TWI534578B - 電荷泵的調整電路及調整方法 - Google Patents

Description

電荷泵的調整電路及調整方法

本發明是關於調整電路的領域，特別是關於電壓調整器之電荷泵的調整電路。此外，本發明是關於調整電荷泵的個別方法。

在具有非易失性記憶體單元的應用中，通常是使用電荷泵來提供允許記憶體單元之寫入或抹除作業所需的穩定高電壓位準。為了供應穩定且恆常的電壓位準，此種電荷泵通常需要調整。缺乏有效調整時，電荷泵輸出電壓可能會視製造該電荷泵的環境條件、電負載及處理參數而變動。在各種調整電路之中，廣泛地使用電容或電阻分壓器，藉此可感測電荷泵之輸出上的高電壓位準，例如即使是缺乏任何靜電流負載時。個別的分壓器可操作來將高電壓分成可由調整或回授迴路所處理的位準，該調整或回授迴路通常可操作來將降低之電壓與參考電壓做比較。

此種回授迴路通常包含比較器，且該比較器具有連接至分壓器之節點的第一輸入並具有連接至參考電壓的第二 輸入。該比較器的輸出通常是耦合至或與電荷泵的輸入連接。在該回授迴路偵測到該電荷泵的輸出電壓位準變動的事件中，個別之補償控制信號將由該比較器所產生。此種調整方式通常被稱為持續性調整，其中該回授迴路持續地改變電荷泵功率，以達成所欲輸出電壓位準。

亦存在有ON/OFF調整方式，其中電荷泵是規律地輪流打開和關閉。電荷泵的此規律開關無可避免地導致該電荷泵輸出電壓的漣波結構，亦在電源供應器上造成某些電流脈衝，因而造成供應電壓上的雜訊。輸出電壓漣波和此種電流脈衝的這些現象通常會隨著電荷泵功率而增加。

到某個限度為止，電荷泵的功率通常會隨著其操作頻率而提高。但電荷泵功率效率一般會隨著電荷泵驅動頻率的提高而下降。由此觀點，因此期盼以最低可能頻率來驅動電荷泵，其正好足夠該電荷泵產生所欲輸出電壓位準。但此種最佳頻率一般是取決於實際操作條件，如電荷泵輸出負載、輸入供應電壓，以及取決於諸如溫度的外部條件。

專利US 6,300,839 B1敘述一種使電荷泵頻率適應於變動操作條件的方法。在那裡建置有複數個差動放大器，其中各差動放大器接收不同的參考電壓以及從抽蓄電壓所導出的共用輸入電壓。由該等差動放大器所輸出的預定邏輯信號係修改，亦即降低，震盪器的原始頻率。以此方式，電荷泵系統可以直接與抽蓄電壓之量值相關的方式快速地補償抽蓄電壓的任何過衝。

若無差動放大器輸出預定邏輯信號，則震盪器會產生原始頻率。以此方式，該電荷泵系統亦藉由提供最快的頻率來補償抽蓄電壓的任何下衝。但此種解決方式需要建置一連串的差動放大器，其相當浪費空間且昂貴。此外，此種解決方式似乎未滿足對於此種調整電路之小型化設計的需求。

因此，與該電荷泵結合的調整電路應正好供應由該電荷泵所驅動之特定應用所需的輸出負載。這一般是意味著使用既定的相對高頻。但多數時候，僅在罕見的最壞情況條件下才需要此種最大輸出負載，例如在最大溫度時。在大部份的電路壽命期間，此種高頻不被需要而會造成電荷泵的非最佳功率效率。

因此，本發明的目的是提出一種嶄新且有利的調整電路，其提供電荷泵的適應性頻率調整。在此，特別的目標是僅在實際需要該泵之對應高功率時的那些情況中提供最大頻率。如此，本發明是意圖藉由一直適應性地切換成電荷泵的最低可能驅動頻率來節能。

發明的另一個目的是提出一種調整電路，其提供用於電荷泵之時脈信號的適應性振幅調整。只有在需要該電荷泵的高功率時才將該時脈信號振幅修改至高位準，而在其他情況中則降低時脈信號的振幅。

發明的另一個目的是可以節省空間且符合成本效益的 方式來輕鬆地實行此種調整電路。

在發明的第一個形態中提供了電荷泵的調整電路。該調整電路包含可操作來分析該電荷泵之時間性活動的偵測器。特別是，該偵測器可操作來偵測並分析該電荷泵之ON/OFF切換作業的時間序列。另外，該調整電路包含耦合至該偵測器之輸出的泵時脈產生器。該泵時脈產生器的輸出是進一步耦合至該電荷泵的時脈輸入。如此，該泵時脈產生器可依據該偵測器的分析來改變該電荷泵的泵時脈頻率。

在典型的應用情況中，分析該電荷泵之時間性活動的偵測器可操作來產生將被傳送至該泵時脈產生器的某種控制信號，諸如上升信號或下降信號。當從該偵測器接收到例如上升信號時，該泵時脈產生器會切換成較高的泵時脈頻率，且因此，該電荷泵將接著由提高的泵時脈頻率所驅動，因而提高該電荷泵的功率及負載。

發明概念是根據該時間性活動的分析，由此為該電荷泵之連續ON/OFF循環的序列和歷時之分析係指出該電荷泵的輸出功率太低或甚至太高的假設。若該偵測器偵測到該電荷泵幾乎不關閉或該電荷泵幾乎永久打開，這表示該電荷泵的輸出功率太低。當偵測到此種情況時，該偵測器可產生引發該泵時脈產生器所提供之泵時脈頻率上升的信號。

在此特別有利的是，可完全以數位方式來實行該調整電路以便不需要類比數位轉換。此外，可以相當簡單且符 合成本效益的數位組件為基礎來實行該電荷泵的時間性活動之分析以及適應性泵時脈產生之實作，其亦允許節省空間之配置及設計。

根據本發明之實施例，該偵測器的輸入可連接至比較器的輸出，且該比較器的輸出進一步耦合至該電荷泵的輸入。通常，該偵測器的輸入是連接至可操作來持續地調整該電荷泵的輸出電壓位準之回授迴路的比較器。藉由將該偵測器的輸入耦合至該比較器的輸出，可準確地感測及偵測到該電荷泵被啟動或打開時的該等時間間隔。如已指出的，根據持續性打開狀態的歷時或根據此種打開作業的通常性，可判斷產生該電荷泵的不足或非最佳輸出功率。

在另一個實施例中，該偵測器進一步可操作來產生及傳送上升信號至泵時脈產生器，其回應是可操作來使泵時脈頻率上升一離散階級，通常是上升預定量值。該偵測器典型上包含控制邏輯，當偵測到該電荷泵的特定時間性方式之ON/OFF切換時，該控制邏輯會產生及傳送上升信號至該泵時脈產生器，通常是以控制脈衝的形式。

當從該偵測器接收到該上升信號時，該泵時脈產生器可操作來使該泵時脈頻率上升。若該泵時脈頻率的提高仍不足以最佳條件來驅動該電荷泵，則該調整電路，特別是該偵測器可重複地產生另一上升信號，藉此可使該泵時脈頻率提高另一離散階級。使頻率上升或下降預定離散階級可輕鬆地藉由純數位式操作之電子組件來加以實行。該偵測器只要分析該電荷泵之ON/OFF切換作業的時間序列並 決定以預定離散階級來調整該泵時脈頻率。

該偵測器可能可操作來產生及傳送一個上升信號或在時間上連續的兩個上升信號至電荷泵供應產生器或控制電壓產生器。所述產生器可操作來使該電荷泵的時脈信號振幅上升例如一離散階級。在第一個情況中，該電荷泵時脈信號的振幅是由該電荷泵的供應電壓之改變所控制。在第二個情況中，該電荷泵時脈信號的振幅是藉由以受控電壓限制內部電荷泵時脈所做成。對於這兩個情況，該偵測器會在偵測到該電荷泵的特定時間性方式之ON/OFF切換時，藉由控制邏輯來供應至少一個上升信號。

根據另一個實施例，當偵測到該電荷泵在預定最大啟動時間上持續地動作時，該偵測器可操作來產生及傳送上述上升信號至該泵時脈產生器或供應器或電壓產生器。一旦該電荷泵動作達到超出預定最大啟動時間的時間週期，此即清楚指出該電荷泵的輸出功率太低，且不適合出現在該電荷泵之輸出上的實際負載。在此實施例中，該偵測器特別是可操作來監測該電荷泵被打開的歷時。此可藉由熟習該項技藝者已知的某些簡單數位電子組件來加以實行。

在此，該偵測器必須單純可操作來偵測該電荷泵之輸入信號或該回授迴路的比較器之個別輸出信號的上升邊緣，並起動計數器。當該計數器達到代表該預定最大啟動時間的預定最大計數值時，該偵測器接著可操作來產生及傳送個別之上升信號至該泵時脈產生器或該供應器或電壓產生器。

根據另一個實施例，在預定時間週期之後，該泵時脈產生器可操作來自主地降低先前上升的泵時脈頻率。如此，該調整電路係自動趨向最低可能泵時脈頻率。在此種不適合降低該泵時脈頻率的事件中，該調整電路將在後續調整循環中重複且立即地使該泵時脈頻率上升。

根據另一個實施例，在預定時間週期之後，該電荷泵供應產生器或受控電壓產生器可操作來自主地降低先前上升的該電荷泵之時脈信號的振幅。如此，該調整電路係自動地趨向用於操作該電荷泵之時脈信號的最低可能振幅。

在另一個實施例中，該偵測器可操作來產生及傳送下降信號至該泵時脈產生器。當接收到此種下降信號時，該泵時脈產生器可操作來使該泵時脈頻率下降，通常是下降一離散階級或甚至下降至預設值。該下降信號的產生及信號處理可直接對應於上升信號的產生及處理。但在此，該偵測器可操作來偵測電荷泵時脈頻率高於其提供所請求之輸出功率或負載所需的情況或組態。

在另一個實施例中，該偵測器可操作來產生及傳送下降信號至該供應器或受控電壓產生器。此係允許降低用於操作該電荷泵之時脈信號的振幅，特別是降低一離散階級或甚至降低至預設值。

對於產生下降信號，該偵測器通常可操作來監測該電荷泵的輸入信號之OFF時間週期的歷時。若該電荷泵輸入信號顯現超出預定最大OFF時間的OFF時間週期，則通常會產生該下降信號。額外地或替代性地，在產生下降 信號之前，該偵測器亦可操作來將該電荷泵的輸入之ON時間週期或啟動時間週期的歷時與預定最小啟動時間做比較。由於該電荷泵之輸入信號的ON和OFF時間週期彼此互補，該偵測器可感測該電荷泵輸入信號之ON時間週期或OFF時間週期的產生及/或歷時。

根據另一個實施例，當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或是將要終止時，該偵測器和該泵時脈產生器的其中至少一者可操作來使該泵時脈頻率下降一離散階級或下降至預設值。通常，該電荷泵必須針對記憶體電路或記憶體單元的特定作業提供高位準輸出電壓。特別是，該記憶體電路的寫入或抹除作業需要該電荷泵的上升之輸出電壓位準。因此，只有在由該電荷泵所驅動之記憶體電路的特定寫入作業期間才需要該電荷泵的上升之高輸出電壓位準。由該偵測器或由該泵時脈產生器來追蹤或感測該記憶體電路的此特定作業之歷時是有利的。

在該偵測器或該泵時脈產生器其中任一者偵測到該記憶體電路之作業終止的事件中，該泵時脈產生器本身會使該泵時脈頻率階級式下降或立即下降至預設頻率位準。抑或，若由該偵測器偵測或追蹤到該記憶體電路作業終止，該偵測器就會產生下降信號，如已在上文中所述。在此上下文中，甚至可想見的是，該記憶體電路的特定作業通常會持續預定時間間隔。在此情況中，先前上升之電壓的降低或下降可同樣發生在自該電荷泵的輸出上升至特定高位 準後已經過預定時間週期之後。

在針對該電荷泵修改時脈信號之振幅的情況中，當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或將要終止時，該偵測器和該供應器或受控電壓產生器可操作來使該時脈信號的振幅下降一離散階級或下降至預設值。

根據另一個實施例，該偵測器是由偵測器時脈信號所驅動，且該偵測器時脈信號是由該偵測器本身所產生或由特定外部時脈產生單元所提供。該偵測器時脈信號係界定由該偵測器來檢查該電荷泵之活動的取樣時間。在此實施例中，並未要求該偵測器持續地追蹤及監測該電荷泵的輸入信號。僅在由該偵測器時脈信號的頻率所界定之離散取樣時間上分析個別之輸入信號便已足夠。

在此，當偵測到該電荷泵至少在兩個連續取樣時間上動作，或是該電荷泵在兩個連續取樣時間之間的時間期間持續地動作時，該偵測器可操作來產生該上升信號。或是亦可想見的是，僅在偵測到該電荷泵至少在三個連續取樣時間上動作時才產生上升信號。可根據各種邊界條件來輕鬆地修改及變更該調整電路的分辨率和靈敏度。舉例來說，該偵測器時脈信號的頻率可易於變更，藉此改變該電荷泵時脈信號頻率調整的靈敏度及分辨率。

在此實施例中，由於該偵測器是由週期性的偵測器時脈信號所驅動，故其可操作於同步模式。典型上來說，該偵測器可操作來檢查該電荷泵在該偵測器時脈信號之上升 邊緣的活動。此外，該偵測器時脈信號通常特別具有在時域中等距的正規峰值。

由該電荷泵在連續取樣時間上之活動的比較，來判斷該電荷泵的輸出功率是否符合出現在該電荷泵的實際負載。舉例來說，若該電荷泵在連續取樣時間上動作，這可表示其輸出功率太低。回應於偵測到該電荷泵動作達至少兩個連續取樣時間，該偵測器典型上是可操作來產生上升信號並將個別之信號傳送至該泵時脈產生器，且當接收到所述信號時，該泵時脈產生器可操作來使該泵時脈頻率上升一離散階級。

針對該電荷泵修改該時脈信號之振幅的情況也相同。回應於偵測到該電荷泵動作達至少兩個連續取樣時間，該偵測器典型上是可操作來產生上升信號並將個別之信號傳送至該供應器或受控電壓產生器，以使該時脈信號的振幅上升。

根據另一個形態，本發明亦與包含如上所述之電荷泵及調整電路的電子裝置有關。典型上來說，該電子裝置包含：可攜式電子裝置，諸如記憶體裝置、轉發器或接收器裝置，諸如RFID晶片、行動電話、可攜式計算裝置或手錶。

在又一個形態中，本發明亦與調整電荷泵的方法有關。典型上來說，所述方法是對應於上述調整電路和與其耦合之電荷泵的作業。所述方法包含以下步驟：分析該電荷泵的時間性活動，以及根據該電荷泵的時間性分析來改 變該電荷泵的泵時脈頻率或振幅。可藉由使用與位於該回授迴路之比較器的輸出和該電荷泵的輸入之間的節點連接之偵測器，來輕鬆地分析該時間性活動，由此為該電荷泵在時間上的啟動方式。所述偵測器是由偵測器時脈信號所驅動，或是不包含用以將至少一個上升信號遞送至泵時脈產生器或供應器或受控電壓產生器的輸出。該泵時脈產生器接著可操作來變更該電荷泵被驅動的時脈頻率，而該供應器或受控電壓產生器接著可操作來變更該電荷泵被驅動的時脈信號之振幅。如此，可提供相當簡單、節省空間、符合經濟效益且穩健地調整該電荷泵時脈頻率或振幅。此外，可由最低可能時脈頻率或振幅來驅動該電荷泵，同時符合實際功率或負載需求。

在又一個實施例中，當偵測到該電荷泵在預定最大啟動時間上持續地動作時，該泵時脈頻率或振幅係上升一離散階級。在該電荷泵功率太低的情況中，將使該泵時脈頻率或振幅上升一個或數個連續的離散階級，直到其功率適合實際負載需求為止。

根據又一個實施例，該電荷泵頻率或振幅上升至少一個離散階級是發生在偵測到該電荷泵至少在兩個連續取樣時間上動作時，其中所述取樣時間是由偵測器時脈信號所決定或界定。如此，該泵時脈頻率或振幅的離散調整及修改是與該偵測器時脈信號同步實行。

在另一個實施例中，在已自該泵時脈頻率或振幅上升經過預定時間週期之後，該泵時脈頻率或振幅會自主地降 低。如此，該方法提供相當自主地使該泵時脈頻率或振幅下降，使得該電荷泵可一直以最低可能時脈頻率或振幅來加以驅動。如此，可改善該電荷泵及其回授電路的功率效率，並可有利地延長行動裝置的電池壽命。

額外地或替代性地，亦可想見的是，當偵測到該電荷泵功率輸出太高或是高於實際所需時，該泵時脈頻率或振幅會被降低。因此，該泵時脈頻率或振幅下降一離散階級或直接下降至預設值可發生在偵測到該電荷泵在預定時間週期上持續不動作時。

在調整該電荷泵之方法的又一個實施例中，當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或是將要終止時，該泵時脈頻率或振幅係下降一離散階級或下降至預設值。如此，該泵時脈頻率或振幅的下降是與記憶體電路的作業耦合，其中所述作業，通常是寫入作業，係需要該電荷泵的上升之功率輸出。

10‧‧‧調整電路

12‧‧‧電荷泵

13‧‧‧時脈輸入

14‧‧‧輸出

16‧‧‧分壓器

16a、16b‧‧‧電阻

17‧‧‧參考電壓

18‧‧‧比較器

20‧‧‧節點

21、31‧‧‧輸入

22、32‧‧‧偵測器

23‧‧‧時脈輸入

24‧‧‧泵時脈產生器

25、35‧‧‧偵測器輸出

26、36、46‧‧‧輸出

34‧‧‧電荷泵供應產生器

44‧‧‧受控電壓產生器

50‧‧‧泵時脈頻率

52‧‧‧偵測器時脈信號

54‧‧‧上升信號

58‧‧‧取樣時間

60‧‧‧記憶體電路

70‧‧‧第一正反器

72‧‧‧第二正反器

80‧‧‧計數器

82‧‧‧分頻器

84‧‧‧多工器

86‧‧‧振盪器

以下將藉由參照圖式來說明本發明的各種實施例，其中：第1圖顯示根據第一實施例之調整電路的示意圖。

第2圖是解說調整電路的第二實施例。

第3圖顯示根據第1圖之電路的各種信號在時間上的圖形。

第4圖顯示根據第2圖之調整電路的各種信號在時間 上的圖形。

第5圖表示如用於根據第1圖之實施例中的偵測器之實施例。

第6圖是解說泵時脈產生器的第一實施例。

第7圖顯示泵時脈產生器的第二實施例。

第8圖顯示根據第三實施例之調整電路的示意圖。

第9圖顯示根據第四實施例之調整電路的示意圖。

如第1圖中所解說的調整電路10是適用來調整驅動電荷泵12之時脈信號的頻率。電荷泵12特別具有高電壓HV輸出14，藉此可驅動另一個電子裝置或電子單元，如記憶體電路60。特別是，電荷泵12提供記憶體電路60所需以執行寫入或抹除作業的相當高輸出電壓。為了提供穩定的輸出電壓，電荷泵12是由回授迴路所耦合及控制。

該回授迴路包含可為電容式或電阻式的分壓器16。在本實施例中，兩個電阻16a、16b是串聯配置。電阻16a、16b之間的節點是耦合至比較器18的輸入，而比較器18的另一個輸入是耦合且連接至參考電壓17。在電荷泵12的輸出電壓位準易於變更或波動的事件中，此種變化將被回授至比較器18的輸入，且比較器18可操作來產生耦合至電荷泵12之輸入的補償輸出信號，以便補償此種波動。

此外，電荷泵12是由泵時脈產生器24所產生的時脈信號加以驅動。在此，泵時脈產生器24的輸出26是耦合至電荷泵12的時脈輸入13。電荷泵12的作業係被計時，這表示電荷泵12是在正規作業模式中規律地打開和關閉。藉由電荷泵12之ON和OFF時間週期的比率之變動，電荷泵12的功率可適用於改變負載以及改變電荷泵12被驅動的外部條件。一般來說，為了提供電荷泵12之有功率效率的作業，電荷泵12將被驅動的時脈頻率應盡可能的低。

調整電路10更包含偵測器22，且偵測器22具有與泵時脈產生器24之輸入連接的偵測器輸出25。偵測器22的輸入21是與比較器18的輸出耦合。因此，在比較器18的輸出和電荷泵12的輸入之間設有節點20，用以將偵測器22的輸入21與比較器18的輸出連接。如此，偵測器22可操作來追蹤及分析電荷泵12在時間上的活動，由此為ON/OFF時間週期。藉由偵測器22所提供的此分析，可判斷該電荷泵功率是否實際符合實際或所需負載需求。

在根據第1圖的實施例中，偵測器22更包含時脈輸入23，以接收由某額外時脈產生器所產生的偵測器時脈信號。藉由該偵測器時脈信號，可以同步模式來驅動調整電路10。典型上來說，該偵測器時脈信號係界定由偵測器22來偵測或檢查電荷泵12之活動的正規或等距取樣時間。

根據第2圖的第二實施例相當類似於如第1圖所示的實施例，除了偵測器32並非由額外且外部的時脈信號所驅動以外。在此，偵測器32的輸入31是連接至節點20，以便提供電荷泵12之ON和OFF時間週期的時間性分析。根據第2圖之調整電路10的偵測器32亦包含與泵時脈產生器24之輸入連接的偵測器輸出35。

如第2圖所解說的記憶體電路60可與偵測器32和泵時脈產生器24的其中至少一者耦合或連接。如此，記憶體電路60的實際作業模式可被傳達及傳輸至偵測器32或泵時脈產生器24。因此，可觸發先前上升之泵時脈頻率的下降。

即使僅在根據第2圖的實施例中加以解說，記憶體電路60可同樣被耦合至調整電路10的偵測器22和泵時脈產生器24，如第1圖所示。

在第3圖中是解說藉由根據第1圖之調整電路10所獲得的各種信號之圖形。在第3圖之圖形的最上列中是解說偵測器22的時脈輸入23，並顯示驅動偵測器22的偵測器時脈信號52。比較器18的輸出，由此為從節點20所見之電荷泵12的輸入是顯示在第二列中。下面，在第三列中是解說偵測器輸出25的信號，而最後一列是顯示泵時脈產生器輸出26的信號。偵測器時脈信號52的矩形脈衝係觸發該電荷泵輸入信號的正規分析。

在如第3圖中由虛線所解說的連續取樣時間58，偵測器22正好檢查及/或將電荷泵12之輸入信號的實際狀 態與預定值做比較，其中連續取樣時間58是例如與偵測器時脈信號52的上升邊緣重合。如第3圖所解說的，首先，由此為在最外側左邊的取樣時間58上，電荷泵12的輸入信號為低態。在連續取樣時間58上，個別之信號為高態。

在後續的取樣時間58上，由此為在偵測器時脈信號52的第三個上升邊緣上，電荷泵12的輸入信號仍處於上態，但在第二和第三取樣時間58之間，電荷泵12的輸入係下降至較低值。因此，在第二和第三取樣時間58之間，電荷泵12的啟動會至少暫時被中斷。

然而，在從左側數來的第三和第四取樣時間58之間，電荷泵12的輸入信號恆處於上態，其會被調整電路10解讀為對實際負載而言，電荷泵12的輸出功率太低。若電荷泵12的輸入信號在兩個連續取樣時間58之間恆處於上態，則偵測器22可操作來在偵測器輸出25產生上升信號54。當產生及傳送上升信號54時，泵時脈產生器24會被觸發而將該電荷泵時脈頻率提高預定離散階級，如在第3圖之圖形的最後一條線中明顯所見的。因此，如可於節點20所見到的，電荷泵12的輸入信號之ON/OFF時間週期的比率變成OFF時間週期變長，而代價是ON時間週期較短。

如第3圖所示的作業方式可被稱為調整電路10的同步作業模式，因電荷泵12的輸入信號之偵測或分析僅發生於被稱為取樣時間58的離散時間點。藉由改變偵測器 時脈信號52的頻率，可修改本調整電路10的分辨率和靈敏度。

如第4圖所解說之圖形是表示如第2圖所示之調整電路10的個別之信號。在那裡且對比於第1圖的調整電路10，偵測器32並非由外部偵測器時脈信號52所驅動。反之，偵測器32可操作來單純地監測電荷泵12之輸入信號的ON時間週期和OFF時間週期。在此，該ON時間週期的總歷時是與最大啟動時間56做比較。在電荷泵12的ON時間週期超出或等於預定最大啟動時間56的事件中，偵測器32可操作來產生上升信號54並將個別之上升信號54傳送至泵時脈產生器24。時脈產生器24接著可以如上所述的相同方式來作業，且可正好使電荷泵時脈頻率50上升預定離散階級。

如例如在第4圖中所解說的，由第一上升信號54所觸發的泵時脈頻率50之初步提高可確實提高電荷泵12的輸出功率。但此提高之功率輸出可能仍不足以符合給定之負載需求。因此，電荷泵12之輸入信號的後續上升邊緣和個別ON時間週期仍大於預定最大啟動時間56。所以，調整電路10，且特別是偵測器32可操作來進一步使泵時脈頻率50提高另一離散階級。因此，電荷泵12的輸入信號之ON和OFF時間週期的比率係顯著地改變，這表示電荷泵12目前是以其輸出符合實際負載需求的方式來加以驅動。

應注意到，偵測器32可包括計數器，且該計數器將 起動於來自節點20之輸入信號的上升邊緣。若該輸入信號在啟動時間56結束之前下降，則不提高該泵時脈頻率，在來自該偵測器的輸出信號35中就沒有上升信號54。在此情況中，可在啟動時間56結束時將計數器重設。

典型上來說，且為了能量效率的緣故，調整電路10傾向切換成最低可能泵時脈頻率50。一般來說，對於如何在泵時脈頻率50上升了之後實行頻率下降，有各種不同方式。在第一實施例中，可想見的是，在自泵時脈頻率50上升後已經過預定時間週期之後，泵時脈產生器24會自主地回到較低的泵時脈頻率50。抑或，偵測器22或32可偵測到電荷泵12是藉由泵時脈頻率50來加以驅動，而泵時脈頻率50對於實際負載需求而言實在太高。在此種事件中，偵測器22或32可產生個別之下降信號，以降低泵時脈頻率50，通常是降低一離散階級。

在又一個替代方案中，偵測器22或32，或泵時脈產生器24，或是所述組件兩者皆與由電荷泵12所驅動的記憶體電路60耦合。藉由此種耦合且在記憶體電路60的寫入或抹除程序結束時通常需要提高的功率，記憶體電路60可將個別之下降信號傳送至偵測器32或泵時脈產生器24。因此，泵時脈頻率50可階級式下降或可立即回到預設值。

在第5圖中係提供偵測器22的典型實作。此偵測器之實作為純數位。舉例來說，偵測器22包含第一正反器 70和第二正反器72，且第一正反器70和第二正反器72被配置且相互耦合，以形成一種移位暫存器。第二正反器72的輸出形成偵測器22的輸出25，而偵測器22的輸入21是連接至正反器70、72兩者。

在第6圖中是解說該泵時脈產生器的假想實施例。泵時脈產生器24包含計數器80、分頻器82以及多工器84。分頻器82是由未進一步在此加以解說的某種輸入時脈所驅動，而計數器80是與偵測器22、32的輸出25、35連接。分頻器82的信號以及計數器80的信號被提供至多工器84，在實際計數器狀態下，多工器84可操作來選擇由該分頻器所提供之頻率的其中一者。由多工器84所選擇的特定頻率接著被提供作為泵時脈產生器輸出26。

在如第7圖所示的另一個實施例中，泵時脈產生器24單純地包含與振盪器86同一線的計數器80。如已就第6圖所述，計數器80接收來自偵測器22、32的輸出信號，以便選擇或驅動振盪器86來產生所需泵時脈頻率50。

在第8圖中顯示調整電路10的第三實施例。所述調整電路10是適用來調整該時脈信號的振幅，以驅動電荷泵12可在輸出14供應高電壓HV，例如用以驅動記憶體電路60，如先前所說明的。該電荷泵中的時脈信號是從電荷泵12的時脈輸入13所提供。為了供應穩定的輸出電壓，以如針對第1圖和第2圖中之調整電路10的第一和 第二實施例所說明的類似方式，將電荷泵12耦合並由回授迴路加以控制。

該回授迴路包含電阻式或電容式分壓器16。分壓器16可被設有串聯配置的兩個電阻16a、16b。電阻16a、16b之間的節點是耦合至比較器18的輸入，而比較器18的另一個輸入是耦合且連接至參考電壓17。在電荷泵12的輸出電壓位準易於變更或波動的事件中，此種變化將被回授至比較器18的輸入，且比較器18可操作來在耦合至電荷泵12之輸入的節點20產生補償輸出信號，以便以如第1圖和第2圖所示之類似的方式來補償此種波動。

如根據第2圖的第二實施例，調整電路10包括非由額外且外部的時脈信號所驅動的偵測器32。偵測器32的輸入31是連接至節點20，以提供電荷泵12之ON和OFF時間週期的時間性分析。偵測器32的輸出35是與電荷泵供應產生器34的輸入連接，且電荷泵供應產生器34的輸出36是連接至電荷泵12，以便根據電荷泵活動來控制及修改所述電荷泵的供應電壓之位準。藉由提高或降低該電荷泵的供應電壓，可自動地提高或降低該電荷泵內之時脈信號的振幅。

若電荷泵12的輸出功率太低，則該電荷泵之內部時脈信號的振幅會提高，如以相同方式參照第2圖中之調整電路10的第二實施例所說明的。但若電荷泵12的輸出功率太高，則該電荷泵之內部時脈信號的振幅會降低。

若電荷泵12的輸出功率太低，偵測器32可操作來在 輸出35產生及傳送上升信號至電荷泵供應產生器34。藉由此上升信號來提高該電荷泵之供應電壓的位準，產生器34是受控於該上升信號而提高一離散階級。該上升信號可為控制脈衝，如第4圖所示。可在所述供應產生器34中選擇一個、兩個或更多的電壓位準，且供應產生器34可包括供應電壓的可程式化電容或電阻分壓器或位準偏移器電路。

應注意到，在自該電荷泵的供應電壓上升後已經過預定時間週期之後，電荷泵供應產生器34會自主地回到較低之供應電壓。偵測器32可產生個別的下降信號來降低供應電壓，通常是降低一離散階級。

也有可能偵測器32，或電荷泵供應產生器34，或是所述組件兩者皆與由電荷泵12所驅動的記憶體電路60耦合。藉由此種耦合且在記憶體電路60的寫入或抹除程序結束時通常需要提高的功率，記憶體電路60可將個別之下降信號傳送至偵測器32或泵時脈供應產生器34。因此，電荷泵12的供應電壓可階級式下降或可立即回到預設值。

即使未由圖式所解說，仍可設想到的是，用以調整驅動電荷泵12之時脈信號的振幅之回授迴路中的偵測器可由某個額外的時脈產生器所產生的偵測器時脈信號來加以計時。藉由該偵測器時脈信號，可以同步調整模式來驅動調整電路10。

在第9圖中顯示調整電路10的第四實施例。如第三 實施例，所述調整電路10是適用來調整該時脈信號的振幅，以驅動電荷泵12可在輸出14供應高電壓HV，例如用以驅動記憶體電路60，如先前所說明的。該電荷泵中的時脈信號是從電荷泵12的時脈輸入13所提供。為了供應穩定的輸出電壓，是以如針對第1圖、第2圖和第8圖中之調整電路10的第一、第二和第三實施例所說明的類似方式來將電荷泵12耦合並由回授迴路加以控制。

第四實施例與調整電路10的第三實施例之差異是，偵測器32的輸出35是與受控電壓產生器44的輸入連接，且受控電壓產生器44的輸出46是連接至該電荷泵。受控電壓是由受控電壓產生器根據該電荷泵的活動所供應，且被用來提高或降低電荷泵12中之內部時脈的振幅。藉由提高或降低該電荷泵的受控電壓，可自動地提高或降低該電荷泵內之時脈信號的振幅。

如第9圖中所部份顯示的，來自產生器44的受控電壓是在MOS電晶體的閘極上作用，該MOS電晶體是與反向器串聯，由供應電壓端子和接地之間的PMOS電晶體和NMOS電晶體所組成。通常，由該受控電壓所控制的所述電晶體可為NMOS電晶體。所述NMOS電晶體和該反向器之間的節點為內部時脈信號，用以在功率輸出太低時啟動該電荷泵。一般來說，外部時脈信號是在該電荷泵的時脈輸入13所供應。來自比較器18的輸出上之節點20的信號是藉由AND閘與該外部時脈信號結合。只要來自節點20的信號是處於用來提高該內部時脈信號之振幅的高 位準，該電荷泵內部便會產生時脈信號。

受控電壓產生器44可由在輸出上具有數位類比轉換器的數位計數器所組成，用以供應受控電壓。可根據來自偵測器32的上升或下降信號，將一個、兩個或更多位準的受控電壓供應至該受控電壓產生器。

如以上在第三實施例中所述，在使該受控電壓上升之後，電壓產生器44可在經過了預定時間週期後自主地回到較低之受控電壓。偵測器32可產生個別的下降信號來降低來自產生器44的受控電壓，通常是降低一離散階級。

偵測器32，或受控電壓產生器44，或是所述組件兩者皆可與由電荷泵12所驅動的記憶體電路60耦合。藉由此種耦合且在記憶體電路60的寫入或抹除程序結束時通常需要提高的功率，記憶體電路60可將個別之下降信號傳送至偵測器32或受控電壓產生器44。因此，電荷泵12的受控電壓可階級式下降或可立即回到預設值。

亦可能藉由某個額外的時脈產生器所產生的偵測器時脈信號來將該偵測器計時。藉由該偵測器時脈信號，可以同步調整模式來驅動調整電路10。

再來應注意到，可能存在有本發明的各種實施例及變體。應理解到，該等示範性實施例僅為範例，而不應以任何方式限制發明範圍、適用性、或組態。因此，應了解到，可在示範性實施例所述之元件的功能和配置上進行各種改變，而不脫離所附申請專利範圍中所載明之範疇及其 法律等效物。

10‧‧‧調整電路

12‧‧‧電荷泵

13‧‧‧時脈輸入

14‧‧‧輸出

16‧‧‧分壓器

16a、16b‧‧‧電阻

17‧‧‧參考電壓

18‧‧‧比較器

20‧‧‧節點

21‧‧‧輸入

22‧‧‧偵測器

23‧‧‧時脈輸入

24‧‧‧泵時脈產生器

25‧‧‧偵測器輸出

26‧‧‧輸出

Claims (28)

1. 一種電荷泵的調整電路，該調整電路在回授迴路中包含：偵測器，可操作來分析該電荷泵之ON/OFF切換作業的時間序列，其中該偵測器的輸入可連接至比較器的輸出，且該比較器的輸出進一步耦合至該電荷泵的輸入，其中該比較器可將參考電壓與由連接至該電荷泵之輸出的分壓器所分配的電壓做比較，泵時脈產生器，耦合至該偵測器的輸出並具有耦合至該電荷泵之時脈輸入的輸出，以根據該偵測器的分析來改變該電荷泵的泵時脈頻率。
2. 如申請專利範圍第1項的調整電路，其中該偵測器可操作來產生及傳送上升信號至該泵時脈產生器，該泵時脈產生器的回應是可操作來使該泵時脈頻率上升一離散階級。
3. 如申請專利範圍第1項的調整電路，其中當偵測到該電荷泵在預定最大啟動時間上持續地動作時，該偵測器可操作來產生及傳送上升信號至該泵時脈產生器。
4. 如申請專利範圍第1項的調整電路，其中在預定週期的時間週期之後，該泵時脈產生器可操作來自主地降低先前上升的泵時脈頻率。
5. 如申請專利範圍第1項的調整電路，其中該偵測器可操作來產生及傳送下降信號至該泵時脈產生器，該泵時脈產生器的回應是可操作來使該泵時脈頻率下降一離散 階級或下降至預設值。
6. 如申請專利範圍第1項的調整電路，其中當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或是將要終止時，該偵測器和該泵時脈產生器的其中至少一者可操作來使該泵時脈頻率下降一離散階級或下降至預設值。
7. 如申請專利範圍第1項的調整電路，其中該偵測器是由偵測器時脈信號所驅動，該偵測器時脈信號係界定檢查該電荷泵之活動的取樣時間。
8. 如申請專利範圍第7項的調整電路，其中當偵測到該電荷泵在至少或超過兩個連續取樣時間上動作時，該偵測器可操作來產生該上升信號。
9. 一種電荷泵的調整電路，該調整電路在回授迴路中包含：偵測器，可操作來分析該電荷泵之ON/OFF切換作業的時間序列，其中該偵測器的輸入可連接至比較器的輸出，且該比較器的輸出進一步耦合至該電荷泵的輸入，其中該比較器可將參考電壓與由連接至該電荷泵之輸出的分壓器所分配的電壓做比較，供應器或電壓產生器，耦合至該偵測器的輸出並具有耦合至該電荷泵的輸出，以根據該偵測器的分析來改變該電荷泵內之時脈信號的振幅。
10. 如申請專利範圍第9項的調整電路，其中該偵測器可操作來產生及傳送上升信號至該供應器或電壓產生 器，該供應器或電壓產生器的回應是可操作來使該電荷泵內之時脈信號的振幅上升一離散階級。
11. 如申請專利範圍第9項的調整電路，其中當偵測到該電荷泵在預定最大啟動時間上持續地動作時，該偵測器可操作來產生及傳送上升信號至該供應器或電壓產生器。
12. 如申請專利範圍第9項的調整電路，其中在預定週期的時間週期之後，該供應器或電壓產生器可操作來自主地降低先前上升的該時脈信號之振幅。
13. 如申請專利範圍第9項的調整電路，其中該偵測器可操作來產生及傳送下降信號至該供應器或電壓產生器，該供應器或電壓產生器的回應是可操作來使該時脈信號的振幅下降一離散階級或下降至預設值。
14. 如申請專利範圍第9項的調整電路，其中當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或是將要終止時，該偵測器和該供應器或電壓產生器的其中至少一者可操作來使該時脈信號的振幅下降一離散階級或下降至預設值。
15. 如申請專利範圍第9項的調整電路，其中該偵測器是由偵測器時脈信號所驅動，該偵測器時脈信號係界定檢查該電荷泵之活動的取樣時間。
16. 如申請專利範圍第15項的調整電路，其中當偵測到該電荷泵在至少或超過兩個連續取樣時間上動作時，該偵測器可操作來產生該上升信號。
17. 一種電子裝置，包含電荷泵和根據申請專利範圍第1項且耦合至該電荷泵的調整電路。
18. 一種電子裝置，包含電荷泵和根據申請專利範圍第9項且耦合至該電荷泵的調整電路。
19. 一種調整電荷泵的方法，包含以下步驟：藉由偵測器來分析該電荷泵之ON/OFF切換作業的時間序列，其中該偵測器的輸入可連接至比較器的輸出，且該比較器的輸出進一步耦合至該電荷泵的輸入，其中該比較器可將參考電壓與由連接至該電荷泵之輸出的分壓器所分配的電壓做比較，根據電荷泵的時間性分析來改變該電荷泵的泵時脈頻率。
20. 如申請專利範圍第19項的方法，更包含以下步驟：當偵測到該電荷泵在預定最大啟動時間上持續地動作時，使該泵時脈頻率上升一離散階級。
21. 如申請專利範圍第19項的方法，其中當偵測到該電荷泵至少在由偵測器時脈信號所決定的兩個連續取樣時間上動作時，該泵時脈頻率係上升一離散階級。
22. 如申請專利範圍第20項的方法，其中先前上升的泵時脈頻率在自其上升經過預定時間週期之後係自主地降低。
23. 如申請專利範圍第20項的方法，其中當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或是將要終止時，該泵時脈頻率係下降一離散階級或下降至預 設值。
24. 一種調整電荷泵的方法，包含以下步驟：藉由偵測器來分析該電荷泵之ON/OFF切換作業的時間序列，其中該偵測器的輸入可連接至比較器的輸出，且該比較器的輸出進一步耦合至該電荷泵的輸入，其中該比較器可將參考電壓與由連接至該電荷泵之輸出的分壓器所分配的電壓做比較，根據電荷泵的時間性分析來改變該電荷泵的時脈信號之振幅。
25. 如申請專利範圍第24項的方法，更包含以下步驟：當偵測到該電荷泵在預定最大啟動時間上持續地動作時，使該時脈信號的振幅上升一離散階級。
26. 如申請專利範圍第24項的方法，其中當偵測到該電荷泵至少在由偵測器時脈信號所決定的兩個連續取樣時間上動作時，該時脈信號的振幅係上升一離散階級。
27. 如申請專利範圍第25項的方法，其中先前上升的時脈信號之振幅在自其上升經過預定時間週期之後係自主地降低。
28. 如申請專利範圍第25項的方法，其中當偵測到由該電荷泵所驅動之記憶體電路的作業終止、已終止或是將要終止時，該時脈信號的振幅係下降一離散階級或下降至預設值。