CN209448652U - 电荷泵电路和显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电荷泵电路和显示装置，其中，该电荷泵电路中采用多个子电荷泵单元并联的方式实现对待处理电压信号的升压或降压处理，以使得每个子电荷泵单元单次存储和转移的电荷量大幅减小，进而有效降低电荷泵电路在进行信号处理时的信号干扰和信号噪声。

Description

电荷泵电路和显示装置

技术领域

本申请涉及电路设计技术领域，具体而言，涉及一种电荷泵电路和显示装置。

背景技术

目前，在进行升压或降压等信号处理时所涉及的电荷泵主要采用Cross-couple(交叉耦合)结构或H-bridge(H-桥)结构，但由于开关切换频率低，且每次通过开关切换以进行电容充放电的过程中存储及泄放的能量较高，导致电荷泵工作过程中存在较大的EMI(电磁干扰，Electromagnetic Interference)，以及较高的开关噪声。

实用新型内容

本申请提供了一种电荷泵电路和显示装置，具体如下。

一方面，本申请实施例提供一种电荷泵电路，所述电荷泵电路包括：

多个子电荷泵单元，每个所述子电荷泵单元包括输出端、第一输入端以及第二输入端；

时钟控制电路，该时钟控制电路包括多个用于时钟驱动信号输出的输出端，所述时钟控制电路中的各输出端分别用于与各所述子电荷泵单元中的第一输入端对应连接；

电路输入端，用于与各所述子电荷泵单元中的第二输入端连接，以将待处理电压信号输入各所述子电荷泵单元的第二输入端；

电路输出端，用于与各所述子电荷泵单元中的输出端连接，以对各所述子电荷泵单元处理后的电压信号进行输出。

进一步地，在本申请实施例的选择中，所述子电荷泵单元为升压电荷泵或降压电荷泵。

在本申请实施例的选择中，所述时钟控制电路的时钟频率为1/T，T为所述时钟控制电路生成的时钟驱动信号的时钟周期，T>0。

在本申请实施例的选择中，所述子电荷泵单元包括第一开关(M1)、第二开关(M2)、第三开关(M3)、第四开关(M4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和第一反相器(D1)；

所述第一开关(M1)的第一输入端和所述第二开关(M2)的第一输入端分别与所述电路输入端连接；

所述第三开关(M3)的第一输入端与所述第一开关(M1)的输出端连接、第二输入端与所述第二开关(M2)的输出端连接、输出端与所述电路输出端连接；

所述第四开关(M4)的第一输入端与所述第二开关(M2)的输出端连接、第二输入端与所述第一开关(M1)的输出端连接、输出端与所述电路输出端连接；

所述第一电容(C1)的一端与第二开关(M2)的第二输入端、所述第三开关(M3)的第一输入端以及所述第四开关(M4)的第二输入端分别连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一反相器(D1)的一端连接；

所述第二电容(C2)的一端与所述第四开关(M4)的第一输入端、第一开关(M1)的第二输入端以及所述第三开关(M3)的第二输入端分别连接，所述第二电容(C2)的另一端以及所述第一反相器(D1)的另一端分别与所述时钟控制电路中的一个输出端连接。

在本申请实施例的选择中，所述第一开关(M1)、所述第二开关(M2)、所述第三开关(M3)和所述第四开关(M4)中的一个或多个为MOS管，且所述MOS管的漏极作为第一输入端、栅极作为第二输入端、源极作为输出端。

在本申请实施例的选择中，所述子电荷泵单元还包括第二反相器(D2)和第三反相器(D3)，所述第二反相器(D2)连接于所述第一反相器(D1)与所述第一电容(C1)之间，所述第三反相器(D3)连接于所述时钟控制电路中的一个输出端与所述第二电容(C2)之间。

在本申请实施例的选择中，所述子电荷泵单元还包括稳压电容(C3)，所述稳压电容(C3)的一端与所述第三开关(M3)的输出端以及所述第四开关(M4)的输出端分别连接、另一端接地。

另一方面，本申请实施例还提供一种显示装置，包括：

上述的电荷泵电路；

驱动电路，用于与所述电荷泵电路的电路输出端连接以获取驱动电压。

在本申请实施例的选择中，所述显示装置还包括显示面板，该显示面板与所述驱动电路的输出端连接，以在所述驱动电路的驱动下进行图像显示。

在本申请实施例的选择中，所述显示面板包括触摸面板、LED面板、LCD面板或OLED面板中的一种。

本申请实施例提供一种电荷泵电路和显示装置，其中，所述电荷泵电路是基于多个并联的子电荷泵单元设计得到，以在升压或降压等信号处理过程中，使得每个子电荷泵单元单次保存、转移的电荷量大幅减小，进而使得所述电荷泵电路工作过程中的产生的噪声和干扰也大幅较小。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有的电荷泵的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的电荷泵电路的结构示意图。

图3为图2中所示的子电荷泵单元的电路结构示意图。

图4为图2中所示的子电荷泵单元的另一电路结构示意图。

图5为图2中所示的子电荷泵单元的又一电路结构示意图。

图6为图2中所示的时钟控制电路的工作时序图。

图7为本申请实施例提供的信号处理方法的处理流程示意图。

图标：10-电荷泵电路；11-子电荷泵单元；M1-第一开关；M2-第二开关；M3-第三开关；M4-第四开关；D1-第一反相器；D2-第二反相器；D3-第三反相器；C1-第一电容；C2-第二电容；C3-稳压电容；12-时钟控制电路；13-电路输入端；14-电路输出端。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本申请的描述中，术语“第一、第二、第三、第四等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参阅图1，现有的电荷泵一般可包括时钟控制端、输入电压端、输出电压端，而电荷泵是根据时钟控制端输入的时钟信号控制内部的MOS(金氧半场效晶体管，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)开关与电容的通断状态实现对待处理电压信号的升压或降压处理，如电荷泵可通过每次开关切换动作将能量以电荷的形式保存在飞电容(Flying Capacitor)上，再通过开关动作将保存在飞电容上的电荷转移到输出电压端这一输出节点上，实现对输入电压端输入的信号的升压或降压处理。

但现有的电荷泵在进行电荷的保存和转移时会产生噪声，而噪声的频谱可能出现在时钟信号的基频、二次谐波、三次谐波等各次谐波上，同时噪声还可通过辐射及传导的形式对其他部分电路造成干扰，如GSM(全球移动通信系统，Global System for Mobilecommunications)模块、CDMA(码分多址，Code Division Multiple Access)模块、WCDMA(宽带码分多址，Wideband Code Division Multiple Access)模块、TD-SCDMA(时分-同步码分多址(英语：Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access)模块、LTE(长期演进，Long Term Evolution)模块、Wi-Fi模块、Bluetooth(蓝牙)模块、GPS(全球定位系统，Global Positioning System)模块、北斗卫星定位等，影响其他部分电路的电路性能，甚至使其失效。例如，假设电荷泵的工作频率为100kHz-5MHz，由此可以推算出各次谐波之间的频率间隔只有100kHz-5MHz，加之通常射频系统的信号带宽为10MHz-15MHz，所以射频系统会被电荷泵工作时所产生的噪声的谐波所干扰。

对此，请结合参阅图2，本申请实施例提供一种电荷泵电路10，其中，相对于现有的电荷泵，本申请中给出的所述电荷泵电路10是基于多个并联的子电荷泵单元11设计得到，以在升压或降压等信号处理过程中，使得每个子电荷泵单元11中单次保存、转移的电荷量大幅减小，减小每个子电荷泵单元11工作过程中的噪声与干扰，进而减小所述电荷泵电路10工作过程中的噪声和干扰。下面对本实施例提供的技术方案进行详细阐述。

请再次参阅图2，所述电荷泵电路10包括时钟控制电路12、电路输入端13、电路输出端14以及多个子电荷泵单元11，每个所述子电荷泵单元11包括输出端、第一输入端以及第二输入端，所述时钟控制电路12包括多个用于时钟驱动信号输出的输出端。其中，所述时钟控制电路12中的各输出端分别用于与各所述子电荷泵单元11中的第一输入端对应连接，所述电路输入端13与各所述子电荷泵单元11中的第二输入端连接以将待处理电压信号输入各所述子电荷泵单元11的第二输入端；所述电路输出端14与各所述子电荷泵单元11中的输出端连接以对各所述子电荷泵单元11处理后的电压信号进行输出。

在一个实施方式中，所述时钟控制电路12用于向各子电荷泵单元11提供不同相位的时钟驱动信号，使得各子电荷泵单元11实现对待处理电压信号的升压或降压处理。可选地，所述时钟控制电路12的电路形式可根据实际需求进行灵活设计，例如，所述时钟控制电路12可以包括一个振荡器以及一个用于将该振荡器产生的时钟驱动信号按照不同的时刻发送给各所述子电荷泵单元11的控制器；又例如，所述时钟控制电路12还可包括与各所述子电荷泵单元11对应的多个振荡器以及用于控制各振荡器按照不同时刻向各所述子电荷泵单元11提供时钟驱动信号的控制器，本实施例在此不做限制。

实际实施时，所述时钟控制电路12的时钟频率可根据所述子电荷泵单元11的数量进行设计，从而尽可能的降低所述电荷泵电路10在进行信号处理时的频段噪声，例如，所述时钟控制电路12的时钟频率为1/T，T为所述时钟控制电路12生成的时钟驱动信号的时钟周期，T>0。

进一步地，各所述子电荷泵单元11用于在时钟驱动信号的驱动下实现对待处理电压信号的升压或降压处理，在本申请实施例中，所述子电荷泵单元11可以是但不限于升压电荷泵或降压电荷泵等。另外，实际实施时，对于所述子电荷泵电路10，可以控制每个子电荷泵单元11均参与对待处理信号的升压或降压处理，也可以是控制多个子电荷泵单元11中的部分子电荷单元11参与对待处理信号的升压或降压处理，还可以是一个时钟驱动信号控制一个或多个子电荷单元的工作状态，具体可根据实际需求进行灵活设计，本申请实施例在此不做限制。

可选地，如图3所示，所述子电荷泵单元11可以包括第一开关M1、第二开关M2、第三开关M3、第四开关M4、第一电容C1、第二电容C2和第一反相器D1；所述第一开关M1的第一输入端和所述第二开关M2的第一输入端分别与所述电路输入端13连接；所述第三开关M3的第一输入端与所述第一开关M1的输出端连接、第二输入端与所述第二开关M2的输出端连接、输出端与所述电路输出端14连接；所述第四开关M4的第一输入端与所述第二开关M2的输出端连接、第二输入端与所述第一开关M1的输出端连接、输出端与所述电路输出端14连接；所述第一电容C1的一端与所述第二开关M2的第二输入端、所述第三开关M3的第一输入端以及所述第四开关M4的第二输入端分别连接，所述第一电容C1的另一端与所述第一反相器D1的一端连接；所述第二电容C2的一端与所述第四开关M4的第一输入端、第一开关M1的第二输入端以及所述第三开关M3的第二输入端分别连接，所述第二电容C2的另一端以及所述第一反相器D1的另一端分别与所述时钟控制电路12中的一个输出端连接。需要说明的是，图3中所示的i1为所述子电荷泵单元11的第一输入端、i2为所述子电荷泵单元11的第二输入端、o为所述子电荷泵单元11的输出端。

根据实际需求，在图3中给出的所述子电荷泵单元11中，可通过每次开关(如第一开关M1、第三开关M3或第二开关M2、第四开关M4)切换动作将能量以电荷的形式保存在第一电容C1或第二电容C2这一飞电容上，再通过开关动作将保存在飞电容的电荷转移到电路输出端14这一输出节点上，以实现对待处理电压信号的升压或降压处理。其中，所述第一开关M1、所述第二开关M2、所述第三开关M3和所述第四开关M4中的一个或多个可以为图3中所示的MOS管，且所述MOS管的漏极d作为第一输入端、栅极g作为第二输入端、源极s作为输出端。

另外，所述第一电容C1和所述第二电容C2用于在所述子电荷泵单元11的工作过程中进行电荷的存储和转移，所述第一反相器D1用于对由所述时钟控制电路12输入至所述第一电容C1中的时钟驱动信号进行反向处理，以使得所述流入所述第一电容C1和所述第二电容C2上的电流工作在不同的相位。其中，所述第一电容C1、所述第二电容C2、第一反相器D1的型号可根据实际需求进行灵活选取，本实施例在此不做限制。

进一步地，作为一种实施方式，如图4所示，所述子电荷泵单元11还可包括第二反相器D2和第三反相器D3，所述第二反相器D2连接于所述第一反相器D1与所述第一电容C1之间，所述第三反相器D3连接于所述时钟控制电路12中的一个输出端与所述第二电容C2之间。其中，所述第二反相器D2和所述第三反相器D3用于增强流入所述第一电容C1和所述第二电容C2中的时钟驱动信号的驱动能力。可选地，所述第二反相器D2和所述第三反相器D3的类型可根据实际需求进行灵活选取，本实施例在此不做限制。

作为另一种实施方式，请结合参阅图5，所述子电荷泵单元11还可包括稳压电容C3，所述稳压电容C3的一端与所述第三开关M3的输出端以及所述第四开关M4的输出端分别连接、另一端接地。实际实施时，在所述电路输出端14连接有负载时，所述稳压电容C3与所述负载可形成并联结构，以通过稳压电容C3自身具有的充电蓄能的优势，可把所述电路输出端14的单向波脉动电压高充低放地拉到一个近似于平滑的电压值，同时将第三开关M3的输出端和第四开关M4的输出端输出的交流及谐波成份回路入地，进而实现对负载的保护。

下面结合图6，对本申请实施例中给出的上述电荷泵电路10的工作原理进行说明。

(1)相对于现有技术中只采用一个电荷泵实现对待处理电压信号的升压或降压处理，本申请中采用多个(如N个，N≥2)并联的子电荷泵单元11，可使得每个子电荷泵单元11中每次存储和转移的电荷量相当于现有的电荷泵的1/N，进而使得每个子电荷泵单元11上产生的噪声也相当于现有的电荷泵的1/N。同时，由于能量正比于电压的平方，因此，本申请给出的电荷泵电路10会使得噪声能量减小为现有的电荷泵的1/N²。

(2)假设本申请中给出的电荷泵电路10中的子电荷泵单元11有N个，所述时钟控制电路12可产生与各所述子电荷泵单元11对应的N个时钟驱动信号，且时钟周期为T，那么时钟驱动信号2相对时钟驱动信号1延迟T/N，时钟驱动信号N-1相对于时钟驱动信号1延迟(N-2)T/N，时钟驱动信号N相对于时钟驱动信号1延迟(N-1)T/N，即相当于所述电荷泵电路10为N相位电荷泵，所以本申请给出的电荷泵电路10的基础频率相对于现有的电荷泵的基础频率升高了N倍，那么每个谐波之间的距离变成了N*F，F为电荷泵电路10的工作频率，从而可在所述电荷泵电路10的工作过程中，通过调整电荷泵电路10的工作频率，使噪声信号避开射频信号的工作频段，实现噪声频谱的搬移，避免在对待处理信号进行处理时所产生的噪声通过辐射或者传导的方式对其他工作电路产生影响，降低电荷泵电路10工作过程中产生的噪声对射频系统的干扰，确保各射频系统工作电路的性能。其中，所述射频系统可以是但不限于GSM模块、CDMA模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、LTE模块、Wi-Fi模块、Bluetooth模块、GPS模块、北斗卫星定位、卫星导航定位模块等。

进一步地，基于上述给出的电荷泵电路10，本申请实施例还提供一种显示装置，所述显示装置包括驱动电路、显示面板以及上述的电荷泵电路10；其中，所述驱动电路与所述电荷泵电路10中的电路输出端14连接以获取驱动电压；所述显示面板与所述驱动电路的输出端连接，以在所述驱动电路的驱动下进行图像显示。需要注意的是，由于所述显示装置具有与上述电荷泵电路10相同或相应的技术特征，因此，关于所述显示装置的详细描述可参照本申请实施例对前述电荷泵电路10的描述，在此不再赘述。

实际应用中，所述显示装置可以是但不限于智能电视、电脑、手机、IPAD等其他具有显示功能的终端设备，且所述显示面板可以是但不限于触控面板、LED(发光二极管，Light Emitting Diode)面板、LCD(液晶显示屏，liquid crystal display)面板或OLED(有机发光二极管，Organic Light-Emitting Diode)面板中的一种，本实施例在此不做具体限制。

此外，如图7所示，本申请实施例还提供一种基于上述的电荷泵电路10实现的信号处理方法，所述信号处理方法包括：

步骤S1，时钟控制电路12按照预设时间间隔向各子电荷泵单元11提供时钟驱动信号；

步骤S2，所述子电荷泵单元11在接收到的所述时钟驱动信号的驱动下对由所述电荷泵电路的电路输入端13输入的待处理电压信号进行降压/升压处理后输出至所述电荷泵电路的电路输出端14。

其中，所述时钟控制电路可按照预设时间间隔向各子电荷泵单元提供不同相位的时钟驱动信号，且所述预设时间间隔为1/T，T为所述时钟控制电路生成的时钟驱动信号的时钟周期。需要说明的是，步骤S1中所述的所述时钟控制电路12在向各所述子电荷泵单元11提供时钟驱动信号时，可以但不限于依次提供的方式。

另外，由于所述信号处理方法具有与上述电荷泵电路10相同或相应的技术特征，因此，关于所述信号处理方法的详细描述可参照本申请实施例对前述电荷泵电路10的描述，在此不再赘述。

综上所述，在本申请实施例给出的上述电荷泵电路10和显示装置中，所述电荷泵电路10是基于多个并联的子电荷泵单元11设计得到，以在升压或降压等信号处理过程中，使得每个子电荷泵单元11单次保存、转移的电荷量大幅减小，进而减小所述电荷泵电路10工作过程中的噪声和干扰。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵电路包括：

多个子电荷泵单元，每个所述子电荷泵单元包括输出端、第一输入端以及第二输入端；

时钟控制电路，该时钟控制电路包括多个用于时钟驱动信号输出的输出端，所述时钟控制电路中的各输出端分别用于与各所述子电荷泵单元中的第一输入端对应连接；

电路输入端，用于与各所述子电荷泵单元中的第二输入端连接，以将待处理电压信号输入各所述子电荷泵单元的第二输入端；

电路输出端，用于与各所述子电荷泵单元中的输出端连接，以对各所述子电荷泵单元处理后的电压信号进行输出。

2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述子电荷泵单元为升压电荷泵或降压电荷泵。

3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述时钟控制电路的时钟频率为1/T，T为所述时钟控制电路生成的时钟驱动信号的时钟周期，T>0。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电荷泵电路，其特征在于，所述子电荷泵单元包括第一开关(M1)、第二开关(M2)、第三开关(M3)、第四开关(M4)、第一电容(C1)、第二电容(C2)和第一反相器(D1)；

所述第一开关(M1)的第一输入端和所述第二开关(M2)的第一输入端分别与所述电路输入端连接；

所述第三开关(M3)的第一输入端与所述第一开关(M1)的输出端连接、第二输入端与所述第二开关(M2)的输出端连接、输出端与所述电路输出端连接；

所述第四开关(M4)的第一输入端与所述第二开关(M2)的输出端连接、第二输入端与所述第一开关(M1)的输出端连接、输出端与所述电路输出端连接；

所述第一电容(C1)的一端与第二开关(M2)的第二输入端、所述第三开关(M3)的第一输入端以及所述第四开关(M4)的第二输入端分别连接，所述第一电容(C1)的另一端与所述第一反相器(D1)的一端连接；

所述第二电容(C2)的一端与所述第四开关(M4)的第一输入端、第一开关(M1)的第二输入端以及所述第三开关(M3)的第二输入端分别连接，所述第二电容(C2)的另一端以及所述第一反相器(D1)的另一端分别与所述时钟控制电路中的一个输出端连接。

5.根据权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一开关(M1)、所述第二开关(M2)、所述第三开关(M3)和所述第四开关(M4)中的一个或多个为MOS管，且所述MOS管的漏极作为第一输入端、栅极作为第二输入端、源极作为输出端。

6.根据权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，所述子电荷泵单元还包括第二反相器(D2)和第三反相器(D3)，所述第二反相器(D2)连接于所述第一反相器(D1)与所述第一电容(C1)之间，所述第三反相器(D3)连接于所述时钟控制电路中的一个输出端与所述第二电容(C2)之间。

7.根据权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，所述子电荷泵单元还包括稳压电容(C3)，所述稳压电容(C3)的一端与所述第三开关(M3)的输出端以及所述第四开关(M4)的输出端分别连接、另一端接地。

8.一种显示装置，其特征在于，包括：

上述权利要求1-7中任一项所述的电荷泵电路；

驱动电路，用于与所述电荷泵电路的电路输出端连接以获取驱动电压。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置还包括显示面板，该显示面板与所述驱动电路的输出端连接，以在所述驱动电路的驱动下进行图像显示。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板包括触控面板、LED面板、LCD面板或OLED面板中的一种。