JP2007104893A - チャージポンプ - Google Patents

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孝義 林
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Abstract

【課題】 パネルディスプレイに用いられるチャージポンプを提供する。
【解決手段】 直列接続され、入力端子、出力端子と、基準クロック端子をそれぞれ有する複数のサブチャージポンプ(SCP)を含み、その最初を除く各入力端子は、連続した直前のSCPの出力端子に接続し、第1SCPの入力端子は、入力電圧を受けるSCPの入力端子として働き、各第1SCPは、チャージスイッチモジュール、およびコンデンサを含み、且つ、連続したSCPの最後を除く、SCP間の基準クロック送信サブチャージポンプ(SCPX)の出力端子と、SCP間の基準クロック受信サブチャージポンプ(SCPY)の基準クロック端子に接続され、SCPYの高レベルの基準クロック信号として、SCPXの出力端子に高レベルの電圧を提供する少なくとも1つの追加スイッチモジュールを含むチャージポンプ。
【選択図】 図3

Description

本発明は、パネルディスプレイに用いられることができるチャージポンプに関するものである。
図1は、従来の3段階(X4)のチャージポンプ100の概略図である。図に示すように、4つのPMOSトランジスタ、MP1〜MP3とMPOUTは、直列接続され、それぞれコンデンサC1〜C3とCOUTの一端に接続し、レベルシフターLS1〜LS3とLSOUTによって制御される。コンデンサC1〜C3とCOUTのもう一端は、クロック信号CLK1、XCLK1、CLK1と基準電圧VSSにそれぞれ接続される。クロック信号CLK1とXCLK1は、振幅において等しいが逆位相である。クロック信号CLK1はまた、第1と第3レベルシフターLS1とLS3の第1入力端子と、第2と第4レベルシフターLS2とLSOUTの第2入力端子に送られる。同様に、クロック信号XCLK1は、第2と第4レベルシフターLS2とLSOUTの第1入力端子と、第1と第3レベルシフターLS1とLS3の第2入力端子に送られる。チャージポンプ100は、第1PMOSトランジスタMP1によって振幅VCCの入力電圧VINを受け、第4PMOSトランジスタMPOUTによって出力電圧VOUTを出力する。出力電圧VOUTは、レベルシフターLS1〜LS3とLSOUTへの電源としても働く。通常、CLK1とXCLK1の振幅は、VINの振幅に等しい。
図2は、クロック信号CLK1とXCLK1と、端子P1〜P3とPOUTにあるそれぞれの電圧V1〜V3のタイミング図であり、チャージポンプ100の動作を表している。まず、各レベルシフターLS1〜LSOUT、または端子POUTの電圧VOUTの電源がフローティングされる。しかし、非接地電源であっても、クロック信号CLK1が「低」(0)で、クロック信号XCLK1が「高」(VCC)の時、レベルシフターLS1は、「低」(0)を出力して第1PMOSトランジスタMP1をオンにし、入力電圧VINを第1コンデンサC1にチャージさせる。よって、端子P1の電圧V1は、VCCにチャージされる。
次に、CLK1が「高」(VCC)になり、XCLK1が「低」(0)になる。第1レベルシフターLS1は、非接地電源のためにフローティング電圧を出力し、第2レベルシフターLS2は、低電圧(0)を出力して第2PMOSトランジスタMP2をオンにし、端子P1の電圧V1を第2コンデンサC2にチャージさせる。よって、端子P1の電圧V1は、CLK1が1つのVCCによって増加されることから、VCCからほぼ2VCCに引き上げられ、端子P2の電圧V2もほぼ2VCCまでチャージする。下記に説明されるように、電圧VOUTの増加で電源が第1PMOSトランジスタMP1をオフにすることができるため、電圧V1とV2は、2VCCにチャージされる。
次に、CLK1が「低」(0)に戻り、XCLK1が「高」(VCC)に戻る。これは、第1レベルシフターLS1に第1PMOSトランジスタMP1をオンにさせることで、入力電圧VINが第1コンデンサC1を再度チャージして電圧V1をVCCに引き戻す。同様に、第2レベルシフターLS2は、非接地電源のためにフローティング電圧を出力し、第3レベルシフターLS3は、低電圧(0)を出力して第3PMOSトランジスタMP3をオンにし、端子P2の電圧V2を第3コンデンサC3にチャージさせる。よって、端子P2の電圧V2は、XCLK1が1つのVCCによって増加されることから、ほぼ2VCCからほぼ3VCCに引き上げられ、端子P3の電圧V3もほぼ3VCCにまでチャージする。下記に説明されるように、電圧VOUTの増加で電源が第2PMOSトランジスタMP2をオフにすることができるため、電圧V2とV3は、3VCCにチャージされる。
続いて、CLK1が「高」(VCC)に戻り、XCLK1が「低」(0)に戻る。これは、第1と第2レベルシフターLS1とLS2に第1と第2PMOSトランジスタMP1とMP2をそれぞれオン/オフにさせることで、電圧V1とV2を2VCCに再度引き戻す。同様に、第3レベルシフターLS3は、非接地電源のためにフローティング電圧を出力し、第4レベルシフターLSOUTは、低電圧(0)を出力して第4PMOSトランジスタMPOUTをオンにし、端子P3の電圧V3を第4コンデンサCOUTにチャージさせる。よって、端子P3の電圧V3は、CLK1が1つのVCCによって増加されることから、3VCCからほぼ4VCCに引き上げられ、端子P4の電圧V4もほぼ4VCCまでチャージする。下記に説明されるように、電圧VOUTの増加で電源が第3PMOSトランジスタMP3をオフにすることができるため、電圧V3とVOUTは、4VCCにチャージされる。
次に、CLK1が「低」(0)に戻り、XCLK1が「高」(VCC)に戻る。類似の手順が3つの段階で続くがここでは詳細を省く。唯一の違いは、端子POUTの電圧VOUTは増加されないが、コンデンサCOUTがクロック信号でなく、基準電圧VSSに接続されることから、ほぼ4VCCに保持される。即ち、ACからDCへの変換に、チャージポンプでなく、コンデンサC1〜C3とレベルシフターLS1〜LS3のように、コンデンサCOUTとレベルシフターLSOUTが用いられる。電圧VOUTの増加でレベルシフターLS1〜LS3とLSOUTは、正常に動作され、各PMOSトランジスタP1〜P3とPOUTをオフにし、図2に示すように、より安定した電圧V1〜V3とVOUTを発生する。
チャージポンプ100では、電圧は各段階の1つのVCCによって増加される。よって、振幅VCCのVINを振幅4VCCのVOUTに変換するには、チャージポンプをするための3つのコンデンサC1〜C3と、残りのAC−DC変換のための1つのコンデンサを必要とする。低電流回路には、ガラス上にコンデンサC1〜C3とCOUTを統合することが比較的容易であるが、しかし、高い操作電流(i.e.0.2mAを越える)には、コンデンサC1〜C3とCOUTの統合は、比較的困難である。また、外部接続のポンプコンデンサは、フレキシブルプリント回路(特に現在の十分に開発されたCOGタイプのパネルの)上の余分なピンを占領する。
パネルディスプレイに用いられるチャージポンプを提供する。
チャージポンプの実施例は、直列接続され、入力端子、出力端子と、基準クロック端子をそれぞれ有する複数のサブチャージポンプおよび少なくとも1つの追加のモジュールを含み、前記サブチャージポンプの最初を除く各前記入力端子は、連続した直前のサブチャージポンプの前記出力端子に接続し、前記第1サブチャージポンプの前記入力端子は、入力電圧を受ける前記チャージポンプの入力端子として働く。各前記第1サブチャージポンプは、前記サブチャージポンプの前記入力端子と前記出力端子の間に接続され、チャージクロック信号に基づいてオン/オフにされるように作動されるチャージスイッチモジュール、および前記サブチャージポンプの前記出力端子と前記基準クロック端子の間に接続され、前記基準クロック端子によって基準クロック信号を受けるように作動されるコンデンサを含み、且つ、連続した前記サブチャージポンプの最後を除く、前記サブチャージポンプ間の基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子と、前記サブチャージポンプ間の基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック端子に接続され、前記基準クロック受信サブチャージポンプの高レベルの前記基準クロック信号として、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子に高レベルの電圧を提供する少なくとも1つの追加スイッチモジュールを含む。
チャージポンプのもう1つの実施例は、直列接続された第1、第2と、第3PMOSトランジスタ、チャージポンプの出力端子と基準電圧の間にそれぞれ接続され、第1、第2と、第3クロック信号を受けて前記第1、第2と、第3PMOSトランジスタをそれぞれ制御する第1、第2と、第3レベルシフター、第1クロック信号に接続した第1端子と、第1と第2PMOSトランジスタが接続された端子に接続した第2端子を有する第1コンデンサ、第2と第3PMOSトランジスタが接続された端子に接続した第2端子を有する第2コンデンサ、基準電圧に接続した第1端子と、第3PMOSトランジスタに接続した第2端子を有し、チャージポンプの出力端子として働く第3コンデンサの第1、第2と、第3コンデンサ、および第1コンデンサの第2端子と基準電圧の間に接続され、第3クロック信号への逆位相の第3反転クロック信号を受け、第2コンデンサの第1端子の電圧を制御する追加レベルシフターを含む。
チャージポンプのもう1つの実施例は、第1出力端子を有し、入力電圧を受けるように作動され、第1サブチャージポンプがチャージポンプの入力端子として働く第1サブチャージポンプ、第1出力端子と直列接続された第2入力端子、第2基準クロック端子と、第2出力端子を有する第2サブチャージポンプ、第2出力端子と直列接続された第3入力端子、第3基準クロック端子と、第3出力端子を有する第3サブチャージポンプ、および第2出力端子と第3基準クロック端子に接続され、第2出力端子に提供された電圧が第3サブチャージポンプの基準クロック信号として提供されるスイッチモジュールを含む。
本発明は、追加スイッチモジュールの配置によって、基準クロック受信サブチャージポンプの電圧は、基準クロック送信サブチャージポンプの出力端子によって、従来技術の電圧より高く増加されることができる。よって、特にCOGタイプのパネル設計のための少なくともいくつかのチャージポンプの実施例は、より少ないポンプコンデンサを要して、高められた出力効率を提供することができ、必要な外部ピンとコストを減少することができる。
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
図3は、本発明の実施例に基づいたN段階チャージポンプ(Nは、N ≧ 2の整数である)のブロック図である。図に示すように、複数のサブチャージポンプSCP1〜SCPNと出力モジュールMOUTは、直列接続される。各サブチャージポンプSCP1〜SCPNは、コンデンサC1〜CNにそれぞれ接続されたチャージスイッチモジュールSWM1〜SWMNをそれぞれ含み、チャージスイッチモジュールSWM1〜SWMNは、チャージクロック信号CLK1〜CLKNに基づいてそれぞれオン、またはオフにされる。同様に、出力モジュールMOUTは、コンデンサCOUTに接続された出力チャージスイッチモジュールSWMOUTを含み、出力チャージスイッチモジュールSWMOUTは、出力チャージクロック信号CLKOUTに基づいてオン、またはオフにされる。各コンデンサC1〜CNは、次のサブチャージポンプSCP1〜SCPNと出力モジュールMOUTにそれぞれ接続されたサブチャージポンプSCP1〜SCPNの出力端子として働く第1端子P1〜PNと、基準クロック信号RCLK1〜RCLKNにそれぞれ接続された第2端子を有する。コンデンサCOUTは、チャージポンプ300の出力端子POUTとして働く第1端子と、基準電圧VSSに接続された第2端子を有する。追加スイッチモジュールSWMAは、基準クロック送信(reference−clock−providing)サブチャージポンプSCPX(1 ≦ X < N)の出力端子PXと基準電圧VSSの間に接続され、基準クロック送信サブチャージポンプSCPX(2 ≦ X ≦ NとX < Y)の後の基準クロック受信(reference−clock−accepting)サブチャージポンプSCPYのコンデンサCYの第2端子に接続した出力端子を有する。追加スイッチモジュールSWMAは、追加クロック信号CLKAによって制御され、基準クロック送信サブチャージポンプSCPXの出力端子PX、または基準クロック受信サブチャージポンプSCPYの基準クロック信号RCLKYとして働く基準電圧に電圧を提供する。チャージポンプ300は、第1チャージスイッチモジュールSWM1を介してDC電圧VINを受け、コンデンサCOUTの第1端子を介してVINより高いもう1つのDC電圧VOUTを出力する。通常、入力電圧VINの振幅、基準クロック信号RCLK1〜RCLKNとチャージクロック信号CLK1〜CLKNのそれぞれの振幅と、追加クロック信号CLKAの振幅は、全てVCCに等しい。
電圧VINをVINより高いもう1つの電圧VOUTに変換して正常に動作するために、さまざまな方法が基準クロック信号RCLK1〜RCLKN、チャージクロック信号CLK1〜CLKN、出力チャージクロック信号CLKOUTと、追加クロック信号CLKAのタイミングを設定する。しかし、さまざまなタイミングの設定は、4つの簡単なルールにまとめられることができる。第1と第2のルールは、同じサブチャージポンプSCPZの基準クロック信号RCLKZ(Zは、1 ≦ Z ≦ Nの整数)とチャージクロック信号CLKZ間のタイミング関係に対応する。第3のルールは、サブチャージポンプSCPZに隣接した出力モジュールMOUTの次のサブチャージポンプSCPW、または出力チャージクロック信号CLKOUTの任意のサブチャージポンプSCPZの基準クロック信号RCLKZとチャージクロック信号CLKW(W=Z+1)間のタイミング関係に対応する。第4のルールは、基準クロック送信サブチャージポンプSCPXの追加クロック信号CLKAと基準クロック信号RCLKXのタイミングに対応する。
第1ルールに関して、サブチャージポンプSCPZ(1 ≦ Z ≦ N)では、基準クロック信号RCLZが低レベルの時、チャージクロック信号CLKZがチャージスイッチモジュールSWMZをオンにする間、1つの期間が存在する。このように、コンデンサCZの第1端子の電圧は、チャージスイッチモジュールSWMZを介して受けられた電圧によってチャージされる。
第2ルールに関して、どのサブチャージポンプSCPZ(1 ≦ Z ≦ N)においても、基準クロック信号RCLZが高レベルの時、チャージクロック信号CLKZは、チャージスイッチモジュールSWMZをオフにする。このように、コンデンサSCPZによって保存された電荷は、チャージスイッチモジュールSWMZによって漏電しないようにされ、コンデンサSCPZの第1端子の電圧は、基準クロック信号RCLKZの増加により引き上げられる。
第3ルールに関して、どのサブチャージポンプSCPZ(1 ≦ Z ≦ N)においても、基準クロック信号RCLZが高レベルの時、サブチャージポンプSCPZに隣接したサブチャージポンプSCPWの基準クロック信号CLKZ(W=Z+1)がチャージスイッチモジュールSWMWをオンにする間、1つの期間が存在する。最後のサブチャージポンプSCPN(Z=N)では、基準クロック信号RCLNが高レベルの時、出力モジュールMOUTの出力チャージクロック信号CLKOUTが出力チャージスイッチモジュールSWMOUTをオンにする間、1つの期間が存在する。このように、サブチャージポンプSCP1〜SCPNのそれぞれの出力電圧が次のサブチャージポンプSCP1〜SCPNと出力モジュールMOUTにそれぞれ送出される。
第4ルールに関して、基準クロック信号RCLKXが高レベルの時、追加クロック信号CLKAが追加スイッチモジュールSWMAを駆動し、基準クロック送信サブチャージポンプSCPXの出力端子PXの電圧VXを出力する間、1つの期間が存在する。逆に、基準クロック信号RCLKXが低レベルの時、追加クロック信号CLKAが追加スイッチモジュールSWMAを駆動し、基準電圧を出力する。基準クロック受信サブチャージポンプSCPYの基準クロック信号RCLKYの高/低レベルは、端子PXと基準電圧VSSでそれぞれ高レベルの電圧である。
追加スイッチモジュールSWMAによって提供された基準クロック信号RCLKYでは、出力端子PYの電圧は、チャージポンプSCPXの出力端子PYの電圧によって増加され、図1と2に示すようにVCCを越える。よって、出力電圧VOUTの同じ振幅を得るには、より少ないコンデンサを必要とする。注意するのは、異なる設計の必要条件を満たすために1つ以上の追加スイッチモジュールが配置されることができる。
図4Aは、図3のチャージポンプの模範的な実施例の2段階X2(X2)チャージポンプのブロック図である。図4Aに示すように、2段階チャージポンプ400は、第1コンデンサC1の第1端子P1に接続された第1チャージスイッチモジュールSWM1を含む第1チャージポンプSCP1、第2コンデンサC2の第2端子P2に接続された第2チャージスイッチモジュールSWM2を含む第2チャージポンプSCP2、出力コンデンサCOUTの第1端子POUTに接続された出力チャージスイッチモジュールSWMOUTを含む出力モジュールMOUTと、第1コンデンサC1の第1端子P1と第2コンデンサC2の第2端子P2の間に接続された追加スイッチモジュールSWMAを含む。コンデンサC1とCOUTの第2端子は、第1基準信号RCLK1と基準電圧VSSをそれぞれ受ける。チャージスイッチモジュールSWM1〜SWM2と出力チャージスイッチモジュールSWMOUTは、チャージクロック信号CLK1〜CLK2と出力チャージクロック信号CLKOUTによってそれぞれ制御される。追加スイッチモジュールは、追加クロック信号CLKAによって制御される。
図4AのチャージポンプのCLK1〜CLK2、CLKOUT、CLKAと、RCLK1の詳細な回路とタイミング図は、図4Bと図5に表され、動作と効果を説明する。図4Bを参照下さい。第1チャージスイッチモジュールSWM1、第2チャージスイッチモジュールSWM2と、出力チャージスイッチモジュールSWMOUTは、第1レベルシフターLS1で制御された第1PMOSトランジスタMP1、第2レベルシフターLS2で制御された第2PMOSトランジスタMP2と、出力レベルシフターLSOUTで制御された出力PMOSトランジスタMPOUTをそれぞれ含み、レベルシフターLS1、LS2と、LSOUTは、全て、チャージポンプ400’の出力端子POUTと基準電圧VSSの間に接続される。追加スイッチモジュールSWMAは、第1サブチャージポンプSCP1の出力端子P1と第2コンデンサC2の第2端子に接続された出力を有する基準電圧VSSの間に接続された追加レベルシフターLSAを含む。
図4Bの実施例では、第1レベルシフターLS1は、第1クロック信号CLK1と第1反転クロック信号XCLK1を受ける。同様に、第2レベルシフターLS2は、第2クロック信号CLK2と第2反転クロック信号XCLK2を受ける。同様に、出力レベルシフターLSOUTは、第3クロック信号CLK3と第3反転クロック信号XCLK3を受ける。反転クロック信号XCLK1〜3は、それぞれクロック信号CLK1〜3と同じ振幅を有するが、逆位相である。追加レベルシフターは、第3反転クロック信号XCLK3と第3クロック信号CLK3を受ける。第1クロック信号CLK1もまた第1基準クロック信号RCLK1として働き、第1コンデンサC1の第2端子の中に入力する。事実上、クロック信号CLK1〜3は、サブチャージポンプSCP1〜SP3のチャージクロック信号としてそれぞれ働き、XCLK3は、追加チャージクロック信号として働く。注意するのは、レベルシフターLS1〜LSOUTは、1つの入力のみで動作されることができる。
図5は、クロック信号CLK1〜CLK3と端子P1、P2とPOUTの電圧V1、V2とV3のタイミング図であり、チャージポンプ400’の動作を説明している。図に示すように、期間TLでは、第1チャージクロック信号CLK1が低レベルの時、チャージクロック信号CLK2とCLK3の両方は、高い。期間THでは、CLK1が高い時、まず、CLK2は、低レベルにあるが、CLK3が高レベルにある間、1つの期間が存在する。もう1つの期間T2では、CLK2は、高レベルにあるが、CLK3が低レベルにある間、1つの期間が存在する。
まず、期間TLでは、レベルシフターLS1〜LSOUT、または端子POUTの電圧VOUTのそれぞれの電源は、フローティングされる。しかし、非接地電源であっても、クロック信号CLK1が「低」(0)で、クロック信号CLK2とCLK3の両方が「高」(VCC)の時、レベルシフターLS1は、低電圧(0)を出力して第1PMOSトランジスタMP1をオンにし、入力電圧VINを第1コンデンサC1にチャージさせる。よって、端子P1の電圧V1は、VCCにチャージされる。
次に、期間T1では、CLK1が「高」になり、CLK2が「低」になり、CLK3が「高」を保持する。第1レベルシフターLS1は、非接地電源のためにフローティング電圧を出力し、第2レベルシフターLS2は、低電圧(0)を出力して第2PMOSトランジスタMP2をオンにし、端子P1の電圧V1を第2コンデンサC2にチャージさせる。よって、端子P1の電圧V1は、CLK1が1つのVCCによって増加されることから、VCCからほぼ2VCCに引き上げられ、端子P2の電圧V2もほぼ2VCCまでチャージする。下記に説明されるように、電圧VOUTの増加で電源が第1PMOSトランジスタMP1をオフにすることができるため、電圧V1とVOUTは、2VCCにチャージされる。
次に、期間T2では、CLK1が「高」を保持し、CLK2が「高」になり、CLK3が「低」になる。CLK1の高レベルは、ほぼ2VCCで電圧V1を得る。同様に、第2レベルシフターLS2は、非接地電源のためにフローティング電圧を出力し、第3レベルシフターLS3は、低電圧(0)を出力して第3PMOSトランジスタMP3をオンにし、端子P2の電圧V2を第3コンデンサC3にチャージさせる。その一方で、CLK3は低レベルにあり、追加スイッチモジュールSWMAに第2基準クロック信号RCLK2として電圧V2(現在振幅2VCCの)を出力させる。よって、端子P2の電圧V2は、RCLK2が現在ほぼ2VCCにあることから、ほぼ2VCCからほぼ4VCCに引き上げられ、端子POUTの電圧VOUTもほぼ4VCCにまでチャージする。下記に説明されるように、電圧VOUTの増加で電源が第2PMOSトランジスタMP2をオフにすることができるため、電圧V2とVOUTは、4VCCにチャージされる。
続いて、期間TLでは、CLK1が「低」に戻り、CLK2が「高」を保持し、CLK3が「高」になる。これは、第1レベルシフターLS1に第1PMOSトランジスタMP1をオンにさせることで、端子P1の電圧V1をVCCに引き戻す。第2レベルシフターLS2は、非接地電源のためにフローティング電圧を出力し、2VCCによるRCLK2の減少のために、端子P2の電圧V2をほぼ4VCCからほぼ2VCCに落とす。同様に、非接地電源のために出力レベルシフターは、フローティング電圧を出力し、端子POUTの電圧VOUTが4VCCで保持されるようにする。
図5に示すように、類似の手順が続き、VOUTの増加に伴って、レベルシフターLS1〜LS3とLSOUTが正常に動作されて、各PMOSトランジスタP1、P2とPOUTをオフにし、より安定した電圧V1、V2とVOUTを発生する。
チャージポンプ100と400’の両方は、振幅VCCのVINを振幅4VCCのVOUTに変換する。しかし、第2サブチャージポンプSCP2の電圧が1VCCでなく2VCCによって増加されることから、チャージポンプ400’は、1つ少ない段階を含み、よって、チャージポンプ100よりポンプコンデンサが1つ少ない。このため、チャージポンプ100がX4チャージポンプと呼ばれ、チャージポンプ400’がX2(X2)チャージポンプと呼ばれる。
図6は、異なる負荷電流IOUTに対する図1のチャージポンプ100(X4)と4Bのチャージポンプ400’間の出力電圧の比較を表しており、電荷ポンプ100と400’が約0から約1mAの負荷電流範囲において、ほぼ同じ出力電圧を有しているのが表されている。
図7は、異なる負荷電流IOUTに対する図1のチャージポンプ100(X4)と4Bのチャージポンプ400’間の出力効率の比較を表しており、チャージポンプ400’がチャージポンプ100より高い出力効率を有しているのが表されている。これは、チャージポンプ400’がより少ないポンプの段階とコンデンサを含むためである。
図8は、図4Aと図4Bのチャージポンプ400と400’の延長上とする本発明のもう1つの実施例に基づいたN段階チャージポンプのブロック図である。チャージポンプ400と400’間とのN段階チャージポンプ800の唯一の違いは、偶数のサブチャージポンプがチャージポンプ400の第1と第2サブチャージポンプに挿入される。また、チャージクロック信号は、「低」/「高」でチャージスイッチモジュールをそれぞれオン/オフにし、追加クロック信号は、「低」/「高」で追加スイッチモジュールを駆動し、基準クロック送信サブチャージポンプの端子の出力電圧、または基準電圧を出力する。図8に示すように、挿入されたサブチャージポンプSCP2〜SCPNのチャージクロック信号と基準クロック信号は、XCLK1とCLK1に交替され、元のチャージポンプSCP1、SCPN(チャージポンプ400と400’のSCP2)とMOUTのチャージクロック信号と基準クロック信号と、追加スイッチモジュールCLK3の追加クロック信号は、同じように保持される。CLK1、CLK2と、CLK3のタイミングは、図5に示すように同じタイミングを有する。操作は図4Bの説明と似ており、簡潔にするため詳細は省かれている。
図9は、図4Aと図4Bのチャージポンプ400と400’の延長上とする本発明のもう1つの実施例に基づいた3段階チャージポンプのブロック図である。図10に示すように、第1サブチャージポンプペアSCPP1は、チャージスイッチモジュールSWM1とSWM2と第1追加スイッチモジュールSWM1含む。同様に、第2サブチャージポンプペアSCPP2は、チャージスイッチモジュールSWM3とSWM4と第2追加スイッチモジュールSWM2含む。サブチャージポンプペアSCPP1とSCPP2の両方は、図4AのチャージスイッチモジュールSWM1とSWM2と追加スイッチモジュールSWMAを含むサブチャージポンプペアに類似の構造を有する。チャージポンプ400と400’間とのチャージポンプ900の唯一の違いは、チャージポンプ900は、チャージポンプ400での1つのサブチャージポンプペアでなく、2つのサブチャージポンプペアSCPP1とSCPP2を含むことにある。また、チャージクロック信号は、「低」/「高」でチャージスイッチモジュールをそれぞれオン/オフにし、追加クロック信号は、「低」/「高」で追加スイッチモジュールを駆動し、基準クロック送信サブチャージポンプの端子の出力電圧、または基準電圧を提供する。チャージスイッチモジュールSWM1〜SWMOUTのチャージクロック信号は、それぞれCLK1、CLK2、CLK3、とCLK5であり、追加スイッチモジュールSWMA1とSWMA2の追加クロック信号は、それぞれCLK4とCLK5である。CLK1〜CLK5、RCLK2〜RCLK3、V1〜V3と、VOUTのタイミングは、図10に示される。操作は図4Bの説明と似ており、簡潔にするため詳細は省かれている。
同様に、3段階チャージポンプ900は、図11に示すN段階チャージポンプ1100に更に延長されることができ、直列に接続されたサブチャージポンプを含む。出力電圧がサブチャージポンプSCP1〜SCPNのそれぞれの入力電圧の倍であることから、出力電圧VOUTは、2N・VCCである。
図12は、図4Aと図4Bのチャージポンプ400と400’のバリエーションとする本発明のもう1つの実施例に基づいた3段階チャージポンプのブロック図である。図12に示すように、チャージポンプ400と400’間との3段階チャージポンプ1200の唯一の違いは、1つのサブチャージポンプがチャージポンプ400と400’の第1と第2サブチャージポンプSCP1とSCP2に挿入される。また、チャージクロック信号は、「低」/「高」でチャージスイッチモジュールをそれぞれオン/オフにし、追加クロック信号は、「低」/「高」で追加スイッチモジュールを駆動し、基準クロック送信サブチャージポンプの端子の出力電圧、または基準電圧を提供する。チャージポンプ1200では、MOUTへのチャージスイッチモジュールSCP1〜SCP3のチャージクロック信号は、CLK1とXCLK1に交替され、チャージスイッチモジュールSCP1〜SCP2の基準クロック信号は、それぞれCLK1とXCK1であり、追加クロック信号は、XCLK1である。CLK1と、V1〜V3とVOUTのタイミングは、図13に表されている。操作は図4Bの説明と似ており、簡潔にするため詳細は省かれている。
注意するのは、3段階チャージポンプ1200は、図14に示すN段階チャージポンプ1400に更に延長されることができる。図4Aと4Bのチャージポンプ400と400’を参照し、チャージポンプ1400と1200に比べると、チャージポンプ1400と1200間の唯一の違いは、必ずしも1つのみとは限らず、どの奇数のサブチャージポンプもチャージポンプ400と400’の第1と第2サブチャージポンプSCP1とSCP2に挿入されることができる。チャージポンプ1200に同じように、MOUTへのチャージスイッチモジュールSCP1〜SCPNのチャージクロック信号は、CLK1とXCLK1に交替され、チャージスイッチモジュールSCP1〜SCPNの基準クロック信号もCLK1とXCK1に交替され、追加クロック信号は、XCLK1である。
注意するのは、図4A、4B、8、9、11、12と14の全てのチャージポンプ、複数のサブチャージポンプは、第1サブチャージポンプのスイッチモジュールと入力電圧VINの間、及び/または最後のサブチャージポンプのチャージスイッチモジュールと出力モジュールの出力チャージモジュールの間に挿入されることができる。
追加スイッチモジュールの配置で、基準クロック受信サブチャージポンプの電圧は、基準クロック送信サブチャージポンプの出力端子によって、従来技術の電圧より高く増加されることができる。よって、特にCOGタイプのパネル設計のための少なくともいくつかのチャージポンプの実施例は、より少ないポンプコンデンサを要して、高められた出力効率を提供することができ、必要な外部ピンとコストを減少する。
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
従来の3段階(X4)のチャージポンプ100の概略図である。 図1のチャージポンプの典型的なクロック信号と電圧を表しているタイミング図である。 本発明の実施例に基づいたN段階チャージポンプ(Nは、N≧2の整数である)のブロック図である。 図3のチャージポンプのそれぞれの模範的な実施例の2段階チャージポンプのブロック図と概略図である。 図3のチャージポンプのそれぞれの模範的な実施例の2段階チャージポンプのブロック図と概略図である。 図4Bのチャージポンプの典型的なクロック信号と電圧を表しているタイミング図である。 異なる負荷電流IOUTに対する図1と4Bのチャージポンプ間の出力電圧の比較を表している。 異なる負荷電流IOUTに対する図1と4Bのチャージポンプ間の出力効率の比較を表している。 図4Bのチャージポンプの延長上とする本発明のもう1つの実施例に基づいたN段階チャージポンプのブロック図である。 図4Bのチャージポンプのもう1つの延長上とする本発明のもう1つの実施例に基づいた3段階チャージポンプのブロック図である。 図9のチャージポンプの典型的なクロック信号と電圧を表しているタイミング図である。 図9のチャージポンプの延長上とする本発明のもう1つの実施例に基づいたN段階チャージポンプのブロック図である。 図4Bのチャージポンプのバリエーションとする本発明のもう1つの実施例に基づいた3段階チャージポンプのブロック図である。 図12のチャージポンプの典型的なクロック信号と電圧を表しているタイミング図である。 図12のチャージポンプの延長上とする本発明のもう1つの実施例に基づいたN段階チャージポンプのブロック図である。
符号の説明
MP1〜MP3、MPOUT PMOSトランジスタ
C1〜C4、CN、CN−1、CY、COUT コンデンサ
LS1〜LS3、LSOUT レベルシフター
CLK1〜CLK5、CLKN、XCLK1〜XCLK3 クロック信号
VSS 基準電圧
IOUT 負荷電流
VOUT 出力電圧
VIN 入力電圧
VCC 振幅
VSS 基準電圧
P1〜P3、PN、POUT 端子
V1〜V3 電圧
MOUT 出力モジュール
SWM1〜SWM4、SWMN チャージスイッチモジュール
SWMOUT 出力チャージスイッチモジュール
CLKOUT 出力チャージクロック信号
SCP1〜SCP3、SCPN サブチャージポンプ
SCPX 基準クロック送信サブチャージポンプ
SCPY 基準クロック受信サブチャージポンプ
CLKA、CLKA1〜CLKA3、CLKAN 追加クロック信号
RCLK1〜RCLK3、RCLKN、RCLKN−1、RCLKX、RCLKY 基準クロック信号
SWMA、SWMA1〜SWMA3、SWMAN−1 追加スイッチモジュール
PX、PY 出力端子
SCPP1、SCPP2 サブチャージポンプペア

Claims (22)

  1. 直列接続され、入力端子、出力端子と、基準クロック端子をそれぞれ有する複数のサブチャージポンプを含み、前記サブチャージポンプの最初を除く各前記入力端子は、連続した直前のサブチャージポンプの前記出力端子に接続し、前記第1サブチャージポンプの前記入力端子は、入力電圧を受ける前記チャージポンプの前記入力端子として働き、各前記第1サブチャージポンプは、
    前記サブチャージポンプの前記入力端子と前記出力端子の間に接続され、チャージクロック信号に基づいてオン/オフにされるように作動されるチャージスイッチモジュール、および
    前記サブチャージポンプの前記出力端子と前記基準クロック端子の間に接続され、前記基準クロック端子によって基準クロック信号を受けるように作動されるコンデンサを含み、且つ、
    連続した前記サブチャージポンプの最後を除く、前記サブチャージポンプ間の基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子と、前記サブチャージポンプ間の基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック端子に接続され、前記基準クロック受信サブチャージポンプの高レベルの前記基準クロック信号として、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子に高レベルの電圧を提供する少なくとも1つの追加スイッチモジュールを含むチャージポンプ。
  2. 前記追加スイッチモジュールは、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子と、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック端子に接続した出力端子の基準電圧の間に接続され、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子、または追加クロック信号に基づいた前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック信号の基準電圧に電圧を提供する請求項1に記載のチャージポンプ。
  3. どのサブチャージポンプにおいても、前記基準クロック信号が低レベルの時、前記チャージクロック信号が前記チャージスイッチモジュールをオンにする間、1つの期間が存在し、
    どのサブチャージポンプにおいても、前記基準クロック信号が高レベルの時、前記チャージクロック信号は、前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記サブチャージポンプに前記隣接したサブチャージポンプの基準クロック信号が前記チャージスイッチモジュールをオンにする間、1つの期間が存在し、且つ、
    前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック信号が高レベルの時、前記追加スイッチモジュールが前記基準クロック送信サブチャージポンプの出力端子で前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック信号に電圧を出力する間、1つの期間が存在する請求項1に記載のチャージポンプ。
  4. どのサブチャージポンプにおいても、前記基準クロック信号が低レベルの時、前記チャージクロック信号が前記チャージスイッチモジュールをオンにする間、1つの期間が存在し、
    どのサブチャージポンプにおいても、前記基準クロック信号が高レベルの時、前記チャージクロック信号は、前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記サブチャージポンプに前記隣接したサブチャージポンプの基準クロック信号が前記チャージスイッチモジュールをオンにする間、1つの期間が存在し、且つ、
    前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック信号が高レベルの時、前記追加クロック信号が前記追加スイッチモジュールを駆動し、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子の電圧を出力する間、1つの期間が存在し、且つ、
    前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック信号が低レベルの時、前記追加クロック信号が前記追加スイッチモジュールを駆動し、前記基準電圧を出力する間、1つの期間が存在する請求項2に記載のチャージポンプ。
  5. 前記基準クロック受信サブチャージポンプは、前記基準クロック送信サブチャージポンプに隣接して直列に配置される請求項2に記載のチャージポンプ。
  6. 前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号は、それぞれ第1と第2クロック信号であり、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがそれぞれオン/オフにされた時、前記基準クロック信号は、「低」/「高」になり、且つ、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにする第1クロック信号の期間は、第1と第2サブ期間を含み、
    前記第1サブ期間の間、
    前記第2クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオンにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動して、基準電圧を出力し、
    前記第2サブ期間の間、
    前記第2クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動して、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子で電圧を出力し、且つ、
    前記第1クロック信号が前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオンにした時、前記第2クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動し、基準電圧を出力する請求項5に記載のチャージポンプ。
  7. 前記チャージポンプは、
    前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記出力端子に接続した入力端子を有する第2基準クロック受信サブチャージポンプ、および
    前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記出力端子と、前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック端子に接続した出力端子を有する前記基準電圧の間に接続され、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子、第2追加クロック信号に基づいた前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記基準クロック信号としての基準電圧に電圧を提供する第2追加スイッチモジュールを更に含む請求項5に記載のチャージポンプ。
  8. 前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号、前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号は、それぞれ第1、第2と、第3クロック信号であり、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがオン/オフにされた時、前記基準クロック信号は、それぞれ「低」/「高」になり、且つ、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにする第1クロック信号の期間は、第1、第2と、第3サブ期間を含み、
    前記第1サブ期間の間、
    前記第2と第3クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプと、前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをそれぞれオン/オフにし、前記追加クロック信号と前記第2追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールと前記第2追加スイッチモジュールを駆動して、基準電圧を出力し、
    前記第2サブ期間の間、
    前記第2と第3クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプと前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをそれぞれオフ/オンにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動して、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子で電圧を出力し、前記第2追加クロック信号は、前記第2追加スイッチモジュールを駆動して、基準電圧を出力し、且つ、
    前記第3サブ期間の間、
    前記第2と第3クロック信号の両方は、前記基準クロック受信サブチャージポンプと前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動して、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子で前記電圧を出力し、前記第2追加クロック信号は、前記第2追加スイッチモジュールを駆動して、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記出力端子で電圧を出力し、且つ、
    前記第1クロック信号が前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオンにした時、前記第2と第3クロック信号の両方は、前記基準クロック受信サブチャージポンプと前記第2基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記追加クロック信号と前記第2追加クロック信号の両方は、前記追加スイッチモジュールと前記第2追加スイッチモジュールを駆動し、基準電圧を出力する請求項7に記載のチャージポンプ。
  9. 前記偶数のサブチャージポンプは、前記基準クロック送信サブチャージポンプと前記基準クロック受信サブチャージポンプの間に接続される請求項2に記載のチャージポンプ。
  10. 前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージクロック信号は、それぞれ第1と第2クロック信号であり、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがそれぞれオン/オフにされた時、前記基準クロック信号は、「低」/「高」になり、且つ、
    前記偶数のサブチャージポンプの前記チャージクロック信号は、第1反転クロック信号と前記第1クロック信号に交替され、前記第1反転クロック信号と前記第1クロック信号は、逆位相であり、
    前記偶数のサブチャージポンプの間のどのサブチャージポンプの基準クロック信号も、前記同じサブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがそれぞれオン/オフにされた時、「低」/「高」になり、且つ、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにする前記第1クロック信号の期間は、第1と第2サブ期間を含み、
    前記第1サブ期間の間、
    前記第2クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオンにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動して、基準電圧を出力し、
    前記第2サブ期間の間、
    前記第2クロック信号は、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動して、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子で電圧を出力し、且つ、
    前記第1クロック信号が前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオンにした時、前記第2クロック信号は、前記基準クロック受信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールをオフにし、前記追加クロック信号は、前記追加スイッチモジュールを駆動し、基準電圧を出力する請求項9に記載のチャージポンプ。
  11. 前記奇数のサブチャージポンプは、前記基準クロック送信サブチャージポンプと前記基準クロック受信サブチャージポンプの間に接続される請求項2に記載のチャージポンプ。
  12. 前記基準クロック受信サブチャージポンプへの前記奇数のサブチャージポンプによって前記基準クロック送信サブチャージポンプからの前記サブチャージポンプの前記チャージクロック信号は、前記第1クロック信号と第1反転クロック信号に交替され、前記第1クロック信号と前記第1反転クロック信号は、逆位相であり、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがそれぞれオン/オフにされた時、前記追加スイッチモジュールは、基準電圧と前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子の電圧を提供し、
    前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがそれぞれオン/オフにされた時、前記基準クロック信号は、「低」/「高」になり、且つ、
    前記偶数のサブチャージポンプの間のどのサブチャージポンプの基準クロック信号も、前記同じサブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールがそれぞれオン/オフにされた時、「低」/「高」になる請求項11に記載のチャージポンプ。
  13. 前記追加スイッチモジュールは、前記基準クロック送信サブチャージポンプの前記出力端子の電圧によって作動されるレベルシフターである請求項2に記載のチャージポンプ。
  14. 最後のサブチャージポンプの前記出力端子の電圧をDC電圧に変換する出力モジュールを更に含む請求項1に記載のチャージポンプ。
  15. 前記出力モジュールは、
    第1端子が基準電圧に接続した出力コンデンサ、および
    前記最後のサブチャージポンプの前記出力端子に接続した入力端子と、前記出力コンデンサの第2端子に接続した出力端子を有し、
    前記チャージポンプの前記入力端子として働き、出力チャージクロック信号に基づいてオン/オフにされる出力チャージスイッチモジュールを含む請求項14に記載のチャージポンプ。
  16. 前記最後のサブチャージポンプの前記基準クロック信号がそれぞれ「高」/「低」の時、前記出力チャージクロック信号が前記出力チャージスイッチモジュールをオン/オフにする請求項15に記載のチャージポンプ。
  17. 各前記サブチャージポンプの前記チャージスイッチモジュールは、
    各前記サブチャージポンプの前記入力と出力端子の間に接続されたスイッチ、および
    前記チャージポンプの前記出力端子と前記基準電圧の間に接続され、前記チャージポンプの前記出力端子、または前記チャージクロック信号に基づいた基準電圧に電圧を提供し、前記スイッチを制御するサブスイッチモジュールを含み、
    前記出力モジュールの前記出力チャージスイッチモジュールは、
    前記出力チャージスイッチモジュールの前記入力と出力端子の間に接続された出力スイッチ、および
    前記出力チャージスイッチモジュールの前記出力端子と前記基準電圧の間に接続され、前記チャージポンプの前記出力端子、または前記出力チャージクロック信号に基づいた基準電圧に電圧を提供し、前記出力スイッチを制御する出力サブスイッチモジュール請求項15に記載のチャージポンプ。
  18. 前記サブスイッチモジュールと前記出力サブスイッチモジュールは、前記チャージポンプの前記出力端子の電圧によって作動されるレベルシフターである請求項17に記載のチャージポンプ。
  19. 前記スイッチと前記出力スイッチは、PMOSまたはNMOSトランジスタからなる請求項17に記載のチャージポンプ。
  20. 直列接続された第1、第2と、第3PMOSトランジスタ、
    前記チャージポンプの出力端子と基準電圧の間にそれぞれ接続され、第1、第2と、第3クロック信号を受けて前記第1、第2と、第3PMOSトランジスタをそれぞれ制御する第1、第2と、第3レベルシフター、
    前記第1クロック信号に接続した第1端子と、前記第1と第2PMOSトランジスタが接続された前記端子に接続した第2端子を有する第1コンデンサ、前記第2と第3PMOSトランジスタが接続された前記端子に接続した第2端子を有する第2コンデンサ、前記基準電圧に接続した第1端子と、前記第3PMOSトランジスタに接続した第2端子を有する第3コンデンサを含み、前記チャージポンプの出力端子として働く第1、第2と、第3コンデンサ、および
    前記第1コンデンサの前記第2端子と前記基準電圧の間に接続され、前記第3クロック信号への逆位相の第3反転クロック信号を受け、前記第2コンデンサの第1端子の電圧を制御する追加レベルシフターを含むチャージポンプ。
  21. 前記第1レベルの前記第1クロック信号の期間は、第1と第2サブ期間を含み、
    前記第1サブ期間の間、前記第2と第3クロック信号は、それぞれ第2と第1レベルにあり、
    前記第2サブ期間の間、前記第2と第3クロック信号は、それぞれ第1と第2レベルにあり、
    前記第1クロック信号が第2レベルの時、前記第2と第3クロック信号は、第1レベルにある請求項20に記載のチャージポンプ。
  22. 第1出力端子を有し、入力電圧を受けるように作動され、それが前記チャージポンプの入力端子として働く第1サブチャージポンプ、
    前記第1出力端子と直列接続された第2入力端子、第2基準クロック端子と、第2出力端子を有する第2サブチャージポンプ、
    前記第2出力端子と直列接続された第3入力端子、第3基準クロック端子と、第3出力端子を有する第3サブチャージポンプ、および
    前記第2出力端子と前記第3基準クロック端子に接続され、前記第2出力端子で提供された電圧が前記第3サブチャージポンプの基準クロック信号として提供されるスイッチモジュールを含むチャージポンプ。
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