KR20090026793A

KR20090026793A - 일정한 전류 전하 펌프 제어기

Info

Publication number: KR20090026793A
Application number: KR1020097000156A
Authority: KR
Inventors: 아산 샤우
Original assignee: 세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2009-03-13
Also published as: CN101449452B; HK1130957A1; WO2008005024A1; CN101449452A; KR101243621B1; TWI418126B; US20100039165A1; TW200805863A; US8044704B2

Abstract

전하 펌프 제어기(charge pump controller)(19)는 다수의 스위치 구성 모드들을 가지는 스위치 매트릭스(25)로서, 입력 전압을 수신하고 입력 전압의 배수(multiple)인 출력 전압을 형성하도록 구성되며 출력 전압 및 부하 전류(load current)(16)을 부하(17)에 공급하도록 구성되는, 상기 스위치 매트릭스(25); 및 전류(16)를 나타내는 감지 신호(44)를 수신하고 부하 전류(16)의 제 1 값에 응답하여 스위치 매트릭스의 동작 모드를 설정하기 위해 모드 제어 신호(23)를 형성하도록 구성된 전류 제어기(30)를 포함한다.

전하 펌프 제어기, 스위치 매트릭스, 부하 전류, 전류 제어기

Description

일정한 전류 전하 펌프 제어기{CONSTANT CURRENT CHARGE PUMP CONTROLLER}

본 출원은 "낮은-드롭 아웃 전류 소스 및 이를 위한 방법(LOW DROP-OUT CURRENT SOURCE AND METHOD THEREFOR)" 이란 명칭으로 발명자 아산 샤우(Hassan Chaoui), 문서 번호 ONS00835, 공동 발명자, 공동 양수인(assignee)을 갖는 출원에 관한 것이고, 참조로써 본 명세서에 통합된 상기 문헌과 동시에 출원되었다.

본 발명은 일반적으로 전자 공학(electronics)에 관한 것으로, 특히 반도체 소자들(devices) 및 구조를 형성하는 방법들에 관한 것이다.

과거에, 반도체 산업은 변환기에 의해 형성된 출력 전압을 제어하기 위해 전하 펌프 회로들(charge pump circuits)이 사용되는 DC/DC 변환기들을 형성하기 위해 다양한 방법들 및 구조물들을 사용했다. 통상적으로 이러한 변환기들은 출력 전압의 값을 모니터링(monitoring)하였고 출력 전압의 값을 조절하기 위해 전하 펌프 회로의 모드를 전환시켰다(switch). 통상적으로, 출력 전압의 값을 나타내는 피드백 전압(feedback voltage)은 기준 전압과 비교되었고 기준 전압의 값 이하로 피드백 전압이 떨어질 경우 전하 펌프 회로의 모드가 변경되었다. 이러한 DC/DC 변환기의 일례는 2002년 6월 25일자로 노르크(Nork) 등에 의해 발행된 미국 특허 번호 6,411,531호에 개시되어 있다. 이러한 종래의 DC/DC 변환기들이 갖는 문제점 중 하 나는 기준 전압 회로(reference voltage current), 비교기(comparator), 및 다른 폐루프(closed loop) 구성요소들에 의해 소비되는 면적에 있다. 일반적으로 회로들은 회로가 형성된 반도체 다이(semiconductor die)상에 대면적을 요구하여 변환기 회로의 비용이 증가된다.

따라서, 다이 면적을 덜 사용하면서 낮은 비용을 갖는 제어기 회로가 요구된다.

설명의 간단성 및 명료성을 위해, 도면들의 구성요소들이 비례 축적될 필요는 없으며, 상이한 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 부가적으로, 공지된 단계들 및 구성요소들에 대한 설명들 및 세부 사항들은 설명의 간단성을 위해 생략된다. 본 발명에서 이용되는 전류 보유 전극(current carrying electrode)은 MOS 트랜지스터의 소스 또는 드레인, 또는 바이폴라(bipolar) 트랜지스터의 에미터(emitter) 또는 콜렉터(collector), 또는 다이오드의 캐소드 또는 애노드와 같은 소자를 통해 전류를 운반하는 소자의 구성요소를 의미하고, 제어 전극은 MOS 트랜지스터의 게이트 또는 바이폴라 트랜지스터의 베이스(base)와 같이 소자를 통해 전류를 제어하는 소자의 구성요소를 의미한다. 비록 본 발명에서 소자들은 어떤 N-채널 또는 P-채널 소자들로서 설명되었지만, 당업자들은 본 발명에 따라 상보성(complementary) 소자들도 또한 가능하다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 본 발명에서 이용되는 ~동안(during), ~하면서(while), 및 ~할 때(when) 등의 단어들은 초기 동작에 따라 순간적으로 동작이 이루어지는 것을 의미하는 정확한 기간이 아니라, 초기 동작에 의해 개시되는 반응들 사이에 전파 지연(propagation delay)과 같은 상당한 지연(reasonable delay)이 일부 존재할 수 있다는 것을 의미하는 것임을 당업자들은 알아야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전하 펌프 제어기를 포함하는 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 제어 시스템의 일부의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 따른 도 1의 상기 전하 펌프 제어기의 선택적인 일 실시예인 전하 펌프 제어기를 포함하고 도 1의 상기 LED 시스템의 선택적인 일 실시예인 LED 시스템의 일부의 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 도 1의 전하 펌프 제어기를 포함하는 반도체 소자의 확대 평면도를 개략적으로 도시한 도면.

도 1은 발광 다이오드(LED) 제어 시스템(10) 일부의 예시적인 일 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 시스템(10)은 제어기(19)에 의해 형성되는 출력 전압의 값을 조절하지 않고 실질적으로 일정한 값으로 부하 전류(load current)(16)의 값을 제어하는 전하 펌프 제어기(19)를 포함한다. 통상적으로, 시스템(10)은 배터리(battery)(11)와 같은 제어기(19)에 전력을 공급하는 DC 전압 소스를 포함한다. 제어기(19)는 전압 입력(12)과 전압 리턴(voltage return)(13) 사이에서 전력을 수신하고, 출력(54)상의 출력 전압 이외에 전류(16)를 공급한다. 제어기(19)는 DC/DC 변환기로 참조될 수 있다. 제어기(19)는 전류(16)의 값을 나타내는 감지 신 호(sense signal)를 감지 입력(sense input)(55)상에서 수신하고 이에 응답하여 LED(17)에 의해 방출되는 광(light)의 양을 정확하게 제어하기 위해 실질적으로 일정하게 전류(16)의 값을 제어한다. 바람직한 실시예에서, 감지 신호는 전류(16)의 값과 실질적으로 동일한 전류로서 주로 이해되며 전압을 포함한다. 다른 실시예들에서, 감지 신호는 전압으로서 이해될 수 있으며 전류(16)의 값을 나타내는 다른 값들을 가질 수 있다.

통상적으로 제어기(19)는 전류 제어기(30), 스위치 매트릭스 또는 스위치 어레이(25), 발진기(oscillator)(26) 및 모드 제어 로직(mode control logic)(27)을 포함한다. 통상적으로 스위치 어레이(25)는 다수의 캐패시터들(15)에 접속되는 다수의 트랜지스터들을 포함한다. 스위치 어레이(25)는 캐패시터들(15)을 교대로 충전 및 방전시키며 출력(54) 상에서 출력 전압을 형성하고 전류(16)를 공급하기 위해 다양한 구성들로 캐패시터들(15)을 접속시킨다. 통상적으로 어레이(25)는 입력(12)과 리턴(return)(13) 사이에 수신되는 전압 값의 배수인 출력 전압을 형성하도록 캐패시터들(15)을 구성한다. 통상적으로 캐패시터들(15)은 제어기(30) 또는 제어기(19)가 형성되는 반도체 다이(semiconductor die) 외부에 있다. 발진기(26)는 어레이(25)가 동작하는 동안 이용되는 클럭 신호(clock signal)를 제공한다. 모드 제어 로직(27)은 노드(23)에서 형성되는 모드 제어 신호를 수신하고 어레이(25)에 신호들을 제공하여 어레이(25)가 동작하는 상태 또는 구성을 제어한다. 바람직한 실시예에서, 어레이(25)는 적어도 1.0X, 1.3X, 1.5X, 또는 2.0X 체배기(multiplier) 모드에서 동작하도록 구성된다. 이러한 다양한 모드들에서 동작할 수 있는 스위치 어레이들은 당업자들에게 공지되어 있다.

제어기(30)는 입력(55) 상에서 제 1 값과 실질적으로 동일한 감지 신호의 값에 응답하여 노드(23) 상의 모드 제어 신호가 제 1 상태, 예를 들면 하이(high)가 되게 만들고, 제 1 값 보다 작은 감지 신호의 값에 응답하여 모드 제어 신호가 제 2 상태, 예를 들면 로우(low)가 되게 만들도록 구성된다. 로우 모드 제어 신호는 전류(16)가 실질적으로 일정하게 유지되도록 제어할 수 있도록 출력 전압의 값을 증가시키기 위해, 로직(27)이 제어 신호들을 변경하여 어레이(25)의 상태가 다음의 보다 높은 체배기 모드에서 동작하게 한다. 어레이(25)의 새로운 체배기 모드로 변경된 이후, 감지 신호가 제 1 값과 실질적으로 동일한 값으로 증가될 경우, 모드 제어 신호는 하이가 되고 어레이(25)는 새로운 체배기 모드에서 유지된다.

제어기(30)는 입력(12)과 리턴(13) 사이에서 제어기(30)을 동작시키기 위한 동작 전압을 수신한다. 제어기(30)는 제 1 기준 전류를 제공하는 제 1 전류 소스(40), 제 2 기준 전류를 제공하는 제 2 전류 소스(31), 트랜지스터(21)로서 구현되는 출력 소자, 트랜지스터(35)로서 구현되는 기준 소자(reference device), 트랜지스터(21)로서 구현되는 스위치, 풀-다운(pull-down) 트랜지스터(22), 및 트랜지스터(43)로서 구현되는 전류 미러 입력 소자(current mirror input device)를 포함하는 전류 미러(current mirror), 및 트랜지스터(34)로서 구현되는 전류 미러 출력 소자를 포함한다.

동작시 그리고 배터리로부터의 전압이 전류(16)를 공급하기에 충분한 경우, 어레이(25)는 체배기 모드, 예를 들면 1.0X 체배기 모드로 설정되고, 배터리(11)의 값과 실질적으로 동일한 출력 전압 및 전류(16)를 공급한다. LED(17)는 배터리(11)로부터 몇몇 전압이 강하(drop)되고 배터리(11)로부터의 나머지 전압이 입력 전압으로서 입력(55)에 인가된다. 제어기(30)는 또한 입력(55) 상에서 전류(16)를 수신한다. 전류 소스들(40, 31)은 실질적으로 값이 동일한 제 1 및 제 2 기준 전류들(41, 32)을 형성한다. 트랜지스터(43)는 다이오드 구성으로 접속되기 때문에, 트랜지스터(43)는 트랜지스터(43)의 특성이 포화된 영역(saturated region)에서 동작하며 전류(41)는 트랜지스터(43)를 통해 흘러서 트랜지스터(43)에 대한 게이트-대-소스 전압(gate-to-source voltage; Vgs)을 형성한다. 트랜지스터들(43, 34)의 전류 미러 구성 이외에 전류들(32, 41)의 값이 실질적으로 동일하기 때문에, 전류(32)는 트랜지스터(34)의 Vgs가 트랜지스터(43)의 Vgs와 실질적으로 동일하게 되어, 트랜지스터(34)의 소스 전압은 입력(55) 상에서의 입력 전압과 실질적으로 동일한 트랜지스터(43)의 소스 전압과 실질적으로 동일하게 된다. 따라서, 트랜지스터들(34, 43)의 전류 미러는 리턴(13)에 대해서 입력(55) 상에서의 입력 전압과 동일한 전위에 있는 기준 전압을 노드(38) 상에 형성한다. 이는 트랜지스터(35)의 드레인-대-소스 전압(drain-to-source voltage; Vds)이 트랜지스터(36)의 Vds와 실질적으로 동일하게 만든다. 트랜지스터들(35, 36)의 게이트는 트랜지스터(34)의 드레인에 접속되어, 트랜지스터들(34, 35)의 Vgs와 같다. 배터리(11)로부터의 전압이 트랜지스터(36)의 Vds(포화(sat)) 플러스(plus) LED(17) 양단의 순방향 전압 강하 보다 크다면, 트랜지스터(35)의 Vgs는 대략 트랜지스터(35)의 문턱치 전압(threshold voltage), 통상적으로는 약 1.2볼트 미만이다. 이러한 로우 전압은 또한 노드(33)에 인가되어, 트랜지스터(21)의 게이트에 인가된다. 로우 게이트 전압은 트랜지스터(21)가 노드(23)를 실질적으로 입력(12)의 전압으로 유도(pull)할 수 있게 한다. 이는 로직(27)에 논리적 하이 신호(logical high signal)를 인가한다. 하이 모드 제어 신호는 어레이가 전류 체배기 모드에서 동작하게 한다.

트랜지스터들(35, 36)의 Vds 및 Vgs들은 실질적으로 동일하기 때문에, 트랜지스터(36)를 통해 흐르는 전류는 2개의 트랜지스터들 간의 활성 면적 비율(active area ratio)의 배수인 트랜지스터(35)를 흐르는 전류와 동일하게 된다. 바람직한 실시예에서, 활성 면적 비율은 1:1000이며 트랜지스터들(35, 36)은 전류 미러로서 가능하며, 트랜지스터(35)에 의해 제어되는 트랜지스터(36)를 통해 흐르는 전류는 트랜지스터(35)를 통해 흐르는 전류(32) 값의 대략 1000배이다. 트랜지스터(36)를 통해 흐르는 전류는 전류(16) 플러스 전류(41)와 같다. 전류(41)는 전류(32)와 같기 때문에, 전류(16)는 대략 전류(32) 값의 999배와 같다. 당업자들은 활성 면적 비율은 상기 비율이 1:1 이상이 되는 한 1:1000과 상이할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

트랜지스터들(35, 36)의 Vds 및 Vgs는 실질적으로 동일하기 때문에, 트랜지스터(36)를 통해 흐르는 전류 값은 입력(55) 상에서의 전류 값과 실질적으로 무관하다. 트랜지스터들(35, 36)의 게이트들은 트랜지스터(34)의 드레인에 접속되기 때문에, 트랜지스터들(35, 36)의 Vgs는 트랜지스터(35)의 문턱 전압(VT)과 대략 동일한 로우 값에서 대략 전류 소스(31)의 Vds(포화) 마이너스(minus) 입력(12) 상에서의 입력 전압의 값의 상한치(upper limit)로 자유롭게 변한다. 통상적으로 Vds(포 화)는 소자를 통해 흐르도록 요구되는 전류를 운반하기 위해 소자 양단에 요구되는 최소 전압인 것으로 이해된다. 트랜지스터들(35, 36)의 Vgs는 이러한 범위에 대해 자유롭게 변하기 때문에, 트랜지스터들(35, 36)의 전류 미러는 트랜지스터들(35, 36)의 특성인 포화된 영역에서 동작 내지 이들 특성들의 선형 영역(linear region)에서의 동작 사이에서 변할 수 있다. 예를 들면, 입력(55) 상에서의 입력 전압이 로우인 배터리(11)로부터의 전압과 같은 트랜지스터(36)의 Vds(포화) 보다 낮은 경우, 트랜지스터들(35, 36)은 선형 영역에서 동작할 수 있고, 입력(55) 상에서 입력 전압이 트랜지스터(36)의 Vds(포화) 보다 높은 경우, 트랜지스터들(35, 36)은 포화된 영역에서 동작할 수 있다. 결과적으로, 제어기(30)는 입력(55) 상에서의 전압 값이 트랜지스터들(35, 36)이 선형 동작 영역 또는 포화된 동작 영역에서 동작하는지 여부와 상관없이 제로에 접근하더라도 입력(55)을 통해 실질적으로 일정한 전류를 제공할 수 있다.

시스템(10)이 동작을 지속함에 따라, 전류(16)는 결국 배터리(11)로부터의 전압이 감소되게 한다. 배터리(11)로부터의 전압이 감소됨에 따라, 제어기(30)는 실질적으로 일정하게 전류(16) 값을 유지하고 입력(55)에서의 전압은 감소된다. 노드(38) 상에서의 기준 전압은 입력 전압을 따라 또한 감소된다. 기준 전압이 감소되고 전류(32)가 일정하게 유지되기 때문에, 트랜지스터(35)의 Vgs는 증가되어 또한 노드(33) 상에서의 전압도 증가된다. 노드(33) 상의 전압 증가로 트랜지스터(21)에 인가되는 게이트 전압이 증가된다. 배터리(11)로부터의 전압이 전류 제어기(30)의 Vds(포화) 보다 작은 값으로 감소되도록 입력(55) 상의 전압에 대해 충분 하게 감소되면, 제어기(30)는 실질적으로 일정한 값으로 전류(16)를 제어할 수 없고 전류(16) 값은 감소된다. 노드(33)가 트랜지스터(21)의 문턱 전압을 지나 증가함에 따라, 전류(16)는 또한 제 1 값으로 감소되고, 트랜지스터(21)는 턴 오프(turn off)되며, 레지스터(22)는 노드(23) 상의 전압을 실질적으로 리턴(13) 전압으로 만들어, 모드 제어 신호가 로우가 되게 한다. 통상적으로 제어기(30)의 Vds(포화)는 소자를 통해 흐르도록 요구되는 전류를 운반하기 위해 노드(44)에서 요구되는 최소 전압인 것으로 이해된다. 설명에서 볼 수 있듯이, 제어기(30)의 Vds(포화)는 트랜지스터(35)의 Vds(포화) 보다 작아 전체 시스템의 효율이 개선된다. 로직(27)은 로우 모드 제어 신호를 수신하고 다음의 보다 높은 체배기 모드에서 동작하도록 어레이(25)의 동작 상태를 변화시킨다. 이러한 예시적인 예에서, 로직(27)은 1.0X 체배기 모드에서의 동작으로부터 전환시키고 1.3X 체배기 모드에서 동작하도록 어레이(25)를 제어하기 위해 제어 신호들을 변화시킨다. 이러한 모드에서, 어레이(25)는 배터리(11)로부터 수신되는 전압 값의 대략 1.3배인 출력 전압을 형성한다. 노드(23) 상에서의 모드 제어 신호가 로우로 유지된다면, 로직(27)은 어레이(25)가 1.5X 체배기 모드와 같은 다음의 보다 높은 체배기 모드에서 동작하도록 유도하기 위해 제어 신호들을 변화시킬 수 있다. 통상적으로, 출력(54)으로부터 보다 높은 전압은 전류(16) 값 및 입력(55) 상에서 수신된 전압 값을 증가시키고 해당 전압이 노드(38)에 형성된다. 노드(38) 상에서의 보다 높은 전압은 트랜지스터(35)의 Vgs 및 트랜지스터(21)의 게이트 상에서의 해당 전압을 감소시켜, 트랜지스터(21)가 다시 이네이블링(enabling)되고 모드 제어 신호는 하이가 된다.

배터리가 충전되는 것과 같은, 배터리(11)로부터의 전압 값이 증가하는 경우, 로직(27)은 어레이(25)의 동작 모드를 변화시키도록 구성된다. 체배기 모드 N(예를 들면: 2X)에서 동작하는 것 같은, 어레이(25)가 동작하는 동안, 일부 시간에서, 로직(27)은 어레이(25)의 동작 모드를 체배기 모드 N-1(예를 들면: 1.3X)와 같은 다음의 보다 낮은 체배기 모드로 감소시킨다. 배터리(11)로부터의 전압이 증가하는 경우, 모드 제어 신호는 하이로 유지되고 로직(27)은 체배기 모드, 체배기 모드 N-1(예를 들면:1.3X)에서 동작하는 어레이(25)를 유지한다. 모드 제어 신호가 로우가 되면, 로직(27)은 체배기 모드 N(예를 들면: 2X)과 같은 다음의 보다 높은 체배기 모드로 동작 모드를 증가시킨다. 로직(27)은 몇몇의 고정된 주파수에서, 예를 들면, 1 msec 마다 이러한 모드 감소 알고리즘을 동작시킬 수 있다.

당업자는 전류(16)가 실질적으로 일정하도록 전류 소스들(31, 40), 및 트랜지스터들(34 내지 36, 및 43)을 구성하는 것이 목적임을 인식할 것이다. 그러나, 업계에 공지된 바와 같이, 전류가 정확히 일정해지는 것을 방해하는 최소 편차들(minor variances)은 항상 존재한다. 업계에서는 약 10%에 이르는 편차들은 정확히 일정한 것이 이상적인 목적에서 볼 때 상당한 편차들인 것으로 간주된다고 확립되어 있다.

제어기(30)에 대한 이러한 기능 구현을 보조하기 위해, 트랜지스터(43)의 드레인(drain)은 전류 소스(40)로부터의 전류(41)를 수신하도록 결합된다. 전류 소스(40)의 제 1 단자는 입력(12)으로부터의 입력 전압을 수신하도록 결합되고 제 2 단자는 트랜지스터(43)의 게이트 및 드레인 그리고 트랜지스터(34)의 게이트와 공 통으로 접속된다. 트랜지스터(43)의 소스 및 트랜지스터(36)의 드레인은 입력(55)으로부터 입력 전압을 수신하도록 결합된다. 입력(55)은 트랜지스터(43)의 소스와 접속되고 트랜지스터(36)의 드레인에 접속된다. 트랜지스터(36)의 소스는 전압 리턴(13) 상의 공통 전압을 수신하도록 접속된다. 트랜지스터(35)의 소스는 리턴(13)에 접속된다. 트랜지스터(35)의 게이트는 트랜지스터(36)의 게이트에 접속되고 전류(32)를 수신하도록 접속된다. 트랜지스터(35)의 드레인은 트랜지스터(34)의 소스에 접속된다. 트랜지스터(34)의 드레인은 전류 소스(31)의 제 1 단자, 트랜지스터(21)의 게이트, 및 트랜지스터(35)의 게이트에 공통으로 접속된다. 소스(31)의 제 2 단자는 소스(40)의 제 1 단자에 접속된다. 트랜지스터(21)의 소스는 입력(12)에 접속된다. 트랜지스터(21)의 드레인은 레지스터(22)의 제 1 단자에 그리고 로직(27)의 모드 제어 입력에 접속된다. 레지스터(22)의 제 2 단자는 리턴(13)에 접속된다.

도 2는 도 1의 기술에서 설명된 시스템(10)의 선택적인 실시예인 발광 다이오드(LED) 제어 시스템의 일부의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시한 도면이다. 시스템(60)은 도 1의 기술에서 설명된 제어기(19)의 선택적인 실시예인 전하 펌프 제어기(61)를 포함한다. 제어기(61)는 도 1의 기술에서 설명된 모드 제어 신호를 형성하는 비교기(63)를 포함한다. 비교기(63)는 입력(55)으로부터의 감지 신호 및 기준부(62)로부터의 기준 신호를 수신한다. 비교기는 제 1 값 보다 큰 입력(55) 상에서 수신되는 전압에 응답하여 모드 제어 신호가 하이가 되게 하고 제 1 값 보다 크지 않은 입력(55) 상의 전압에 응답하여 모드 제어 신호를 로우가 되게 한다. 따 라서, 기준부(62)로부터의 신호 값은 제 1 값을 형성하고 제어기(61)는 제어기(61)에 의해 형성되는 출력 전압 값을 조절하지 않고도 실질적으로 일정한 값으로 부하 전류(16)의 값을 제어한다.

도 3은 반도체 다이(51) 상에 형성된 반도체 소자 또는 집적 회로(integrated circuit)(50)의 일 실시예의 일부의 확대 평면도를 개략적으로 도시한 도면이다. 제어기(30) 또는 제어기(61)는 다이(51) 상에 형성된다. 다이(51)는 또한 도면의 간단성을 위해 도 3에는 도시되지 않은 다른 회로들을 포함할 수 있다. 제어기(30) 또는 제어기(61) 및 소자 또는 집적 회로(50)는 당업자에게 공지된 반도체 제조 기술들에 의해 다이(51) 상에 형성된다.

앞서 모든 면에서, 신규한 소자 및 방법이 개시되었다는 것은 명백하다. 다른 특징들 중에서도, 제어기에 의해 형성되는 전압 값을 조절하지 않고도 LED를 통해 흐르는 부하 전류의 값을 제어하는 제어기를 이용한다는 것이 포함된다. 전압을 제어하지 않고도 전류를 제어하는 것은 보다 작은 반도체 다이의 형성을 용이하게 하여 제어기의 비용을 감소시킨다. 일 실시예에서, 제어기는 제 1 전류 미러를 통해 흐르는 전류를 형성하기 위해 2개의 전류 소스들을 이용하도록 구성이 되고 제 2 전류 미러의 Vds를 조절하기 위해 제 1 전류 미러를 이용한다. 제 1 전류 미러를 포화된 영역에서 동작하도록 구성하는 것은 제 2 전류 미러의 Vds를 제어하는 것에 도움을 준다. 선형 영역 또는 포화된 영역에서 동작하도록 제 2 전류 미러를 결합시키는 것은 전류 소스의 전류 출력 상에서 수신되는 입력 전압의 로우 값들에서 전류 소스가 동작하도록 허용하는 것에 도움을 준다. 부가적으로, 동일한 Vds 및 Vgs를 갖는 트랜지스터들(35, 36)을 형성하는 것은 선형 영역 또는 포화된 영역에서 동작하는 트랜지스터들(35, 36)의 전류 미러를 용이하게 한다. 따라서, 제어기(30)는 제 1 값 보다 작은 전류(16) 값들에 대해 전류(16) 값이 실질적으로 일정하도록 제어하며 전류(16)의 제 1 값에 응답하여 매트릭스(25)의 동작 모드를 설정하도록 제어 신호를 형성한다.

본 발명의 주제는 특정한 바람직한 실시예들로 기술되었지만, 반도체 기술들의 당업자들은 다른 대안들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 레지스터(22)는 전류 소스 또는 트랜지스터(21)일 수 있고 레지스터(22)는 아날로그 비교기 또는 디지털 인버터(digital inverter)일 수 있다. 부가적으로, 단어 "접속된(connected)"는 설명의 명료성을 위해 전반적으로 이용되었으나, 이는 단어 "결합된(coupled)"와 동일한 의미를 갖도록 의도된다. 따라서, 단어 "접속된"는 직접 접속 또는 간접 접속 중 하나로서 해석되어야 한다.

Claims

전하 펌프 제어기에 있어서:

다수의 스위치 구성 모드들을 가지는 스위치 매트릭스로서, 입력 전압을 수신하고 상기 입력 전압의 배수인 출력 전압을 형성하도록 구성되며 상기 출력 전압 및 부하 전류를 부하에 공급하도록 구성되는, 상기 스위치 매트릭스; 및

상기 부하 전류를 나타내는 감지 신호를 수신하고 상기 부하 전류의 제 1 값에 응답하여 상기 스위치 매트릭스의 동작 모드를 설정하기 위해 모드 제어 신호를 형성하도록 구성된 전류 제어기를 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어기는 실질적으로 동일한 제 1 및 제 2 기준 전류들을 형성하도록 구성된 제 1 및 제 2 기준 전류 생성기들을 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 2 항에 있어서,

상기 전류 제어기는 상기 부하 전류의 제 1 값보다 작은 상기 부하 전류의 값들에 대해 상기 제 1 또는 제 2 기준 전류 중 하나와 비례하는 상기 부하 전류의 값을 제어하도록 구성되는, 전하 펌프 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어기는 비교기로서 결합된 연산 증폭기가 결여된, 전하 펌프 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어기는 제 1 기준 전류를 수신하도록 구성된 제 1 입력 소자, 및

상기 제 1 기준 전류와 실질적으로 동일한 제 2 기준 전류를 수신하고 이에 응답하여 기준 전압을 형성하도록 상기 제 1 입력 소자를 제어하도록 동작가능하게 결합된 제 2 입력 소자를 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 5 항에 있어서,

상기 기준 전압 및 상기 제 1 기준 전류를 수신하고 이에 응답하여 상기 제 1 기준 전류와 비례하는 출력 전류를 형성하기 위해 출력 소자를 제어하도록 동작가능하게 결합된 기준 소자를 더 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 6 항에 있어서,

상기 제 1 입력 소자는 상기 제 1 기준 전류를 수신하도록 결합된 제 1 전류 보유 전극, 상기 기준 전압을 제공하도록 결합된 제 2 전류 보유 전극, 및 제어 전극을 가지는 제 1 트랜지스터를 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 7 항에 있어서,

상기 제 2 입력 소자는 상기 제 2 기준 전류를 수신하도록 결합된 제 1 전류 보유 전극, 상기 감지 신호를 수신하도록 결합된 제 2 전류 보유 전극, 및 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제어 전극 및 제 2 트랜지스터의 상기 제 1 전류 보유 전극에 결합된 제어 전극을 가지는 상기 제 2 트랜지스터를 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 8 항에 있어서,

상기 기준 소자는 상기 기준 전압을 수신하도록 결합된 제 1 전류 보유 전극, 상기 제 1 트랜지스터의 상기 제 1 전류 보유 전극에 결합된 제어 전극, 및 제 2 전류 보유 전극을 가지는 제 3 트랜지스터를 포함하고,

상기 출력 소자는 상기 감지 신호를 수신하도록 결합된 제 1 전류 보유 전극, 상기 제 3 트랜지스터의 상기 제어 전극에 결합된 제어 전극, 및 상기 제 3 트랜지스터의 상기 제 2 전류 보유 전극에 결합된 제 2 전류 보유 전극을 가지는 제 4 트랜지스터를 포함하는, 전하 펌프 제어기.
제 1 항에 있어서,

상기 전류 제어기는 발광 다이오드를 통해 흐르는 부하 전류를 제어하도록 구성되는, 전하 펌프 제어기.
전류 제어기를 형성하는 방법에 있어서:

부하 전류를 나타내는 감지 신호를 수신하도록 상기 전류 제어기를 구성하는 단계를 포함하고,

상기 감지 신호는 제 1 전압을 가지며 이에 응답하여 상기 제 1 전압을 조절하지 않고도 실질적으로 일정한 값으로 상기 부하 전류의 값을 조절하는, 전류 제어기 형성 방법.
제 11 항에 있어서,

제 1 값보다 작은 상기 부하 전류의 값들에 대해 제 1 상태를 가지며 상기 제 1 값과 실질적으로 동일한 상기 부하 전류의 값들에 대한 제 2 상태를 가지는 모드 제어 신호를 제공하도록 상기 전류 제어기를 구성하는 단계를 더 포함하는, 전류 제어기 형성 방법.
제 11 항에 있어서,

스위치 매트릭스의 모드를 제어하기 위해 상기 전류 제어기를 결합시키는 단계를 더 포함하고,

상기 스위치 매트릭스는 다수의 스위치 구성 모드들을 가지고, 상기 스위치 매트릭스는 입력 전압을 수신하고 상기 입력 전압의 배수인 출력 전압을 형성하도록 구성되고 상기 부하 전류 및 출력 전압을 부하에 공급하도록 구성되는, 전류 제어기 형성 방법.
제 11 항에 있어서,

제 1 및 제 2 기준 전류들을 형성하고 상기 제 1 기준 전류 또는 상기 제 2 기준 전류 중 하나와 비례하는 상기 부하 전류를 제어하도록 상기 전류 제어기를 구성하는 단계를 더 포함하는, 전류 제어기 형성 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 기준 전류를 수신하고 상기 제 1 전압을 따르는 기준 전압을 형성하도록 제 1 트랜지스터를 결합시키는 단계를 더 포함하는, 전류 제어기 형성 방법.
제 15 항에 있어서,

상기 제 2 기준 전류를 수신하고 상기 감지 신호를 수신하며 상기 기준 전압을 형성하도록 상기 제 1 트랜지스터를 제어하기 위해 제 2 트랜지스터를 결합시키는 단계를 더 포함하는, 전류 제어기 형성 방법.
제 16 항에 있어서,

상기 제 1 기준 전류 및 상기 기준 전압을 수신하고 이에 응답하여 실질적으로 일정한 값으로 상기 부하 전류를 제어하도록 제 4 트랜지스터를 제어하는 제 3 트랜지스터를 결합시키는 단계를 더 포함하는, 전류 제어기 형성 방법.