KR20120116136A - Charge pump circuit - Google Patents

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고려대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A charge pump circuit is provided to reduce circuit driving time and output voltage ripple using a pulse width modulated control signal. CONSTITUTION: A voltage pumping unit(120) generates an output voltage by pumping an input voltage according to a control signal. A control signal generating unit(110) generates the control signal based on the difference between a reference voltage and the output voltage. A pulse width modulated control signal is generated. A pumping section of the voltage pumping unit is varied according to the pulse width modulated control signal.

Description

전하펌프회로{CHARGE PUMP CIRCUIT}Charge Pump Circuit {CHARGE PUMP CIRCUIT}

본 발명은 전하펌프회로에 관한 것이다.The present invention relates to a charge pump circuit.

최근 SoC 칩에 사용되는 전력 관리 기술은 직류-직류 전력 변환을 중심으로 이루어지고 있다. 또한, 지속적으로 개발되고 있는 휴대용 전자 기기, 컴퓨터용 부품 등의 배터리 소모 시간 및 전력 소모량에 대한 많은 연구가 이루어지고 있는 실정이다. 예컨대, 휴대용 전자 기기에서는 한 개의 배터리로 칩 안의 여러 하위 시스템에 전원을 공급하기 위하여 고효율성과 함께 정확한 전압 변환이 필요하다.Recently, power management technology used in SoC chips is mainly focused on DC-DC power conversion. In addition, a lot of research is being conducted on the battery consumption time and power consumption of portable electronic devices, computer components, and the like that are continuously being developed. Portable electronics, for example, require accurate voltage conversion with high efficiency to power multiple subsystems within the chip with a single battery.

이러한 전압 변환을 위해 직류-직류 변환기, 로우 드롭 아웃(LDO, Low Drop Out), 전하 펌프 등의 선형 또는 스위치형의 변환기가 사용되고 있다. 여기서, 직류-직류 전환기는 로드/라인 레귤레이션, 즉각적인 동적 전압 변화 등의 장점으로 많이 사용되고 있으나 외부 인덕터와 넓은 칩 면적이 필요하여 PCB 모드의 면적 및 비용 손실이 증가하는 문제점이 있다.For this voltage conversion, a linear or switch type converter such as a DC-DC converter, a low drop out (LDO) and a charge pump is used. Here, the DC-DC converter is widely used for advantages such as load / line regulation and instant dynamic voltage change, but an external inductor and a large chip area are required to increase the area and cost loss of the PCB mode.

반면, 전하펌프는 별도의 인덕터가 필요없고, 안정도가 높아 칩 내의 하위 시스템에 전력을 공급할 경우 매우 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 전하펌프는 DRAM, 디스플레이 구동 드라이버 등 비교적 높은 전압이 필요한 곳에 사용된다. On the other hand, charge pumps do not require a separate inductor and have high stability, which can be very useful when powering subsystems in a chip. Such charge pumps are used in places where relatively high voltages are required, such as DRAM and display driving drivers.

도 1은 종래의 전하펌프회로를 도시한다.1 shows a conventional charge pump circuit.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 전하펌프회로(이하, “전하 펌프”라 함)(10)는 서로 상반된 위상을 갖는 제 1 클럭(CLK1) 및 제 2 클럭(CLK2)에 의해 구동되는 스위치부(12), 출력 캐패시터(18) 및 부하(20)를 포함한다. 전하펌프(10)는 입력받은 직류 전압을 부하(20)가 필요로 하는 만큼의 상승된 직류 전압으로 변환하며, 출력 전압단에 연결된 부하(20)는 전하펌프(10)로부터 전압과 전류를 공급받는다. 이러한 전하펌프(10)는 복수개의 스위치를 사용하여 캐패시터의 충전 및 방전을 통하여 상승된 직류 전압을 얻을 수 있다.As shown in FIG. 1, a conventional charge pump circuit (hereinafter referred to as a “charge pump”) 10 is a switch driven by a first clock CLK1 and a second clock CLK2 having phases opposite to each other. The unit 12 includes an output capacitor 18 and a load 20. The charge pump 10 converts the input DC voltage into an elevated DC voltage as required by the load 20, and the load 20 connected to the output voltage terminal supplies voltage and current from the charge pump 10. Receive. The charge pump 10 may obtain an elevated DC voltage through charging and discharging of a capacitor using a plurality of switches.

즉, 전하펌프(10)의 스위치부(12)는 입력 단자(14, 16)에 의해 교대로 반복해가며 입력되는 제 1 클럭(CLK1) 및 제 2 클럭(CLK2) 신호를 이용하여 스위치를 열거나 닫음으로써 특정 노드의 전하를 출력 캐패시터(18)에 충전하거나 방전시키고, 이를 통해 상승된 직류 전압을 얻을 수 있다.That is, the switch unit 12 of the charge pump 10 enumerates the switches using the first clock signal CLK1 and the second clock signal CLK2 which are alternately repeated by the input terminals 14 and 16. By closing it, the charge of the specific node is charged or discharged to the output capacitor 18, and thus, an elevated DC voltage can be obtained.

그러나, 상술한 종래의 전하펌프(10)는 출력전압의 리플이 크고 부하 전류의 범위가 작으며, 설계 후에는 출력전압을 바꾸기 힘든 문제점이 있다. 그리고, 구동 클럭의 폭이 항상 고정되어 있기 때문에 출력전압 리플이나 회로구동시간을 줄이는 데에 한계가 있다.However, the above-described conventional charge pump 10 has a large ripple of the output voltage and a small range of the load current, and it is difficult to change the output voltage after design. In addition, since the width of the driving clock is always fixed, there is a limit in reducing the output voltage ripple or the circuit driving time.

본 발명의 일 실시예는 펄스폭 변조된 제어신호를 통해 출력전압 리플 및 회로구동시간을 줄이고 효과적으로 출력전압을 상승시킬 수 있는 전하펌프회로를 제공하는 데에 그 목적이 있다.One embodiment of the present invention is to provide a charge pump circuit that can reduce the output voltage ripple and circuit driving time and effectively increase the output voltage through a pulse width modulated control signal.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전하펌프회로는 제어신호에 따라 입력전압을 펌핑시켜 출력전압을 생성하는 전압 펌핑부 및 기준전압과 출력전압의 차이를 기초로 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함하되, 제어신호 생성부는 출력전압의 레벨에 따라 펄스폭 변조된 제어신호를 생성하고, 전압 펌핑부의 펌핑 구간은 펄스폭 변조된 제어신호에 따라 가변된다.As a technical means for achieving the above technical problem, the charge pump circuit according to an embodiment of the present invention is a voltage pumping unit for generating an output voltage by pumping the input voltage according to the control signal and the difference between the reference voltage and the output voltage And a control signal generator for generating a control signal on the basis of the control signal generator, wherein the control signal generator generates a pulse width modulated control signal according to the level of the output voltage, and the pumping section of the voltage pumping part is varied according to the pulse width modulated control signal. .

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 펄스폭 변조된 제어신호를 통해 출력전압 리플 및 회로구동시간을 줄이고 효과적으로 출력전압을 상승시킬 수 있다.According to any one of the problem solving means of the present invention described above, it is possible to reduce the output voltage ripple and the circuit driving time and effectively increase the output voltage through the pulse width modulated control signal.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 고부하에서 출력전압이 감소할 경우 이를 감지하여 펄스폭 변조를 수행하고, 이를 통해 출력전압을 상승시킴으로써 넓은 부하 범위를 가질 수 있도록 한다.In addition, according to any one of the above-described means for solving the problem of the present invention, when the output voltage is reduced at high load to detect the pulse width modulation, thereby increasing the output voltage to have a wide load range.

도 1은 종래의 전하펌프회로를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하펌프회로를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하펌프의 펄스폭 변조된 제어신호를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록킹 구간 및 펌핑 구간 동안 충방전되는 커패시터의 동작을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구동 시작시 및 정상상태에서의 펄스폭 변조된 제어신호의 상태를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구동 시작시부터 과도응답을 지나서 정상상태에 도달할 때까지의 펄스폭 변조된 제어신호를 도시한다.
1 shows a conventional charge pump circuit.
2 shows a charge pump circuit according to an embodiment of the present invention.
3 illustrates a pulse width modulated control signal of a charge pump according to an embodiment of the present invention.
4 illustrates an operation of a capacitor charged and discharged during a blocking period and a pumping period according to an embodiment of the present invention.
5 illustrates a state of a pulse width modulated control signal at the start of circuit driving and in a steady state according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates a pulse width modulated control signal from the start of circuit driving until reaching a steady state after a transient response according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it includes not only "directly connected" but also "electrically connected" with another part in between . Also, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하펌프회로를 도시한다.2 shows a charge pump circuit according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전하펌프회로(이하, “전하 펌프”라 함)(100)는 제어신호 생성부(110), 전압 펌핑부(120), 제 3 커패시터(108) 및 부하(109)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the charge pump circuit (hereinafter, referred to as “charge pump”) 100 of the present invention includes a control signal generator 110, a voltage pumper 120, a third capacitor 108, and Load 109.

먼저, 본 발명의 전하펌프(100)의 각 구성요소에 대해서 설명하면, 전압 펌핑부(120)는 제어신호에 따라 입력전압을 펌핑시켜 출력전압을 생성한다. 전압 펌핑부(120)는 제 1 스위치(101), 제 2 스위치(102) 및 제 3 스위치(103)를 포함한다. 여기서, 입력전압을 전달하는 제 1 스위치(101) 및 제 2 스위치(102)는 다이오드 결합된 PMOS 트랜지스터일 수 있다. First, each component of the charge pump 100 of the present invention will be described, the voltage pumping unit 120 pumps an input voltage according to a control signal to generate an output voltage. The voltage pumping unit 120 includes a first switch 101, a second switch 102, and a third switch 103. Here, the first switch 101 and the second switch 102 for transmitting the input voltage may be diode coupled PMOS transistors.

또한, 제 3 스위치(103)는 일단이 제 2 스위치(102)의 게이트에 접속되고, 타단이 출력단에 접속되고, 게이트가 하기 제 1 커패시터(104)와 제 1 스위치(101)의 접속노드에 접속된 PMOS 트랜지스터일 수 있다. 이러한, 제 3 스위치(103)는 제 1 커패시터(104)와 제 1 스위치(101)의 접속노드(이하, “제 1 노드”라 함)(a’)에 인가되는 전압에 따라 하기 제 2 커패시터(105)와 제 2 스위치(102)의 접속노드(이하, “제 2 노드”라 함)(b’)에 인가되는 전압을 출력전압으로서 전달한다.In addition, one end of the third switch 103 is connected to the gate of the second switch 102, the other end thereof is connected to the output terminal, and the gate is connected to the connection node of the first capacitor 104 and the first switch 101 described below. It may be a connected PMOS transistor. The third switch 103 is a second capacitor according to the voltage applied to the connection node (hereinafter referred to as “first node”) a 'of the first capacitor 104 and the first switch 101. The voltage applied to the connection node (hereinafter referred to as "second node") b 'between the 105 and the second switch 102 is transmitted as an output voltage.

또한, 전압 펌핑부(120)는 제 1 스위치(101)에 일단이 접속되고 후술될 인버터(114)의 출력에 의하여 충방전이 제어되는 제 1 커패시터(104)와, 제 2 스위치(102)에 일단이 연결되고 후술될 NOR 처리부(113)의 출력에 의하여 충방전이 제어되는 제 2 커패시터(105)를 포함할 수 있다. In addition, the voltage pumping unit 120 is connected to the first capacitor 104 and the second switch 102, one end of which is connected to the first switch 101 and whose charge / discharge is controlled by the output of the inverter 114 to be described later. One end may include a second capacitor 105 which is connected and controlled by the output of the NOR processing unit 113 to be described later.

이러한 전압 펌핑부(120)는 2개의 전하펌프를 포함하는 구성 형태로서, 제 1 전하펌프는 제 1 스위치(101) 및 제 1 커패시터(104)를 포함하고, 제 2 전하펌프는 제 2 스위치(102) 및 제 2 커패시터(105)를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 전하펌프 및 제 2 전하펌프는 각각 버퍼(106, 107)를 포함하는 형태일 수 있다.The voltage pumping unit 120 includes two charge pumps, and the first charge pump includes a first switch 101 and a first capacitor 104, and the second charge pump includes a second switch ( 102 and the second capacitor 105. In addition, the first charge pump and the second charge pump may be in the form including a buffer (106, 107), respectively.

제어신호 생성부(110)는 기준전압과 출력전압의 차이를 기초로 제어신호를 생성한다. 이때, 제어신호 생성부(110)는 출력전압의 레벨에 따라 펄스폭 변조된 제어신호를 생성하고, 전압 펌핑부(120)의 펌핑 구간은 펄스폭 변조된 제어신호에 따라 가변된다.The control signal generator 110 generates a control signal based on the difference between the reference voltage and the output voltage. At this time, the control signal generator 110 generates a control signal pulse-modulated according to the level of the output voltage, the pumping section of the voltage pumping unit 120 is variable according to the pulse-width modulated control signal.

보다 상세히 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제어신호 생성부(110)는 기준전압(Vref)과 피드백된 출력전압(Vfb)의 차이를 비교하여 제 1 신호(Vc)로 출력하는 제 1 비교부(111) 및 출력된 제 1 신호(Vc)와 램프신호(Vramp)의 차이를 비교하여 제 2 신호(Vp)로 출력하는 제 2 비교부(112)를 포함한다.In more detail, as shown in FIG. 2, the control signal generator 110 compares the difference between the reference voltage Vref and the fed back output voltage Vfb and outputs the first signal Vc as a first signal. Comparing unit 111 and a second comparison unit 112 for comparing the difference between the output first signal (Vc) and the ramp signal (Vramp) and outputs the second signal (Vp).

또한, 제어신호 생성부(110)는 출력된 제 2 신호(Vp)와 클럭신호(CLK)를 NOR 신호 처리하여 제 3 신호(Vnor)로 출력하는 NOR 처리부(113) 및 출력된 제 3 신호(Vnor)를 인버팅하여 제어신호로 출력하는 인터버(114)를 포함한다. 이때, NOR 처리부(113) 및 인터버(114)의 회로 구성은 기준전압보다 피드백된 출력전압이 매우 낮거나 높아서 기준전압과 피드백된 출력전압의 차이가 접지전압이나 VDD가 될 경우, 램프신호와의 비교가 정상적으로 이루어지지 않아 펄스폭 변조가 제대로 생성되지 않을 수 있는 회로 동작상의 문제점을 방지할 수 있다.In addition, the control signal generator 110 processes the NOR signal from the output second signal Vp and the clock signal CLK and outputs the NOR processor 113 and the output third signal VOR as a third signal Vnor. An inverter 114 for inverting the Vnor and outputting it as a control signal. At this time, the circuit configuration of the NOR processing unit 113 and the inverter 114 has a very low or high output voltage fed back than the reference voltage so that the difference between the reference voltage and the fed back output voltage becomes the ground voltage or VDD, It is possible to prevent the problem of the circuit operation, in which the comparison of the circuit is not performed normally and the pulse width modulation may not be generated properly.

다음으로, 상술한 내용을 기초로 본 발명의 전하펌프(100)의 동작에 대해서 설명하면, 최초 전하펌프(100) 회로에 전원이 공급되면, 제 1 스위치(101) 및 제 2 스위치(102)는 닫혀서 전류를 흘려 제 1 커패시터(104) 및 제 2 커패시터(105)를 충전하게 된다. 여기서, 제 1 스위치(101) 및 제 2 스위치(102)는 상술한 바와 같이 다이오드로 연결된 구조일 수 있으며, 이 경우, 전하펌프(100) 회로에 전원이 공급되면 닫힌 상태가 되어 전류를 흘려 보내게 된다. 이때, 제어신호 생성부(110)와 전압 펌핑부(120)를 연결하는 각각의 제 1 노드(a’) 및 제 2 노드(b’)의 전압은 입력전압(VDD)에 가까운 직류 전압을 나타낸다.Next, a description will be given of the operation of the charge pump 100 of the present invention based on the above-described information, when the power is supplied to the circuit of the first charge pump 100, the first switch 101 and the second switch 102 Is closed to flow a current to charge the first capacitor 104 and the second capacitor 105. Here, the first switch 101 and the second switch 102 may have a structure connected by a diode as described above. In this case, when power is supplied to the charge pump 100 circuit, the first switch 101 and the second switch 102 are closed to send a current. It becomes. At this time, the voltages of the first node a 'and the second node b' connecting the control signal generator 110 and the voltage pumping unit 120 represent a DC voltage close to the input voltage VDD. .

다음으로, 회로 구동시에는 출력 전압이 0(zero)에 가까우므로, 출력전압을 상승시키기 위해 제어신호의 펄스폭이 최대화된다. 이때, 펄스폭 변조된 제어신호가 각각의 버퍼(106, 107)를 거쳐 제 1 노드(a’) 및 제 2 노드(b’)의 전압을 제어신호의 최대 크기만큼 상승시키게 된다. 즉, 제 1 노드(a’) 및 제 2 노드(b’)의 전압은 2VDD 만큼 상승하게 되고 가장 높은 전압의 노드가 된다. 이때, 제어신호에 따라 제 3 스위치(103)가 닫히면 출력단의 제 3 커패시터(108) 및 부하(109)로 전류가 흐르게 되어 출력전압을 상승시키게 된다.Next, when the circuit is driven, the output voltage is close to zero, so the pulse width of the control signal is maximized to increase the output voltage. At this time, the pulse width modulated control signal raises the voltages of the first node a 'and the second node b' by the maximum magnitude of the control signal through the buffers 106 and 107. That is, the voltages of the first node a 'and the second node b' rise by 2VDD and become nodes of the highest voltage. At this time, when the third switch 103 is closed according to the control signal, current flows to the third capacitor 108 and the load 109 of the output terminal, thereby increasing the output voltage.

또한, 출력전압이 상승하면서 피드백된 출력전압이 제어신호 생성부(110)에 전달되고 기준전압과 출력전압의 차이를 기초로 펄스폭 변조된 제어신호가 생성된다. 이때, 출력전압의 레벨에 따라 펄스폭 변조된 제어신호가 생성되며, 이후, 상승된 출력전압이 정상상태가 되면 제어신호의 펄스폭이 고정된다. In addition, as the output voltage rises, the fed back output voltage is transmitted to the control signal generator 110 and a pulse width modulated control signal is generated based on the difference between the reference voltage and the output voltage. At this time, a pulse width modulated control signal is generated according to the level of the output voltage. After that, when the elevated output voltage reaches a steady state, the pulse width of the control signal is fixed.

이와 같이, 출력전압이 기존의 전하펌프의 단수에 의해 정해지는 것이 아니라 기준전압과 피드백된 출력전압의 차이를 기초로 정해지므로, 출력전압의 변화가 용이하다. 또한, 고부하에서 출력전압이 감소하는 것을 감지하여 펄스폭 변조를 수행함으로써 넓은 부하 범위를 가질 수 있다. 그리고, 제어신호 생성부(110) 및 전압 펌핑부(120)를 통해 출력전압의 상승을 조절하므로, 별도의 보상 회로가 필요하지 않고, 보다 안정성이 보장된 운영이 가능하다. 이하, 도 3을 통해 본 발명의 펄스폭 변조된 제어신호에 대해서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In this way, the output voltage is not determined by the number of stages of the existing charge pump, but is determined based on the difference between the reference voltage and the fed back output voltage, so that the output voltage can be easily changed. In addition, by detecting the decrease in the output voltage at a high load it can have a wide load range by performing a pulse width modulation. In addition, since the control signal generator 110 and the voltage pumping unit 120 adjust the rise of the output voltage, a separate compensation circuit is not required and more stable operation is possible. Hereinafter, the pulse width modulated control signal of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하펌프의 펄스폭 변조된 제어신호를 도시한다.3 illustrates a pulse width modulated control signal of a charge pump according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 상술한 제어신호 생성부(110)의 제 1 비교부(111)는 기준전압과 출력전압의 차이를 비교하여 제 1 신호(131)를 출력한다. 그리고, 제 2 비교부(112)는 출력된 제 1 신호(131)와 램프신호(132)의 차이를 비교하여 제 2 신호(133)를 출력한다. As illustrated in FIG. 3, the first comparator 111 of the control signal generator 110 described above compares the difference between the reference voltage and the output voltage and outputs the first signal 131. The second comparison unit 112 outputs the second signal 133 by comparing the difference between the output first signal 131 and the ramp signal 132.

또한, NOR 처리부(113)는 제 2 신호(133)와 클럭신호(134)를 NOR 신호 처리하여 제 3 신호(135)로 출력한다. 이때, 인터버(114)는 제 3 신호(135)를 인버팅하여 제어신호로서 제 1 노드(a’)를 통해 전압 펌핑부(120)로 전달한다. In addition, the NOR processing unit 113 processes the second signal 133 and the clock signal 134 by NOR signal and outputs the NOR signal as the third signal 135. In this case, the inverter 114 inverts the third signal 135 and transmits the third signal 135 to the voltage pumping unit 120 through the first node a 'as a control signal.

이러한 펄스폭 변조된 제어신호를 통해 블록킹 구간 및 펌핑 구간 동안 커패시터가 충방전되며, 이하 도 4를 통해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.The capacitor is charged and discharged during the blocking period and the pumping period through the pulse width modulated control signal, which will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 블록킹 구간 및 펌핑 구간 동안 충방전되는 커패시터의 동작을 도시한다.4 illustrates an operation of a capacitor charged and discharged during a blocking period and a pumping period according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 전하펌프(100)는 제어신호의 블록킹 구간(Blocking Period) 동안 제 3 스위치(103)를 턴오프시켜, 제 2 커패시터(105)에 입력전압을 충전한다. 이때, 제 3 스위치(103)에 연결된 제 3 커패시터(108)에 충전된 전압이 출력전압으로 전달될 수 있다.As shown in FIG. 4A, the charge pump 100 turns off the third switch 103 during the blocking period of the control signal to charge the input voltage to the second capacitor 105. do. In this case, the voltage charged in the third capacitor 108 connected to the third switch 103 may be transferred as an output voltage.

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 전하펌프(100)는 제어신호의 펌핑 구간(Pumping Period) 동안 제 3 스위치(103)를 턴온시켜, 제 2 커패시터(105)에 충전된 전압을 출력전압으로 전달한다. 이와 같은 과정을 통해 출력전압(Vout)이 상승하게 되며, 하기 도 5를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.As shown in FIG. 4B, the charge pump 100 turns on the third switch 103 during the pumping period of the control signal to output the voltage charged in the second capacitor 105. Transmit by voltage. Through this process, the output voltage Vout is increased, which will be described in more detail with reference to FIG. 5.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구동 시작시 및 정상상태에서의 펄스폭 변조된 제어신호의 상태를 도시한다.5 illustrates a state of a pulse width modulated control signal at the start of circuit driving and in a steady state according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 펄스폭 변조된 제어신호(502)의 블록킹 구간(Blocking Period) 및 펌핑 구간(Pumping Period)을 교대로 반복하면서 출력전압(504)을 상승시킨다. 여기서, 펌핑 구간의 폭은 최대값(MAX)을 갖고, 블록킹 구간의 폭은 최소값(MIN)을 갖는다.As shown in FIG. 5A, the output voltage 504 is increased while alternately repeating a blocking period and a pumping period of the pulse width modulated control signal 502. Here, the width of the pumping section has a maximum value MAX, and the width of the blocking section has a minimum value MIN.

도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 상승된 출력전압(504)이 정상상태가 되면 제어신호(502)의 펄스폭이 일정한 폭으로 고정된다. 여기서, 블록킹 구간의 폭은 최대값(MAX)을 갖고, 펌핑 구간의 폭은 최소값(MIN)을 갖는다.As shown in (b) of FIG. 5, when the raised output voltage 504 becomes steady state, the pulse width of the control signal 502 is fixed to a constant width. Here, the width of the blocking section has a maximum value MAX, and the width of the pumping section has a minimum value MIN.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구동 시작시부터 과도응답을 지나서 정상상태에 도달할 때까지의 펄스폭 변조된 제어신호를 도시한다.FIG. 6 illustrates a pulse width modulated control signal from the start of circuit driving until reaching a steady state after a transient response according to an embodiment of the present invention.

도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 회로 구동 초기(506), 과도기(508) 및 정상상태(510)에 도달하기까지 펄스폭 변조된 제어신호(502)의 상태가 변하고 있음을 알 수 있다. 여기서, 상술한 바와 같이 펄스폭 변조된 제어신호(502)의 블록킹 구간 및 펌핑 구간이 교대로 반복되면서 출력전압(504)을 상승시킨다.As shown in (a) and (b) of FIG. 6, the state of the pulse width modulated control signal 502 is changed until the circuit driving initial stage 506, the transient stage 508, and the steady state 510 are reached. It can be seen that. Here, as described above, the blocking period and the pumping period of the pulse width modulated control signal 502 are alternately repeated to increase the output voltage 504.

그리고, 상승된 출력전압(504)이 정상상태(510)가 되면 제어신호(502)의 펄스폭이 일정한 폭으로 고정됨을 알 수 있다. 이때, 제어신호 생성부(110)에는 피드백된 출력전압(512)가 전달되고, 기준전압(514)과 피드백된 출력전압(512)의 차이를 기초로 펄스폭 변조된 제어신호가 생성된다.When the elevated output voltage 504 becomes the steady state 510, it can be seen that the pulse width of the control signal 502 is fixed to a constant width. In this case, the feedback signal output voltage 512 is transmitted to the control signal generator 110, and a pulse width modulated control signal is generated based on the difference between the reference voltage 514 and the feedback output voltage 512.

이와 같이, 펄스폭 변조된 제어신호를 통해 출력전압 리플 및 회로구동시간을 줄이고 효과적으로 출력전압을 상승시킬 수 있게 된다. 또한, 고부하에서 출력전압이 감소할 경우 이를 감지하여 펄스폭 변조를 수행하고, 이를 통해 출력전압을 상승시킴으로써 넓은 부하 범위를 가질 수 있게 된다.As such, the output voltage ripple and circuit driving time can be reduced and the output voltage can be effectively increased through the pulse width modulated control signal. In addition, when the output voltage decreases under high load, pulse width modulation is sensed and the output voltage is increased to thereby have a wide load range.

한편, 도 2에서 도시된 각각의 구성요소는 일종의 '모듈'로 구성될 수 있다. 상기 '모듈'은 소프트웨어 또는 Field Programmable Gate Array(FPGA) 또는 주문형 반도체(ASIC, Application Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, 모듈은 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 모듈은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 모듈은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 실행시키도록 구성될 수도 있다. 구성요소들과 모듈들에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 모듈들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 모듈들로 더 분리될 수 있다.On the other hand, each component shown in Figure 2 may be composed of a kind of 'module'. The term 'module' refers to a hardware component such as software or a Field Programmable Gate Array (FPGA) or an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), and the module performs certain roles. However, a module is not limited to software or hardware. A module may be configured to reside on an addressable storage medium and may be configured to execute one or more processors. The functionality provided by the components and modules may be combined into a smaller number of components and modules or further separated into additional components and modules.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

101~103: 스위치 104: 제 1 커패시터
105: 제 2 커패시터 106, 107: 버퍼
108: 제 3 커패시터 109: 부하
110: 제어신호 생성부 111: 제 1 비교부
112: 제 2 비교부 113: NOR 처리부
114: 인버터 120: 전압 펌핑부
101-103: switch 104: first capacitor
105: second capacitor 106, 107: buffer
108: third capacitor 109: load
110: control signal generator 111: first comparator
112: second comparison unit 113: NOR processing unit
114: inverter 120: voltage pumping unit

Claims (7)

전하펌프회로에 있어서,
제어신호에 따라 입력전압을 펌핑시켜 출력전압을 생성하는 전압 펌핑부 및
기준전압과 상기 출력전압의 차이를 기초로 상기 제어신호를 생성하는 제어신호 생성부를 포함하되,
상기 제어신호 생성부는 상기 출력전압의 레벨에 따라 펄스폭 변조된 제어신호를 생성하고,
상기 전압 펌핑부의 펌핑 구간은 상기 펄스폭 변조된 제어신호에 따라 가변되는 것인 전하펌프회로.
In the charge pump circuit,
A voltage pumping unit for generating an output voltage by pumping an input voltage according to a control signal;
A control signal generator for generating the control signal based on the difference between the reference voltage and the output voltage,
The control signal generator generates a pulse width modulated control signal according to the level of the output voltage,
The pumping section of the voltage pumping unit is variable according to the pulse width modulated control signal.
제 1 항에 있어서,
상기 제어신호 생성부는
상기 기준전압과 출력전압의 차이를 비교하여 제 1 신호로 출력하는 제 1 비교부,
상기 출력된 제 1 신호와 램프신호의 차이를 비교하여 제 2 신호로 출력하는 제 2 비교부,
상기 출력된 제 2 신호와 클럭신호를 NOR 신호 처리하여 제 3 신호로 출력하는 NOR 처리부 및
상기 출력된 제 3 신호를 인버팅하여 상기 제어신호로 출력하는 인버터를 포함하는 전하펌프회로.
The method of claim 1,
The control signal generator
A first comparing unit comparing the difference between the reference voltage and the output voltage and outputting the first signal;
A second comparison unit comparing the difference between the output first signal and the ramp signal and outputting the second signal as a second signal;
A NOR processor which processes the output second signal and the clock signal by NOR signal and outputs the result as a third signal;
And an inverter for inverting the output third signal to output the control signal.
제 2 항에 있어서,
상기 전압 펌핑부는
상기 입력전압을 전달하는 제 1 스위치와 제 2 스위치,
상기 제 1 스위치에 일단이 접속되고, 상기 인버터의 출력에 의하여 충방전이 제어되는 제 1 커패시터,
상기 제 2 스위치에 일단이 접속되고, 상기 NOR 처리부의 출력에 의하여 충방전이 제어되는 제 2 커패시터 및
상기 제 1 커패시터와 제 1 스위치의 접속노드에 인가되는 전압에 따라 상기 제 2 커패시터와 제 2 스위치의 접속노드에 인가되는 전압을 출력전압으로 전달하는 제 3 스위치를 포함하는 전하펌프회로.
The method of claim 2,
The voltage pumping unit
A first switch and a second switch transferring the input voltage;
A first capacitor having one end connected to the first switch and having charge and discharge controlled by an output of the inverter;
A second capacitor having one end connected to the second switch and having charge / discharge controlled by an output of the NOR processor;
And a third switch transferring the voltage applied to the connection node of the second capacitor and the second switch as an output voltage according to the voltage applied to the connection node of the first capacitor and the first switch.
제 3 항에 있어서,
상기 전압 펌핑부는
상기 제어신호의 블록킹 구간 동안 상기 제 3 스위치를 턴오프시켜 상기 제 2 커패시터에 전압을 충전하는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로.
The method of claim 3, wherein
The voltage pumping unit
And the third switch is turned off during the blocking period of the control signal to charge a voltage to the second capacitor.
제 3 항에 있어서,
상기 전압 펌핑부는
상기 제어신호의 펌핑 구간 동안 제 3 스위치를 턴온시켜 상기 제 2 커패시터에 충전된 전압을 출력전압으로 전달하는 것을 특징으로 하는 전하펌프회로.
The method of claim 3, wherein
The voltage pumping unit
And a third switch turned on during the pumping period of the control signal to transfer a voltage charged in the second capacitor as an output voltage.
제 3 항에 있어서,
상기 제 1 스위치 및 제 2 스위치는 다이오드 결합된 PMOS 트랜지스터인 것인 전하펌프회로.
The method of claim 3, wherein
And the first switch and the second switch are diode coupled PMOS transistors.
제 3 항에 있어서,
상기 제 3 스위치는 일단이 상기 제 2 스위치의 게이트에 접속되고, 타단이 출력단에 접속되며, 게이트가 상기 제 1 커패시터와 제 1 스위치의 접속노드에 접속된 PMOS 트랜지스터인 전하펌프회로.
The method of claim 3, wherein
And the third switch is a PMOS transistor having one end connected to a gate of the second switch, the other end connected to an output terminal, and a gate connected to a connection node of the first capacitor and the first switch.
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4040575B2 (en) * 2003-12-19 2008-01-30 三菱電機株式会社 Voltage generation circuit
JP2006050778A (en) * 2004-08-04 2006-02-16 Sanyo Electric Co Ltd Charge pump circuit
KR20100088920A (en) * 2009-02-02 2010-08-11 주식회사 하이닉스반도체 Internal voltage generating circuit of semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3103581A1 (en) * 2019-11-22 2021-05-28 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Charge pump
US11271478B2 (en) 2019-11-22 2022-03-08 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Charge pump

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