TWI551019B - 電荷幫浦及包含其之動態電荷幫浦裝置 - Google Patents

電荷幫浦及包含其之動態電荷幫浦裝置 Download PDF

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Description

電荷幫浦及包含其之動態電荷幫浦裝置
本發明係關於一種電荷幫浦及包含其之動態電荷幫浦裝置，更精確的說，係關於一種電荷幫浦及包含其之電荷幫浦裝置，其中藉由切換電荷幫浦之多個電壓源，以補償電荷幫浦的輸出電壓，經改變的輸出電壓可用於調整外部負載電路之電壓源或是負載電路之接地的參考電位。
電荷幫浦(charge pump)是常用的電路結構，其透過電晶體與電容的作用，可將輸入電壓倍增到一個相當高的電壓值。
請參考第1A-1C圖，係為習知電荷幫浦的操作示意圖。習知的電荷幫浦利用某一電壓，經由電容可儲存電荷的原理，產生出新的電壓，此新的電壓可以是正壓，也可以是負壓。第1A圖中，第一至第四開關S1-S4以及第一電容C1及第二電容C2設置如圖所示，第一電壓源V1透過第一開關S1與第一電容C1的第一端連接，第二電壓源V2透過第二開關S2與第一電容C2的第二端連接，而第一電容C1及第二電容C2透過第三開關S3及第四開關S4並聯。
第1B圖係為習知電荷幫浦的第一工作階段(Phase 1)，其中，第一開關S1及第二開關S2導通，第三開關S3及第四開關S4關斷，此時，第一電壓V1 及第二電壓V2對第一電容C1充電。第1C圖為習知電荷幫浦的第二工作階段，其中，第三開關S3及第四開關S4導通，第一開關S1及第二開關S2關斷，此時，於第一工作階段中儲存在第一電容C1的電荷分配至第一電容C1及第二電容C2中。
經過多次的第一工作階段及第二工作階段，可於電容C2儲存足夠的電荷，且根據給定至電位V3(電位V4)的原始電位的不同，可獲得不同電位V4(電位V3)的電壓，此電壓可為正壓或負壓。
對於應用而言，第1A-1C圖之電荷幫浦可如第1D圖中的電荷幫浦CP，其一端連接於電壓源VDD，輸出端連接於在輸入端Vin及輸出端Vout之間的一個負載電路LC之供電端Vcp，當負載產生用電需求時，透過供電端Vcp向電荷幫浦CP抽取電流，藉以維持負載電路運作的穩定性，Vcp會隨著負載電路LC抽取電流的大小，產生不同大小的壓降。
然而，當負載電路LC在負載RL過大的情形下運作，負載電路LC產生的壓降過高，此時由於電荷幫浦CP的電壓源VDD為固定的，電荷幫浦CP產生的輸出電壓不足以提供足夠的電流給負載電路使其維持穩定運作，此時節點Vcp的電壓下降，負載電路LC的效能因此受到影響(例如，總諧波失真率(Total harmonic distortion，THD)上升)。
為了解決上述問題，本發明的態樣在於提供一種電荷幫浦，其包含參考電壓切換單元、輸入電壓源、第二開關及第三開關。參考電壓切換單元連接在相異之N個參考電壓源及第一電容之第一端之間，在參考電壓切換單元之導通狀態下，N個參考電壓源之其中之一輸入第一電容之第 一端，且在關斷狀態下，N個參考電壓均不輸入第一電容之第一端，且N≧2。輸入電壓源透過第一開關連接至第一電容之第二端。第二開關連接於參考電壓切換單元及第一電容之間之第一節點與第二電容之第一端之間。第三開關連接於第一開關及第一電容之間之第二節點與第二電容之第二端之間，其中在第一階段中，控制訊號被配置以控制參考電壓切換單元處在導通狀態，第一開關導通，第二開關及第三開關關斷，以對第一電容充電，在第二階段中，控制訊號控制參考電壓切換單元處在關斷狀態，第一開關關斷，第二開關及第三開關導通，經充電之第一電容對第二電容充電，藉由重複第一階段及該第二階段，使第二電容在第二階段下，其一端之電位達到預定電位，並以預定電位作為輸出電壓。
較佳者，電荷幫浦可進一步包含偵測電路，當電荷幫浦連接至負載電路，偵測電路偵測負載電路之電壓或電流之變化是否超過預定範圍，是則據以輸出控制訊號，以控制參考電壓切換單元、第一開關、第二開關及第三開關重複執行第一階段及第二階段，並向負載電路之電壓源或是負載電路之接地的參考電位輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化或電流變化。
較佳者，預定範圍可包含複數個閾值範圍且分別對應N個參考電壓，偵測電路判斷壓降或電流之變化是否位在複數個閾值範圍之其中之一，是則據以產生控制訊號並控制參考電壓切換單元，使N個參考電壓源對應之其中之一輸入第一電容之第一端，並輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化或電流變化。
較佳者，在輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化後，偵測電路可進一步判斷電壓或電流變化是否在預定時間內被調整至預定範圍內，若否，則據以產生控制訊號並控制參考電壓切換單元，使N個參考電壓源之其中之一輸入第一電容之第一端，以輸出較大之輸出電壓以調整負載電路之電壓變化或電流變化。
較佳者，在輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化後，偵測電路可進一步判斷電壓或電流對時間之變化量是否超過預定變化量，若否，則據以產生控制訊號並控制參考電壓切換單元，使N個參考電壓源之其中之一輸入第一電容之第一端，以輸出較大之輸出電壓以調整負載電路之電壓變化或電流變化。
較佳者，當電荷幫浦連接於負載電路之供電端，輸出電壓可為正電壓用於調整負載電路之電壓變化或電流變化；當電荷幫浦連接於負載電路之接地端，輸出電壓可為負電壓用於調整負載電路之電壓變化或電流變化。
根據本發明的另一態樣，在於提供一種動態電荷幫浦裝置，係適用於連接於負載之負載電路，其包含前述之電荷幫浦及電壓或電流偵測單元。電荷幫浦之輸出電壓與負載電路耦接。偵測電路單元分別連接於負載電路及電荷幫浦，被配置以偵測負載電路之電壓或電流之變化是否超過預定範圍，若是，則根據電壓變化之大小或電流變化之大小產生控制訊號以控制參考電壓切換單元、第一開關、第二開關及第三開關在第一階段及第二階段循環，並將輸出電壓輸出至負載電路以調整負載電路之電壓。
較佳者，預定範圍可包含複數個閾值範圍且分別對應N個參考電壓，偵測電路單元判斷電壓之變化是否位在複數個閾值範圍之其中之一，是則據以產生控制訊號並控制參考電壓切換單元，使N個參考電壓源對應之其中之一輸入第一電容之第一端，並輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化或電流變化。
較佳者，輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化後，偵測電路單元可進一步判斷電壓或電流變化是否在預定時間內被調整至預定範圍內，若否，則據以產生控制訊號並控制參考電壓切換單元，使N個參考電壓源之其中之一輸入第一電容之第一端，以輸出較大之輸出電壓以調整負載電路之電壓變化。
較佳者，在輸出輸出電壓以調整負載電路之電壓變化後，偵測電路單元進一步判斷電壓或電流對時間之變化量是否超過預定變化量，若否，則據以產生控制訊號並控制參考電壓切換單元，使N個參考電壓源之其中之一輸入第一電容之第一端，以輸出較大之輸出電壓以調整負載電路之電壓變化。
綜上所述，本發明的電荷幫浦及動態電荷幫浦藉由輸入N個參考電壓源，並透過控制訊號控制參考電壓切換單元，電荷幫浦的輸出電壓可以根據需求調整，且電荷幫浦可進一步包含偵測電路的配置，偵測負載電路之電壓或電流變化，在選擇最小輸出電壓的情形下，調整電壓變化或電流變化，使其回到預定範圍內，而不致影響負載電路的工作效益，還能夠動態針對負載電路的不同工作狀態進行調整，以降低功耗。
CP、CP2、CP3、CP4‧‧‧電荷幫浦
CPD‧‧‧動態電荷幫浦裝置
LC‧‧‧負載電路
V1‧‧‧第一電壓源
V2‧‧‧第二電壓源
V11‧‧‧輸入電壓源
V1-1~V1-N‧‧‧第一參考電壓~第N參考電壓
Vcp、Vcp’‧‧‧節點
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
V12、V13、V3、V4‧‧‧電位
Va‧‧‧電壓
VDD、AVDD‧‧‧電壓源
VS、VS’‧‧‧參考電壓切換單元
Vth‧‧‧電壓預定範圍
Vmax、Vmax’、Vmax1、Vmax2、Vmax3‧‧‧最大電壓
Ia‧‧‧電流
Ith‧‧‧電流預定範圍
Imax、Imax’、Imax1、Imax2、Imax3‧‧‧最大電流
C1、C11‧‧‧第一電容
C2、C12‧‧‧第二電容
CL、CL’、Vcp_SE‧‧‧控制訊號
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
DEC‧‧‧偵測電路
GND‧‧‧接地端
LC‧‧‧負載電路
RL‧‧‧負載
S1、S11‧‧‧第一開關
S2、S12‧‧‧第二開關
S3、S13‧‧‧第三開關
S4、S14‧‧‧第四開關
SUP‧‧‧供電端
T11、T12、T13‧‧‧工作階段
T1、T2、T3‧‧‧時間
S1-1~S1-N‧‧‧第一參考電壓開關~第N參考電壓開關
本發明之上述及其他特徵及優勢將藉由參照附圖詳細說明其例示性實施例而變得更顯而易知，其中：第1A-1D圖係為習知電荷幫浦的操作示意圖。
第2圖係為根據本發明的電荷幫浦的第一實施例繪示的電路布局圖。
第3圖係為根據本發明的電荷幫浦的第二實施例繪示的電路布局圖。
第4A圖係為根據本發明的電荷幫浦的第三實施例繪示的電路布局圖。
第4B圖係為節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間作圖。
第4C圖，係為另一實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間作圖。
第5A圖係為根據本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例繪示的電路布局圖。
第5B圖係為在本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間作圖。
第5C圖係為在本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間之另一作圖。
第5D圖，係為在本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間之再一作圖。
為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。
於此使用，詞彙“與/或”包含一或多個相關條列項目之任何或所有組合。當“至少其一”之敘述前綴於一元件清單前時，係修飾整個清單元件而非修飾清單中之個別元件。
第2圖係為根據本發明的電荷幫浦的第一實施例繪示的電路布局圖。一種電荷幫浦CP1，其包含參考電壓切換單元VS、第一參考電壓V1-1、第二參考電壓V1-2、第一電容C11、第二電容C12、第一開關S11、第二開關S12、第三開關S13。其中，電壓切換單元VS係連接在第一參考電壓V1-1及第二參考電壓V1-2與第一電容C11之第一端之間。在參考電壓切換單元VS之導通狀態下，第一參考電壓V1-1及第二參考電壓V1-2其中之一輸入第一電容C11之第一端。在參考電壓切換單元VS之關斷狀態下，第一參考電壓V1-1及第二參考電壓V1-2均不輸入第一電容C11之第一端。較佳者，參考電壓切換單元VS包含第一電壓切換開關S1-1及第二電壓切換開關S1-2，且可根據所輸入之控制訊號CL，在導通狀態下使第一參考電壓V1-1及第二參考電壓V1-2的其中之一輸入，且使參考電壓切換單元VS在導通狀態及關斷狀態之間切換。較佳者，參考電壓切換單元VS可為多工器。
續言之，如第2圖所示，輸入電壓源V11透過第一開關S11連接至第一電容C11之第二端，第二開關S12連接於參考電壓切換單元VS及第一電容 C11之間之第一節點N1與第二電容C12之第一端之間，第三開關S13連接於第二節點N2與第二電容C12之第二端之間。
根據第2圖所示的電荷幫浦CP，其主要操作可分為第一階段及第二階段。第一階段中，控制訊號CL被配置以控制參考電壓切換單元VS處在前述之導通狀態，且控制第一開關S11導通，第二開關S12及該第三開關S13關斷，以對第一電容C11充電，在第二階段中，控制訊號CL控制參考電壓切換單元VS處在關斷狀態，且控制第二開關S12關斷，第三開關S13及第四開關S14導通，經充電之第一電容C11對第二電容充電C12。
藉由多次的重複第一階段及第二階段，可於電容C12儲存足夠的電荷，使第二電容C12兩端電位V3及V4達到穩定狀態，使第二電容C12在第二階段下，電位V3與V4之間電位達到預定電位，並以該預定電位轉換為一輸出電壓，且根據給定至電位V3(電位V4)的原始電位的不同，可獲得不同電位V4(電位V3)的電壓，此電壓可為正壓或負壓。此處，電位V3與V4之間電位可隨著經由控制訊號CL所選擇通過的電壓而改變，亦即，第一參考電壓V1-1及第二參考電壓V1-2的其中之一。如此，電荷幫浦CP1的輸出電壓可以根據需求調整。
請參考第3圖，係為根據本發明的電荷幫浦的第二實施例繪示的電路布局圖。如第3圖所示，類似的元件符號代表類似的元件。與前一實施例不同的是，電荷幫浦CP2的參考電壓切換單元VS’係連接在第一至第N參考電壓V1-1至V1-N與第一電容C11之第一端之間。因此，在電壓切換單元VS’的導通狀態下，第一至第N參考電壓V1-1至V1-N其中之一根據控制訊號CL’供應至電荷幫浦CP’。為此，在電荷幫浦CP2的第一階段中，第一至第N參考電壓V1-1至V1-N根據控制訊號CL’所選擇的其中之一及輸入電壓源V11對第一電容C11充電，第 二階段中，控制訊號CL’控制參考電壓切換單元VS’處在關斷狀態，且控制第二開關S12關斷，第三開關S13及第四開關S14導通，經充電之第一電容C11對第二電容充電C12。藉由重複第一階段及第二階段，可使第二電容兩端電位V3與V4之間電位達到穩定狀態，使第二電容C12在第二階段下，電位V3與V4之間電位達到預定電位，並以該預定電位轉換為一輸出電壓。此處，電位V3與V4之間電位可隨著經由控制訊號CL’所選擇通過的電壓而改變，亦即，第一至第N參考電壓V1-1至V1-N的其中之一。如此，電荷幫浦CP2的輸出電壓可以根據需求調整，V3或V4擇一給定一電壓，若是V3給定一電壓，V4則為輸出點以輸出正壓或負壓，若是V4給定一電壓，V3則為輸出點以輸出正壓或負壓。
請參考第4A圖，係為根據本發明的電荷幫浦的第三實施例繪示的電路布局圖。如圖所示，電荷幫浦CP3，其進一步連接於偵測電路DEC。此處的電荷幫浦CP3可對應於前述實施例中的電荷幫浦CP1及CP2，其由第一至第N參考電壓V1-1至V1-N作為電壓源，當電荷幫浦CP3連接至一負載電路LC之一供電端SUP。負載電路LC係連接於輸入電壓Vin及輸出電壓Vout之間，並連接於負載RL以供應電源。其中，輸入電壓之波形可略如第4B圖所示，當負載RL增加，偵測電路DEC偵測該負載電路LC之壓降，亦即，節點Vcp之電壓或電流變化，是否超過預定範圍。若是，則據以輸出控制訊號Vcp_SE，以控制電荷幫浦CP3之參考電壓切換單元、第一開關、第二開關及第三開關重複執行該第一階段及該第二階段，並向該負載電路輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該壓降變化。其中，控制訊號Vcp_SE可根據節點Vcp的電壓或電流變化，控制電荷幫浦CP3的參考電壓切換單元，以選擇相對應的參考電壓，而能在選擇最小輸出電壓的情形 下，調整節點Vcp的壓降，使其回到預定範圍內，而不致影響負載電路LC的工作效益。此實施例中，電荷幫浦CP3的輸出電壓係為一正壓。
請參考第4B圖，係為節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間作圖。如圖所示，當負載電路LC產生壓降，並超過預定範圍Vth時，偵測電路DEC偵測到壓降超過該預定範圍Vth，並計算壓降之最大值Vmax與預定範圍Vth的差值，以據此產生控制訊號Vcp_SE，或是偵測電路DEC偵測到負載電路消耗電流超過該預定範圍，並計算消耗電流之最大值Imax與預定範圍Ith的差值，以據此產生控制訊號Vcp_SE，選擇第一至第N參考電壓對應的其中之一，使輸出電壓能在最小限度下使調整後的節點Vcp’的電壓或消耗電流回到預定範圍內，因此，可避免壓降或消耗電流影響負載電路LC的工作效益，並達到降低功耗的效果。
請參考第4C圖，係為另一實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間作圖。此實施例中，N=3，代表電荷幫浦CP3之電壓源為三組，且負載電路係分別有三種工作模式。如圖所示，當負載電路LC產生壓降，其在工作階段T11中代表高負載模式，在工作階段T12中代表正常運作模式，而在工作階段T13代表省電模式，負載電路處於低負載，其中，三種負載之最大電壓Vmax1、Vmax2及Vmax3均超過預定範圍Vth，偵測電路DEC偵測到壓降超過該預定範圍Vth，並計算壓降之最大電壓Vmax1、Vmax2及Vmax3與預定範圍Vth的差值，或是偵測電路DEC偵測到負載電路消耗電流超過預定範圍Ith，並計算電流消耗之最大值Imax1、Imax2及Imax3與預定範圍Ith之差值，以據此產生控制訊號Vcp_SE，選擇第一至第三參考電壓對應的其中之一。較佳者，第一參考電壓V1-1>第二參考電壓V1-2>第三參考電壓V1-3。對應於不同的工作階段，控 制訊號Vcp_SE可分別選擇不同的參考電壓，使輸出電壓能在最小限度下使調整後的節點Vcp’的電壓或消耗電流回到預定範圍內，因此，可避免壓降及電流消耗影響負載電路LC的工作效益，並且可對應於負載電壓的工作狀態，達成降低功耗的效果。
請參考第5A圖，係為根據本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例繪示的電路布局圖。如圖所示，動態電荷幫浦裝置CPD包含電荷幫浦CP4及偵測電路DEC，電荷幫浦CP4連接於偵測電路DEC。此處的電荷幫浦CP4可對應於前述實施例中的電荷幫浦CP1及CP2，其由第一至第N參考電壓V1-1至V1-N作為電壓源。與第四實施例不同的是，電荷幫浦CP4連接至負載電路LC之接地端GND，而負載電路LC的供電端連接於電壓源AVDD。類似的，負載電路LC連接於輸入電壓Vin及輸出電壓Vout之間，並連接於負載RL以供應電源。其中，輸入電壓之波形可略如第5B圖所示，當負載RL增加，偵測電路DEC偵測該負載電路LC之電壓或電流，亦即，節點Vcp之電壓或電流變化，是否超過預定範圍。若是，則據以輸出控制訊號Vcp_SE，以控制電荷幫浦CP4之參考電壓切換單元、第一開關、第二開關及第三開關重複執行該第一階段及該第二階段，並向該負載電路LC輸出該輸出電壓以調整該負載電路LC之該電壓或電流變化。
請參考第5B圖，係為在本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓及電流對時間作圖，此實施例中，電荷幫浦CP4的輸出電壓係為一負壓。如圖所示，當負載電路LC產生壓降，並超過預定範圍Vth時，偵測電路DEC偵測到壓降超過該預定範圍Vth，並計算壓降之電壓最大值Vmax與預定範圍Vth的差值，以據此產生控制訊號Vcp_SE，選 擇第一至第N參考電壓對應的其中之一，使輸出電壓能在最小限度下使調整後的節點Vcp’的電壓回到預定範圍內；或當負載電路LC產生電流變化，並超過預定範圍Ith時，計算電流變化之電流最大值Imax與預定範圍Ith的差值，以據此產生控制訊號Vcp_SE，選擇第一至第N參考電壓對應的其中之一，使輸出電壓能在最小限度下使調整後的節點Vcp’的電流回到預定範圍Ith內。因此，可避免壓降影響負載電路LC的工作效益，並達到降低功耗的效果。
請參考第5C圖，係為在本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例中，節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓對時間之另一作圖。如圖所示，當負載電路LC產生電壓變化，並超過預定範圍Vth時，偵測電路DEC偵測到電壓變化超過該預定範圍Vth，並計算壓降之最大值Vmax與預定範圍Vth的差值，或當負載電路LC產生電流變化超過預定範圍Ith，偵測電路DEC偵測到電流變化超過該預定範圍Ith，並計算壓降之最大值Imax與預定範圍Ith的差值，以據此產生控制訊號Vcp_SE，選擇第一至第N參考電壓V1-1至V1-N中對應的其中之一，使輸出電壓能在最小限度下使調整後的節點Vcp’的電壓及電流回到預定範圍內。然而，由於考量到負載電路LC之電壓可能不穩定的情形，而導致壓降升高，此時，偵測電路DEC會進一步判斷經調整的節點Vcp’之電壓及電流在一定時間(本實施例中為T1)內是否達到預定範圍Vth及Ith內，若否，偵測電路DEC會根據所偵測到的調整後的最大電壓Vmax’，並根據最大電壓Vmax’與預定範圍Vth之差值產生另一控制訊號Vcp_SE，或偵測電路DEC會根據所偵測到的調整後的最大電流Imax’，並根據最大電流Imax’與預定範圍Ith之差值產生另一控制訊號Vcp_SE以從第一至第N參考電壓V1-1至V1-N中選擇對應的其中之一，以增加電荷幫浦CP4的輸出電壓。因此，可達成動態偵測負載電路LC的電壓及電流，並根據需求使 負載電路LC的工作效益不致因為負載電路LC之電壓或電流變化而降低，同時亦能達到降低功耗的效果。
請參考第5D圖，係為在本發明的動態電荷幫浦裝置的實施例中節點Vcp及經調整的節點Vcp’之電壓對時間之再一作圖。如圖所示，當負載電路LC產生壓降，並超過預定範圍Vth時，偵測電路DEC於時間T1偵測到壓降超過該預定範圍Vth，並計算壓降之最大值Vmax與預定範圍Vth的差值，或當負載電路LC產生壓降，並超過預定範圍Ith時，偵測電路DEC於時間T1偵測到壓降超過該預定範圍Ith，並計算壓降之最大值Imax與預定範圍Ith的差值以據此產生控制訊號Vcp_SE，選擇第一至第N參考電壓V1-1至V1-N中對應的其中之一，使輸出電壓能在最小限度下使調整後的節點Vcp’的電壓及電流回到預定範圍內。然而，由於考量到負載電路LC之電壓影響時間過長，故為了盡快使負載電路LC的電壓及電流變化之影響消失，此時，偵測電路DEC會在預定時間內進一步判斷電壓或電流在一定時間之內的變化量是否達到預定變化量，以本實施例而言，電壓偵測單元DEC會判斷時間T1至時間T2內，最大電壓Vmax與T2時電壓Va之差值，或最大電流Imax與T2時電流Ia之差值，並除以時間差T2-T1，以判斷電壓變化率是否達到預定電壓變化率或電流變化率是否達到預定電流變化率，若否，偵測電路DEC會進一步產生控制訊號Vcp_SE，將電荷幫浦CP4的輸出電壓調昇一階，以提昇調整電壓變化及電流變化的速率。直到經調整的節點Vcp’的電壓降至預定範圍Vth內，或電流降至預定範圍Ith內，此時(時間T3)再產生加速前的控制訊號Vcp_SE，以從第一至第N參考電壓V1-1至V1-N中選擇對應的其中之一，藉由降低電荷幫浦CP4的輸出電壓，以達到降低功耗的效果。因此，可達成 動態偵測負載電路LC的電壓，並根據需求使負載電路LC的工作效益不致長時間受到負載電壓變化或電流變化的影響而降低。
綜上所述，本發明的電荷幫浦及動態電荷幫浦藉由以N個參考電壓之電壓源，並透過控制訊號控制參考電壓切換單元，電荷幫浦的輸出電壓可以根據需求調整，且電荷幫浦可進一步包含偵測電路的配置，偵測負載電路LC之電壓或電流，在選擇最小輸出電壓的情形下，調整電壓變化及電流變化，使其回到預定範圍內，而不致影響負載電路的工作效益，還能夠動態針對負載電路的不同工作狀態進行調整，以降低功耗。
當本發明的實施例參考其例示性實施例被特別顯示及描述時，其可為所屬技術領域具有通常知識者理解的是，在不脫離由以下申請專利範圍及其等效物所定義之本發明的精神及範疇內，可對其進行形式及細節上的各種變更。
C11‧‧‧第一電容
C12‧‧‧第二電容
N1‧‧‧第一節點
N2‧‧‧第二節點
V11‧‧‧輸入電壓源
V1-1~V1-N‧‧‧第一參考電壓~第N參考電壓
V12、V13‧‧‧電位
S11‧‧‧第一開關
S12‧‧‧第二開關
S13‧‧‧第三開關
CL’‧‧‧控制訊號
S1-1~S1-N‧‧‧第一參考電壓開關~第N參考電壓開關

Claims (10)

  1. 一種電荷幫浦，其包含：一參考電壓切換單元，係連接在相異之N個參考電壓源及一第一電容之一第一端之間，在該參考電壓切換單元之一導通狀態下，該N個參考電壓源之其中之一輸入該第一電容之該第一端，且在一關斷狀態下，該N個參考電壓均不輸入該第一電容之該第一端，且N≧2；一輸入電壓源，係透過一第一開關連接至該第一電容之一第二端；一第二開關，係連接於該參考電壓切換單元及該第一電容之間之一第一節點與一第二電容之一第一端之間；以及一第三開關，係連接於該第一開關及該第一電容之間之一第二節點與該第二電容之一第二端之間，其中在一第一階段中，一控制訊號被配置以控制該參考電壓切換單元處在該導通狀態，該第一開關導通，該第二開關及該第三開關關斷，以對該第一電容充電，在一第二階段中，該控制訊號控制該參考電壓切換單元處在該關斷狀態，該第一開關關斷，該第二開關及該第三開關導通，經充電之該第一電容對該第二電容充電，藉由重複該第一階段及該第二階段，使該第二電容在該第二階段下，其一端之電位達到一預定電位，並以該預定電位轉換為一輸出電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電荷幫浦，其進一步包含一偵測電路，當該電荷幫浦連接至一負載電路，該偵測電路偵測該負載電路之一電壓或電流之變化是否超過一預定範圍，是則據以 輸出一控制訊號，以控制該參考電壓切換單元、該第一開關、該第二開關及該第三開關重複執行該第一階段及該第二階段，並向該負載電路輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電荷幫浦，其中該預定範圍包含複數個閾值範圍且分別對應該N個參考電壓源，該偵測電路判斷該負載電路之電壓或電流之變化是否位在該複數個閾值範圍之其中之一，是則據以產生該控制訊號並控制該參考電壓切換單元，使該N個參考電壓源對應之其中之一輸入該第一電容之該第一端，並輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓或電流變化。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電荷幫浦，其中在輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化後，該偵測電路進一步判斷該負載電路電壓或電流變化是否在一預定時間內被調整至該預定範圍內，若否，則據以產生該控制訊號並控制該參考電壓切換單元，使該N個參考電壓源之其中之一輸入該第一電容之該第一端，以輸出較大之該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓或電流變化。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之電荷幫浦，其中在輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化後，該偵測電路進一步判斷該負載電路之電壓或電流對時間之變化量是否超過一預定變化量，若否，則據以產生該控制訊號並控制該參考電壓切換單元，使該N個參考電壓源之其中之一輸入該第一電容之該第一端，以輸出較大之該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之電荷幫浦，當其連接於該負載電路之一供電端，該輸出電壓作為一正電壓用於調整該負載電路之該電壓；當其連接於該負載電路之一接地端，該輸出電壓作為一負電壓用於調整該負載電路之該電壓。
  7. 一種動態電荷幫浦裝置，係適用於連接於一負載之一負載電路，其包含：如申請專利範圍第1項所述之電荷幫浦，其之該輸出電壓與該負載電路耦接；一偵測電路單元，係分別連接於該負載電路及該電荷幫浦，被配置以偵測該負載電路之一電壓或電流之變化是否超過一預定範圍，若是，則根據該電壓或電流變化之大小產生一控制訊號以控制該參考電壓切換單元、該第一開關、該第二開關及該第三開關在該第一階段及該第二階段循環，並將該輸出電壓輸出至該負載電路以調整該負載電路之該電壓。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之動態電荷幫浦裝置，其中該預定範圍包含複數個閾值範圍且分別對應該N個參考電壓，該偵測電路單元判斷該電壓或電流之變化是否位在該複數個閾值範圍之其中之一，是則據以產生該控制訊號並控制該參考電壓切換單元，使該N個參考電壓源對應之其中之一輸入該第一電容之該第一端，並輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之動態電荷幫浦裝置，其中在輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化後，該偵測電路單元進一步判斷該電壓或電流變化是否在一預定時間內被調整至 該預定範圍內，若否，則據以產生該控制訊號並控制該參考電壓切換單元，使該N個參考電壓源之其中之一輸入該第一電容之該第一端，以輸出較大之該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之動態電荷幫浦裝置，其中在輸出該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化後，該偵測電路單元進一步判斷該電壓或電流對時間之變化量是否超過一預定變化量，若否，則據以產生該控制訊號並控制該參考電壓切換單元，使該N個參考電壓源之其中之一輸入該第一電容之該第一端，以輸出較大之該輸出電壓以調整該負載電路之該電壓變化。
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