JP4040467B2 - プログラマブルチャージポンプ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャージポンプ装置及びチャージポンプ装置を備える表示ドライバに関する。さらに本発明は、チャージポンプ装置を用いた表示ドライバを備える表示モジュール及びこのような表示モジュールを具備する通信端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チャージポンプ装置或いは電圧乗算器は、電源電圧よりも高い電圧が必要な装置に用いられる。これらチャージポンプ装置は、要求される最高電圧が利用可能な電源電圧よりも大きいので、特にＬＣＤモジュールやフラッシュメモリに用いられることになる。これらのパーツは現在では大量生産されており電流効率が重要な問題となっている。これらは、バッテリ動作させられる用途に用いられるように意図されているので、電流消費の低さと最近では電圧の低さが益々重要になっている。
【０００３】
ＬＣＤモジュールは、携帯電話機の他に、電子手帳やラップトップ機器、ＰＤＡなどの他の手持ち式型装置において広い用途がある。電話機においては、アナログブロックに対し利用可能な電源電圧は２．８Ｖであり、ＬＣＤグラフィック表示器は、６ないし１６Ｖの電圧で駆動可能となっている。かかる電圧は、当該供給電圧を少なくとも３倍にまで乗じる必要がある。ディスプレイは当該供給電圧の大きなレンジ内で動作可能であるべきなので、その乗算係数はその用途に合わせて変化するのがよい。
【０００４】
チャージポンプは、従続接続された複数のステージ（段）によって構成され、１つのステージは、大抵はキャパシタ及び１つのドライバとして実現されるスイッチ又はダイオード、電荷蓄積素子を少なくとも含むようになっている。ここでのドライバは、当該電荷蓄積素子に指令し、周期的信号又は位相によって動作させられる。第１ステージにおいて蓄積された電荷は、次のステージに送られることになり、ここでそのステージの電荷に加えられることにより、高電圧が発生する。そして、これが当該装置、すなわち移動電話機におけるＬＣＤモジュールに供給されるのである。
【０００５】
チャージポンプには２つの種類がある。
・オンチップキャパシタを備えるもの、又は
・外部キャパシタを備えるもの、
である。
【０００６】
オンチップキャパシタのドライバは、チップオングラス（Chip-On-Glass）の実現形態にとっては最も簡単な方策であり、約９５％の電流効率を奏する。当該オンチップ型の方策のコストは比較的低い。外部キャパシタを伴うチャージポンプは、さらに効率が高いが、比較的に高価であるのでチップオングラスの方策にはあまり向いていない。
【０００７】
種々の用途に当該方策を適合させるようチャージポンプの乗算係数を変えるため、当該チャージポンプの全てのステージが用いられている場合、最大電圧を下回る出力電圧を発生するのにチャージポンプのステージ全てを用いないようにすることができる。例えば、ディスプレイの液晶の特性の１つは低い温度で比較的高い電圧により駆動されなければならないという面がある一方で、バッテリは低電圧しか供給することができない。この場合、室温におけるものよりも高い乗算係数を選択することにより、当該表示モジュールの電流消費を改善することができると思われる。
【０００８】
ここで挙げた例では、それほど低くない電源電圧Ｖｄｄであっても、ステージの全てを用いないときは、中間のステージの１つが第１のスイッチングステージとして用いられ、電流効率のロスをもたらすという状況を生じている。
【０００９】
このように当該チャージポンプは機能的であるが、逆電流のために最適値よりも大なる電力を消費する。１のステージから当該ステージの前のステージに当該チャージポンプ装置の入力に向けて流れるこの逆電流による損失を最小化するため、対象のステージのスイッチはまだ完全には開放しないでいるとともに、それらスイッチは改良されたものとなっている。
【００１０】
かかる逆電流の問題を解消するため、チャージポンプの最初のステージ及び最後のステージのスイッチは、中間のスイッチとは異なるものとされる。
【００１１】
既知の応用例では、チャージポンプがマスク変更を含む構成がなされ、これにより最初に用いられるステージが効率を向上させるよう変換されるが、乗算係数のさらなるソフトウェア上の変更は許されないものとなっている。この解決策は極めて限定的である。
【００１２】
欧州特許出願第ＥＰ０３１９０６３４号は、一連の整流素子を有する電圧乗算回路を記述している。かかる整流素子、隣接素子の対の結合部に接続されたキャパシタンスへ相補的クロック信号を交互に供給することによって交互に導電状態とされる。
【００１３】
プログラム可能なチャージポンプにおいては、いくつのステージがスイッチングしているかによって乗算係数が決まる。第１のステージで始まる入力に近いステージは、第１のスイッチングステージの入力に電源電圧を与えるよう導電状態に切り換えられる。中間すなわち中央部分のステージは、全て、ブートストラップキャパシタを有し指令ゲートのレベルを増大させる図２のタイプのものに相当する。
【００１４】
しかし、プログラマブルチャージポンプにおいては、第１スイッチングステージは、当該ステージのいずれか１つとなりうる。
【００１５】
かかる種類のステージ又は構成要素を電圧乗算器又はチャージポンプの最初のステージとして用いることによって、当該入力は一定（Ｖｄｄ）であり中間ステージとなるので切り換えられない。この場合、電源電圧が２｜Ｖｔｐ｜（ＶｔｐはＰＭＯＳの閾値電圧）より低い場合、そのスイッチはＯＮとはならない。
【００１６】
電源電圧Ｖｄｄは除々に低くなるので、この問題が起きる。今日のチャージポンプに用いられるスイッチは、ステージのスイッチとしてＰＭＯＳトランジスタにより構成される。これらスイッチの特性を改善するため、ＰＭＯＳスイッチのゲートを駆動するのにブートストラップキャパシタか又はレベルシフタが用いられる。中間及び最終ステージの全てに対するブートストラップキャパシタ技術は、非常に効率の高い解決法として用いられ実現されている。しかし、当該スイッチは、電源電圧Ｖｄｄ＞２｜Ｖｔｐ｜（ＶｔｐはＰＭＯＳトランジスタの閾値電圧）についてのみ適正に動作可能である。この限定は第１ステージとして用いられＶｄｄないしＶｓｓが持続的に供給されるブートストラップキャパシタを有するスイッチの場合におけるものであり、これによりＶｓｓは当該スイッチのグランドになり０Ｖとみなされるが、寄生抵抗のために変化することになる。より低い電源電圧のために、チャージポンプは働かない。｜Ｖｔｐ｜は１．３Ｖと同じ位高く、処理パラメータや温度とともに変化する。したがって、２．６Ｖより低いＶｄｄにより問題が生じることになる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、乗算係数を自在に調整することができ電力損失を最小化することのできるチャージポンプを備える装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この目的は、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置であって、前記ステージは、供給電圧より高い所定の電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、前記ステージは、直列に構成され、当該チャージポンプの要求される乗算係数は、所定の数のステージを活性化／不活性化することにより調整可能であり、各ステージのスイッチ手段は同等に構成される、チャージポンプ装置によって達成される。
【００１９】
本発明は、低い供給電圧の限界に取り組むものであり、また乗算係数が最大値よりも低くしてプログラムされる場合の効率性の損失について解決策を講じるものである。この改善はブートストラップキャパシタを具備するスイッチにかかわる。この新しいチャージポンプは、Ｖｄｄ＝｜Ｖｔｄ｜にて動作開始し、さらにステージ数Ｎとは異なる乗算係数をプログラムすることでも電流効率を低下させない。
【００２０】
本発明によるチャージポンプ装置の実施例は、最大乗算係数よりも小さい乗算係数について、前記チャージポンプ装置の入力から始まるステージが不活性化されることを特徴としている。これにより、異なる用途にこのチャージポンプを用いる可能性が保証され、不必要なステージのスイッチングオフにより電力損失が生じなくなる。
【００２１】
したがって、乗算係数を最大限必要でない用途においては、電力損失を伴うことなく使用されていないステージをオフに切り換えることができる。
【００２２】
これを達成するため、当該チャージポンプは、スイッチ、ドライバ、及びステージキャパシタとして実現されるチャージデバイスのカスケードにより構成される。ステージの各スイッチ（手段）ＳＷは、前記チャージポンプ装置のステージ（Ｓ）の入力ＩＮと出力ＯＵＴとの間に構成されたスイッチＭＰ１と、当該スイッチ手段ＭＰ１の絶縁バルクを制御するための付加的な２つのトランジスタＭＰ２及びＭＰ３と、前記スイッチＭＰ１のゲートを駆動するために電荷を蓄積するよう構成されたブートキャパシタをチャージするトランジスタＭＰ４と、を有し、さらに前記スイッチＭＰ１のゲートをスイッチングするよう構成されたゲートスイッチ制御ユニットＧＳＵを有するようにしている。
【００２３】
ＰＭＯＳトランジスタは、Ｎウェル領域に組み込まれるので、絶縁バルクを有する。このＮウェル領域を最大電位に常時バイアスすることにより、当該接合部は逆バイアスされ、そのＰＭＯＳトランジスタを基板から電気的に絶縁する。ＭＰ２及びＭＰ３の役割は、入出力間でどれが最も高い電位かを判定することである。１つのスイッチのＰＭＯＳトランジスタの全ては、同じＮウェル領域に組み込まれる。本発明の実施例においては、スイッチＭＰ１を絶縁されたバルクトランジスタとして実現するのが好ましい。
【００２４】
本発明の一実施例においては、チャージポンプ装置は、前記ゲートスイッチ制御ユニット（ＧＳＵ）の制御信号を供給するレベル発生ユニット（ＬＧＵ）を含み、これにより、ゲートスイッチ制御ユニットは、ＣＢキャパシタからスイッチＭＰ１トランジスタのゲートを接続又は接続解除することが可能となる。
【００２５】
本発明の好ましい実施例においては、チャージポンプ装置は、ゲートスイッチ制御ユニットを有し、このゲートスイッチ制御ユニットは、前記供給電圧Ｖｄｄより低い電圧の場合に前記ステージのスイッチＭＰ１に制御信号を供給するよう構成されている。
【００２６】
ゲートスイッチ制御ユニットＧＳＵ及びレベル発生ユニットＬＧＵを用いることにより、ＭＰ１がＯＮとなりＶｄｄで直接に駆動する必要がある場合にブートストラップキャパシタＣｂをＭＰ１のゲートから接続解除することが達成される。ＭＰ１をオフにする必要があるときは、ＭＮ１はオフになりＭＰ５はオンである。他の２つのトランジスタＭＮ２及びＭＮ６は、適正にＭＰ５のゲートに指令するためのものである。本発明の方策においては、ＧＳＵに置かれた２つのトランジスタＭＮ１及びＭＰ５は同時には導電状態とならない。ＭＮ１は、スイッチＭＰ１が導電する状態になる必要があるときにアクティブとなる。ここで、その時｜Ｖｔｐ｜となる筈のブートストラップキャパシタＣｂの下側電極ではなくＭＰ１のゲートに０Ｖ（別言すれば＜switchb＞）を供給し、そのゲートは当該選択された最高電位となるので導電状態とならないＭＰ５によって接続解除されることになる。
【００２７】
したがって、かかる新しい構成手法によって、全てのステージにおいてブートストラップキャパシタを有するスイッチを備えたチャージポンプを実現することができ、しかもこのチャージポンプは、Ｖｄｄ＝｜Ｖｔｐ｜にて動作することになる。
【００２８】
このように、全てのステージは同じような形態で構成され又は実現され、最大のものよりも低い乗算係数をプログラミングすることにより、当該チャージポンプの中間のステージの１つは、電力の損失を回避することにより第１ステージとして用いることが可能となる、という結果がもたらされる。
【００２９】
さらにチャージポンプ装置のそうした種類のステージを用いることによって、ある所定の第１乗算係数を用いた後に乗算係数をプログラムし直すことができる。
【００３０】
上記目的はまた、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備える表示ユニットに表示情報及び電圧を供給する表示ドライバであって、前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、前記ステージは、直列に構成され、全てのステージは同等に構成され、要求される乗算係数は、所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能である、ドライバによっても達成される。
【００３１】
上記目的はさらに、表示ユニットと、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備えた表示ドライバとを有する表示モジュールであって、前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、前記ステージは、直列に構成され、全てのステージは同等に構成され、要求される乗算係数は所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能である、表示モジュールによっても達成される。
【００３２】
また、上記目的は、表示モジュール（ＤＭ）と、表示ユニット（ＤＵ）と、少なくとも２つのステージ（Ｓ）を含むチャージポンプ（ＣＰ）装置を備えた表示ドライバ（ＤＤ）とを有する通信端末であって、前記ステージは、供給電圧（Ｖｄｄ）より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段（ＳＷｎ）及びチャージデバイス（ＣＳｎ）を有し、前記ステージ（Ｓ）は、直列に構成され、全てのステージ（Ｓ）は同等に構成され、要求される乗算係数（ＭＦ）は所定数のステージ（Ｓ）を活性化／不活性化することによって調整可能である、通信端末によっても達成される。
【００３３】
バッテリ動作型の通信端末では、待機又は動作時間が長いので、消費電力を最小化したＬＣＤモジュールを有することは極めて重要である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳述する。
【００３５】
図１は、慣例的チャージポンプＣＰの概要図を示している。ここでは複数ステージＳｎがある。ステージＳｎは、スイッチＳＷｎと電荷蓄積素子又はデバイスＣＳｎとドライバＤとによって構成される。ドライバＤは、周期的な信号に応じて２つずつ交互に電荷蓄積素子ＣＳ１〜ＣＳｎを駆動する。Ｃbufferは、そのサイズのためチップ上にはなく、当該出力電圧を円滑出力するよう構成される。（電源）供給電圧Ｖｄｄは、チャージポンプＣＰの入力ＩＮに供給される。例えばＬＣＤモジュールに供給するための比較的高い電圧は、チャージポンプ装置ＣＰの出力ＯＵＴに発生される。
【００３６】
上述した問題は、当該入力においてＶｄｄが供給される第１ステージとしてブートストラップキャパシタＣＢを有するスイッチＳＷｎが用いられる場合に生じる。図２は、共通のチャージポンプＣＰに用いられるそのようなスイッチＳＷｎを示している。
【００３７】
トランジスタＭＰ１は、２つの状態を有するスイッチＳＷｎの主要なスイッチング素子に相当する。かかる状態として、ＯＮすなわち閉成状態のときにはドレインからソースに電流が流れるようにし、ＯＦＦすなわち開放状態のときには電流が流れないようにしている。ＭＰ２及びＭＰ３は電圧比較器を形成する。これらの役割は、最大電圧によりスイッチＭＰ１のｎウェル領域又は絶縁バルクをバイアスし順方向バイアスオードによる漏れを回避することである。ＣＢはステージキャパシタＣＳｎよりも遥かに小さい。その役割は、当該ポンピングの２つの位相の一方においてスイッチＭＰ１を開放させるのに十分な電圧を供給することである。トランジスタＭＰ４は、ＭＰ１をオフとし、ステージキャパシタＣＳｎから、ＭＰ１がＯＦＦのときにノード「switchbhv」（ブートストラップキャパシタ）をチャージするためのＤＣパスを提供することにその役割を果たす。
【００３８】
第１の位相において、図２に表されるようなスイッチＳＷｎは、第１のアクティブスイッチＳＷ１としてプログラムされ、最初はＯＮである。ＣＢは、初期時に放電される。入力ＩＮは、電源電圧Ｖｄｄに設定され、ＣＳ１の下側電極はＶｓｓ＝０Ｖに設定され、出力ＯＵＴはＶｄｄにチャージされる。ＭＰ１及びＭＰ２はＯＮであり、ＭＰ３及びＭＰ４はＯＦＦであり、ＷＥＬＬ＝ＩＮ＝Ｖｄｄである。ＣＢは、放電され、「switchbhv」は絶縁され、「switchb」＝０ＶとなってＣＢは放電されたままであり「switchbhv」は０Ｖに引き込まれ、ＭＰ１及びＭＰ２はＯＮに維持される。
【００３９】
次の位相では、スイッチＳＷ１は、ＣＳ１の下側電極がＶｄｄに駆動される前にオフとされる必要がある。そして次の状況になる。すなわちＩＮ＝Ｖｄｄである（何故ならそれは第１ステージだからである）。ノード「switchb」はＶｄｄに駆動される。ＣＢはＤＣパスを持たず駆動されていないので、当該「switchbhv」のノードは、ブートストラップキャパシタＣＢによって引き上げられる。ＭＰ１及びＭＰ２はＯＦＦになる。ＭＰ３及びＭＰ４もＯＦＦのままである。そして、ステージキャパシタＣＳ１の下側電極は０ＶからＶｄｄに駆動され、次のステージＳ２のスイッチＳＷ２がＯＮとなる。出力ノードＯＵＴは、２Ｖｄｄを呈することになり、次のステージにおいてキャパシタＣＳ２をディスチャージすることになる。Ｖｄｄ＞｜Ｖｔｐ｜なので、ＭＰ３及びＭＰ４はＯＮとなる。これらを経て、ノードＷＥＬＬ及び「switchbhv」は、出力ＯＵＴの電圧がＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜に落ちるまで出力ノードＯＵＴと同じ電圧を有することになる。そして、ＭＰ３及びＭＰ４がＯＦＦになる。このとき、ブートストラップキャパシタＣＢは、Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜−Ｖｄｄ＝｜Ｖｔｐ｜（switchbhv ＞ switchb）でチャージされる。ＭＰ１及びＭＰ２は、これらのゲート電圧がドレイン及びソース電圧よりも高いのでＯＦＦのままである。出力ＯＵＴは、２つの場合、すなわち全てのキャパシタが放電されたときの始まりにおいて及び当該出力において大電流が必要となったときにおいてＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜を下回るよう減少する。
【００４０】
その後、次のステージＳ２のスイッチＳＷ２はオフとなり、ステージキャパシタＣＳ２の下側電極は再び０Ｖに駆動される、出力ノードＯＵＴは、ここで｜Ｖｔｐ｜を下回り、ＩＮ＝Ｖｄｄとなり、「switchb」は０Ｖに等しくなる。ＭＰ３及びＭＰ４はＯＦＦになり続け、ＭＰ１及びＭＰ２を再度ＯＮとする必要性が出てくる。これは、switchbhv ＜ ＩＮ−｜Ｖｔｐ｜の場合にのみ可能である。これが第１ステージＳ１ではない場合、その入力ＩＮにおいて前のステージからのＶｄｄの２倍となる筈なので、当該条件を充足するには問題がないと想定される。しかし、第１ステージとしてはＩＮ＝Ｖｄｄである。
【００４１】
但し、ＣＢは｜Ｖｔｐ｜でチャージされており、今度はその「switchbhv」ノードがこのキャパシタを放電するＤＣパスを持たなくなる。かかるノード「switchb」は０Ｖ（ＯＮとしなければならない）ので、「switchbhv」は｜Ｖｔｐ｜へと引き下げられる。
【００４２】
これまでは、switchbhv＝｜Ｖｔｐ｜＜ＩＮ−｜Ｖｔｐ｜なのでその回路は稼働するものであったので、Ｖｄｄ＞２｜Ｖｔｐ｜であり、これは本アーキテクチャの限界である。
【００４３】
これを克服するため、第１ステージＳ１は、ブートストラップキャパシタＣＢを有してはならず、すなわちこれはかなり限定的な当該１つの用途に対してのみマスク変更によりショートされうる。最悪の場合、Ｖｄｄ＝２．８Ｖは２｜Ｖｔｐ｜＝２．６Ｖよりも相当大きいものとはならないので効率の損失もある。
【００４４】
新しいＬＣＤドライバは、この限界の２．６Ｖよりも低い供給電圧から動作させることが必要であり、汎用性のため最大値Ｖｄｄを４．５Ｖほどの大きさとすることができる。乗算係数をプログラミングすることは、新しい全ての表示ドライバに要求されている。したがって、より低い入力電圧を許容するスイッチのアーキテクチャが求められる。この発明は、低いＶｄｄ電圧と効率性の損失との双方について同時に解決するものである。
【００４５】
（中間スイッチについての改善されたアーキテクチャ）
図３には、ブートストラップキャパシタを有する新しいスイッチアーキテクチャが描かれている。ゲートスイッチ制御ユニットＧＳＵ及びレベル発生ユニットＬＧＵが追加されている。これらはＭＰ１及びＭＰ４と比較して小規模のものであり、ＭＰ２及びＭＰ３とサイズ的に匹敵する。
【００４６】
ＧＳＵは２つのトランジスタＭＮ１及びＭＰ５を含む。ＭＮ１は、「switchb」ノードと「switchbhv」ノードとの間に配される一方、ＭＰ５は「swoffhv」と「switchbhv」との間に位置付けられる。ＬＧＵは、２つのトランジスタＭＰ６及びＭＮ２を含み、信号pgatectrlを発生するようにしている。さらに、ＬＧＵは、インバータＩＮＶを含み、信号swituchbから信号switch2を発生するようにしている。
【００４７】
思想は、０ＶでＭＰ１を常時ＯＮとし他の位相においてはＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜より大なる電圧で常時ＯＦＦとすることができる場合である。
【００４８】
ＭＰ１をＯＮにするため、ＭＮ１はアクティブとされる。すなわち、「switchb」は０Ｖであり「switch2」はＶｄｄであるので、ＭＮ１はＯＮでありＭＰ１及びＭＰ２のゲートを０Ｖに引き込むのである。ＯＦＦにするためには、ノード「switchb」がＶｄｄとなり「switch2」が０Ｖになり、もってＭＮ１はＯＦＦ、ＭＮ２はＯＮ、ＷＥＬＬ−swoffhv ＜ ｜Ｖｔｐ｜となって、ＭＰ６はＯＦＦとなる。これがノードpgatectrlを０Ｖに等しくし、ＭＰ５をＯＮにする。したがって、ノード「switchbhv」は「switchb」から接続解除されswoffhvに接続される。前のように、ＭＰ１がＯＦＦのときには「swoffhv」は初期時に２Ｖｄｄでチャージされ、Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜と同様に低く下げられた負荷のために低下する。
【００４９】
次の位相において、ノードスイッチ「switchb」はＯＮとなるべく０に駆動される。これによりＭＮ２を確実にＯＦＦとする。ノードＯＵＴは｜Ｖｔｐ｜よりも低い。ノード「swoffhv」は今度は｜Ｖｔｐ｜となり、「switch2」はＶｄｄとなる。したがって、ＭＮ１はＯＮに駆動され「switchbhv」は直ぐに０Ｖへ向かう。ＭＰ５は、引き続き相当程度開放する。すなわち、swoffhv＝｜Ｖｔｐ｜であり、「pgatectrl」はもはや０Ｖに確実（安定）に駆動されずフローティング（ＷＥＬＬはＭＰ２がＯＮに切り換えられたのでＩＮに等しい）となる。ＭＰ６は弱い反転状態になり、若干導電状態となる。これは、「pgatectrl」をその開始においてＷＥＬＬ＝ＩＮ＝Ｖｄｄに向かい弱くするよう駆動する。同時に、依然としてＯＮであるＭＰ５によってＣＢが０Ｖへと放電される。この放電のために、また初期時に「swoffhv」が｜Ｖｔｐ｜を呈するので、もはや「pgatectrl」が確実に０Ｖへ駆動されないことにより非常に素早くＭＰ５はオフとなり、この瞬間からＣＢはこれ以上電荷を解き放たない。これにより、問題は解消し、Ｖｄｄまでの理論的なスイッチ機能は１つの｜Ｖｔｐ｜と等しくなる。
【００５０】
かかる新しいスイッチが最初のアクティブステージとして用いられないが中間ステージ（すなわち２番目のステージ）としては用いられる場合、当該ＩＮの電圧は、（これまでと同様の考察から）２Ｖｄｄと｜Ｖｔｐ｜との間にあり、当該スイッチがＯＮとなると、ＷＥＬＬは２Ｖｄｄ、「swoffhv」はＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜となり、ＷＥＬＬ−｜Ｖｔｐ｜（確実にＯＮとなるＭＰ６を考慮）したがってＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜から２Ｖｄｄ−｜Ｖｔｐ｜までに達するまでＭＰ５を通じ放電する。サイクル当たりのＣＢに対し失う電荷の量（これは他の位相においてＣＳから取り出される）は、その時ＣＢ ＊（Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜−２Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜）＝ＣＢ ＊（２｜Ｖｔｐ｜−Ｖｄｄ）である。Ｖｄｄ＞２｜Ｖｔｐ｜であれば、失う電荷はないので効率は悪化しない。
【００５１】
図４には、オンチップ段キャパシタ用のチャージポンプ装置又は電圧乗算器の低電圧動作のための応用例が示されている。このチャージポンプＣＰは、あらゆるＬＣＤドライバＩＣ（ＤＤ）の非常に重要なパートである。何故なら、利用可能な電源電圧Ｖｄｄは、ＬＣＤモジュールＤＭの良好な光学特性を呈するのに必要とされているものよりも常に低いからである。チャージポンプＣＰの電流効率は、ＬＣＤモジュールＤＭ全体の低電流消費を決めるものである。図４においては、チップオングラス（Chip-On-Glass）表示ドライバ（ＤＤ）のＩＣを有するＬＣＤモジュールＤＭが描かれている。チャージポンプ装置ＣＰには、電源電圧Ｖｄｄが供給される。これに加え、該装置には図示せぬプログラミングインターフェースＰＩが接続される。このプログラミングインターフェースＰＩを用いることによって、乗算係数ＭＦを選ぶことができる。かかる係数は、そこで可能な最大値ＭＦmaxよりも小さいものとされる。これは、幾つかのステージＳを不活性化することによって達成される。この方策は、当該応用例によって当該ＭＦを変更することを可能にし、これにより、その変更されたＭＦを有するチャージポンプは、制約を伴うことなく他のＭＦに再プログラムされることが可能となる。
【００５２】
このＬＣＤモジュールは、あらゆる移動電話機及びその他のハンドヘルド装置の重要なパーツである。これらは大量に製造される。他の応用例としては、これもその利用可能な電源より大なる動作電圧を必要とするフラッシュメモリが挙げられる。フラッシュメモリは、例えば記憶部としてディジタルスチルカメラに用いられ、これも低電力及び低電圧が要求される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 慣例的なチャージポンプの例を示す図。
【図２】 慣例的なチャージポンプのステージを示す図。
【図３】 ゲートスイッチ制御ユニット及びレベル発生ユニットを備えるステージを示す図。
【図４】 チップオングラス（Chip-On-Glass）表示ドライバを備えるＬＣＤモジュールを示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、チャージポンプ装置及びチャージポンプ装置を備える表示ドライバに関する。さらに本発明は、チャージポンプ装置を用いた表示ドライバを備える表示モジュール及びこのような表示モジュールを具備する通信端末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チャージポンプ装置或いは電圧乗算器は、電源電圧よりも高い電圧が必要な装置に用いられる。これらチャージポンプ装置は、要求される最高電圧が利用可能な電源電圧よりも大きいので、特にＬＣＤモジュールやフラッシュメモリに用いられることになる。これらのパーツは現在では大量生産されており電流効率が重要な問題となっている。これらは、バッテリ動作させられる用途に用いられるように意図されているので、電流消費の低さと最近では電圧の低さが益々重要になっている。
【０００３】
ＬＣＤモジュールは、携帯電話機の他に、電子手帳やラップトップ機器、ＰＤＡなどの他の手持ち式型装置において広い用途がある。電話機においては、アナログブロックに対し利用可能な電源電圧は２．８Ｖであり、ＬＣＤグラフィック表示器は、６ないし１６Ｖの電圧で駆動可能となっている。かかる電圧は、当該供給電圧を少なくとも３倍にまで乗じる必要がある。ディスプレイは当該供給電圧の大きなレンジ内で動作可能であるべきなので、その乗算係数はその用途に合わせて変化するのがよい。
【０００４】
チャージポンプは、従続接続された複数のステージ（段）によって構成され、１つのステージは、大抵はキャパシタ及び１つのドライバとして実現されるスイッチ又はダイオード、電荷蓄積素子を少なくとも含むようになっている。ここでのドライバは、当該電荷蓄積素子に指令し、周期的信号又は位相によって動作させられる。第１ステージにおいて蓄積された電荷は、次のステージに送られることになり、ここでそのステージの電荷に加えられることにより、高電圧が発生する。そして、これが当該装置、すなわち移動電話機におけるＬＣＤモジュールに供給されるのである。
【０００５】
チャージポンプには２つの種類がある。
・オンチップキャパシタを備えるもの、又は
・外部キャパシタを備えるもの、
である。
【０００６】
オンチップキャパシタのドライバは、チップオングラス（Chip-On-Glass）の実現形態にとっては最も簡単な方策であり、約９５％の電流効率を奏する。当該オンチップ型の方策のコストは比較的低い。外部キャパシタを伴うチャージポンプは、さらに効率が高いが、比較的に高価であるのでチップオングラスの方策にはあまり向いていない。
【０００７】
種々の用途に当該方策を適合させるようチャージポンプの乗算係数を変えるため、当該チャージポンプの全てのステージが用いられている場合、最大電圧を下回る出力電圧を発生するのにチャージポンプのステージ全てを用いないようにすることができる。例えば、ディスプレイの液晶の特性の１つは低い温度で比較的高い電圧により駆動されなければならないという面がある一方で、バッテリは低電圧しか供給することができない。この場合、室温におけるものよりも高い乗算係数を選択することにより、当該表示モジュールの電流消費を改善することができると思われる。
【０００８】
ここで挙げた例では、それほど低くない電源電圧Ｖｄｄであっても、ステージの全てを用いないときは、中間のステージの１つが第１のスイッチングステージとして用いられ、電流効率のロスをもたらすという状況を生じている。
【０００９】
このように当該チャージポンプは機能的であるが、逆電流のために最適値よりも大なる電力を消費する。１のステージから当該ステージの前のステージに当該チャージポンプ装置の入力に向けて流れるこの逆電流による損失を最小化するため、対象のステージのスイッチはまだ完全には開放しないでいるとともに、それらスイッチは改良されたものとなっている。
【００１０】
かかる逆電流の問題を解消するため、チャージポンプの最初のステージ及び最後のステージのスイッチは、中間のスイッチとは異なるものとされる。
【００１１】
既知の応用例では、チャージポンプがマスク変更を含む構成がなされ、これにより最初に用いられるステージが効率を向上させるよう変換されるが、乗算係数のさらなるソフトウェア上の変更は許されないものとなっている。この解決策は極めて限定的である。
【００１２】
欧州特許出願第ＥＰ０３１９０６３４号は、一連の整流素子を有する電圧乗算回路を記述している。かかる整流素子、隣接素子の対の結合部に接続されたキャパシタンスへ相補的クロック信号を交互に供給することによって交互に導電状態とされる。
【００１３】
プログラム可能なチャージポンプにおいては、いくつのステージがスイッチングしているかによって乗算係数が決まる。第１のステージで始まる入力に近いステージは、第１のスイッチングステージの入力に電源電圧を与えるよう導電状態に切り換えられる。中間すなわち中央部分のステージは、全て、ブートストラップキャパシタを有し指令ゲートのレベルを増大させる図２のタイプのものに相当する。
【００１４】
しかし、プログラマブルチャージポンプにおいては、第１スイッチングステージは、当該ステージのいずれか１つとなりうる。
【００１５】
かかる種類のステージ又は構成要素を電圧乗算器又はチャージポンプの最初のステージとして用いることによって、当該入力は一定（Ｖｄｄ）であり中間ステージとなるので切り換えられない。この場合、電源電圧が２｜Ｖｔｐ｜（ＶｔｐはＰＭＯＳの閾値電圧）より低い場合、そのスイッチはＯＮとはならない。
【００１６】
電源電圧Ｖｄｄは除々に低くなるので、この問題が起きる。今日のチャージポンプに用いられるスイッチは、ステージのスイッチとしてＰＭＯＳトランジスタにより構成される。これらスイッチの特性を改善するため、ＰＭＯＳスイッチのゲートを駆動するのにブートストラップキャパシタか又はレベルシフタが用いられる。中間及び最終ステージの全てに対するブートストラップキャパシタ技術は、非常に効率の高い解決法として用いられ実現されている。しかし、当該スイッチは、電源電圧Ｖｄｄ＞２｜Ｖｔｐ｜（ＶｔｐはＰＭＯＳトランジスタの閾値電圧）についてのみ適正に動作可能である。この限定は第１ステージとして用いられＶｄｄないしＶｓｓが持続的に供給されるブートストラップキャパシタを有するスイッチの場合におけるものであり、これによりＶｓｓは当該スイッチのグランドになり０Ｖとみなされるが、寄生抵抗のために変化することになる。より低い電源電圧のために、チャージポンプは働かない。｜Ｖｔｐ｜は１．３Ｖと同じ位高く、処理パラメータや温度とともに変化する。したがって、２．６Ｖより低いＶｄｄにより問題が生じることになる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、乗算係数を自在に調整することができ電力損失を最小化することのできるチャージポンプを備える装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この目的は、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置であって、前記ステージは、供給電圧より高い所定の電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、前記ステージは、直列に構成され、当該チャージポンプの要求される乗算係数は、所定の数のステージを活性化／不活性化することにより調整可能であり、各ステージのスイッチ手段は同等に構成される、チャージポンプ装置によって達成される。
【００１９】
本発明は、低い供給電圧の限界に取り組むものであり、また乗算係数が最大値よりも低くしてプログラムされる場合の効率性の損失について解決策を講じるものである。この改善はブートストラップキャパシタを具備するスイッチにかかわる。この新しいチャージポンプは、Ｖｄｄ＝｜Ｖｔｄ｜にて動作開始し、さらにステージ数Ｎとは異なる乗算係数をプログラムすることでも電流効率を低下させない。
【００２０】
本発明によるチャージポンプ装置の実施例は、最大乗算係数よりも小さい乗算係数について、前記チャージポンプ装置の入力から始まるステージが不活性化されることを特徴としている。これにより、異なる用途にこのチャージポンプを用いる可能性が保証され、不必要なステージのスイッチングオフにより電力損失が生じなくなる。
【００２１】
したがって、乗算係数を最大限必要でない用途においては、電力損失を伴うことなく使用されていないステージをオフに切り換えることができる。
【００２２】
これを達成するため、当該チャージポンプは、スイッチ、ドライバ、及びステージキャパシタとして実現されるチャージデバイスのカスケードにより構成される。ステージの各スイッチ（手段）ＳＷは、前記チャージポンプ装置のステージ（Ｓ）の入力ＩＮと出力ＯＵＴとの間に構成されたスイッチＭＰ１と、当該スイッチ手段ＭＰ１の絶縁バルクを制御するための付加的な２つのトランジスタＭＰ２及びＭＰ３と、前記スイッチＭＰ１のゲートを駆動するために電荷を蓄積するよう構成されたブートキャパシタをチャージするトランジスタＭＰ４と、を有し、さらに前記スイッチＭＰ１のゲートをスイッチングするよう構成されたゲートスイッチ制御ユニットＧＳＵを有するようにしている。
【００２３】
ＰＭＯＳトランジスタは、Ｎウェル領域に組み込まれるので、絶縁バルクを有する。このＮウェル領域を最大電位に常時バイアスすることにより、当該接合部は逆バイアスされ、そのＰＭＯＳトランジスタを基板から電気的に絶縁する。ＭＰ２及びＭＰ３の役割は、入出力間でどれが最も高い電位かを判定することである。１つのスイッチのＰＭＯＳトランジスタの全ては、同じＮウェル領域に組み込まれる。本発明の実施例においては、スイッチＭＰ１を絶縁されたバルクトランジスタとして実現するのが好ましい。
【００２４】
本発明の一実施例においては、チャージポンプ装置は、前記ゲートスイッチ制御ユニット（ＧＳＵ）の制御信号を供給するレベル発生ユニット（ＬＧＵ）を含み、これにより、ゲートスイッチ制御ユニットは、ＣＢキャパシタからスイッチＭＰ１トランジスタのゲートを接続又は接続解除することが可能となる。
【００２５】
本発明の好ましい実施例においては、チャージポンプ装置は、ゲートスイッチ制御ユニットを有し、このゲートスイッチ制御ユニットは、前記供給電圧Ｖｄｄより低い電圧の場合に前記ステージのスイッチＭＰ１に制御信号を供給するよう構成されている。
【００２６】
ゲートスイッチ制御ユニットＧＳＵ及びレベル発生ユニットＬＧＵを用いることにより、ＭＰ１がＯＮとなりＶｄｄで直接に駆動する必要がある場合にブートストラップキャパシタＣｂをＭＰ１のゲートから接続解除することが達成される。ＭＰ１をオフにする必要があるときは、ＭＮ１はオフになりＭＰ５はオンである。他の２つのトランジスタＭＮ２及びＭＮ６は、適正にＭＰ５のゲートに指令するためのものである。本発明の方策においては、ＧＳＵに置かれた２つのトランジスタＭＮ１及びＭＰ５は同時には導電状態とならない。ＭＮ１は、スイッチＭＰ１が導電する状態になる必要があるときにアクティブとなる。ここで、その時｜Ｖｔｐ｜となる筈のブートストラップキャパシタＣｂの下側電極ではなくＭＰ１のゲートに０Ｖ（別言すれば＜switchb＞）を供給し、そのゲートは当該選択された最高電位となるので導電状態とならないＭＰ５によって接続解除されることになる。
【００２７】
したがって、かかる新しい構成手法によって、全てのステージにおいてブートストラップキャパシタを有するスイッチを備えたチャージポンプを実現することができ、しかもこのチャージポンプは、Ｖｄｄ＝｜Ｖｔｐ｜にて動作することになる。
【００２８】
このように、全てのステージは同じような形態で構成され又は実現され、最大のものよりも低い乗算係数をプログラミングすることにより、当該チャージポンプの中間のステージの１つは、電力の損失を回避することにより第１ステージとして用いることが可能となる、という結果がもたらされる。
【００２９】
さらにチャージポンプ装置のそうした種類のステージを用いることによって、ある所定の第１乗算係数を用いた後に乗算係数をプログラムし直すことができる。
【００３０】
上記目的はまた、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備える表示ユニットに表示情報及び電圧を供給する表示ドライバであって、前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、前記ステージは、直列に構成され、全てのステージは同等に構成され、要求される乗算係数は、所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能である、ドライバによっても達成される。
【００３１】
上記目的はさらに、表示ユニットと、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備えた表示ドライバとを有する表示モジュールであって、前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、前記ステージは、直列に構成され、全てのステージは同等に構成され、要求される乗算係数は所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能である、表示モジュールによっても達成される。
【００３２】
また、上記目的は、表示モジュール（ＤＭ）と、表示ユニット（ＤＵ）と、少なくとも２つのステージ（Ｓ）を含むチャージポンプ（ＣＰ）装置を備えた表示ドライバ（ＤＤ）とを有する通信端末であって、前記ステージは、供給電圧（Ｖｄｄ）より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段（ＳＷｎ）及びチャージデバイス（ＣＳｎ）を有し、前記ステージ（Ｓ）は、直列に構成され、全てのステージ（Ｓ）は同等に構成され、要求される乗算係数（ＭＦ）は所定数のステージ（Ｓ）を活性化／不活性化することによって調整可能である、通信端末によっても達成される。
【００３３】
バッテリ動作型の通信端末では、待機又は動作時間が長いので、消費電力を最小化したＬＣＤモジュールを有することは極めて重要である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して詳述する。
【００３５】
図１は、慣例的チャージポンプＣＰの概要図を示している。ここでは複数ステージＳｎがある。ステージＳｎは、スイッチＳＷｎと電荷蓄積素子又はデバイスＣＳｎとドライバＤとによって構成される。ドライバＤは、周期的な信号に応じて２つずつ交互に電荷蓄積素子ＣＳ１〜ＣＳｎを駆動する。Ｃbufferは、そのサイズのためチップ上にはなく、当該出力電圧を円滑出力するよう構成される。（電源）供給電圧Ｖｄｄは、チャージポンプＣＰの入力ＩＮに供給される。例えばＬＣＤモジュールに供給するための比較的高い電圧は、チャージポンプ装置ＣＰの出力ＯＵＴに発生される。
【００３６】
上述した問題は、当該入力においてＶｄｄが供給される第１ステージとしてブートストラップキャパシタＣＢを有するスイッチＳＷｎが用いられる場合に生じる。図２は、共通のチャージポンプＣＰに用いられるそのようなスイッチＳＷｎを示している。
【００３７】
トランジスタＭＰ１は、２つの状態を有するスイッチＳＷｎの主要なスイッチング素子に相当する。かかる状態として、ＯＮすなわち閉成状態のときにはドレインからソースに電流が流れるようにし、ＯＦＦすなわち開放状態のときには電流が流れないようにしている。ＭＰ２及びＭＰ３は電圧比較器を形成する。これらの役割は、最大電圧によりスイッチＭＰ１のｎウェル領域又は絶縁バルクをバイアスし順方向バイアスオードによる漏れを回避することである。ＣＢはステージキャパシタＣＳｎよりも遥かに小さい。その役割は、当該ポンピングの２つの位相の一方においてスイッチＭＰ１を開放させるのに十分な電圧を供給することである。トランジスタＭＰ４は、ＭＰ１をオフとし、ステージキャパシタＣＳｎから、ＭＰ１がＯＦＦのときにノード「switchbhv」（ブートストラップキャパシタ）をチャージするためのＤＣパスを提供することにその役割を果たす。
【００３８】
第１の位相において、図２に表されるようなスイッチＳＷｎは、第１のアクティブスイッチＳＷ１としてプログラムされ、最初はＯＮである。ＣＢは、初期時に放電される。入力ＩＮは、電源電圧Ｖｄｄに設定され、ＣＳ１の下側電極はＶｓｓ＝０Ｖに設定され、出力ＯＵＴはＶｄｄにチャージされる。ＭＰ１及びＭＰ２はＯＮであり、ＭＰ３及びＭＰ４はＯＦＦであり、ＷＥＬＬ＝ＩＮ＝Ｖｄｄである。ＣＢは、放電され、「switchbhv」は絶縁され、「switchb」＝０ＶとなってＣＢは放電されたままであり「switchbhv」は０Ｖに引き込まれ、ＭＰ１及びＭＰ２はＯＮに維持される。
【００３９】
次の位相では、スイッチＳＷ１は、ＣＳ１の下側電極がＶｄｄに駆動される前にオフとされる必要がある。そして次の状況になる。すなわちＩＮ＝Ｖｄｄである（何故ならそれは第１ステージだからである）。ノード「switchb」はＶｄｄに駆動される。ＣＢはＤＣパスを持たず駆動されていないので、当該「switchbhv」のノードは、ブートストラップキャパシタＣＢによって引き上げられる。ＭＰ１及びＭＰ２はＯＦＦになる。ＭＰ３及びＭＰ４もＯＦＦのままである。そして、ステージキャパシタＣＳ１の下側電極は０ＶからＶｄｄに駆動され、次のステージＳ２のスイッチＳＷ２がＯＮとなる。出力ノードＯＵＴは、２Ｖｄｄを呈することになり、次のステージにおいてキャパシタＣＳ２をディスチャージすることになる。Ｖｄｄ＞｜Ｖｔｐ｜なので、ＭＰ３及びＭＰ４はＯＮとなる。これらを経て、ノードＷＥＬＬ及び「switchbhv」は、出力ＯＵＴの電圧がＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜に落ちるまで出力ノードＯＵＴと同じ電圧を有することになる。そして、ＭＰ３及びＭＰ４がＯＦＦになる。このとき、ブートストラップキャパシタＣＢは、Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜−Ｖｄｄ＝｜Ｖｔｐ｜（switchbhv ＞ switchb）でチャージされる。ＭＰ１及びＭＰ２は、これらのゲート電圧がドレイン及びソース電圧よりも高いのでＯＦＦのままである。出力ＯＵＴは、２つの場合、すなわち全てのキャパシタが放電されたときの始まりにおいて及び当該出力において大電流が必要となったときにおいてＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜を下回るよう減少する。
【００４０】
その後、次のステージＳ２のスイッチＳＷ２はオフとなり、ステージキャパシタＣＳ２の下側電極は再び０Ｖに駆動される、出力ノードＯＵＴは、ここで｜Ｖｔｐ｜を下回り、ＩＮ＝Ｖｄｄとなり、「switchb」は０Ｖに等しくなる。ＭＰ３及びＭＰ４はＯＦＦになり続け、ＭＰ１及びＭＰ２を再度ＯＮとする必要性が出てくる。これは、switchbhv ＜ ＩＮ−｜Ｖｔｐ｜の場合にのみ可能である。これが第１ステージＳ１ではない場合、その入力ＩＮにおいて前のステージからのＶｄｄの２倍となる筈なので、当該条件を充足するには問題がないと想定される。しかし、第１ステージとしてはＩＮ＝Ｖｄｄである。
【００４１】
但し、ＣＢは｜Ｖｔｐ｜でチャージされており、今度はその「switchbhv」ノードがこのキャパシタを放電するＤＣパスを持たなくなる。かかるノード「switchb」は０Ｖ（ＯＮとしなければならない）ので、「switchbhv」は｜Ｖｔｐ｜へと引き下げられる。
【００４２】
これまでは、switchbhv＝｜Ｖｔｐ｜＜ＩＮ−｜Ｖｔｐ｜なのでその回路は稼働するものであったので、Ｖｄｄ＞２｜Ｖｔｐ｜であり、これは本アーキテクチャの限界である。
【００４３】
これを克服するため、第１ステージＳ１は、ブートストラップキャパシタＣＢを有してはならず、すなわちこれはかなり限定的な当該１つの用途に対してのみマスク変更によりショートされうる。最悪の場合、Ｖｄｄ＝２．８Ｖは２｜Ｖｔｐ｜＝２．６Ｖよりも相当大きいものとはならないので効率の損失もある。
【００４４】
新しいＬＣＤドライバは、この限界の２．６Ｖよりも低い供給電圧から動作させることが必要であり、汎用性のため最大値Ｖｄｄを４．５Ｖほどの大きさとすることができる。乗算係数をプログラミングすることは、新しい全ての表示ドライバに要求されている。したがって、より低い入力電圧を許容するスイッチのアーキテクチャが求められる。この発明は、低いＶｄｄ電圧と効率性の損失との双方について同時に解決するものである。
【００４５】
（中間スイッチについての改善されたアーキテクチャ）
図３には、ブートストラップキャパシタを有する新しいスイッチアーキテクチャが描かれている。ゲートスイッチ制御ユニットＧＳＵ及びレベル発生ユニットＬＧＵが追加されている。これらはＭＰ１及びＭＰ４と比較して小規模のものであり、ＭＰ２及びＭＰ３とサイズ的に匹敵する。
【００４６】
ＧＳＵは２つのトランジスタＭＮ１及びＭＰ５を含む。ＭＮ１は、「switchb」ノードと「switchbhv」ノードとの間に配される一方、ＭＰ５は「swoffhv」と「switchbhv」との間に位置付けられる。ＬＧＵは、２つのトランジスタＭＰ６及びＭＮ２を含み、信号pgatectrlを発生するようにしている。さらに、ＬＧＵは、インバータＩＮＶを含み、信号swituchbから信号switch2を発生するようにしている。
【００４７】
思想は、０ＶでＭＰ１を常時ＯＮとし他の位相においてはＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜より大なる電圧で常時ＯＦＦとすることができる場合である。
【００４８】
ＭＰ１をＯＮにするため、ＭＮ１はアクティブとされる。すなわち、「switchb」は０Ｖであり「switch2」はＶｄｄであるので、ＭＮ１はＯＮでありＭＰ１及びＭＰ２のゲートを０Ｖに引き込むのである。ＯＦＦにするためには、ノード「switchb」がＶｄｄとなり「switch2」が０Ｖになり、もってＭＮ１はＯＦＦ、ＭＮ２はＯＮ、ＷＥＬＬ−swoffhv ＜ ｜Ｖｔｐ｜となって、ＭＰ６はＯＦＦとなる。これがノードpgatectrlを０Ｖに等しくし、ＭＰ５をＯＮにする。したがって、ノード「switchbhv」は「switchb」から接続解除されswoffhvに接続される。前のように、ＭＰ１がＯＦＦのときには「swoffhv」は初期時に２Ｖｄｄでチャージされ、Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜と同様に低く下げられた負荷のために低下する。
【００４９】
次の位相において、ノードスイッチ「switchb」はＯＮとなるべく０に駆動される。これによりＭＮ２を確実にＯＦＦとする。ノードＯＵＴは｜Ｖｔｐ｜よりも低い。ノード「swoffhv」は今度は｜Ｖｔｐ｜となり、「switch2」はＶｄｄとなる。したがって、ＭＮ１はＯＮに駆動され「switchbhv」は直ぐに０Ｖへ向かう。ＭＰ５は、引き続き相当程度開放する。すなわち、swoffhv＝｜Ｖｔｐ｜であり、「pgatectrl」はもはや０Ｖに確実（安定）に駆動されずフローティング（ＷＥＬＬはＭＰ２がＯＮに切り換えられたのでＩＮに等しい）となる。ＭＰ６は弱い反転状態になり、若干導電状態となる。これは、「pgatectrl」をその開始においてＷＥＬＬ＝ＩＮ＝Ｖｄｄに向かい弱くするよう駆動する。同時に、依然としてＯＮであるＭＰ５によってＣＢが０Ｖへと放電される。この放電のために、また初期時に「swoffhv」が｜Ｖｔｐ｜を呈するので、もはや「pgatectrl」が確実に０Ｖへ駆動されないことにより非常に素早くＭＰ５はオフとなり、この瞬間からＣＢはこれ以上電荷を解き放たない。これにより、問題は解消し、Ｖｄｄまでの理論的なスイッチ機能は１つの｜Ｖｔｐ｜と等しくなる。
【００５０】
かかる新しいスイッチが最初のアクティブステージとして用いられないが中間ステージ（すなわち２番目のステージ）としては用いられる場合、当該ＩＮの電圧は、（これまでと同様の考察から）２Ｖｄｄと｜Ｖｔｐ｜との間にあり、当該スイッチがＯＮとなると、ＷＥＬＬは２Ｖｄｄ、「swoffhv」はＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜となり、ＷＥＬＬ−｜Ｖｔｐ｜（確実にＯＮとなるＭＰ６を考慮）したがってＶｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜から２Ｖｄｄ−｜Ｖｔｐ｜までに達するまでＭＰ５を通じ放電する。サイクル当たりのＣＢに対し失う電荷の量（これは他の位相においてＣＳから取り出される）は、その時ＣＢ ＊（Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜−２Ｖｄｄ＋｜Ｖｔｐ｜）＝ＣＢ ＊（２｜Ｖｔｐ｜−Ｖｄｄ）である。Ｖｄｄ＞２｜Ｖｔｐ｜であれば、失う電荷はないので効率は悪化しない。
【００５１】
図４には、オンチップ段キャパシタ用のチャージポンプ装置又は電圧乗算器の低電圧動作のための応用例が示されている。このチャージポンプＣＰは、あらゆるＬＣＤドライバＩＣ（ＤＤ）の非常に重要なパートである。何故なら、利用可能な電源電圧Ｖｄｄは、ＬＣＤモジュールＤＭの良好な光学特性を呈するのに必要とされているものよりも常に低いからである。チャージポンプＣＰの電流効率は、ＬＣＤモジュールＤＭ全体の低電流消費を決めるものである。図４においては、チップオングラス（Chip-On-Glass）表示ドライバ（ＤＤ）のＩＣを有するＬＣＤモジュールＤＭが描かれている。チャージポンプ装置ＣＰには、電源電圧Ｖｄｄが供給される。これに加え、該装置には図示せぬプログラミングインターフェースＰＩが接続される。このプログラミングインターフェースＰＩを用いることによって、乗算係数ＭＦを選ぶことができる。かかる係数は、そこで可能な最大値ＭＦmaxよりも小さいものとされる。これは、幾つかのステージＳを不活性化することによって達成される。この方策は、当該応用例によって当該ＭＦを変更することを可能にし、これにより、その変更されたＭＦを有するチャージポンプは、制約を伴うことなく他のＭＦに再プログラムされることが可能となる。
【００５２】
このＬＣＤモジュールは、あらゆる移動電話機及びその他のハンドヘルド装置の重要なパーツである。これらは大量に製造される。他の応用例としては、これもその利用可能な電源より大なる動作電圧を必要とするフラッシュメモリが挙げられる。フラッシュメモリは、例えば記憶部としてディジタルスチルカメラに用いられ、これも低電力及び低電圧が要求される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 慣例的なチャージポンプの例を示す図。
【図２】 慣例的なチャージポンプのステージを示す図。
【図３】 ゲートスイッチ制御ユニット及びレベル発生ユニットを備えるステージを示す図。
【図４】 チップオングラス（Chip-On-Glass）表示ドライバを備えるＬＣＤモジュールを示す図。
Claims (9)
- 少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置であって、
前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、
前記ステージは、直列に構成され、
当該チャージポンプの要求される乗算係数は、定義可能な数のステージを活性化／不活性化することにより調整可能であり、
前記スイッチ手段は、
前記チャージポンプ装置のステージの入力と出力との間に構成された第 1 のトランジスタと、
前記第 1 のトランジスタのゲートを駆動するために電荷を蓄積するよう構成されたブートストラップキャパシタと、を有し、
前記第 1 のトランジスタのゲートを制御するよう構成され、前記キャパシタから前記第 1 のトランジスタのゲートを接続又は接続解除するゲートスイッチ制御ユニットをさらに有する、
チャージポンプ装置。 - 請求項１に記載のチャージポンプ装置であって、最大乗算係数よりも小さい乗算係数について、前記チャージポンプ装置の入力から始まるステージが不活性化される、装置。
- 請求項１に記載のチャージポンプ装置であって、前記スイッチ手段は、
当該スイッチ手段の絶縁バルクを制御するための付加的な２つのトランジスタと、
前記ブートストラップキャパシタをチャージする第４のトランジスタとを有する、
チャージポンプ装置。 - 請求項３に記載のチャージポンプ装置であって、前記第1のトランジスタは、絶縁されたバルクトランジスタとして実現される、装置。
- 請求項３に記載のチャージポンプ装置であって、前記ゲートスイッチ制御ユニットの制御信号を供給するレベル発生ユニットを含む、装置。
- 請求項３に記載のチャージポンプ装置であって、前記ゲートスイッチ制御ユニットは、前記供給電圧より低い電圧の場合に前記ステージのスイッチ手段に制御信号を供給するよう構成されている、装置。
- 少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備える表示ユニットに表示情報及び電圧を供給する表示ドライバであって、
前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、
前記ステージは、直列に構成され、
当該チャージポンプの要求される乗算係数は、所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能であり、
前記スイッチ手段は、
前記チャージポンプ装置のステージの入力と出力との間に構成された第 1 のトランジスタと、
前記第 1 のトランジスタのゲートを駆動するために電荷を蓄積するよう構成されたブートストラップキャパシタと、を有し、
前記第 1 のトランジスタのゲートを制御するよう構成され、前記キャパシタから前記第 1 のトランジスタのゲートを接続又は接続解除するゲートスイッチ制御ユニットをさらに有 する、
ドライバ。 - 表示ユニットと、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備えた表示ドライバとを有する表示モジュールであって、
前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、
前記ステージは、直列に構成され、
当該チャージポンプの要求される乗算係数は所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能であり、
前記スイッチ手段は、
前記チャージポンプ装置のステージの入力と出力との間に構成された第 1 のトランジスタと、
前記第 1 のトランジスタのゲートを駆動するために電荷を蓄積するよう構成されたブートストラップキャパシタと、を有し、
前記第 1 のトランジスタのゲートを制御するよう構成され、前記キャパシタから前記第 1 のトランジスタのゲートを接続又は接続解除するゲートスイッチ制御ユニットをさらに有する、
表示モジュール。 - 表示モジュールと、表示ユニットと、少なくとも２つのステージを含むチャージポンプ装置を備えた表示ドライバとを有する通信端末であって、
前記ステージは、供給電圧より高い電圧を発生するよう構成されたスイッチ手段及びチャージデバイスを有し、
前記ステージは、直列に構成され、
当該チャージポンプ装置の要求される乗算係数は所定数のステージを活性化／不活性化することによって調整可能であり、
前記スイッチ手段は、
前記チャージポンプ装置のステージの入力と出力との間に構成された第 1 のトランジスタと、
前記第 1 のトランジスタのゲートを駆動するために電荷を蓄積するよう構成されたブートストラップキャパシタと、を有し、
前記第 1 のトランジスタのゲートを制御するよう構成され、前記キャパシタから前記第 1 のトランジスタのゲートを接続又は接続解除するゲートスイッチ制御ユニットをさらに有する、
通信端末。
Applications Claiming Priority (2)
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