TW490930B - Charging pump circuit - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490930 A7 -- - B7 五、發明說明（i ) [發明領域] 本發明係關於一種使用於電源電路等之激勵泵電路 (charge-pump circuit)，尤其關於可將昇壓電路之步級以小 於電源電壓之步級自由調整之同時，亦可以大幅度改善電 路效率之激勵泵電路。 [以往技術] 由狄克遜氏所開發之激勵栗電路（charge-pump circuit) 係將複數段之泵封包（pumping packet)串聯連接，並由各泵 封包之昇壓（voltage fluctuation)作用，產生比LSI晶片之 電源電壓Vdd高的電壓。此種手段例如使用於產生快閃記 憶體（Flash memories)之程式編寫/程式抹除（pr〇gram/erase) 所需之電壓。 此等使用例一般以數十A程度之輸出負載電流作為 對象。此種低負載電流激勵泵電路通常在可將具有耦合電 容器或二極體之功能之MOS FET等整個内裝於LSI之一 點顯得有利。 近年’隨著快閃記憶體（Flash memories)之低電壓化， 已有提案為改善昇壓效率以產生高電壓之激勵泵電路。 另一方面，近年來錄影攝影機、數位照相機、攜帶型 電話機（大哥大）等攜帶型機器相當普及，但是此等攜帶型 機器由於使用液晶顯示而需要高電壓、大電流（數mA)。作 為此種高電壓產生電路，可以使用開關動作調整器 (switching regulator)。 開關動作調整器之原理為對於線圈流通大電流，並利 * 一 * --------訂·-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 312023 490930 A7

2 312023 __B7 __B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（3 二極體DS流出之輪出電流。 其次，在時脈Φ1==Η位準、φ2==;ί 始 1準時，向圖中虛 、、之方向會流通2χ I0ut之電流。藉由 _ , 一黾流交替流通， 可施行各段之昇壓，並由最緣- ^ 並由取終&之一極體D5輸出5賴之 昇壓電壓VH。 假設由最終段之二極體D 5流出之輪φ带+ 肢 ，瓜®〈輸出電流為lout 時，輸入於初段之二極體D1之電流平均成為1〇加。再者， 圖中之實線箭頭，虛線箭頭所示之電流亦平均等於i〇ut。 由此，將激勵泵電路之效率π定義為π =輸出電力/輸入電 力（°/〇)時，該電路之效率可以由下式表示。 ?? -5Vddx Iout/Vddx 5 lout = 100% 亦即，在前述動作條件下，該激勵泵電路之效率為 10 0 % 〇 如前所述，激勵泵電路會有（n+l)x Vdd之昇壓輸出。 但是，η為激勵泵電路之泵段數，Vdd為電源電壓。由此， 例如為Vdd=5V時，η段之激勵泵輸出電壓之理論值vHn 為，n=l 之情況下，VHl=2x Vdd=10V，n = 2 之情況下，VH2=3 X Vdd=15V，n=3 之情況下，以 VH3 = 4x Vdd=20V 之狀態 下，成為Vdd步級之步級電壓。 [欲解決之問題] 在此，例如將激勵泵電路使用為高電壓產生電路之情 況下，為設定於所求之高電壓，可以考慮使用調整器施行 電壓調整。第9圖為設置有調整器之η段激勵泵電路之概 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 3 312023 490930 A7 五、發明說明（） 4 ’ 要電路圖。並且，第9圖中，對於與第8圖相同之構成部 分附加相同符號而省略其重覆之說明。 第9圖中，^^至^^為串聯連接之二極體。並且，由 最終段之二極體Dn輪出之昇壓電壓VHn為由調整器3降 壓而向電流負載2供給。將經過調整器3而獲得之最終輸 出電壓設為Vout，輸出電流設為Iout時，則激勵泵電路之 效率7?可定義為： 輸出電力/輸入電力 -Voutx Iout/(n+l)x Vddx lout = Vout/(n+l)x Vdd 激勵泵段數n大，亦即昇壓比=VHn/Vdd大之情況下， 激勵栗電路大致可以獲得高效率。但是，電源電壓變動範 圍大，Vout/Vdd小之情況下效率會惡化。例如，若激勵栗 段數η以可變控制方式，假設vdd=4V至5.5V，Vout=6 5V。 於疋’在此種假设下，段數n = l成為最適宜值，在V(Jd==4V、 5V、5.5V之各電源電壓下，激勵泵電路之效率々成為以下 所述。 W , * ______.—^--------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Vdd= :4V n= 1 VH=8V η= 81% Vdd= :5V n= 1 VH=10V 65% Vdd= :5.5V n=l VH=11 V η- 59% 如此 ，電源電壓 Vdd上昇時效率π 即惡>ί匕 。在此假設 存在η=0·5時，則可以獲得以下所述之高效率 Vdd=4 V n=l VH=8 V

Vdd=5 V n=0.5 vh=7.5 V 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） η-8ΐ% η-86% 312023 490930

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 )

Vdd=5.5V n-0.5 VH=8.25V η = 79% 此亦即表示，在激勵泵電路中使昇壓電壓以〇 5Vdd 之步級施行。但是，在以往之激勵泵電路，一般均施行Vdd 步級之昇壓’而未有可以施行小於Vdd之電壓步級之昇壓 的激勵果電路之提案。 因此，本發明之目的在於提供一種可以施行小於Vdd 之電壓步級之昇壓，同時亦改善電路之效率β之激勵泵電 路。亦即’本案發明者所提案之激勵泵電路係可獲得理論 輸出電壓之 1.5Vdd、2Vdd、2.5Vdd、3Vdd、···者。再者， 本發明之另一目的在於：藉由擴展此基本之激勵泵電路， 以獲得 1 .SVdd、1 ·75Vdd、2Vdd、2.25Vdd、2.5Vdd、 2·75Vdd、3Vdd、···等更小電壓步級之昇壓電壓。而且， 在於獲得例如為 1.33Vdd、1.66Vdd、2Vdd、2.33Vdd、 2-66Vdd、3Vdd、··.等任意之電壓步級之昇壓電壓。再者， 在於可以獲得同樣之負電壓。本發明之前述以及其他目的 與新穎之特徵可以由本文之記載以及附圖明暸。 [解決問題之手段] 本發明中，說明典型之概要時成為以下所述。 第一激勵栗電路，包括：複數之二極體，為串聯連接； 2個以上之電容器，連接於二極體之連接點；時脈供給裝 置，用以對於電容器供給時脈；以及開關裝置，用以因應 於時脈之電壓位準，使2個以上之電容器對於二極體之連 接點成為串聯或並聯連接；並且由二極體輸出昇壓電壓。 此種構成係形成本發明之基本構成，可以施行小於電 --------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 5 312023 490930 A7

490930 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -—__B7 ---〜____ 五、發明說明（7 ) " -- 並聯連接之方式進行切換，並且由最故I 取、、段之二極體輸出對 於電源電壓之電壓步級加上比電源電壓小之電壓步級的正 值昇壓電壓。 ' 依據此種構成時，可以輸出對於電泥 电錄電壓之電壓步級 加上比電源電壓小之電壓步級的昇壓雷厭 包/繁，而且亦可以改 善電路之效率。 第四激勵泵電路係在第二或第三激勵泵電路中，另又 包括開關控制裝置’用以控制前述開關農置，並且因應於 由該開關控制裝置所輸出之開關控制信號，使前述2個以 上之電容器對於前述初段之二極體與前述次段之二極體之 連接點’切換成經常串聯連接或因應於前述時脈之位準而 串聯或並聯連接。 依據此種構成時，可由1個激勵泵電路達成電源電壓 之電壓步級之昇壓，或比電源電壓小之電壓步級之昇壓， 而可以使昇壓電壓以更高精確度設定之同時，亦可以提昇 電路之效率7?。 第五激勵泵電路係在第二或第三激勵泵電路中，另又 没置調整器’用以調整由最終段之二極體所輪出之昇壓電 壓。 第六激勵泵電路係在第三、第四或第五激勵栗電路 中，又包括：電壓檢測裝置，用以檢測由最終段之二極體 輸出之昇壓電壓；以及激勵泵電路段數控制裝置，用以因 應於前述檢測結果而控制激勵泵電路之段數。 依據此種構成時，藉由因應於昇壓電壓，切換激勵系 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 7 312023 ---------------------訂------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線· 490930 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（) Ο 電路之段數，並調整昇壓電壓，可 』以更為提昇電路之效率 V 。 第七激勵泵電路係在第一、第二、第三、第四、第五 或第六激勵泵電路中，二極體為由將閘極及源極共同連接 之MOS電晶體所構成。依據此種構成時，在製程中 不必要另外製造二極體，因而容易製造。 第八激勵泵電路係在第―、第二、第三、第四、第五 或第六激勵泵電路中，開關裝置為由M〇s電晶體構成。 依據此種構成時，可以使電路元件數減少，而使構造更為 簡單。 ^ [圖式簡單說明] 第1圖⑷及⑻表示本發明第！實施例之激勵泵電路之 概要電路圖。 第2圖表示將切換開關81至83置換為m〇sfet(m〇s 電晶體）之0.5段激勵泵電路之概要電路圖。 第3圖表示第2實施例之激勵泵電路之概要電路圖。 第4圖（a)及（b)表示第3實施例之激勵泵電路之概要電 路圖。 第5圖表示第4實施例之激勵泵電路之概要電路圖。 第6圖表示第5實施例之激勵泵電路之概要電路圖。 第7圖表示第6實施例之激勵泵電路之概要電路圖。 第8圖表示以往例之激勵泵電路（n==4)之概要電路 圖0 --------------------訂---------線 ^_w. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 490930 A7 _ B7 五、發明說明（9 ) 圖。 [符號說明]

Dl，D2，D3，D4，D5，...Dn，Dn+l，D，l，D，2，...D，n，D，n+l 二極體 C1，C2，C3，C4，C1A，C1B，C1C，C1D 電容器 S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11 開關 l，ll，llb，21，31a，31b，41，51a，51b，51c 時脈驅動器 2 電流負載 3 調整器 12,22,52 負載 13,33,42,53串並聯電容器 14 調整器 15 檢測電路 16 激勵泵電路段數控制電路 17 串並聯電容器控制電路 30,40,50 昇壓激勵泵電路 CKl，CK2，CLK，CLKn’CLKn 時脈 Vdd 電源電壓 VH，VHn+l 昇壓電壓 VH1，VH2 連接點電壓 Vout 輪出電壓 lout 輸出電流 Iin 流入電流 Idv 流出電流 Φ 1，Φ 2 ι 時脈 Vref 基準電壓 Μ1，Μ2，Μ3 MOS電晶體 [實施例] 以下，參照第1圖至第7圖說明本發明之第1實施例 至第6實施例。 篱1實施例 第1圖為表示第1實施例之激勵泵電路之概要構成 — — — — — — — — — — — II 1111111 ·11111111 · (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 312023 490930 A7 五、發明說明（ 圖。 在第1圖（a)、（b)中，二極體Dl、D2為串聯連接，於 一極體D1之陽極則供給有電源電壓vdd。二極體D1、〇2 例如可以由將閘極與汲極丼同連接之M〇s電晶體構成。 SI、S2、S3為對於二極體D1、D2之連接點，使電容器 C1A、C1B切換為並聯連接或串聯連接之開關。 此等開關SI、S2、S3例如可以由MOS電晶體構成。 11為對於電容器C1B供給時脈之時脈驅動器。時脈驅動器 11例如為由2段之CMOS反相器（inverter)構成。12為供 給有由二極體D2輸出之昇壓電壓VH之負載。再者， 訂 為二極體D2之輸出節點所具有之電容量。 繼之說明該激勵泵電路之動作如下。 時脈驅動器11之輸入時脈為L位準（clk==l〇w)時，係 圖⑷所示’为別使si成為開路，S2成為閉路， 線 成為開路時，2個電容器C1A、C1B會串聯連接於二極體 D1、D2之連接點。如此，各電容器C1A、cib可由v續 充電。此時，將從電源電M vdd流入於電容器 之電流設為時，對於時脈驅動器u則會流入相 Llin 〇 其次’時脈驅動器U之輸入時脈為Η位準（CLK=High) 時係如第！圖⑻所示’分別使S1成為閉路，S2成為開路， 成為閉路時，2個電容器C1A、C1B會並聯連接於二極 D1、D2之連接點。如此，由於各電容器。以⑽之 _電廢成為Vdd/2，假設時脈藤勤g 1 4 μ , 出為 Vdd 時，則 10 312023 490930 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（n ) 二極體D1、D2之連接點之電壓VH1會昇壓為丨5vdd。再 者’此時由2個電容器C1A、C1B向次段之二極體〇2流 出之電流會成為2x Iin。並且’由時脈驅動器j i也會流出 相同電流Idv=2x Iin。 假設二極體D2所輸出之輸出電流I〇ut為一定值，各 電流全部成為時間平均電流時，則在常態下成為以下所 示。

Iin=Iout/2 V〇Ut=1.5Vdd (但是，將驅動器之電源電壓設為vdd) Idv=Iout/2 (流入於時脈驅動器之電流）

Idv^Iout (由時脈驅動器之電源Vdd流出之電流） 而，V〇Ut為由二極體D2輸出之輸出電壓，為簡單起 見’將二極體Dl、D2之臨限值電壓設為ον。 本實施例之激勵泵電路之要點為，因應於時脈CLK之 位準’反覆將電容器Cl A、C1B並聯連接而充電，串聯連 接而放電藉此以Vdd/2之步級施行昇壓。再者，其重要之 點為，在CLK=L時，由電源電壓Vdd之輸入電流成為 輸出電流lout之1/2。由此，可以將不施行輸出電壓之調 整時之電路之理論效率0設為1〇〇%’而不存在昇壓電壓 成為1.5Vdd時所引起之電力損失。 亦即’輸入電流會成為CLK=H時之I〇ut與CLK=L時 之Iout/2之和。因此成為 β =輸出電力/輸入電力 = (1+0.5 Vout)xIout/Voutx 1.5 I〇ut=l〇〇% --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 χ 297公釐） 11 312023 12490930 A7 B7 12 五、發明說明（ 此種情況下，實質上屮达Λ 買上成為〇·5段激勵泵電路。而且， 電路之理論效率可以成盘 成為100%。製造〇 5Vdd之電壓的 方法也有其他方法。例如去丨 1』如利用電阻分壓之方法。但是，電 阻分壓法無法使電路之效率 千0成為100%，而會帶來電力

損失。相對於此，本發明之t、土 &从# m A 赞73疋方法為係將電容器之連接因應 於時脈C L K之位舉，以右接j* λα 乂替切換為並聯與串聯，因此可以 使電壓損失理論上成為零。 再者，使2個電容器，C1A、C1B不依據時脈clk之 狀態’而以保持串聯之狀態動作⑻成為開路，S2成為閉 路，S3成為開路）時，即具有與以往之激勵泵相同之功能， 由此成為V〇Ut=2Vdd。此種情況下，藉由設置開關控制電 路（圖無表示）’且由該開關控制電路對於開關S1、S2、S3 供給開關控制信號，可將2個電容器C1A、C1B切換成經 常串聯連接或因應於時脈CLK之電壓位準而串聯或並聯 連接。 亦即，本實施例之激勵泵電路可以獲得1 5Vdd或 2 Vdd之輪出電壓v〇ut。換言之可以切換為〇 5段及i段。 再者，假設將〇·5段激勵泵電路一般化時，藉由切換 m個電各器之串聯及並聯，可以獲得vdd+vdd/m之輸出電 壓 Vout。 第2圖係將切換開關S1至S3置換為MOS FET (MOS 電晶體）之〇·5段激勵泵電路。開關Si ' S2、S3分別對應 於MOS電晶體]yn、m2、M3虛線所包圍之部分為串並聯 _ 電容11 U，以下關於該串並聯電容器13以圖中所示之符 本紙張尺度適標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱)~ " --- 312023 --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 A7 ' ' -----_____ 五、發明說明（13 ) 號表示。 1 2實施例 第3圖為表示第2實施例之激勵泵電路之概要電路 圖。該激勵泵電路為（n+〇 5)vdd昇壓激勵泵電路，且因應 於段數n，輸出（n+0.5)Vdd或（n+l)Vdd之昇壓電壓。 在第3圖中，二極體di至Dn+1為串聯連接，於二極 體D1之陽極則供給有電源電壓vdd。二極體di至Dn+i 例如由將閘極與汲極共同連接之M〇S電晶體構成。於二 極體D1、D2之連接點連接有串並聯電容器13，且由時脈 驅動器11a供給有時脈CLK。 再者，於各二極體D2、Dn+1之各連接點連接有電容 器C2至Cn，且由時脈驅動器iib供給有時脈clk2至 CLKn。在此，將時脈CLK、CLK2至CLKn設為交替成為 反相位之時脈。14為調整由二極體Dn+Ι輸出之昇壓電壓 VHn+Ι之調整器。並且，調整器14之輸出〜肘為施加於 負載12。 1 5為檢測昇壓電壓vHn+Ι之檢測電路，由此將檢測 結果輸出於激勵泵電路段數控制電路1 6。檢測電路1 5例 如為比較昇壓電壓VHn+Ι與基準電壓Vref之差動放大 器，且在例如VHn+l>Vref時輸出「H」，VHn+l<Vref時輸 出「L」。 激勵泵電路段數控制電路16為因應於檢測電路15之 輸出’使時脈控制信號向時脈驅動器lib輸出。時脈驅動 器11 b例如由N AND電路構成。再者，1 7為因應於檢測電 --------------------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13 312023 490930 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（14 ) 路15之檢測結果，切換成由串並聯電容器13施行〇 5Vdd 之昇壓，或施行Vdd之昇壓之串並聯電容器控制電路。 激勵泵電路段數控制電路16為因應於檢測電路15之 輸出’控制激勵栗電路之段數。電源係由電池供給，且隨 著電池之消耗，電源電壓Vdd會下降。並且，電源電壓 Vdd之變化會以VHn+Ι之值表現。電源電壓vdd上昇時 VHn+Ι即上昇，電源電壓vdd下降時vHn+Ι亦下降。在 此藉由調整器之作用得以Vout== VHn+1 —獲得所求之 Vout，但在此種情況下為應棄置之電壓，因此期使Δν 成為最小值亦即等於提昇激勵泵電路之效率。電源電壓 Vdd高時，減小激勵泵電路之段數，電源電壓vdd低時， 增大激勵泵電路之段數，由此使AV成為最小值。閉合攜 帶型機器之開關，而使激勵泵電路之動作穩定後，激勵泵 電路段數控制電路16會發生動作而使激勵果電路之段數 成為最適宜值。並且，一直到攜帶型機器之開關開路前， 其所控制之段數不會變化。亦即，每在攜帶型機器之開關 閉路時使激勵泵電路段數控制電路丨6動作。 例如，將第3圖中之時脈CKLn，固定於η位準，由此 使發生二極體功能之M0SFET經常成為閉路。此種情況 等於激勵泵之段數減少丨段之相同效應。減少〇 5段之情 況係如前所述，使初段之泵封包之電容器成為串聯。並聯 而作用。藉由此種紐合，激勵泵段數實質上可調整段、 η-0·5 段、η-1 段、η_ι·5 段、η-2 段、… 最小值之段數。 ‘紙張尺度適用中國國家標準（CNS^Tiir(210 χ 297公f- 亦可將△V設為 14 312023 ml衣--------訂---------線^!^· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7

490930 五、發明說明（15 ) 前述之（n+0.5)Vdd昇壓激勵泵電路為組合第1實施心】 之〇·5段或1段激勵泵電路與n段激勵泵電路 ^叩战，其昇 壓電壓VHn+Ι成為（n+(K5)Vdd或（n+l)Vdd。再者 ’藉由檢 測電路1 5、激勵泵電路段數控制電路丨6之動作 句1卜，可以改 變η段激勵泵電路之段數。因應於此，可以使昇壓電壓 VHn+1成為可變值。例如，藉由激勵泵電路段數控制電 16所產生之時脈控制信號使時脈cLKn，固定（時脈停止）於 Η位準，且使相當於Dn+1之M〇s電晶體經常成為閉路、 時，激勵段數便成為η-1。 如此，（n+0.5)Vdd昇壓激勵泵電路為以j 5Vdd、 2Vdd、2.5Vdd、3Vdd、…的方式輸出0 5Vdd步級之昇壓 電壓。並且，調整器14係將該昇壓電壓調整於所求之電 壓，由此施加於負載。 第3實施例 第4圖為表示第3實施例之激勵泵電路之概要電路 圖。該激勵泵電路為_〇.5Vdd昇壓激勵泵電路，且係製成 對於接地電壓-0.5Vdd之昇壓電壓。 在第4圖⑷、⑻中，二極體為串聯連接， 於二極體DM、D，2之陰極則供給有接地電壓（〇v)〇二極 體D’1、D，2例如可以由將閘極與沒極共同連接之m〇s電 晶體構成。

SI、S2、S3為對於二極體、D，2之連接點將電 容器C1A、C1B切換為並聯或串聯連接所需之開關。此等 ^ S1'S2、S3與第2圖所示之電路同樣地，可以由M〇S 312023 «衣--------訂---------線 c請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 15 A7

312023 A7 A7

V〇ut=-0.5Vdd (但是，將驅動器之電源電壓設為 五、發明說明（17 )

Vdd) 〇 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -〇.5Vdd昇壓激勵泵電路之輸入電力會成為驅動器之 消耗電力。再者，CK1=H時，二極體D，i之電流ID1為輸 出電流ID2=Iout之1/2。由此，如無輸出電流之調整，其 理論效率會成為100%，且無成為v〇ut=〗5Vdd所導致之 損失。亦即，與第1實施例同樣地，電路之效率”成為下 式所示之100%。 ?? =1.5VoutxI〇ut/Voutxl.5I〇ut = 100% 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 再者，使2個電容器C1A、ciB不因應於時脈CK1、 CK2之狀態，而直接以串聯之狀態動作時（S1成為開路， S2成為閉路’ S3成為開路），會施行與以往之激勵泵相同 之動作，由此成為Vout=_Vdd。此種情況下，藉由設置開 關控制電路（圖無表示），且由該開關控制電路對於開關 S1、S2、S3供給開關控制信號，可將2個電容器ciA、 C1B切換成經常串聯連接，或因應於時脈CK1、CK2之電 壓位準而串聯或並聯連接。 亦即’本實施例之激勵泵電路可以獲得〇.5Vdd或—Vdd 之輸出電壓Vout。換言之，可以施行〇·5段與1段之切換。 再者，將_〇.5Vdd激勵泵電路一般化時，藉由將！!！個 電容器切換為串聯、並聯連接，可以獲得_ vdd/m之輸出電 壓 V〇ut。 鱼~施例 312023 本紙張尺度_中關家標準（CNS)A4規格（210 X 297 公t ) 490930 A7 五、發明說明（M ) 第5圖為表不第4實施例之激勵泵電路之概要電路 圖。該激勵杲電路為_〇.5Vdd步級昇壓激勵果電路，且係 藉由開關SI、S2 ' S3之控制，而輸出兴n-〇 5)vdd或-nVdd 之昇壓電壓。 在第5圖中’二極體〇，1至〇，11+1為串聯連接，於二 極體D’l之陰極則供給有接地電壓（〇v)。二極體至 D n+1為例如可以由將閘極與汲極共同連接之電晶體 構成。 於二極體D，1、D，2之連接點連接第3實施例之串並 聯電谷器，且由時脈驅動器21供給時脈CK1、CK2。並且， 在第5圖中，時脈驅動器21之輸入時脈為ck卜出钟，但 當然亦包括CK2=L〇w之情況。再者，於各二極體d，2至 Dn+Ι之各連接點連接電容器〇至Cn，且由時脈驅動器 21供給時脈CK2至CKn。並且，在第5圖中，以至^ 以及其他時脈驅動器均省略無表示。在此，時脈cki、CK2 至CKn為交替成為反相位之時脈。22為負載，亦即為施 加有由二極體D’n+Ι輸出之昇壓電壓VHn+1之負載。 此種-〇.5Vdd步級昇壓激勵泵電路為組合第3實施例 之0.5段或1段激勵泵電路與^段激勵泵電路者，該昇壓 電壓VHn+Ι成為-(n-0.5)Vdd或-nVdd。再者，盘楚 弟2實施 例同樣地，藉由設置檢測電路、激勵泵電路段數控制電路 即可以使η段激勵泵電路之段數成為可變值。因應於此 即可以使昇壓電壓VHn+1成為可變值。例‘ j π，停止時脈 _ CLKn，使相當於D’n+l之MOS電晶體經常成為閉路時， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------- 8 312023 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線 經 濟 部 智 慧 財 產 局 員 工 消 費 合 作 社 印 製 A7 A7 19 五、發明說明) 則激勵泵段數會成為n+1。 如此，-0.5Vdd步級昇壓激勵泵電路係以_〇 5Vdd、 、-2Vdd、_2 5Vdd、之方式輸出_〇 5Vdd 步級之昇壓電壓。再者’藉由在二極體D，n+1之輸出段設 置圖無表示之調整器，即可以調整該昇壓電壓νΗη+ι於所 求之電壓Voiit，由此施加於負載22。 施例 第6圖為表示第5實施例之激勵泵電路之概要電路 圖。該激勵泵電路為1.25 Vdd昇壓激勵栗電路。在第6圖 (，）（b)中，一極體D1、D2為串聯連接，於二極體〇1之 陽極則供給有電源電壓Vd(^二極體D1、D2為例如可以 由將閘極與汲極共同連接之M〇s電晶體構成⑶至⑽為 對於一極體D卜D2之連接點，使電容器C1AC1B C1C、 C1D切換為並聯或串聯連接之開關。 此等開關Si至S9為例如可以由M〇s電晶體構成。 31為對於電容g C1D供、給時脈 < 時脈驅動器。時脈驅動 器31為例如由2段之CM〇s反相器構成。並且，由二極 體輸出之輸出電壓可向負載（圖無表示）施加。 繼之說明該激勵泵電路之動作如下。 時脈驅動器3!之輸入時脈為L位準（clk=l〇w)時係 如第6圖⑷所示，使S!至s 3成為閉路，s *至s 9成為開 路時 ’4 個電容器 C1A、C1B、Clc、Cii^__: 極體di、D2之連接點。於是’各電容器cia cib cic C1D可由Vdd/4充電。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格⑵G X 297公爱了 312023 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -较--------訂---------

490930 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（2〇 ) 其次，時脈驅動器31之輸入時脈為η位準時 (CLK=High)係如第6圖（b)所示，使S1至S3成為開路， S4至S9成為閉路時，4個電容器ciA、ClB、rir ^ m、cid 對於二極體D1、D2之連接點成為並聯連接。如此，由於 各電容器01人、（：18、（：1(：、〇1〇之電壓為5(1(1/4，因此假 設時脈驅動器11之輸出為vdd時，則二極體D1、D2之^ 接點之電壓可昇壓為L25VM。 第_ 6實施例 第7圖為表示第6實施例之激勵泵電路之概要電路 圖。該激勵泵電路為〇.25Vdd步級土昇壓激勵泵電路。在 第7圖中，30為+〇.25Vdd步級昇壓激勵泵電路，5〇為· 〇.25Vdd步級昇壓激勵泵電路，4〇為+1 25Vdd步級昇壓激 勵粟電路，且其輸出電壓i.MVdd為因應於開關S10' 811 之切換而供給以作為時脈驅動器31b、51b之電源電壓。 + 1.25Vdd步級昇壓激勵泵電路4〇,由於具有與第5實施 例相同之構成在此省略詳細之說明，但是具有時脈驅動器 41以及4個串並聯電容器42,並輸出1 25Vdd之電壓。 + 0.25 Vdd步級昇壓激勵泵電路3〇為以〇 25步級輸出 昇壓電壓 Vout=1.5Vdd、l.TSVdiUVddqaVddd.SVdd、 2.75Vdd、…。另一方面，_0 25Vdd步級昇壓激勵泵電路 50 為輸出-0.5\^(1(1、-\^(1(1、-1.5\^(1(1、-1.75¥(!(!、_2\^(1(1、_ 2WVdd' ·2·75ν(1(!、···。2 個激勵泵電路 30、 5 0為如後所說明分別動作，但亦可以藉由組合該等而構成 正電壓及負電壓之電源。 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 312023 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) --------訂--------- _· 490930 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（21 ) + 0.25 Vdd步級昇壓激勵泵電路30之構成如下所述。 二極體D1至Dn+Ι形成串聯連接，於其初段二極體D1之 陽極則供給有電源電壓Vdd。33(C1)為對於二極體d卜D2 之連接點連接之2個串並聯電容器，C2、C3、…為對於二 極體D2至Dn+Ι之各連接點連接之電容器，32為對於二 極體Dn+Ι之輸出連接之負載。 再者，31a為對於串並聯電容器33供給時脈clk之 時脈驅動器’ 3 lb為對於電容器C2、C3 ···供給時脈CLK 之時脈驅動器。在此，各時脈驅動器31a、3lb之時脈clk 為交替成為反相位之時脈。再者，S10為切換i 25Vdd或 Vdd而供給以作為時脈驅動器31a之電源電壓所需之開 再者，可依需要’與第2實施例同樣地，設置檢測電 路、激勵泵電路段數控制電路、調整器等。 其次，-0.25Vdd步級昇壓激勵泵電路5〇之構成如下 所述。二極體D，1至D，n+1為串聯連接，於其初段二極體 D’l之陽極則供給有接地電壓（ov)。53(^)為對於二極體 D’l、D’2之連接點連接之2個串並聯電容器，c，2、c，3… 為對於二極體D’2至D’n+1之各連接點連接之電容器，S2 為對於二極體D’n+1之輸出連接之負載。 再者，51a為對於串並聯電容器53供給時脈CK之時 脈驅動器，51b為對於電容器C，2供給時脈CK之時脈驅 動器，51c為對於電容器C，3供給時脈ck之時脈驅動器。 在此’各時脈驅動器51a、51b、51c之時脈為交替成為反 私紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐)~Γ；-------- 1 312023 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一SJ11111 線 « 490930 A7 B7 五、發明說明（22 ) (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 相位之時脈。再者，S11為切換1.25Vdd或Vdd而供給以 作為時脈驅動器51b之電源電壓所需之開關。再者，可依 需要，與第2實施例同樣地，設置檢測電路、激勵泵電路 段數控制電路、調整器等。 其次，說明+0.25Vdd步級昇壓激勵泵電路30之動作 如下。在此，關於第1段之泵節點電壓VH1，使開關S10 切換為Vdd側，以於時脈驅動器31a之電源電壓供給Vdd。 如此，泵節點電壓VH1係如第1實施例所說明，在串並聯 電容器33施行串並聯切換動作之情況下成為 Vdd+l/2Vdd=1.5Vdd，串並聯電容器經常以串聯連接狀態 動作之情況下成為Vdd+Vdd=2Vdd。 另一方面，使開關S10切換為1.25 Vdd側，且對於時 脈驅動器31a之電源電壓供給1.25Vdd。如此，在串並聯 電容器33施行串並聯之切換動作之情況下成為 1 ·25 Vdd+1/2 Vdd=l .75 Vdd，串並聯電容器經常以串聯連接 狀態動作之情況下成為1.25Vdd+Vdd=2.25Vdd。 亦即，因應於開關S10反串並聯電容器33之切換， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 可以獲得1.5Vdd、1.75Vdd、2Vdd、2.25Vdd之泵節點電 壓VH1。因此，由於第2段之泵節點電壓係加上Vdd，因 此可以獲得 2.5Vdd、2.7 5Vdd、3Vdd、3.25Vdd。如此，藉 由第2段以下之激勵泵段數η之控制，可以獲得任意之 0.25Vdd步級之昇壓電壓。 其次，關於-〇.25Vdd步級昇壓激勵泵電路50之動作， 情況大約相同’但是僅在連接於第2段之電容器C2之時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 22 312023 刊 0930 A7 B7 五、發明說明（23 ) (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 脈驅動器5 lb之電源電壓使用開關S 11切換之1點不相 同。因為如欲切換第1段之時脈驅動器51a之電源電壓時， 由於該電源電壓會成為1/2，結果便無法獲得（K25Vdd之 電壓步級。 由此，因應於串並聯電容器53之切換，可以獲得 〇.5Vdd或Vdd之第1段之泵節點電壓VH，1，因應於開關 S11 之切換，可以獲得-i.5Vdd、-1.75Vdd、2Vdd、_2.25Vdd 之第2段之泵節點電壓VH，2。如此，藉由控制第3段以後 之激勵泵段數，可以獲得任意之-(K25Vdd步級之昇壓電 壓。 再者，在本實施例之激勵泵電路中，藉由改變串並聯 電容器33、42、53之電容器數，可以獲得任意步級之昇壓 電壓’此亦為本發明之申請專利範圍。例如，串並聯電容 器33、42、53由3個電容器及相對應之切換開關構成時， 可以構成〇.33Vdd步級之激勵泵電路。亦即，此種情況下 之昇壓電壓會成為 1.33 Vdd、1.66 Vdd、2 Vdd、2.33 Vdd、 緩濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2.66Vdd、3Vdd、···、-1.66Vdd、-2Vdd、-2.33Vdd、-2.66Vdd、 -3Vdd··· 〇 [發明效果] 簡單說本發明之效果如下。 第一效果為，藉由因應於時脈之位準使電容器切換為 串聯、並聯連接，可以獲得小於電源電壓vdd之電壓步級 之正值或負值之昇壓電壓，同時可以改善電路之效率β。 第二效果為，藉由與η段激勵泵電路之組合，可以輸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 23 312023 490930 A7 _B7 五、發明說明（24 ) 出對於電源電壓Vdd之電壓步級加上比電源電壓小之電壓 步級之正值或負值之昇壓電壓，而且可以改善電路之效率 V。 第三效果為，藉由具有調整器、電壓檢測裝置、時衝 控制裝置，可以因應於昇壓電壓，切換激勵泵電路之段數， 以調整昇壓電壓，藉此進一層提昇電路之效率。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線 « 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 24 312023

Claims (1)

1. 490930

   第89126170號專利申請案 申請專利範圍修正本 ^ ^_ (9l 年 4 月 22 曰 一種激勵泵電路，其特徵為，包括·· 複數之二極體’為串聯連接； 2個以上之電容器， • ^連接於則述二極體之連接 黑占， 時脈供給裝置，用以斟^ v 乂+ h 用以對於則述電容器供給時脈； 以及開關裝置，用以因岸於前 口應於刖述時脈之電壓位 準，使則述2個以上之電衮哭斟 、 电谷盗對於則逑二極體之連接 點成為串聯或並聯連接； 並且由月il述二極體輸出昇壓電壓。 一種激勵泵電路，其特徵為，包括： 複數之二極體，為串聯連接； 電壓源，用以對於前述初段之二極體供給電源電 壓； 經濟部中央標準局員工福利委員會印制衣 2個以上之電容器，連接於前述初段之二極體與 次段之二極體之連接點； 〃 時脈供給裝置，用以對於前述電容器供給時脈； 以及開關裝置，以在前述時脈為L位準時，使 前述2個以上之電容器對於前述二極體之連接點成 為串聯連接，而前述時脈為Η位準時，使前述2個 以上之電容器對於前述二極體之連接點成為並聯連 接之方式進行切換； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Α4規格（210 X 297公釐） 312023 ο 3 9 Q 4 並且由前述最終段之-榀 • 取仅疋一極體輸出比前述電源電 慶小之電壓步級的正值昇壓電壓。 3/種激勵泵電路，其特徵為，包括： 複數之二極體，為串聯連接； 電壓源’用以對於前述初段 — 今仅 < —極體供給電源電 壓； 鲁 2個以上之第一電容器，連接於前述初段之二極 體與次段之二極體之連接點； 1個以上之第二電容H，連接於前述連接點以外 之其他二極體之連接點； 時脈供給裝置，用以對於前述第一電容器及第二 電谷裔父替供給反相位之時脈； 以及開關裝置，用以因應於對於前述第一電容器 供給之時脈之電壓位準，切換前述2個以上之第一電 容器之連接狀態； 經，濟部中典梯#廣員工福利委員會印製 並且，刖述開關裝置係以對於前述第一電容器供 烚之時脈為L位準時，使前述2個以上之電容器對於 前述初段之二極體與次段之二極體之連接點成為串 聯連接，該時脈為H位準時，使前述2個以上之電容 器對於該連接點成為並聯連接之方式進行切換，·且由 前述最終段之二極體，輸出對於前述電源電壓之電壓 少級加上比前述電源電壓小之電壓步級的正值昇壓 電壓。 4.如申明專利範圍第2項或第3項之激勵泵電路，其 本紙張尺度_巾關家標準（CNS) Α4規格（21〇 χ 297公爱） 2 312023 H3 中，另又包括開關控制裝置，用以控制前述開關裝 置亚且因應於由該開關控制裝置輸出之開關控制信 號使月]述4固以上之電容器對於前述初段之二極體 ，、則述人&之—極體之連接點，切換成為經常串聯連 接或因應於前述味日必+ y 疋時脈之位準而串聯或並聯連接。 5·如申請專利範圍第2項或第3項之激勵泵電路，其 中’另又設置調整器，用以調整由前述最終段之二極 體輸出之昇壓電壓。 6.如申請專利範圍第3項之激勵泵電路，其中，另又包 括： 電壓檢測裝置，用以檢測由前述最終端之：㈣ 輸出之昇壓電壓； 、激勵泵電路段數控制裝置，用以依據前述檢 測結果控制激勵泵電路之段數。 7·如申請專利範圍第1項、第2項、第3項或第6項之 激勵泵電路，其令，前述二極體為由將間極及源極共 同連接之MOS電晶體所構成。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 8. 如申請專利範圍第1項、第2項、第3項或第6項之 激勵栗電路纟中，月ij述開關裝置為由MOS電晶體 構成。 9. 一種激勵泵電路，其特徵為，包括： 複數之一極體’可對於初段之二極體供給接地電 壓，且為串聯連接線； 2個以上之電容器，連接於前述初段之二 本紙張尺財 _ 312023 H3 久^又之一極體之連接點； 時脈驅動裝置，用丨、；# μ 乂 ^ 用以對於則述電容器供給時脈； 以及開關裝置，LV +乂、# 士 _ 直以在刖述時脈為Ή位準時，使 月(|述2個以上之雷交哭姐 义 電谷為對於丽述二極體之連接點成 為争聯連接，而前述時脈為L位準時，使前述2個 以上之電容H對於前述二極體之連接點成為並聯連 接之方式進行切換； 並且，由前述最終段之二極體輸出比對於前述時 脈驅動裔裝置+商、t 衣直供…之電源電壓小之電壓步級的負值 昇壓電壓。 10.一種激勵泵電路，其特徵為，包括： 稷數之二極體，可對於初段之二極體供給接地電 壓，且為串聯連接； 2個以上之第一電容器，連接於前述初段之二極 體與次段之二極體之連接點； 1個以上之第二電容器，連接於前述連接點以外 之其他二極體之連接點； 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 時脈驅動裝置，用以對於前述第—電容器及第二 電谷器交替供給反相位之時脈； 以及開關裝置，用以因應於對於前述第一電容器 供給之時脈之電壓位準，切換前述2個以上之第一電 容器之連接狀態； 並且，前述開關裝置為以對於前述第一電容器供 給之時脈為Η位準時，使前述2個以上之電容器對 312023 本紙張尺度適用中國國家標f^NS) Α4規格（21〇>< 297公^· H3 於前述初段之二極體與次段之二極體之連接點成為 串聯連接，而該時脈為L位準時，使前述2個以上 之電容器對於該連接點成為並聯連接之方式進行切 換， 並且，由前述最終段之二極體輸出比對於前述時 脈驅動裝置供給之電源電壓小的負值電壓。 11.如申明專利範圍第9項或第1〇項之激勵泵電路，其 中另又包括開關控制裝置，用以控制前述開關裝 置，且因應於由該開關控制裝置所輪出之開關控制信 號，使前述2個以上之電容器對於前述初段之二極體 〃人lx之一極體之連接點，切換成經常串聯連接或因 應於前述時脈之位準而串聯或並聯連接。 12·如申請專利範圍第9項或第1〇項之激勵泵電路，其 中’另又設置調整器，用以調整由最終段之二極體輪 出之昇壓電壓。 13·如申請專利範圍第9項或第1〇項之激勵泵電路，其 中，另又包括： 經濟部中央標準局員工福利委員會印制衣 電壓檢測裝置，用以檢測由前述最終段之二極體 輸出之昇壓電壓； 以及激勵泵電路段數控制裝置，用以因應於前述 檢測結果而控制激勵泵電路之段數。 14·如申請專利範圍第9項或第1〇項之激勵泵電路，其 中’前述二極體為由將閘極及源極共同連接之M〇s 電晶體所構成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇x297公釐） 5 312023 490930 H3 15.如申請專利範圍第9項或第10項之激勵泵電路，其 中，前述開關裝置為由MO S電晶體構成。 經濟部中央標準局員工福利委員會印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210 X 297公釐） 6 312023