TWI439840B

TWI439840B - Charge pump

Info

Publication number: TWI439840B
Application number: TW101108476A
Authority: TW
Original assignee: Ili Technology Corp
Priority date: 2012-03-13
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2014-06-01
Also published as: TW201337499A; US20130294123A1

Description

電荷幫浦

本發明是有關於一種電荷幫浦，特別是指一種可節省晶片面積的電荷幫浦。

參閱圖1及圖2，圖1顯示美國專利公告第7,145,382號所揭露一種用於電荷幫浦的升壓器VAC。該升壓器VAC具有第一至第四級升壓電路11~14，該第一級升壓電路11具有二第一電容111、111’，該第二級升壓電路12具有二第二電容121、121’，該第三級升壓電路13具有二第三電容131、131’，該第四級14升壓電路具有二第四電容141、141’。

每一電容111、111’、121、121’、131、131’、141、141’各自具有一第一端及一第二端，且該等第一至第四電容111、121、131、141的該等第一端用以接收一第一時序訊號，其餘的該等第一至第四電容111’、121’、131’、141’的該等第一端用以接收反相於該第一時序訊號的第二時序訊號，且該第一及第二時序訊號是於邏輯0(電位0)與邏輯1(電位VDD)間切換。詳細的電路與操作方式可參考該公告的說明書，故於此不再贅述。

圖2顯示該升壓器VAC的第一至第八節點N1~N8的電壓準位，並可得知該等第一電容111、111’各自的該第一及第二端間的跨壓為VDD，該等第二電容121、121’各自的跨壓為2×VDD，該等第三電容131、131’各自的跨壓為3×VDD，該等第四電容141、141’各自的跨壓為4×VDD。

該種習知的電壓幫浦的缺點就是：該等電容111、111’、121、121’、131、131’、141、141’所需承受的跨壓正比於自身所屬的該升壓電路VAC的級數，而一個電容所需承受的該跨壓越高時，就必須以越多個串聯的子電容組成該能耐高壓的高壓電容，進而增加該電荷幫浦的整體晶片面積。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種可節省晶片面積的電荷幫浦。

於是，本發明電荷幫浦，包含一時序訊號產生器及一升壓器。

該時序訊號產生器用以產生一第一時序訊號，及一反相於該第一時序訊號的第二時序訊號。

該升壓器包括第一至第N升壓電路，每一升壓電路包括一偏壓輸入端、一偏壓輸出端、一具有一第一端及一第二端的第一電容、一具有一第一端及一第二端的第二電容，及一開關模組。

該開關模組電連接於所對應的該偏壓輸入端、該偏壓輸出端、該第一電容的第二端，及該第二電容的第二端，且使該第一、第二電容的第二端分別對應地與該偏壓輸入端、該偏壓輸出端切換成導通，或使該第一、第二電容的第二端分別對應地與該偏壓輸出端、該偏壓輸入端切換成導通。

該第一升壓電路的偏壓輸入端用以接收一輸入偏壓，該第K升壓電路的偏壓輸入端電連接於第(K-1)升壓電路的該偏壓輸出端，2KN，該第N升壓電路的偏壓輸出端用以提供一輸出偏壓，且每一升壓電路將其偏壓輸入端所接收的電壓準位進行升壓且從其偏壓輸出端輸出。

該第一升壓電路的該第一電容的第一端電連接該時序訊號產生器以接收該第一時序訊號，而該第K升壓電路的該第一電容的第一端電連接於第(K-1)升壓電路的該第一電容的該第二端。

該第一升壓電路的該第二電容的第一端電連接該時序訊號產生器以接收該第二時序訊號，而該第K升壓電路的該第二電容的該第一端電連接於第(K-1)升壓電路的該第二電容的第二端。

本發明之第二目的，即在提供一種升壓器。

該升壓器用於一電荷幫浦，該電荷幫浦包含一用以產生一第一時序訊號及一反相於該第一時序訊號的第二時序訊號的時序訊號產生器，該升壓器包含：第一至第N升壓電路。

每一升壓電路包括：一偏壓輸入端、一偏壓輸出端、一第一電容、一第二電容及一開關模組。

該第一電容具有一第一端及一第二端。該第二電容具有一第一端及一第二端。

本發明之功效在於：每一第一及第二電容其第二端相較於第一端的電壓差都保持相同，不因該等升壓電路的數目增加而增加，故每一第一及第二電容都無需以串聯的多個子電容組成，進而節省整體晶片面積。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖3，本發明電荷幫浦之較佳實施例包含一時序訊號產生器SG、一升壓器VAC及一輸出電容Cout。

該時序訊號產生器SG用以產生一第一時脈訊號及一反相於該第一時脈訊號的第二時脈訊號，該時序訊號產生器SG包括一第一反相器INV1及一第二反相器INV2。該第一反相器INV1具有一接收一參考時脈訊號的輸入端，及一輸出該第一時脈訊號的輸出端。該第二反相器INV2具有一電連接該第一反相器INV1的該輸出端的輸入端，及一輸出該第二時脈訊號的輸出端。

該升壓器VAC包括第一至第N升壓電路VAC1~VAC(N)，每一升壓電路VAC1、VAC2~VAC(N)包括一偏壓輸入端I、一偏壓輸出端O、一具有一第一端及一第二端的第一電容C1、一具有一第一端及一第二端的第二電容C2及一開關模組SWM。

該開關模組SWM電連接於所對應的該偏壓輸入端I、該偏壓輸出端O、該第一電容C1的第二端，及該第二電容C2的第二端，且使該第一、第二電容C1、C2的第二端分別對應地與該偏壓輸入端I、該偏壓輸出端O切換成導通，或使該第一、第二電容C1、C2的第二端分別對應地與該偏壓輸出端O、該偏壓輸入端I切換成導通。

參閱圖4，以下為方便說明以N=3來表示第一至第三升壓電路VAC1~VAC3的開關模組SWM，然實際應用時並不以此為限。

每一開關模組SWM包括一第一至第四開關SW1~SW4。

該第一開關SW1具有一電連接於所對應的偏壓輸入端I的第一端、一電連接於所對應的該第一電容C1之第二端的第二端，及一電連接於所對應的該第二電容C2之第二端的控制端，且該控制端受控制使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。

該第二開關SW2具有一電連接於所對應的該第一電容C1之第二端的第一端、一電連接於所對應的偏壓輸出端O的第二端，及一電連接於所對應的該第二電容C2之第二端的控制端，且該控制端受控制使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。

該第三開關SW3，具有一電連接於所對應的偏壓輸入端I的第一端、一電連接於所對應的該第二電容C2之第二端的第二端，及一電連接於所對應的該第一電容C1之第二端的控制端，且該控制端受控制使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。

該第四開關SW4，具有一電連接於所對應的該第二電容C2之第二端的第一端、一電連接於所對應的偏壓輸出端O的第二端，及一電連接於所對應的該第一電容C1之第二端的控制端，且該控制端受控制使其第一及第二端於導通與不導通之間切換。

在本實施例中，該第一及第三開關SW1、SW3是一N型金氧半場效電晶體，且其第一端是源極、其第二端是汲極，其控制端是閘極。該第二及第四開關SW2、SW4是一P型金氧半場效電晶體，且其第一端是汲極、其第二端是源極，其控制端是閘極。

該第一升壓電路VAC1的偏壓輸入端I用以接收一輸入偏壓，該第K升壓電路的偏壓輸入端I電連接於第(K-1)升壓電路的該偏壓輸出端O，2KN，該第N升壓電路的偏壓輸出端O用以提供一輸出偏壓，且每一升壓電路VAC1、VAC2~VAC(N)將其偏壓輸入端I所接收的電壓準位進行升壓且從其偏壓輸出端O輸出。

該第一升壓電路VAC1的該第一電容C1的第一端電連接該時序訊號產生器SG以接收該第一時序訊號，而該第K升壓電路的該第一電容C1的第一端電連接於第(K-1)升壓電路的該第一電容C1的該第二端。

該第一升壓電路VAC1的該第二電容C2的第一端電連接該時序訊號產生器SG以接收該第二時序訊號，而該第K升壓電路的該第二電容C2的該第一端電連接於第(K-1)升壓電路VAC(K-1)的該第二電容C2的第二端。

當該第一時脈訊號為邏輯1而該第二時脈訊號為邏輯0時，每一升壓電路VAC1、VAC2~VAC(N)的開關模組SWM使所對應的該第一電容C1的第二端與該偏壓輸出端O切換為導通，並使該第二電容C2的第二端與該偏壓輸入端I切換為導通。

相反地，當該第一時脈訊號為邏輯0而該第二時脈訊號為邏輯1時，每一升壓電路VAC1、VAC2~VAC(N)的開關模組SWM使所對應的該第一電容C1的第二端與該偏壓輸入端I之間切換為導通，並使該第二電容C2的第二端與該偏壓輸出端O之間切換為導通。

參閱圖4、圖5及圖6，為了更清楚說明該等升壓電路VAC1~VAC(N)對應該第一及第二時序訊號ψ1、ψ2之電壓準位變化的運作方式，圖5及圖6是以開關的型式來示意圖4中的每一P型及N型電晶體，且每一開關SW1~SW4的兩端分別代表汲極與源極，並省略代表閘極的部分及其連接線，且該輸入偏壓為VDD，該第一及第二時序訊號ψ1、ψ2的電壓準位是在邏輯1(電位VDD)或邏輯0(電位0)間切換。

當該第一時序訊號ψ1為VDD且該第二時序訊號ψ2為0時，該第一升壓電路VAC1的該第一電容C1的該第一端的電位為VDD，且該第一電容C1在上一個時間週期已充飽電而使的其第二端相較於第一端具有VDD的跨壓，所以該第一電容C1的該第二端的電位為2VDD=VDD+VDD，該2VDD(>VDD)的電壓施加於該第三及第四開關SW3、SW4的該等控制端，使該第三開關SW3導通且該第四開關SW4不導通，一來自該偏壓輸入端I的電流對該第二電容C2充電，使該第二電容C2的該第二端的電位為VDD，且該VDD(<2VDD)的電壓施加於該第一及第二開關SW1、SW2的該等控制端，使該第一開關SW1不導通且該第二開關SW2導通，該第一升壓電路VAC1的該偏壓輸出端O的電位為該第一電容C1的該第二端的電位2VDD。

接著，該第二升壓電路VAC2的該第一電容C1的該第一端電連接於該第一升壓電路VAC1的該第一電容C1的該第二端而具有2VDD的電位，且該第二升壓電路VAC2的該第一電容C1在上一個時間週期已充飽電而具有VDD的跨壓，所以該第二升壓電路VAC2的該第一電容C1的該第二端的電位為3VDD=2VDD+VDD，該3VDD(>2VDD)的電壓施加於該第三及第四開關SW3、SW4的該等控制端，使該第三開關SW3導通且該第四開關SW4不導通，一來自該偏壓輸入端I的電流對該第二電容C2充電，使該第二電容C2的該第二端的電位為2VDD=VDD+VDD，且該2VDD(<3VDD)的電壓施加於該第一及第二開關SW1、SW2的該等控制端，使該第一開關SW1不導通且該第二開關SW2導通，該第二升壓電路VAC2的該偏壓輸出端O的電位為該第一電容C1的該第二端的電位3VDD。

同理可推該第三升壓電路VAC3的該偏壓輸出端O的電位為該第一電容C1的該第二端的電位4VDD，且由於該升壓器VAC具有對稱的結構，所以也可同理類推該第一時序訊號為邏輯0而該第二時序訊號為邏輯1的情形(見圖₆ )，故於此不再贅述。

綜上所述，該較佳實施例的升壓器VAC的每一第一及第二電容C1、C2的該第二端相較於該第一端的跨壓均不隨著該升壓器VAC所包括的該等升壓電路VAC1~VAC(N)的數目增加而增加，所以該較佳實施例的每一電容C1、C2皆不需採用多個子電容串接而成，而能節省面積，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

VAC．．．升壓器

11．．．第一級升壓電路

12．．．第二級升壓電路

13．．．第三級升壓電路

14．．．第四級升壓電路

111．．．第一電容

111’．．．第一電容

121．．．第二電容

121’．．．第二電容

131．．．第三電容

131’．．．第三電容

141．．．第四電容

141’．．．第四電容

N1~N8．．．第一至第八節點

SG．．．時序訊號產生器

Cout．．．輸出電容

INV1．．．第一反相器

INV2．．．第二反相器

VAC1．．．第一升壓電路

VAC2．．．第二升壓電路

VAC3．．．第三升壓電路

VAC(N)．．．第N升壓電路

SWM．．．開關模組

SW1．．．第一開關

SW2．．．第二開關

SW3．．．第三開關

SW4．．．第四開關

C1．．．第一電容

C2．．．第二電容

I．．．偏壓輸入端

O．．．偏壓輸出端

圖1是一種習知的電荷幫浦的一升壓器的電路圖；

圖2是一示意圖，說明習知的該升壓器的一第一至第八節點的電位；

圖3是一示意圖，說明本發明電荷幫浦的較佳實施例；

圖4是一電路圖，說明該較佳實施例的一升壓器包括第一至第三升壓電路時的實施方式；

圖5是一示意圖，說明該較佳實施例的該第一至第三升壓電路對應一第一及第二時序訊號的第一種運作方式；及

圖6是一示意圖，說明該較佳實施例的該第一至第三升壓電路對應該第一及第二時序訊號的第二種運作方式。