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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung mit einem Anzeigeansteuerungsgenerator
zur Bereitstellung von mehreren diskreten Spannungspegeln, um eine
Anzeige, insbesondere eine Flüssigkristallanzeige
(LCD) anzusteuern. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur
Ansteuerung einer Anzeige.
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HINTERGRUND
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Ein
Beispiel für
eine elektronische Vorrichtung mit LCD-Anzeige-Ansteuerungsfähigkeit ist der Mikrocontroller
PIC18F85J90. Dieser Mikrocontroller weist eine Ladungspumpe mit
geschalteten Kondensatoren mit bis zu fünf externen Kondensatoren auf.
Der Kontrast der LCD-Anzeige kann eingestellt werden, indem eine Offset-Ausgangsspannung
zwischen der niedrigsten Arbeitsspannung und Masse verändert wird.
Ein digitales Signal mit drei Bits wird zum Einstellen des Pegels
der Offset-Ausgangsspannung verwendet. Die Offset-Ausgangsspannung
wird verdoppelt oder verdreifacht, um die geeigneten LCD-Anzeige-Arbeitsspannungen
zu erhalten. Der Mikrocontroller weist eine Regelschleife auf, um
einen Hysteresevergleich zwischen der Offset-Ausgangsspannung und
einem Referenzspannungspegel durchzuführen. Alle Fehler der Offset-Ausgangsspannung
werden jedoch auch verdoppelt oder verdreifacht. Dadurch werden
die LCD-Ansteuerungsspannungen nachteilig beeinflusst. Der Energieverbrauch
dieser spezifischen Mikrocontroller-Vorrichtung beträgt zwischen
25 μA und
40 μA, was
für aktuelle
Energiesparanwendungen relativ hoch ist.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine elektronische Vorrichtung
mit LCD-Ansteuerungsfähigkeit
bereitzustellen, die eine verbesserte Genauigkeit und einen geringeren
Energieverbrauch als LCD-Ansteuerungseinrichtungen aus dem Stand
der Technik hat.
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Dementsprechend
wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die einen Anzeigeansteuerungsgenerator
aufweist, um mehrere diskrete Spannungspegel zur Ansteuerung einer
Flüssigkristallanzeige
bereitzustellen. Der Anzeige-Ansteuerungsgenerator weist eine Ladungspumpe
auf, um eine Ladungspumpe-Ausgangsspannung bereitzustellen. Ein
Spannungsteiler ist so gekoppelt, dass er die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
empfängt,
um die diskreten Spannungspegel und ein Rückkopplungs-Spannungssignal
bereitzustellen. Es werden auch ein Rückkopplungs-Abtastkondensator
und ein Rückkopplungs-Abtastschalter
bereitgestellt. Der Rückkopplungs-Abtastkondensator
und der Rückkopplungs-Abtastschalter
sind so ausgeführt, dass
sie das Rückkopplungs-Spannungssignal
abtasten. Ein Komparator ist so gekoppelt, dass er das abgetastete
Rückkopplungs-Spannungssignal
von dem Rückkopplungs-Abtastkondensator
empfängt
und das Rückkopplungs-Ausgangssignal mit
einem Referenzspannungspegel vergleicht, um ein Komparator-Ausgangssignal
bereitzustellen. Es ist ferner eine digitale Ladungspumpe-Steuerstufe
vorhanden, die so gekoppelt ist, dass sie das Komparator-Ausgangssignal
empfängt
und die Ladungspumpe in Reaktion auf das Komparator-Ausgangssignal
steuert.
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Eine
elektronische Vorrichtung, die gemäß diesen Aspekten der Erfindung
ausgeführt
und implementiert ist, bietet mehrere Vorteile gegenüber dem
Stand der Technik. Zunächst
wird die Ausgangsspannung geteilt, statt verstärkt zu werden. Dies verringert
sogar Fehler des abgetasteten Rückkopplungssignals,
statt sie zu vermehren. Die mehreren diskreten Ausgangsspannungspegel
werden über
eine Mischsignal-Rückkopplungsschleife
gesteuert, die für
eine hohe Flexibilität
und Veränderlichkeit
für verschiedene
Anwendungen sorgt. Da die Rückkopplungsspannung
abgetastet wird, wird der Energieverbrauch weiter verringert.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung kann der Spannungsteiler einen Spannung-Subteiler aufweisen,
um ein Spannungsintervall zwischen zwei diskreten Spannungspegeln
in mehrere unterteilte Spannungspegel zu unterteilen. Es kann eine
Stufe (z. B. mehrere Subteilerschalter oder ein Multiplexer) vorhanden sein,
um selektiv eines der mehreren unterteilten Spannungssignale als
Rückkopplungsspannungssignal
an den Rückkopplungs-Abtastkondensator
anzulegen. Dieser Aspekt der Erfindung sorgt für eine verbesserte Granularität für die Regelschleife,
um die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
ohne Erhöhung
des gesamten Stromverbrauchs zu steuern.
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Bei
einer Ausführungsform
kann ein Schalter vorgesehen sein, um den Spannungsteiler (und Subteiler)
selektiv an die Ladungspumpe-Ausgangsspannung zu koppeln. Der Spannungsteiler
kann dann periodisch mit einem bestimmten Tastverhältnis aus-
und eingeschaltet werden. Dies ist nützlich, um den Energieverbrauch
weiter zu verringern.
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Bei
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Anzeige-Ansteuerungsgenerator
ferner mehrere Kondensatoren aufweisen, die so gekoppelt sind, dass
sie einen variablen kapazitiven Spannungsteiler mit dem Rückkopplungs-Abtastkondensator
bilden. Der kapazitive Spannungsteiler kann selektiv so gekoppelt sein,
dass er die Ladungspumpe-Ausgangsspannung empfängt. Der variable kapazitive
Spannungsteiler (d. h. das Teilungsverhältnis des variablen kapazitiven
Spannungsteilers) kann vorteilhafterweise so ausgeführt sein,
dass er in Übereinstimmung
mit einer Einstellung des Spannungsteilers und/oder des Spannungs-Subteilers
(d. h. in Übereinstimmung
mit dem gewählten
Abgriffknoten des Spannungsteilers oder Subteilers, der an den Abtastkondensator
gekoppelt ist) gesteuert wird. Der kapazitive Spannungsteiler kann
dann vorteilhafterweise so ausgeführt sein, dass er einen Verfolgungsmechanismus
für eine
Ausgangsspannung, d. h. beispielsweise für die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
oder für
eine der mehreren diskreten Ansteuerungsspannungen implementiert.
Der variable kapazitive Spannungsteiler kann dann so ausgebildet
sein, dass er unabhängig
von dem Spannungsteiler und Subteiler arbeitet. Dementsprechend
ist die Regelschleife so ausgeführt,
dass sie Änderungen
der jeweiligen Ausgangsspannung (z. B. aufgrund einer sich ändernden
Last) auch dann folgt, wenn der Hauptspannungsteiler von der Ausgangsspannung
entkoppelt ist. Dieser Aspekt dient auch dazu, den Energieverbrauch
zu verringern, und verbessert die Verfolgbarkeit der Regelschleife. Darüber hinaus
kann eine verbesserte Reaktionszeit auf Laständerungen erhalten werden.
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Bei
einem Aspekt der Erfindung kann der Spannungsteiler eine Widerstandskette
aufweisen, die so gekoppelt ist, dass sie an einem Ende die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
empfängt,
und die die mehreren diskreten Spannungspegel an Abgriffknoten zwischen
den Widerständen
bereitstellt (d. h. die Widerstandskette kann eine Vielzahl von
in Reihe geschalteten Widerständen
sein). Es können
dann Abtastkondensatoren und Abtastschalter vorgesehen sein, die
an die Abgriffknoten der Widerstandskette gekoppelt sind, um die
Spannungspegel von den Abgriffknoten abzutasten. Dies sorgt dafür, dass
die mehreren diskreten Spannungspegel zur Ansteuerung der Anzeige
für eine
bestimmte Dauer ohne Verwendung der Widerstandskette beibehalten
werden. Dieser Aspekt reduziert den Energieverbrauch weiter, da
die Ausschaltperioden der Widerstandskette erhöht werden können.
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Die
Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige
(LCD) bereit. Es wird eine Ladungspumpe-Ausgangsspannung mit einer
Ladungspumpe erzeugt. Die Ladungspumpe-Ausgangsspannung wird mit
einem Spannungsteiler geteilt, um mehrere diskrete Spannungspegel
zur Ansteuerung der Anzeige und einen Rückkopplungsspannungspegel bereitzustellen.
Der Rückkopplungs-Spannungspegel
wird mit einem Abtastkondensator abgetastet und mit einem Referenzspannungspegel
verglichen. Das Vergleichsergebnis wird dazu verwendet, die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
digital zu steuern.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnungen. Darin zeigen
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1 ein
vereinfachtes Schaltbild eines grundlegenden Aufbaus einer herkömmlichen
Anzeige-Ansteuerungseinrichtung;
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2 ein
vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;
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3 ein
vereinfachtes Schaltbild einer Ladungspumpe, die bei der Ausführungsform
aus 2 verwendet werden kann;
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4 Signalverläufe von
Signalen der Ausführungsform
aus 2;
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5 Signalverläufe aus 4 in
einer ausführlicheren
Form; und
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6 weitere
Signalverläufe,
die sich auf die Ausführungsform
aus 2 beziehen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER
BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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1 zeigt
das vereinfachte Schaltbild einer Anzeige-Ansteuerungseinrichtung
nach dem Stand der Technik. Es ist eine Widerstandskette aus Widerständen R1,
R2, R3, R4 und R5 vorgesehen, die mit einem Versorgungsspannungspegel
VDD in Reihe geschaltet ist. Die Abgriffknoten N1, N2, N3 und N4
zwischen den Widerständen
stellen Abgriffknoten-Spannungspegel
V1', V2', V3' und V4' bereit. Die Abgriffknoten-Spannungspegel
V1', V2', V3' und V4' werden mit Operationsverstärkern OP1,
OP2, OP3 und OP4, die als Spannungsfolger gekoppelt sind, zwischengespeichert.
Die geteilten Spannungspegel V0, V1, V2, V3, V4 und V5 werden dann
zu einer Anzeige LCD geleitet, um die Anzeige anzusteuern. Für Versorgungsspannungspegel VDD,
die geringer sind als die erforderlichen Abgriffknotenspannungen
V0 bis V5, muss eine Ladungspumpe verwendet werden.
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2 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung. Die
elektronische Vorrichtung 1 kann jede Art von elektronischer
Vorrichtung sein, wie etwa ein Mikrocontroller. Sie weist einen
Anzeige-Ansteuerungsgenerator
LDG zur Ansteuerung einer Flüssigkristallanzeige
auf. Es werden mehrere diskrete Spannungspegel V1, V2, V3 und V4
bereitgestellt, um den LCD anzusteuern. Diese Spannungspegel werden
von einer Ladungspumpe-Ausgangsspannung
VCP, die mit der Ladungspumpe CP erzeugt wird, abgeleitet. Die Ausgangsspannung
wird an einem Kondensator LCDCAP zwischengespeichert. Ein Spannungsteiler
wird selektiv über
die Schalter S7, S8 und S9 entweder an die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
VCP oder an eine interne Versorgungsspannung DVDD gekoppelt. Tatsächlich gibt
es einen Knoten V1, der den höchsten
diskreten Ausgangsspannungspegel V1 bereitstellt, der über den
Schalter S7, der mit dem Signal REXT1 gesteuert wird, an die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
VCP gekoppelt werden kann. Alternativ kann der Knoten V1 durch den
Schalter S8, der mit dem Steuersignal VINT1 gesteuert wird, an den
internen Versorgungsspannungspegel DVDD gekoppelt werden. Der Spannungsteiler
kann über
den Schalter S9, der mit dem Freigabesignal RDIV_EN gesteuert wird,
an den Knoten V1 gekoppelt werden. Der Spannungsteiler ist als Widerstandskette
aus Widerständen
(die alle in Reihe geschaltet sind) implementiert. Die Ladungspumpe
CP dient dazu, die interne Versorgungsspannung zu verstärken. Die
Ladungspumpe-Ausgangsspannung VCP kann somit den internen Versorgungsspannungspegel überschreiten,
wenn die Ladungspumpe arbeitet. Darüber hinaus dient der Schalter
S9 dazu, die Widerstandskette R1, R2, R3_0...y und R4 selektiv mit
dem Knoten V1 zu verbinden. Die Widerstandskette stellt diskrete
Spannungspegel VR2, VR3 und VR4 an Abgriffknoten zwischen den Widerständen R1
und R2, R2 und R3_0...y bzw. R3_0...y und R4 bereit. Die Abgriffknoten-Spannungspegel
VR2, VR3 und VR4 werden über
Abtastschalter S4, S5 und S6 mit Abtastkondensatoren CS4, CS3, CS2
abgetastet. Ein Schalter S10 wird mit dem Freigabesignal CDIV_EN
gesteuert, um selektiv den kapazitiven Teiler CS1, CS2, CS3 und
CS4 an den Knoten V1 zu koppeln oder ihn von diesem zu trennen. Dadurch
wird der kapazitive Teiler CS1, CS2, CS3 und CS4 freigegeben oder
gesperrt.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
kann der Widerstandsteiler R1, R2, R3_0...y und R4 die nachfolgenden
kontinuierlichen Zeitausgaben, die abgetastet werden müssen, ausgeben,
wenn er freigegeben ist:
VR2 = VLCD/1,5 (LCD-Arbeitsspannung
1, die für
ein Drittel des Vorspannmodus benötigt wird)
VR3 = VLCD/2
(LCD-Arbeitsspannung, die für
den halben Vorspannmodus benötigt
wird)
VR4 = VLCD/3 (LCD-Arbeitsspannung 2, die für ein Drittel
des Vorspannmodus benötigt
wird)
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Für den halben
Vorspannmodus sollten zur Speisung der LCD-Anzeige drei Spannungen
verfügbar sein,
beispielsweise VCP, VCP/2 und VSS. Für ein Drittel des Vorspannmodus
sollten vier Spannungen verfügbar
sein. Diese Spannungen können
VCP, VCP/1,5, VCP/3 und VSS sein. Der Kontrast für ein Drittel der Arbeitsspannung
ist höher
als für
den halben Vorspannmodus.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Spannung VFB_R (d. h. die Ausgabe des 16-bis-1-Multiplexers S3
oder des 4-Bit-DACs S3) mit dem 1-hot-dekodierten Äquivalent
des Registerwerts VLCDx gesteuert werden. Für die Ladungspumpe kann eine
variable Taktfrequenz verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform kann
die Taktfrequenz mehrere MHz haben.
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Der
Hauptspannungsteiler R1, R2, R3_0...y und R4 weist einen Subteiler
R3_0...y auf. Bei der vorliegenden Ausführungsform gibt es einen resistiven
Spannungs-Subteiler R3_0...y zwischen den Abgriffknoten VR3 und
VR4, um das Spannungsintervall (oder die Spannungsdifferenz) zwischen
den beiden Abgriffknotenspannungen VR3 und VR4 zu unterteilen. Der
Schalter S3 kann dann ein Multiplexer mit einer Anordnung aus 17
Schaltern <0> bis <16> sein. S3 ist dazu
vorgesehen, einen von 16 Spannungspegeln des resistiven Subteilers
R3_0...y als Rückkopplungssignal
VFB_R auszuwählen
und über
den Rückkopplungs-Abtastschalter S1
in den Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS zu speisen. Der 17. Schalter der Schalteranordnung S3 koppelt
den Abtastschalter an den Knoten V1. Diese Verbindung kann bei einer
Einschaltprozedur verwendet werden. Wenn der Abtastschalter S1 geschlossen
(leitend) ist, wird der jeweilige Spannungspegel VFB_R mit dem Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS abgetastet. Nachdem entweder der Spannungspegel V1 oder einer
der unterteilten Spannungspegel von dem Subteiler R3_0...y mit dem
Rückkopplungs-Kondensator
CFS abgetastet wurde, trennt der Abtastschalter S1 den Knoten VFB_R
von dem Abtastkondensator CFS. Darüber hinaus wird der Schalter
S9 mit dem Schalterfreigabesignal RDIV_EN gesteuert, um die Widerstandskette
R1, R2, R3_0...y und R4 vom Knoten RV1 zu trennen. Aufgrund eines
Leckverlusts usw. werden für
eine bestimmte Zeitdauer die abgetasteten Spannungen am Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS und an den Abtastkondensatoren CS1, CS2, CS3 und CS4 beibehalten,
und die Ausgangsspannungen V1, V2, V3 und V4 sind zunächst stabil
und beginnen dann abzufallen. Es sind Buffer BUF2, BUF3 und BUF4
gekoppelt, um die abgetasteten Abgriffknotenspannungen VR2, VR3
und VR4 zwischenzuspeichern, um die Ausgangsimpedanz für die Ausgangsspannungen
V2, V3 und V4 zu verringern. V2, V3 und V4 sind die abgetasteten
und zwischengespeicherten Abgriffknotenspannungen VR2, VR3 und VR4.
Die Buffer BUF2, BUF3 und BUF4 können
eine hohe Eingangsimpedanz haben, um zu verhindern, dass die Abtastkondensatoren
CS2, CS3 und CS4 entladen werden.
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Die
abgetastete Rückkoplungs-Abtastspannung
am Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS wird als Rückkopplungsspannung
VFB zum Komparator CMP geleitet. Der Rückkopplungsspannungspegel VFB
wird dann mit einem Referenzspannungspegel VREF_COMP verglichen,
und der Komparator CMP stellt ein entsprechendes Ausgangssignal
COMP_OUT bereit. Das Ausgangssignal wird mit einer digitalen Ladungspumpe-Steuerstufe
DCPC empfangen. Die digitale Ladungspumpe-Steuerstufe DCPC stellt
die Steuersignale CP_ISEL und das Freigabesignal IBGEN_EN für einen
Arbeitsstromgenerator IBGEN und einen Taktgenerator CLKG bereit,
um den Ladungspumpe-Ausgangsspannungspegel und die Einschalt- und
Ausschaltperioden der Ladungspumpe CP zu steuern. Die Ladungspumpe
CP wird durch Arbeitsströme
IBIAS_CP von dem Arbeitsstromgenerator IBGEN gesteuert. Die digitale
Ladungspumpe-Steuereinrichtung DCPC stellt auch ein Steuersignal
SMPL für
den Rückkopplungs-Abtastschalter
S1 und die Abtastschalter S4, S5 und S6 für die diskreten Spannungspegel
von den Abgriffknoten der Widerstandskette bereit.
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Es
gibt ferner einen Oszillator OSC, der auch mit digitalen Steuersignalen
von der digitalen Ladungspumpe-Steuereinrichtung DCPC gesteuert
wird. Diese Signale sind OSC_EN und OSC_FSEL. Der Oszillator OSC
stellt ein Hauptladungspumpe-Taktsignal CP_CLK für den Taktgenerator CLKG bereit.
Die digitale Ladungspumpe-Steuerstufe DCPC stellt auch Steuersignale
RDIV_EN, CDIV_EN, VINT1, REXT1, IN_BUF2, EN_BUF3 und EN_BUF4 für die Schalter
S9, S10, S8, S7 bzw. die Buffer BUF2, BUF3, BUF4 bereit.
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Es
gibt mehrere Kondensatoren CF1...x. Ein erster Kondensator der Kondensatoren
CF1...x ist direkt zwischen dem Knoten V1 und dem Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS gekoppelt. Die anderen Kondensatoren CF1...x sind auch mit einer
Seite an den Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS gekoppelt. Die anderen Seiten der Kondensatoren CF1...x sind
an den Multiplexer S2 (z. B. mehrere Schalter) gekoppelt, um jeden
dieser Kondensatoren selektiv parallel zum ersten Kondensator mit
dem Knoten V1 zu verbinden. Somit bilden CFS, CF1...x und S2 einen
variablen kapazitiven Teiler. Dieser kapazitive Teiler kann dann
so ausgeführt sein,
dass er das gleiche Teilungsverhältnis
wie der Spannungsteiler R1, R2, R3_0...y und R4 mit Subteiler R3_0...y
hat. Bei einer weiteren Ausführungsform
kann sich das Teilungsverhältnis
des kapazitiven Teilers von dem Teilungsverhältnis des resistiven Teilers
unterscheiden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann zwischen den
Schaltern S3 und den Schaltern S2 (i. e. den beiden Teilern) ein
dynamischer Teilungsverhältnisfehler
implementiert sein (z. B. 8 Bit für S2 und 16 Bit für S3).
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Der
Multiplexer S3 (oder die mehreren Schalter von S3) und der Mulitplexer
S2 (oder die mehreren Schalter von S3) werden mit dem Spannungspegel-Steuersignal VLCDx
gesteuert. Die Spannungssteuersignale VLCDx bestimmen den Abgriffknoten,
an dem der Subteiler-Spannungspegel von Subteiler R3_0...y abgetastet
wird. Gleichzeitig ist der kapazitive Spannungsteiler CF1...x, CFS
so ausgebildet, dass er das gleiche Teilungsverhältnis wie der Spannungsteiler
R1, R2, R3_0...y und R4 mit Subteiler R3_0...y hat. Dadurch kann der
Spannungspegel VFB dem Spannungspegel V1 folgen und sich darauf
einstellen, auch wenn der Spannungsteiler R1, R2, R3_0...y und R4
von V1 getrennt ist.
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3 zeigt
ein vereinfachtes Schaltbild einer Ladungspumpe, die mit der Ausführungsform
aus 2 verwendet werden kann. Ein potentialfrei schaltbarer
Kondensator CFLY ist so gekoppelt, dass er einen Aufwärtsstrom
IUP durch die Transistoren P8, N2, N1 oder einen Abwärtsstrom
IDN durch die Transistoren N4, P1 und P3 empfängt. Die Transistoren N4, P1
und P3 werden durch Taktsignale C3n und C3p und einen Klemmtransistor
P5 gesteuert, während
die Transistoren P8, N2 und N1 durch Taktsignale C1p und C1n und einen
Klemmtransistor N5 gesteuert werden. Die Ladung am potentialfrei
schaltbaren Kondensator CFLY wird durch die Art (IUP oder IDN) und
die Beträge
der Ströme
IUP und IDN bestimmt. Der Betrag des Stroms IUP wird durch das Steuersignal
CP_ISEL1 gesteuert, und der Betrag des Stroms IDN wird durch das
Steuersignal CP_ISEL2 gesteuert. Es kann ein digitaler Steuermechanismus
implementiert sein. Die Steuersignale CP_ISEL1 und CP_ISEL2 können dann
jeweils mehrere binäre
Signale (digitale Steuerwörter)
sein. Die Ströme,
die durch die Stromquellen IUP und IDN bereitgestellt werden, sind
in 2 mit IBIAS_CP dargestellt. Die andere Seite des
potentialfrei schaltbaren Kondensators wird durch die Transistoren
P2 und P4, die durch die Transistoren P6, N3, die Transistoren N4,
P7, einen Widerstand R, eine Diode D und einen Kondensator C und durch
Taktsignale C2p, C2n, C4p und C4n gesteuert werden, abwechselnd
zwischen VDD und dem Knoten VOUT geschaltet. Die vier Taktsignale
C1 bis C4 sind vorteilhafterweise voll differentiale, nicht überlappende Taktsignale. „n” und „p” beziehen
sich auf die positive bzw. negative Signalkomponente (d. h. sie
sind zueinander invertiert).
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4 zeigt
Signalverläufe,
die sich auf die in 2 gezeigte Ausführungsform
beziehen. Die Anzeige-Ansteuerungsstufe LDG, die in 2 gezeigt
ist, hat zwei grundlegende Betriebsmodi, die als statisch und geschaltet
angegeben sind. Es gibt außerdem
einen spezifischen Zustand des LCD, der als LCD-Zustand angegeben
ist. Dieser LCD-Zustand kann VORLADUNG, CP_ON und CP_OFF sein. Das
Signal LCD_ON = 1 gibt an, dass die Anzeige angeschaltet ist. Dies
gilt für
die gesamte in 4 gezeigte Betriebszeit. Dementsprechend
ist während
einer Vorladephase das Signal PRCHG_ON hoch und die Komparatorausgabe COMP_OUT
niedrig. Die Freigabesignale IBGEN_EN und OSC_EN sind niedrig, und
das Abtaststeuersignal SMPL und RDIV_EN sind hoch. Das bedeutet,
dass der Spannungsteiler R1, R2, R3_0...y, R4 an den Knoten V1 gekoppelt
ist. Der Knoten VFB_R ist jedoch auch über den Schalter S3 <16> direkt mit dem Knoten
V1 verbunden. Während
der Vorladephase ist die Ladungspumpe CP gesperrt. Die Rückkopplungsspannung
VFB steigt, und wenn sie den Referenzspannungspegel VREF erreicht,
schaltet der Komparatorausgang COMP_OUT von niedrig auf hoch. Der
LCD-Zustand wird dann von VORGELADEN auf CP_ON (das bedeutet, dass
die Ladungspumpe eingeschaltet ist) verändert. Während der Vorladephase ist
der Spannungsteiler R1, R2, R3_0...y, R4 über den Schalter S8 (VINT1
ist hoch, nicht gezeigt) mit dem internen Spannungsversorgungspegel
DVDD verbunden. Die Ladungspumpe-Ausgangsspannung VCP und somit
die Spannung am Kondensator LCDCAP steigt während dieser Phase CP_ON weiter
an. Die Spannung VCP wird durch die Rückkopplungsschleife (mit Spannungsteiler
R1, R2, R3_0...y, R4, Kondensator CFS, Komparator CMP, digitale
Ladungspumpe-Steuereinrichtung
DCPC, Arbeitsspannungsgenerator IBGEN, Taktgenerator CLKG und Ladungspumpe
CP) kontinuierlich überwacht,
und die Ladungspumpe CP wird abgeschaltet, wenn ein maximaler Ladungspumpe-Ausgangsspannungspegel
VCP erreicht ist. Das Tastverhältnis
der Ladungspumpe wird als Verhältnis
der eingeschalteten Zeit zur Summe der ein- und ausgeschalteten Zeiten der Ladungspumpe definiert.
Dies ist als TON (CP) und TOFF (CP) angegeben, die die Dauern der
eingeschalteten Perioden der Ladungspumpe (CP_ON) bzw. ausgeschalteten
Perioden der Ladungspumpe (CP_OFF) sind. Während des ausgeschalteten Zyklus
CP_OFF der Ladungspumpe sinkt die Ladungspumpe-Ausgangsspannung
VCP langsam. Wenn die Ladungspumpe-Ausgangsspannung VCP einen minimalen
Spannungspegel erreicht, wird die Ladungspumpe CP abgeschaltet,
und es beginnt ein neuer Einschaltzyklus CP_ON. Die Begriffe „geschaltet” und „statisch” beziehen
sich auf die Abtastschalter S1, S4, S5 und S6 zum Abtasten der Spannungspegel
VR2, VR3 und VR4 von den Abgriffknoten der Widerstandkette und der
Rückkopplungsspannung
VFB. Der statische Betrieb bedeutet, dass die Abtastschalter geschlossen
(leitend) sind, während
der geschaltete Betrieb sich auf einen Modus bezieht, in dem die
Spannungen VR2, VR3, VR4 und VFB_R periodisch mit den entsprechenden Abtastkondensatoren
abgetastet werden. Das periodische Abtasten im geschalteten Betrieb
hat ein anderes vorbestimmtes Tastverhältnis, das sich auf das Freigabesignal
RDIV_EN bezieht. Es bezieht sich auf die Dauer, in der die Schalter
geschlossen (leitend) und offen (getrennt) sind. Das Tastverhältnis bezieht
sich immer auf RDIV. Die fallende Flanke von SMPL fällt mit
der fallenden Flanke von RDIV_EN zusammen. SMPL ist für die halbe
Periode von RDIV_EN aktiv. Das grundlegende Taktsignal (ACLK in 5)
dient dazu, RDIV_EN in zwei Hälften
zu unterteilen. Das Abtasten erfolgt in der zweiten Hälfte von
RDIV_EN = 1 (5).
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Im
normalen Betrieb schaltet das System zwischen dem eingeschalteten
Zustand der Ladungspumpe CP_ON und dem ausgeschalteten Zustand der
Ladungspumpe CP_OFF hin und her.
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Für einen
gegebenen und feststehenden Ausgangskondensator (Lastkondensator)
ist das Ladungspumpe-Tastverhältnis
TASTVERHÄLTNIS
(CP) wie folgt definiert:
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5 zeigt
Signalverläufe
von
4 in einer ausführlicheren Weise. Wenn die
Ladungspumpe gesperrt ist, sind die Signale SMPL und RDIV_EN für eine Taktperiode
hoch, um zu verhindern, dass Störungen die
Ladungspumpe abschalten. Das entsprechende Zeitschema und die Signalverläufe sind
in
5 gezeigt. Das Signal, das als „GESCHALTET” angegeben
ist, bezieht sich auf den geschalteten Betrieb aus
4 (unterscheidet
sich vom statischen Betrieb). Wenn GESCHALTET niedrig ist, befindet
sich die Vorrichtung im statischen Betrieb, während sie sich in einem geschalteten
Betrieb befindet, wenn GESCHALTET auf einem logisch-hoch-Pegel ist.
Während
des geschalteten Betriebs ist die Ladungspumpe ausgeschaltet (CP_OFF
in
4). Nach einem Wechsel vom statischen in den geschalteten
Modus (steigende Flanke des Signals GESCHALTET) werden RDIV_EN und
SMPL für
etwa zwei Taktzyklen des Takts ACLK (Haupttaktsignal des Taktoszillators
OSC) auf dem Pegel logisch hoch gehalten. Anschließend werden
SMPL und RDIV_EN auf logisch niedrig geschaltet. Das bedeutet, dass
die abgetastete Ladung (abgetastete Spannung) an den Kondensatoren
C4, C3, C2 und C1 (als ein kapazitiver Teiler ausgebildet) und am
Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS beibehalten wird (die Schalter S1, S4, S5, S6 und S9 sind nicht-leitend,
und S10 ist leitend). Die Spannung bei V1 wird nun mit dem kapazitiven
Spannungsteiler CF1...x, CFS verfolgt, der durch das Signal VLCDx
und den Multiplexer S2 in Übereinstimmung
mit dem Einstellmultiplexer S3, d. h. mit der Einstellung des Spannungs-Subteilers
R3_0... y, konfiguriert ist. Mit einem gegebenen zeitlichen Ablauf
(in diesem Beispiel 14 Systemtaktzyklen von ACLK) ist der Spannungsteiler
R1, R2, R3_0...y, R4 mit V1 verbunden, d. h. RDIV_EN ist auf logisch
hoch geschaltet. Das Abtastsignal SMPL kann dann jedoch vorteilhafterweise
verzögert
sein. Das Abtastsignal SMPL schaltet nur dann auf logisch hoch (die
Schalter sind leitend), wenn die Rückkopplungsspannung VFB_R sich
eingestellt hat, was bei dieser Ausführungsform einen Taktzyklus
dauern kann. Die Rückkopplungsspannung
VFB_R wird dann mit dem Rückkopplungs-Abtastkondensator
CFS abgetastet (und die Abgriffknotenspannungen VR2, VR3 und VR4
mit den Kondensatoren C4, C3 und C2). Anschließend werden der Spannungsteiler
und das Abtastsignal wieder gesperrt (RDIV_EN = 0, SMPL = 0). Das
Tastverhältnis zum
Schalten des Spannungsteilers R1, R2, R3_0...y, R4 lautet dann wie
folgt:
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Die
Spannung bei V1 kann dann gleichmäßig fallen, bis der Komparator
COMP detektieren kann, dass der Spannungspegel bei CFS unter die
Referenzspannung VREF_COMP (einschließlich Hysterese) gefallen ist,
und die digitale CP-Steuereinrichtung DCPC schaltet in den statischen
Modus und schaltet die Ladungspumpe CP ein.
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6 zeigt
die Signalverläufe
von 4 in einer ausführlichen Weise mit Bezug auf
die Verfolgungsfähigkeit
der Anzeige-Ansteuerungseinrichtung gemäß dieser Ausführungsform
der Erfindung. Das in 6 gezeigte Beispiel bezieht
sich auf eine Ausführungsform,
bei der der diskrete Spannungspegel V2 der halben Ladungspumpe-Ausgangsspannung
VCP entspricht. Die oberen Signalverläufe für das Abtastsignal SMPL und
das Freigabesignal RDIV_EN des resistiven Teilers arbeiten wie mit
Bezug auf die 4 und 5 erläutert ist.
RDIV_EN = 1 bedeutet, dass der Spannungsteiler R1, R2, R3_0...y,
R4 mit der Last V1 verbunden ist. SMPL = 1 bezieht sich auf eine
Abtastperiode und bedeutet, dass der ausgewählte Rückkopplungs-Abgriffknoten mit
dem Abtastkondensator CFS verbunden ist. SMPL = 0 bedeutet, dass
die Spannung am Abtastkondensator beibehalten wird (d. h. dies bezieht
sich auf eine Halte- und Verfolgungsperiode). V2 sollte idealerweise
exakt der Hälfte
der Ladungspumpe-Ausgangsspannung
VCP entsprechen. In Abhängigkeit
von der Steigung der Ladungspumpe-Ausgangsspannung VCP beim Abtasten
und aufgrund der Eigenschaften und der Störeinflüsse der kapazitiven Teiler
(Leckströme
usw.) kann ein dynamischer Fehler (Verfolgungsfehler) auftreten,
so dass V2 VCP/2 nicht exakt folgt. Dieser Verfolgungsfehler kann
sowohl für
die LCD-Arbeitsspannung
als auch für
die kapazitiven Rückkopplungsteiler
auftreten, und er kann die Länge
der Halteperiode und somit die erreichbare Energieverringerung einschränken. Darüber hinaus
trägt der
Verfolgungsfehler im Rückkopplungspfad
zum Fehler in der Ladungspumpe-Ausgangsspannung VCP bei und schränkt ihre
Genauigkeit ein. Dadurch werden die anderen Ausgangsspannungen V1
bis V4 nachteilig beeinflusst. Der Verfolgungsfehler kann jedoch
mit einem kapazitiven Spannungsteiler CF1...x und CFS, wie in 2 gezeigt,
wesentlich verringert werden.
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Die
Erfindung wurde im Vorangehenden zwar anhand einer besonderen Ausführungsform
beschrieben, sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und
der Fachmann wird zweifellos weitere Alternativen finden, die im
Umfang der Erfindung, wie sie beansprucht ist, liegen.
