器（LDO），优选的，所述低压差线性稳压器为A型，B型或AB型（class A/B/AB型）低压差线性稳压器，通过LDO连续可调的方式可实现VIN电压的连续可调，具体的，LDO中运算放大器OP的参考电压为VREF，分压电阻为R1、R2，由于VIN=VREF（1+R1/R2），故通过VREF，R1，R2单独连续可调，或者组合连续可调，来实现VIN的可调，从而实现升压单元的输入电压VIN1~VIN3的连续可调。
实施例三
图7示出根据本发明又一优选实施例的输入电压电源池的电路图。
其中，所述电源池包括多路选择开关SW1~SWN，在此仅示出SW1、SW2作为示例，本领域技术人员可以理解，本发明的方法还可以包括更多的SW1-SWN的组合。如图7所示，SW1连接的是VDD电源电压，SW2接入的是GND地电压，通过多路控制信号分别控制多路选择开关SW1、SW2，分别选择输出电压，从而实现升压单元的输入电压VIN1~VIN3的离散可调。
同时，所述电源池还包括低压差线性稳压器LDO，优选的，所述低压差线性稳压器为A型，B型或AB型（class A/B/AB型）低压差线性稳压器，通过LDO连续可调的方式可实现VIN电压的连续可调，具体的，LDO中运算放大器OP的参考电压为VREF，分压电阻为R1、R2，由于VIN=VREF（1+R1/R2），故通过VREF，R1，R2单独连续可调，或者组合连续可调，来实现VIN的可调，从而实现升压单元的输入电压VIN1~VIN3的连续可调。
由此，实施例三同时结合了实施例一和实施例二两种方法的特点，即可实现升压单元的输入电压VIN1~VIN3，在电源VDD到地GND的全范围内，既能离散可调也能连续可调。
本发明通过电源池来实现输入电压VIN1、VIN2、VIN3的离散可调和/或连续可调，因此可以根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，既能提高飞电容的传输电压VIN1-VIN3，充分利用飞电容的耐压范围，增加电荷泵的驱动能力，同时又避免了传统方法中因为中间电压带来的芯片面积增加问题。
本领域技术人员可以理解，电源池的具体实现方式，包括但不限于上述实施例，本方法可实现任意正负电源的宽范围的离散或者连续可调的电压需求。
本发明的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，具体应用实例：
以VSP/VSN的电压为±5.5V为例，第一级升压单元中，输入电压VIN1=VIN2=VSP，VIN3=GND时，输出电压VOUT=2VSP=11V，飞电容的传输电压Cfly=VSP=5.5V；第二级升压单元中，VIN1~VIN3可以分别通过电源池实现0-11V（2VSP）的离散或者连续可调，当需要满足典型的VGH=15V的高压需求时，VIN1~VIN3分别通过电源池适配选择VIN1=11V，VIN2=11V，VIN3=7V来实现VGH=15V的升压输出需求，此时飞电容的传输电压为Cfly=VIN1-VIN3=4V，满足片上集成电容的耐压范围；当需要满足不同厂家的VGH=19V的更高电压的输出需求时，VIN1~VIN3分别通过电源池适配选择VIN1=11V，VIN2=11V，VIN3=3V来实现VGH=19V的升压输出需求，同时飞电容的传输电压为Cfly=VIN1-VIN3=8V，满足片上集成电容的耐压范围，而且充分利用了片上集成电容的耐压空间。
本发明方法和传统方法的比较总结如表1。由此可见，本发明的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，通过设置输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，可以根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1-VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。
表1
Figure 512123DEST_PATH_IMAGE001
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，包括：
所述电荷泵包括多级升压单元；
每级升压单元中，输入电压包括VIN1，VIN2，VIN3，输出电压VOUT=VIN1+VIN2-VIN3，飞电容的传输电压为VIN1-VIN3；
其中，所述输入电压VIN1，VIN2，VIN3是可调的，根据所需的输出电压VOUT配置合适的输入电压VIN1，VIN2，VIN3，以提高所述飞电容的传输电压VIN1-VIN3，增加电荷泵驱动能力，节省芯片面积。
2.如权利要求1所述的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，通过电源池实现所述输入电压离散可调和/或连续可调。
3.如权利要求2所述的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，所述电源池包括多路选择开关，通过多路控制信号控制所述多路选择开关选择输出电压，以实现升压单元的输入电压离散可调。
4.如权利要求2所述的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，所述电源池包括低压差线性稳压器，通过低压差线性稳压器中运算放大器的参考电压以及分压电阻的阻值单独连续可调或组合连续可调，以实现升压单元的输入电压连续可调。
5.如权利要求2所述的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，所述电源池包括多路选择开关和低压差线性稳压器，通过多路控制信号控制所述多路选择开关选择输出电压或者通过低压差线性稳压器中运算放大器的参考电压以及分压电阻的阻值单独连续可调或组合连续可调，实现升压单元的输入电压既能离散可调也能连续可调。
6.如权利要求4或5所述的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，所述低压差线性稳压器为A型，B型或AB型低压差线性稳压器。
7.如权利要求1所述的提高电荷泵驱动能力的芯片控制方法，其特征在于，所述飞电容为片上集成电容。
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