KR20080085870A

KR20080085870A - Regulated charge pump and method therefor

Info

Publication number: KR20080085870A
Application number: KR1020087017093A
Authority: KR
Inventors: 피에르 안드레 제니스트
Original assignee: 세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2008-09-24

Abstract

In one embodiment, a charge-pump controller is formed to control a value of current supplied to a load.

Description

Rectified charge pump and method therefor

본 발명은 전자 공학에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 장치 및 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to electronic engineering, and more particularly, to a method of forming a semiconductor device and a structure.

과거에, 반도체 산업에서는 다양한 방법 및 구조를 이용하여 스위치드 커패시터 스텝-업 전압 회로들을 형성하였다. 이러한 스텝-업 전압 회로들의 일 예에는 2배기 전압 정류기 회로와 같은 전하 펌프 회로가 있다. 전압 2배기는 일반적으로 전압으로 교대로 충전된 후 부하에 전력을 제공하기 위해 입력 전압에 직렬 연결되는 커패시터를 이용한다. 대부분의 응용에 있어서, 전압 2배기는 커패시터의 원하는 충전을 제공하기 위해 교대로 스위칭되는 2개 트랜지스터 쌍으로 구성되는 4개의 트랜지스터를 이용한다. 어떤 경우에는, 전압 2배기는 전압 2배기에 의해 형성된 출력 전압의 값을 설정하기 위해 사용되는 피드백 루프를 포함한다.In the past, the semiconductor industry has used various methods and structures to form switched capacitor step-up voltage circuits. One example of such step-up voltage circuits is a charge pump circuit such as a double voltage rectifier circuit. Voltage doublers typically use capacitors that are alternately charged to voltage and then connected in series to the input voltage to power the load. In most applications, the voltage doubler uses four transistors consisting of two pairs of transistors that are alternately switched to provide the desired charge of the capacitor. In some cases, the voltage doubler includes a feedback loop used to set the value of the output voltage formed by the voltage doubler.

2배 전압 정류기가 전류를 조정하기 위해 이용되는 경우에, 단일 회로 전하 펌프 회로에 의해 우수한 조정, 저 핀 카운트, 및 저가를 얻기는 어렵다. 이들 3개의 파라미터들은 일반적으로 저가, 정밀한 조정 또는 저 핀 카운트를 얻기 위해 또 다른 것에 의해 교체된다. When a double voltage rectifier is used to regulate the current, it is difficult to obtain good regulation, low pin count, and low cost by a single circuit charge pump circuit. These three parameters are typically replaced by another to get low cost, fine adjustment or low pin count.

따라서, 저 핀 카운트 및 저가를 가지고 정밀한 조정을 제공하는 전하 펌프 회로를 포함하는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to include a charge pump circuit with low pin count and low cost to provide precise adjustment.

도 1은 본 발명에 따른 전하 펌프 제어기를 갖는 전하 펌프 시스템의 일부의 실시예를 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a portion of a charge pump system having a charge pump controller according to the present invention.

도 2은 본 발명에 따른 도 1의 전하 펌프 제어기의 다른 실시 예인 다른 전하 펌프 제어기를 갖는 다른 전하 펌프 시스템의 일부의 실시 예를 나타낸 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a portion of another charge pump system with another charge pump controller, which is another embodiment of the charge pump controller of FIG. 1 in accordance with the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 도 1의 전하 펌프 제어기의 다른 실시 예인 다른 전하 펌프 제어기를 갖는 다른 전하 펌프 시스템의 일부의 실시예를 나타낸 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating an embodiment of a portion of another charge pump system with another charge pump controller, which is another embodiment of the charge pump controller of FIG. 1 in accordance with the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 도 1의 전하 펌프 제어기를 구비하는 반도체 장치를 개략적으로 나타낸 확대 평면도이다.4 is an enlarged plan view schematically illustrating a semiconductor device having the charge pump controller of FIG. 1 according to the present invention.

설명을 단순화하고 명확하게 하기 위해, 첨부 도면에 있어서 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니고, 다른 도면에서 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 부여한다. 게다가, 널리 알려진 스텝 및 구성 요소들에 대한 상세한 설명은 설명을 단순하게 하기 위해 생략하기로 한다. 사용된 용어 '전류 운반 전극'은 MOS 트랜지스터의 소스 또는 드레인, 바이폴라 트랜지스터의 이미터 또는 컬렉터, 혹은 다이오드의 캐소드 또는 애노드와 같은 장치를 통하여 전류를 운반하는 장치의 구성 요소를 의미한다. 사용된 용어 '제어 전극'은 MOS 트랜지스터의 게이트 또는 바이폴라 트랜지스터의 베이스와 같은 장치를 통하여 흐르는 전류를 제어하는 장치의 구성 요소를 의미한다. 비록 장치들이 어떤 N-채널 또는 P-채널 장치로서 설명되었지만, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상보 장치들이 또한 본 발명에 따라 적용 가능하다는 것으로 알고 있다. 사용된 "중에", "하는 동안에", 및 "하는 경우"는 초기 동작과 동시에 즉시 발생하는 것을 의미하는 정확한 용어는 아니지만, 작지만 초기 동작에 의해 초기화되는 반응 사이의 전파 지연과 같은 적당한 지연이 있는 용어이다. In order to simplify and clarify the description, in the accompanying drawings, the size of each component does not entirely reflect the actual size, and the same components in different drawings are given the same reference numerals. In addition, the detailed description of well-known steps and components will be omitted for simplicity of explanation. The term 'current carrying electrode' as used means a component of a device that carries current through a device such as a source or drain of a MOS transistor, an emitter or collector of a bipolar transistor, or a cathode or anode of a diode. The term 'control electrode' as used means a component of a device that controls the current flowing through the device, such as the gate of a MOS transistor or the base of a bipolar transistor. Although the devices have been described as any N-channel or P-channel device, those of ordinary skill in the art understand that complementary devices are also applicable in accordance with the present invention. The term "during", "during", and "if" used is not an exact term meaning to occur immediately at the same time as the initial operation, but is small but has a moderate delay such as propagation delay between the reactions initiated by the initial operation. Term.

도 1은 전하 펌프 제어기(25)의 바람직한 형태를 갖는 전하 펌프 시스템(10)의 실시예의 일부를 나타낸 개략도이다. 제어기(25)는 일반적으로 커패시터의 충전 및 방전을 제어하고 전류를 부하에 공급하기 위하여 6개 이하의 외부 단자들을 이용하도록 구성된다. 제어기(25)는 또한 부하에 공급된 전류 값을 제 1 값으로 조정하도록 구성된다. 시스템(10)은 전압원(13), 펌프 커패시터(17), 평균화 커패시터(20), 발광 다이오드(light emitting diode; 이하 'LED'라 함)(15)와 같은 부하, 및 피드백 저항기(19)를 포함한다. 전압원(13)은 일반적으로 배터리이지만 다른 실시예에서는 다른 타입의 전압원일 수 있다. 전압원(13)은 전력 입력(11) 및 전력 리턴(12)을 통하여 전력을 시스템(10)에 공급한다. 전하 펌프 시스템(10)은 전력 입력(11) 및 전력 리턴(12)에 연결될 수 있는 다른 소자들을 포함할 수 있다. 하지만, 이러한 다른 회로들은 도면을 명확하게 하기 위해 도 1에 도시되지 않았다. 전하 펌프 제어기(25)는 전압 입력 단자(29)와 공통 리턴 단자(30) 사이의 전압원(13)으로부터 입력 전압을 수신한다. 단자들(29 및 30)은 일반적으로 각 입 력(11) 및 리턴(12)에 연결된다.1 is a schematic diagram illustrating a portion of an embodiment of a charge pump system 10 having a preferred form of charge pump controller 25. The controller 25 is generally configured to use six or less external terminals to control the charging and discharging of the capacitor and to supply current to the load. The controller 25 is also configured to adjust the current value supplied to the load to the first value. The system 10 includes a voltage source 13, a pump capacitor 17, an averaging capacitor 20, a load such as a light emitting diode (hereinafter referred to as 'LED') 15, and a feedback resistor 19. Include. The voltage source 13 is generally a battery but may be other types of voltage sources in other embodiments. Voltage source 13 supplies power to system 10 through power input 11 and power return 12. The charge pump system 10 may include other elements that may be connected to the power input 11 and the power return 12. However, these other circuits are not shown in FIG. 1 for clarity of the drawings. The charge pump controller 25 receives an input voltage from the voltage source 13 between the voltage input terminal 29 and the common return terminal 30. Terminals 29 and 30 are generally connected to respective inputs 11 and return 12.

제어기(25)는 내부 조정기(33), 제어 회로(42), 제 1 전류원(35), 제 2 전류원(36), 및 다수의 커패시터 스위치를 포함한다. 다수의 커패시터 스위치는 제 1 트랜지스터(37), 제 2 트랜지스터(38), 및 제 3 트랜지스터(39)를 포함한다. 조정기(33)는 일반적으로 단자(29 및 30) 사이에 연결되어 입력 전압을 수신하고 출력(34)에 내부 동작 전압을 형성한다. 출력(34)으로부터의 내부 동작 전압은 전류원(36) 및 제어 회로(42)와 같은 제어기(25)의 다른 소자들을 동작시키는데 이용된다. 회로(42)는 일반적으로 발진기 또는 클럭 발생기(43), 기준 전압 발생기(44), 비교기(46), 및 제어 로직을 포함한다. 여기서, 제어 로직은 OR 게이트(47), 인버터들(40, 49, 및 50), 및 AND 게이트(48)를 포함한다. 어느 실시 예에 의하면, 제어기(25)는 또한 제어기(25)의 동작을 인에이블하거나 디스에이블하기 위한 인에이블 신호를 수신하는 입력(31)을 포함한다. 어느 실시 예에 의하면, 조정기(33)는 생략될 수 있고, 제어기(25)를 동작시키기 위한 전력이 단자(29)로부터 제공받을 수 있다.The controller 25 includes an internal regulator 33, a control circuit 42, a first current source 35, a second current source 36, and a plurality of capacitor switches. The plurality of capacitor switches include a first transistor 37, a second transistor 38, and a third transistor 39. Regulator 33 is generally connected between terminals 29 and 30 to receive an input voltage and form an internal operating voltage at output 34. The internal operating voltage from the output 34 is used to operate other elements of the controller 25, such as the current source 36 and the control circuit 42. The circuit 42 generally includes an oscillator or clock generator 43, a reference voltage generator 44, a comparator 46, and control logic. Here, the control logic includes an OR gate 47, inverters 40, 49, and 50, and an AND gate 48. According to some embodiments, the controller 25 also includes an input 31 for receiving an enable signal for enabling or disabling the operation of the controller 25. According to some embodiments, regulator 33 may be omitted, and power for operating controller 25 may be provided from terminal 29.

동작에 있어서, 클럭(43)은 50-50 듀티 싸이클을 갖는 클럭 신호 CLK를 발생한다. 하이 상태인 클럭 신호(CLK)는 제 1 주기를 나타내고 로우 상태인 CLK는 제 2 주기를 나타낸다. CLK가 하이 상태인 제 1 주기 동안에, 커패시터(17)는 전압원(13)의 전압인 전압으로 충전된다. 인에이블 입력(31)에 입력되는 인에이블 신호가 하이이고 비교기(46)의 출력이 하이인 것으로 가정하면, CLK가 하이가 되면, 게이트(47)의 출력은 하이가 되어 트랜지스터(37)를 디스에이블시킨다. 클럭(43)에 의해 발생된 하이 신호는 게이트(48)의 출력이 하이가 되도록 하여 트랜지스터(38 및 39)를 인에이블시킨다. 인에블링 트랜지스터들(38 및 39)은 커패시터(17)의 일 단자를 트랜지스터(38)를 통하여 전압원(13)의 포지티브 측에 연결하고, 및 커패시터(17)의 다른 단자를 트랜지스터(39)를 통하여 리턴(12)에 연결하여, 커패시터(17)가 전압원(13)의 전압으로 충전되도록 한다. 커패시터(17)를 충전하는 동안, 전류원(35)은 트랜지스터(38)를 통하여 전류의 최대값을 제한하도록 사용될 수 있다. 커패시터(17)가 충전하는 동안 약간의 전류가 부하(15)로 공급될 수 있다는 것으로 주목하라. CLK가 로우가 되는 다음 주기 동안에, 커패시터(17)은 전압원(13)에 직렬로 연결되어 전류(16)를 LED(15)로 공급한다. CLK가 로우가 되면, 게이트(48)의 출력은 로우가 되어 트랜지스터들(38 및 39)을 디스에이블하고, 게이트(47)의 출력은 로우가 되어 트랜지스터(37)를 인에이블한다. 인에이블 트랜지스터(37)는 커패시터(17)의 일 단자를 트랜지스터(37) 및 전류원(36)을 통하여 전압원(13)의 포지티브 측에 결합시킨다. 그래서, LED(15)에 인가된 전압 값은 전압원(13)의 전압 + 펌프 커패시터(17)에 저장된 전압이다. LED(15)에 인가된 결과로 얻어지는 전압은 전류(16)가 전압원(13)으로부터 전류원(36) 및 커패시터(17)를 통하여 LED(15)로 흐르도록 한다. 전류원(36)은 전류(16)의 최대값이 제 2 값이 되도록 제한되도록 구성된다. 일반적으로, LED(15)가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 제 2 값은 LED(15)의 최대 정격 전류보다 작은 값으로 설정된다. 트랜지스터를 통하여 흐르는 전류의 최대값을 제한하기 위하여, 전류원들(35 및 36)은 트랜지스터의 게이트에 인가된 일정한 기준 전압을 갖는 P-채널 MOS 트랜지스터들로서 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에 의하면, 전류원들(35 및 36)은 각 트랜지스터들(38 및 37)에 인가된 게이트 구동 전압의 최대값을 제한함으로써 트랜지스터들(38 및 37)을 통한 전류의 최대값을 제한하도록 형성된다. 전류(16)가 LED(15)를 통하여 흐름에 따라, 전류(16)가 또한 감지 저항기(19)를 통하여 흘러 전류(16)의 값에 대응하는 전압을 생성한다. 커패시터(20)는 저항기(19) 양단 전압의 값과 동일한 전압으로 충전되어 제어기(25)에 의해 감지 입력(28)에서 수신되는 감지 신호를 형성시킨다. 커패시터(20)는 저항기(19) 양단 전압의 값을 평균하고 전류(16)의 평균값에 대응하는 감지 신호를 형성한다. In operation, the clock 43 generates a clock signal CLK having 50-50 duty cycles. The clock signal CLK in the high state represents the first period and CLK in the low state represents the second period. During the first period when CLK is high, the capacitor 17 is charged to a voltage that is the voltage of the voltage source 13. Assuming that the enable signal input to the enable input 31 is high and the output of the comparator 46 is high, when CLK becomes high, the output of the gate 47 becomes high to dispose the transistor 37. Enable it. The high signal generated by the clock 43 causes the output of the gate 48 to be high to enable the transistors 38 and 39. Enabling transistors 38 and 39 connect one terminal of capacitor 17 to the positive side of voltage source 13 via transistor 38, and the other terminal of capacitor 17 to transistor 39. Is connected to the return 12 through which the capacitor 17 is charged to the voltage of the voltage source 13. While charging capacitor 17, current source 35 may be used to limit the maximum value of current through transistor 38. Note that some current can be supplied to the load 15 while the capacitor 17 is charging. During the next period of CLK going low, capacitor 17 is connected in series to voltage source 13 to supply current 16 to LED 15. When CLK goes low, the output of gate 48 goes low to disable transistors 38 and 39, and the output of gate 47 goes low to enable transistor 37. The enable transistor 37 couples one terminal of the capacitor 17 to the positive side of the voltage source 13 through the transistor 37 and the current source 36. Thus, the voltage value applied to the LED 15 is the voltage of the voltage source 13 + the voltage stored in the pump capacitor 17. The resulting voltage applied to the LED 15 causes current 16 to flow from the voltage source 13 through the current source 36 and the capacitor 17 to the LED 15. Current source 36 is configured to be limited such that the maximum value of current 16 is a second value. In general, in order to prevent the LED 15 from being damaged, the second value is set to a value smaller than the maximum rated current of the LED 15. In order to limit the maximum value of the current flowing through the transistor, the current sources 35 and 36 may be formed as P-channel MOS transistors having a constant reference voltage applied to the gate of the transistor. According to a preferred embodiment, the current sources 35 and 36 limit the maximum value of the current through the transistors 38 and 37 by limiting the maximum value of the gate drive voltage applied to the respective transistors 38 and 37. Is formed. As current 16 flows through LED 15, current 16 also flows through sense resistor 19 to produce a voltage corresponding to the value of current 16. The capacitor 20 is charged to a voltage equal to the value of the voltage across the resistor 19 to form a sense signal received at the sense input 28 by the controller 25. The capacitor 20 averages the value of the voltage across the resistor 19 and forms a sense signal corresponding to the average value of the current 16.

비교기(46)는 입력(28)으로부터의 감지 신호를 수신하고 기준 전압 발생기(44)로부터의 기준 전압을 수신하고 감지 신호의 값을 기준 전압과 비교한다. 감지 신호의 값이 기준 전압의 값 미만인 경우, 비교기(46)는 하이 신호를 출력하여, 회로(42)가 동작을 계속하여 커패시터(17)를 교대로 충전하고 커패시터(17)가 전류(16)를 공급할 수 있도록 한다. 하지만, 감지 신호의 값이 기준 전압의 값보다 큰 경우, 비교기(46)는 로우 신호를 출력하여, 전류(16)가 LED(15)로 공급하도록 함으로써 제어 회로(42) 및 제어기(25)를 디스에이블시킨다. 비교기(46)의 출력이 로우인 경우, 인버터(49)의 출력은 하이가, 게이트(47)의 출력은 하이가 되어 트랜지스터(37)를 디스에이블하고, 게이트(48)의 출력이 로우가 되어 트랜지스터들(38 및 39)을 디스에이블한다. 그래서, 비교기(46) 및 감지 신호는 전류(16)의 평균값을 조정하는 제어기(25)가 제 1 값을 갖도록 촉진시킨다. 일반적으로, 전류(16)의 평균값이 전류원(36)에 의해 제한된 전류(16)의 제 2 값 미만이다. 본 발명이 속하 는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 커패시터(20)는 제어기(25) 내에 장착되는 필터링 회로로 대체될 수 있다는 것을 알고 있을 것이다.Comparator 46 receives a sense signal from input 28 and receives a reference voltage from reference voltage generator 44 and compares the value of the sense signal with a reference voltage. If the value of the sense signal is less than the value of the reference voltage, comparator 46 outputs a high signal such that circuit 42 continues to operate to alternately charge capacitor 17 and capacitor 17 supplies current 16. To be supplied. However, if the value of the sense signal is greater than the value of the reference voltage, comparator 46 outputs a low signal, causing current 16 to supply LED 15 to control circuit 42 and controller 25. Disable it. When the output of the comparator 46 is low, the output of the inverter 49 becomes high, the output of the gate 47 becomes high, thereby disabling the transistor 37, and the output of the gate 48 becomes low. Disable transistors 38 and 39. Thus, the comparator 46 and sense signal promote the controller 25 adjusting the average value of the current 16 to have a first value. In general, the average value of the current 16 is less than the second value of the current 16 limited by the current source 36. Those skilled in the art will appreciate that the capacitor 20 can be replaced by a filtering circuit mounted within the controller 25.

보여지는 바와 같이, 제어기(25)는 교대로 전하 커패시터(17)를 충전하고 전류(16)를 공급하기 위해 교대로 스위칭되는 단 3개의 스위치를 이용한다. 단 3개의 트랜지스터 스위치를 사용함으로써 제어기(25)에 의해 요구된 외부 연결 단자들의 수를 최소화시키는 것을 촉진시킨다. 실시 예에 있어서, 인에이블 입력(31)이 제외되면, 단 3개의 트랜지스터 스위치의 사용은 제어기(25)가 5개 이하의 외부 연결들 또는 단자둘을 요구하도록 촉진시킨다. 일 실시예에 의하면, 제어기(25)는 반도체 다이 상 집적 회로로서 형성된다. 단 3개의 트랜지스터 스위치의 사용은 반도체 다이 상의 결합 패드와 같은 5개 이하의 외부 단자들을 갖는 반도체 다이의 형성을 촉진시킨다.As shown, the controller 25 uses only three switches that are alternately switched to charge the charge capacitor 17 and to supply the current 16 in turn. The use of only three transistor switches facilitates minimizing the number of external connection terminals required by the controller 25. In an embodiment, with the enable input 31 excluded, the use of only three transistor switches promotes the controller 25 to require up to five external connections or two terminals. According to one embodiment, the controller 25 is formed as an integrated circuit on a semiconductor die. The use of only three transistor switches facilitates the formation of a semiconductor die with up to five external terminals such as a bond pad on the semiconductor die.

인에이블 입력(31)을 포함하는 실시 예에 있어서, 제어기(25)는 6개 이하의 외부 단자를 갖는 반도체 다이 상의 집적 회로로서 형성될 수 있다. 따라서, 반도체 다이는 6개 이하의 핀들을 갖는 저가 패키지로 어셈블링될 수 있다. 종래의 전하 펌프 제어기들, 특히 종래의 LED 전하 펌프 제어기에 있어서, 제어기들은 전하 펌프 시스템의 출력으로 공급된 전압 값을 조정하지만, 부하로 인가된 전류 값은 조정하지 않는다. LED를 통해 흐르는 전류는 LED 양단 순방향 전압의 기능으로 변하므로, 상기 전압값의 조정은 LED를 통해 흐르는 전류의 우수한 조정을 제공하지 못한다. LED를 통해 흐르는 전류값을 조정하기 위하여 제어기(25)를 이용하는 것은 LED에 의해 방출된 광의 더욱 좋은 제어를 제공한다.In an embodiment that includes an enable input 31, the controller 25 may be formed as an integrated circuit on a semiconductor die having up to six external terminals. Thus, the semiconductor die can be assembled into a low cost package with six or fewer pins. In conventional charge pump controllers, in particular conventional LED charge pump controllers, the controllers adjust the voltage value supplied to the output of the charge pump system, but not the current value applied to the load. Since the current flowing through the LED changes as a function of the forward voltage across the LED, the adjustment of the voltage value does not provide good adjustment of the current flowing through the LED. Using the controller 25 to adjust the value of current flowing through the LED provides better control of the light emitted by the LED.

이러한 제어기(25)의 기능을 촉진하기 위하여, 단자(29)는 조정기(33)의 제 1 단자, 전류원(36)의 제 1 단자, 및 전류원(35)의 제 1 단자에 연결된다. 제 2 트랜지스터(38)의 소스는 전류원(35)의 제 2 단자에 연결된다. 트랜지스터(38)의 드레인은 출력(26)에 연결된다. 출력(26)은 커패시터(17)의 제 1 단자 및 LED(15)의 제 1 단자에 공통 연결된다. LED(15)의 제 2 단자는 커패시터(20)의 제 1 단자, 저항기(19)의 제 1 단자, 및 입력(28)에 연결된다. 커패시터(20)의 제 2 단자는 단자(30), 리턴(12), 및 저항기(19)의 제 2 단자에 공통 연결된다. 커패시터(17)의 제 2 단자는 출력(27)에 연결된다. 조정기(33)의 제 2 단자는 단자(30) 및 트랜지스터(39)의 소스에 연결된다. 트랜지스터(39)의 드레인은 출력(27) 및 트랜지스터(37)의 드레인에 공통 연결된다. 트랜지스터(37)의 소스는 전류원(36)의 제 2 단자에 연결된다. 클럭(43)의 출력은 게이트(47)의 제 1 입력 및 게이트(48)의 제 1 입력에 공통 연결된다. 기준 전압 발생기(44)의 출력은 비교기(46)의 비 반전 입력에 연결된다. 비교기(46)의 반전 입력은 입력(28)으로부터의 전류 감지 신호를 수신하도록 연결된다. 비교기(46)의 출력은 게이트(48)의 제 2 입력 및 인버터(49)의 입력에 공통 연결된다. 인버터(49)의 출력은 게이트(47)의 제 2 입력에 연결된다. 인에이블 입력(31)은 게이트(48)의 제 3 입력 및 인버터(50)의 입력에 공통 연결된다. 인버터(50)의 입력은 OR 게이트(47)의 제 3 입력에 연결된다. 게이트(47)의 출력은 트랜지스터(37)의 게이트에 연결된다. 게이트(48)의 출력은 트랜지스터(39)의 게이트 및 인버터(40)의 입력에 공통 연결된다. 인버터(40)의 출력은 트랜지스터(38)의 게이트에 연결된다.To facilitate the function of this controller 25, the terminal 29 is connected to the first terminal of the regulator 33, the first terminal of the current source 36, and the first terminal of the current source 35. The source of the second transistor 38 is connected to the second terminal of the current source 35. The drain of transistor 38 is connected to output 26. The output 26 is commonly connected to the first terminal of the capacitor 17 and the first terminal of the LED 15. The second terminal of the LED 15 is connected to the first terminal of the capacitor 20, the first terminal of the resistor 19, and the input 28. The second terminal of the capacitor 20 is commonly connected to the terminal 30, the return 12, and the second terminal of the resistor 19. The second terminal of the capacitor 17 is connected to the output 27. The second terminal of the regulator 33 is connected to the terminal 30 and the source of the transistor 39. The drain of the transistor 39 is commonly connected to the output 27 and the drain of the transistor 37. The source of transistor 37 is connected to the second terminal of current source 36. The output of clock 43 is commonly connected to a first input of gate 47 and a first input of gate 48. The output of the reference voltage generator 44 is connected to the noninverting input of the comparator 46. The inverting input of comparator 46 is coupled to receive the current sense signal from input 28. The output of the comparator 46 is commonly connected to the second input of the gate 48 and the input of the inverter 49. The output of the inverter 49 is connected to the second input of the gate 47. The enable input 31 is commonly connected to the third input of the gate 48 and the input of the inverter 50. The input of the inverter 50 is connected to the third input of the OR gate 47. The output of the gate 47 is connected to the gate of the transistor 37. The output of the gate 48 is commonly connected to the gate of the transistor 39 and the input of the inverter 40. The output of the inverter 40 is connected to the gate of the transistor 38.

도 2는 도 1의 설명에서 설명된 시스템(10)의 다른 실시 예인 전하 펌프 시스템(55)의 실시 예의 일부를 나타낸 개략도이다. 시스템(55)은 도 1의 설명에서 설명된 각 제어기(25) 및 회로(42)의 다른 실시예인, 제어 회로(57)를 구비한 전하 펌프 제어기(56)를 포함한다. 제어기(56)는 가변 전류원(62)으로 공급된 외부 제어 신호에 의해 제어된 전류를 공급하는 전류원(62)을 포함한다. 회로(57)는 비교기(46) 대신에 에러 증폭기(58)를 포함한다. 증폭기(58)는 감지 신호를 수신하고, 감지 신호와 기준전압 발생기(44)로부터의 차이를 나타내는 에러 신호를 제공한다. 회로(57)는 또한 게이트들(47 및 48)과 유사하지만 더 작은 수의 입력 신호를 갖는 게이트들(59 및 60)을 포함한다. 회로(57)는 감지 신호를 수신하고, 전류원(62)에 의해 공급된 전류의 양을 제어함으로써 전류(16)의 값을 조정하도록 구성된다. 그래서, 제어기(56)는 제어기(25)와 동일한 기능을 한다. 하지만, 트랜지스터들(37, 38, 및 39)의 스위칭을 디스에이블하기 위하여 비교기(46)를 이용하는 대신, 에러 증폭기(58)로부터의 에러 신호가 사용되어 전류원(62)에 의해 공급된 전류값을 제어함으로써 전류(16)의 값을 조정한다. 가변 전류원(62)은 또한 전류원(36)과 동일하게 전류(16)의 최대값을 제 2 값으로 제한한다. FIG. 2 is a schematic diagram of a portion of an embodiment of a charge pump system 55, which is another embodiment of the system 10 described in the description of FIG. 1. System 55 includes a charge pump controller 56 with control circuit 57, another embodiment of each controller 25 and circuit 42 described in the description of FIG. 1. The controller 56 includes a current source 62 for supplying a current controlled by an external control signal supplied to the variable current source 62. Circuit 57 includes an error amplifier 58 instead of comparator 46. The amplifier 58 receives the sense signal and provides an error signal indicating the difference from the sense signal and the reference voltage generator 44. Circuit 57 also includes gates 59 and 60 similar to gates 47 and 48 but with a smaller number of input signals. The circuit 57 is configured to receive the sense signal and adjust the value of the current 16 by controlling the amount of current supplied by the current source 62. Thus, controller 56 functions the same as controller 25. However, instead of using comparator 46 to disable switching of transistors 37, 38, and 39, an error signal from error amplifier 58 is used to modify the current value supplied by current source 62. By controlling, the value of the current 16 is adjusted. Variable current source 62 also limits the maximum value of current 16 to a second value, similarly to current source 36.

도 3은 도 1의 설명에서 설명된 시스템(10)의 다른 실시예인 전하 펌프 시스템(65)의 실시예의 일부를 개략적으로 도시한다. 시스템(65)은 도 1의 설명에서 설명된 각 제어기(25) 및 회로(42)의 다른 실시예인 제어 회로(67)를 갖는 전하 펌프 제어기(66)를 포함한다. 회로(67)는 NAND 게이트(51), 인버터(52), 비교기(54), 및 제 2 기준 전압 발생기(53)를 포함한다. 제 2 기준 전압 발생기 (53)는 기준 전압 발생기(44)에 의해 형성된 기준 전압보다 더 큰 값을 갖는 제 2 기준 전압을 생성한다. 입력(28)으로부터 수신된 감지 신호가 기준 전압 발생기(44)의 기준 전압에 의해 나타난 제 1 값보다 크고 제 2 기준 전압 발생기(53)의 기준 전압에 의해 나타난 제 2 값보다 작은 경우, 비교기(46)의 출력 및 비교기(54)의 출력은 로우이다. 비교기(46)로부터의 로우 신호 및 비교기(54)로부터의 로우 신호는 게이트(51)의 하이 출력이 트랜지스터(37)를 디스에이블시키고 트랜지스터(39)를 인에이블시키도록 한다. 게이트(51)로부터의 하이 신호는 또는 게이트(47)의 로우 출력이 인버터(52)를 통해 트랜지스터(38)를 인에이블시키도록 한다. 그래서, 트랜지스터들(38 및 39)은 인에이블되어 약간의 전류가 전압원(13)으로부터 부하(15)로 흐르도록 한다. 3 schematically illustrates a portion of an embodiment of a charge pump system 65 that is another embodiment of the system 10 described in the description of FIG. 1. System 65 includes a charge pump controller 66 having control circuit 67 which is another embodiment of each controller 25 and circuit 42 described in the description of FIG. 1. The circuit 67 includes a NAND gate 51, an inverter 52, a comparator 54, and a second reference voltage generator 53. The second reference voltage generator 53 generates a second reference voltage having a value greater than the reference voltage formed by the reference voltage generator 44. If the sense signal received from the input 28 is greater than the first value represented by the reference voltage of the reference voltage generator 44 and less than the second value represented by the reference voltage of the second reference voltage generator 53, the comparator ( The output of 46 and the output of comparator 54 are low. The low signal from comparator 46 and the low signal from comparator 54 cause the high output of gate 51 to disable transistor 37 and enable transistor 39. The high signal from gate 51 or the low output of gate 47 enables transistor 38 through inverter 52. Thus, transistors 38 and 39 are enabled to allow some current to flow from voltage source 13 to load 15.

전류(16)가 제 2 값으로 증가하여 입력(28) 상의 감지 신호가 제 2 기준 전압 발생기(53)의 출력에 의해 나타난 제 2 값보다 더 많이 증가할 경우, 비교기(54)의 출력은 하이가 된다. 비교기(46)로부터의 로우 신호 및 비교기(54)로부터의 하이 신호는 게이트(51)의 하이 출력이 트랜지스터(37)를 디스에이블시키고 트랜지스터(39)를 인에이블시키도록 한다. 디스에이블링 트랜지스터(38)는 전류가 부하(15)로 흐르는 것을 방지하고, 커패시터(17)가 방전할 수 있도록 한다. 감지 신호가 제 2 값 미만이 되면, 트랜지스터(38)는 재-인에이블된다.When the current 16 increases to a second value such that the sense signal on the input 28 increases more than the second value represented by the output of the second reference voltage generator 53, the output of the comparator 54 is high. Becomes The low signal from comparator 46 and the high signal from comparator 54 cause the high output of gate 51 to disable transistor 37 and enable transistor 39. Disabling transistor 38 prevents current from flowing to load 15 and allows capacitor 17 to discharge. When the sense signal falls below the second value, transistor 38 is re-enabled.

도 4는 반도체 다이(81) 상에 형성된 반도체 장치 또는 집적 회로의 실시예의 일부를 나타낸 확대 평면도이다. 제어기(25)는 다이(81) 상에 형성된다. 다이(81)는 또한 도면의 단순화를 위해 도 3에 도시되지 않은 다른 회로들을 포함한 다. 제어기(25) 및 장치 또는 집적 회로(80)는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 널리 알려진 반도체 제조 기술에 의해 다이(81) 상에 형성된다. 다른 실시예에 의하면, 제어기(55 또는 65)는 다이(81) 상에 형성될 수 있다.4 is an enlarged plan view showing a portion of an embodiment of a semiconductor device or integrated circuit formed on a semiconductor die 81. The controller 25 is formed on the die 81. Die 81 also includes other circuits not shown in FIG. 3 for simplicity of the drawing. The controller 25 and the device or integrated circuit 80 are formed on the die 81 by semiconductor manufacturing techniques well known to those skilled in the art. According to another embodiment, the controller 55 or 65 may be formed on the die 81.

상술한 모든 것들을 고려할 때, 새로운 장치 및 방법이 공개되었음이 명백하다. 다른 특징들 중에는 서도, 부하에 공급된 전류를 제 1 값으로 제어하도록 구성된 전하 펌프 회로를 형성하는 것이 포함된다. 커패시터(17)에 결합하고, 선택적으로 충전 구성 및 전류를 공급하도록 하는 구성으로 커패시터(17)에 결합하는 3개 이하의 트랜지스터 스위치를 구성하는 방법도 포함된다. 단 3개의 트랜지스터 스위치의 사용은 또한 감지 입력 및 제어기(25)에서의 6개 이하의 외부 연결부를 갖는 것을 촉진한다.In view of all the above, it is apparent that new apparatus and methods have been disclosed. Among other features include forming a charge pump circuit configured to control the current supplied to the load to a first value. Also included is a method of configuring up to three transistor switches that couple to capacitor 17 and to couple capacitor 17 in a configuration that selectively supplies charging configuration and current. The use of only three transistor switches also facilitates having up to six external connections at the sense input and controller 25.

본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들로서 설명하였으나, 많은 선택들 및 변형들이 반도체 분야의 당업자에게는 명백하다는 것이 분명하다. 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진자는 LED(15)가 전류(16)가 1 방향으로만 흐를 수 있도록 하는 어느 타입의 부하로 대체될 수 있다는 것을 알고 있을 것이다. 예를 들면, 부하는 다이오드 또는 직렬로 연결된 다이오드를 갖는 다른 타입의 회로일 수 있다. 부하가 LED인 경우, 전하 펌프 제어기(25)는 LED 제어기로서 기능을 한다. 또한, 회로들(42 및 57)의 로직은 다른 로직 회로들로 대체될 수 있다. 로직 회로들은 또한 회로들(42 및 57)에 대한 비-중첩 동작을 확실하게 하기 위한 다른 로직일 수 있다. 부가적으로, 용어 "연결된(connected)"은 설명을 명확하게 하기 위해 명세서의 전체에 걸쳐 사용된다. 하지만, 이것은 용어 "결합된(coupled)"과 동일한 의미 가 있다. 따라서, "연결된"은 직접 연결 또는 간접 연결을 갖는 것으로 해석되어야 한다.Although the present invention has been described as specific preferred embodiments, it is evident that many choices and variations are apparent to those skilled in the semiconductor arts. Those skilled in the art will appreciate that the LED 15 can be replaced by any type of load that allows the current 16 to flow in only one direction. For example, the load may be another type of circuit with diodes or diodes connected in series. If the load is an LED, the charge pump controller 25 functions as an LED controller. In addition, the logic of circuits 42 and 57 may be replaced with other logic circuits. Logic circuits may also be other logic to ensure non-overlapping operation for circuits 42 and 57. In addition, the term "connected" is used throughout the specification to clarify the description. However, this has the same meaning as the term "coupled". Thus, "connected" should be interpreted as having a direct connection or an indirect connection.

Claims

A plurality of external terminals;

A first external terminal of the plurality of external terminals configured to supply a current to the load;

A second external terminal of the plurality of external terminals configured to receive a sense signal indicative of the value of the current supplied to the load;

3 or less installed within the charge pump controller and configured to alternately couple the external capacitor to a voltage source to charge an external capacitor and to couple the external capacitor to the load to supply the current to the load Switches; And

And a control circuit configured to adjust the value of the current to approximately a first value.

The charge pump controller of claim 1, wherein the charge pump controller is formed on a semiconductor die having up to six external connections.

The charge pump controller of claim 1, wherein the charge pump controller is formed on a semiconductor die having five or less external connections.

The charge pump controller of claim 1, wherein the control circuit is configured to receive the sense signal indicative of the average value of the current and to adjust the average value of the current to approximately the first value.

2. The fifth external connection of claim 1, wherein the plurality of external connection terminals are configured as a third external connection terminal configured to switch a capacitor to a voltage source, a fourth external connection terminal configured to receive a voltage source, and a common return terminal. Charge pump controller comprising a terminal.

2. The apparatus of claim 1, wherein the first and second switches of the three or less switches couple the capacitor in a charging configuration and the third switch of the three or less switches provides the current for supplying current to the load. Charge pump controller coupling capacitors.

The charge pump controller of claim 1 wherein the control circuit comprises a current source coupled to limit a maximum value of the current supplied to the load.

Configuring up to three alternating switching switches of the charge pump controller to couple to the capacitor, wherein the three or less alternating switching switches couple the capacitor into a charging configuration during a first period and apply current during a second period. And a charge pump controller configured to couple the capacitor to supply a load.

9. The method of claim 8, wherein the three or less alternating switching switches of the charge pump controller are configured to be coupled to the capacitor, and wherein the three or less alternating switching switches are configured to couple the capacitor in the charging configuration. Configure a first transistor and a second transistor to couple the capacitor into the charging configuration during the first period, and

Configuring the first transistor, the second transistor, and a third transistor to couple the capacitor to supply the current to the load during the second period.

9. The method of claim 8, wherein the method further comprises forming the charge pump controller on a semiconductor die, wherein the capacitor and the load are installed outside of the semiconductor die.

11. The method of claim 10, wherein forming the charge pump controller on the semiconductor die comprises forming the charge pump controller on the semiconductor die having six or less external connection terminals. .

9. The method of claim 8, wherein the method further comprises configuring the charge pump controller to receive a sense signal indicative of the current and to adjust the current to an approximately first value.

13. The method of claim 12, wherein configuring three or fewer alternating switching switches of the charge pump controller to couple to the capacitor comprises coupling a current source in series with one of the three or less alternating switching switches, The current source forms a charge pump controller that limits the maximum value of the current to a second value that is greater than or equal to the first value.

9. The method of claim 8, wherein configuring three or fewer alternating switching switches of the charge pump controller to couple to the capacitor configures the charge pump controller to couple the capacitor to supply the current to the load that is a light emitting diode. A method of forming a charge pump controller comprising:

Couple a capacitor to supply current to the light emitting diode during the first period and configure the LED controller to charge the capacitor during the second period;

Configure the LED controller to receive a sense signal indicative of the current and to adjust the current to an approximately first value; And

Forming a light emitting diode controller on a semiconductor die having six or less external terminals.

16. The method of claim 15, wherein configuring the LED controller to couple a capacitor to supply the current to the light emitting diode and to charge the capacitor during a second period during the first period comprises: Coupling the capacitor to a capacitor during the second period, and configuring the three or fewer switches to couple the capacitor to supply the current during the first period. How to form a controller.

17. The method of claim 16, further comprising coupling a current source in series with at least one of the three or less switches to limit the current to a second value that is less than or equal to a second value greater than the first value.

18. The method of claim 17, wherein configuring the LED controller to receive the sense signal indicative of the current and adjust the current to approximately the first value comprises: forming an error signal using the sense signal and generating the error. And configuring the light emitting diode to control the current source using a signal.

16. The method of claim 15, wherein configuring the LED controller to receive a sense signal represented by the current and to adjust the current to approximately a first value comprises: comparing the sense signal to a reference value and comparing the current to the light emitting diode. And disabling the LED controller from coupling the capacitor to supply.

16. The method of claim 15, further comprising forming the light emitting diode controller in a semiconductor package having six or less external terminals.