TWI698077B

TWI698077B - 電荷幫浦電路及其動態調整電壓的供電方法

Info

Publication number: TWI698077B
Application number: TW108136928A
Authority: TW
Inventors: 簡志剛
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2020-07-01
Also published as: US20210111624A1; TW202116002A; US10978946B1

Abstract

本案包含一種電荷幫浦電路，包含電源接收端、接地端、正及負電輸出端、第一及第二儲能電容、第一及第二飛馳電容及幫浦單元電路。電源接收端接收電源電壓。第一儲能電容耦接於正電輸出端及接地端間。第二儲能電容耦接於負電輸出端及接地端間。幫浦單元電路配置以：在兩倍電源電壓供電模式中，使第一及第二飛馳電容與電源接收端、接地端、正電輸出端以及負電輸出端間在第一及第二操作時間分別具有第一及第二連接關係。幫浦單元電路交錯運作於第一及第二操作時間，使正、負電輸出端分別輸出電源電壓兩倍之正、負輸出電壓。

Description

電荷幫浦電路及其動態調整電壓的供電方法

本案是關於電荷幫浦技術，尤其是關於一種電荷幫浦電路及其動態調整電壓的供電方法。

電荷幫浦（charge pump）電路常被應用於電子產品的驅動電路中。電荷幫浦電路主要利用電容原理來實現電壓轉換，以提供所需的輸出電壓。其中，耳機（headphone）也是經常採用電荷幫浦電路進行驅動的裝置之一。

近年來隨著高保真音質（Hi-Fi audio）的需求漸增，耳機的規格也愈來愈多元。在部分耳機放大器輸出規格的滿額輸出電壓（full scale output voltage；FSOV）下，去推動低阻抗耳機音量適中，但是用來推動高阻抗的耳機卻嫌音量不足；而如果為了達到高阻抗耳機的音量而給予較高的滿額輸出電壓，卻會面臨到無法兼顧省電的困境。其中最主要原因在於滿額輸出電壓受限於電荷幫浦的電源電壓，如為低壓則較為省電卻無法供應足夠的音量予高阻抗耳機；而如為高壓則無法做到省電。

因此，若能在採用低電源電壓卻能產生絕對值高於電源電壓的正負輸出電壓，將可大幅改善電荷幫浦電路的功耗與效能。

鑑於先前技術的問題，本案之一目的在於提供一種電荷幫浦電路及其動態調整電壓的供電方法，以改善先前技術。

本案之一目的在於提供一種電荷幫浦電路及其動態調整電壓的供電方法，以根據不同的輸出驅動需求動態調整輸出電壓，在足以驅動高阻抗負載的同時達到省電的功效。

本案包含一種電荷幫浦（charge pump）電路，其一實施例包含：電源接收端、接地端、正電輸出端、負電輸出端、第一儲能電容、第二儲能電容、第一飛馳（flying）電容、第二飛馳電容以及幫浦單元電路。電源接收端配置以接收電源電壓。正電輸出端配置以輸出正輸出電壓。負電輸出端配置以輸出負輸出電壓。第一儲能電容電性耦接於正電輸出端以及接地端間。第二儲能電容電性耦接於負電輸出端以及接地端間。幫浦單元電路配置以：在兩倍電源電壓供電模式中，使第一飛馳電容以及第二飛馳電容與電源接收端、接地端、正電輸出端以及負電輸出端間在第一操作時間具有第一連接關係，以及在第二操作時間具有第二連接關係。其中幫浦單元電路在兩倍電源電壓供電模式中交錯運作於第一操作時間以及第二操作時間，以使正電輸出端以及負電輸出端分別輸出電源電壓兩倍之正輸出電壓以及負輸出電壓。

本案另包含一種動態調整電壓的供電方法，應用於電荷幫浦電路中，其一實施例包含下列步驟：使電源接收端接收電源電壓，使正電輸出端輸出正輸出電壓以及使負電輸出端輸出負輸出電壓；使第一儲能電容電性耦接於正電輸出端以及接地端間以及使第二儲能電容電性耦接於負電輸出端以及接地端間；使幫浦單元電路在兩倍電源電壓供電模式中，使第一飛馳電容以及第二飛馳電容與電源接收端、接地端、正電輸出端以及負電輸出端間在第一操作時間具有第一連接關係，以及在第二操作時間具有第二連接關係；以及使幫浦單元電路在兩倍電源電壓供電模式中交錯運作於第一操作時間以及第二操作時間，以使正電輸出端以及負電輸出端分別輸出電源電壓兩倍之正輸出電壓以及負輸出電壓。

有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。

參照圖1。圖1為本案之一實施例中，一種電荷幫浦電路100的方塊圖。電荷幫浦電路100包含：電源接收端N0、接地端GND、正電輸出端N1、負電輸出端N2、第一儲能電容Cp1、第二儲能電容Cp2、第一飛馳電容Cf1、第二飛馳電容Cf2以及幫浦單元電路120。

於一實施例中，電荷幫浦電路100配置以依據第一時脈CK1和第二時脈CK2控制幫浦單元電路120改變第一儲能電容Cp1、第二儲能電容Cp2、第一飛馳電容Cf1、第二飛馳電容Cf2與各個電路節點如電源接收端N0、接地端GND、正電輸出端N1、負電輸出端N2間的連接關係，在不同的供電模式下，將輸入之電源電壓VDD轉換成不同的正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE。

參照圖2。圖2為本案之一實施例中，第一時脈CK1和第二時脈CK2的時序圖。如圖2所示，第一時脈CK1的工作相位PH1與第二時脈CK2的工作相位PH2不重疊，以避免電路中工作在不同相位且不應互相連接的路徑發生不當連接的情形。

於一實施例中，電荷幫浦電路100具有四種供電模式。在四種供電模式下，電荷幫浦電路100具有不同的電源轉換率。在四種供電模式下，電荷幫浦電路100分別產生電源電壓VDD的四種不同倍率的輸出電壓（即，正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE之間的電壓差），例如為輸入電源電壓VDD的4倍（±2VDD）、2倍（±VDD）、1倍（±1/2 VDD）及2/3倍（±1/3 VDD）的輸出電壓。電荷幫浦電路100可依據後級電路（即，電荷幫浦電路100供電的目標電路）所需的電力大小，來選擇供電模式。

為了方便說明，四種供電模式以下分別稱之為兩倍電源電壓供電模式、電源電壓供電模式、二分之一電源電壓供電模式以及三分之一電源電壓供電模式。

以下將針對電荷幫浦電路100的結構進行更詳細的說明。

電源接收端N0電性連接至系統的電壓源，並且從系統的電壓源接收電源電壓VDD。而接地端GND電性連接至系統的接地。

第一儲能電容Cp1耦接在正電輸出端N1和接地端GND之間，而第二儲能電容Cp2耦接在負電輸出端N2和接地端GND之間。

幫浦單元電路120耦接至電源接收端N0、接地端GND、正電輸出端N1、負電輸出端N2、第一飛馳電容Cf1和第二飛馳電容Cf2。

幫浦單元電路120以所選擇的供電模式進行運作，利用第一時脈CK1和第二時脈CK2控制各元件與節點的電性連接關係，將輸入之電源電壓VDD轉換為對應選擇之供電模式的正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE。

更詳細地說，在電性連接關係確定後，正電輸出端N1輸出由電荷幫浦電路100轉換電源電壓VDD而產生之正輸出電壓VPP，以及負電輸出端N2由輸出電荷幫浦電路100轉換電源電壓VDD而產生之負輸出電壓VEE，藉以提供給後級電路做為運作所需之電力。第一儲能電容Cp1和第二儲能電容Cp2亦可分別作為正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE的穩壓電容。

其中，第一時脈CK1和第二時脈CK2可利用信號產生單元140產生。由於信號產生單元140之實施結構與運作原理係為本領域之技術人員所熟知，故於此不再贅述。

參照圖3A及圖3B。圖3A及圖3B為本案之一實施例中，幫浦單元電路120的示意圖。

如圖3A所示，幫浦單元電路120包括複數個開關S1-S12。於第3A圖中，標號「CK」表示第一時脈CK1和第二時脈CK2中之至少一者。

如圖3B所示，幫浦單元電路120還可包括多工電路122。多工電路122耦接至每一個開關S1-S12。並且，多工電路122更耦接至信號產生單元140。

在電荷幫浦電路100運作時，多工電路122會相應幫浦單元電路120要執行的供電模式將第一時脈CK1以及第二時脈CK2分別輸入至開關中之至少一者的控制端。在一些實施例中，多工電路122可包括多工器122a和多工器122b。

多工器122a的輸入端耦接至信號產生單元140，其輸出端耦接至一個或多個開關（如圖式中所示之S1、S2、S3、S4、S8、S10、S11或S12），以依所選供電模式將自輸入端接收的第一時脈CK1導通輸出至至少一個輸出端。

多工器122b的輸入端耦接至信號產生單元140，其輸出端耦接至一個或多個開關（如圖式中所示之S1、S2、S5、S6、S7、S9、S10或S11），以依所選供電模式將自輸入端接收的第二時脈CK2導通輸出至至少一個輸出端。

在一些實施例中，幫浦單元電路120可更包括振幅偵測器124，耦接至多工電路122，且更電性連接至後級電路的輸入端或輸出端。後級電路的電源端係耦接至正電輸出端N1和負電輸出端N2，並且由正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE供電給後級電路或驅動後級電路的輸入信號。

振幅偵測器124可根據後級電路的輸入信號或輸出信號在一段預設時間內的信號振幅值的大小，決定幫浦單元電路120（電荷幫浦電路100）要執行的供電模式，並輸出對應之控制信號Cm1、Cm2給多工電路122的多工器122a和多工器122b，達到控制其內部導通路徑連接輸入端與輸出端之目的。

於圖3A所示出的範例中，開關包括第一開關S1至第十二開關S12。

第一開關S1電性連接在電源接收端N0和第一飛馳電容Cf1的正極（節點N3）之間。第二開關S2電性連接在正電輸出端N1和第一飛馳電容Cf1的正極（節點N3）之間。第三開關S3電性連接在正電輸出端N1和第二飛馳電容Cf2的正極（節點N5）之間。第四開關S4電性連接在正電輸出端N1和第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）之間。第五開關S5電性連接在接地端GND和第二飛馳電容Cf2的正極（節點N5）之間。第六開關S6耦接在負電輸出端N2和第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）之間。即，第六開關S6電性連接至負電輸出端N2和第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）。第七開關S7電性連接在負電輸出端（節點N2）和第二飛馳電容Cf2的負極（節點N6）之間。第八開關S8電性連接在接地端GND和第二飛馳電容Cf2的負極（節點N6）之間。第九開關S9電性連接在接地端GND和第一飛馳電容Cf1的正極（節點N3）之間。第十開關S10電性連接在電源接收端N0和正電輸出端N1之間。第十一開關S11電性連接在接地端GND和第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）之間。第十二開關S12電性連接在電源接收端N0和第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）之間。

在一些實施例中，第一開關S1至第十二開關S12可採用電源開關（power switch）。

在一些實施例中，兩倍電源電壓供電模式、電源電壓供電模式、二分之一電源電壓供電模式以及三分之一電源電壓供電模式可分別為最高供電模式、高供電模式、中供電模式和低供電模式。

在兩倍電源電壓供電模式中，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122a，使第一時脈CK1輸入至開關S2、S3、S8及S12的控制端。並且，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122b，使第二時脈CK2輸入至開關S1、S5、S7及S11的控制端。而開關S4、S6、S9-S10的控制端則不接收任何控制信號，使開關S4、S6、S9-S10為斷路。也就是說，在兩倍電源電壓供電模式下，開關S1-S3、S5、S7-S8、S11-S12運作，而開關S4、S6、S9-S10不運作。

因此，開關S2、S3、S8及S12會響應第一時脈CK1的工作相位PH1而導通，以形成第一等效電路。參照圖4。圖4為本案一實施例中，電荷幫浦電路100在兩倍電源電壓供電模式下由第一時脈CK1的工作相位PH1控制的第一操作時間的第一等效電路圖。

在第一時脈CK1的工作相位PH1時，第一飛馳電容Cf1反向耦接在電源接收端N0以及正電輸出端N1之間。第二飛馳電容Cf2和第一儲能電容Cf1正向並聯在正電輸出端N1和接地端GND之間。即，第一飛馳電容Cf1的正極（節點N3）耦接至正電輸出端N1，而第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）耦接至電源接收端N0。第二飛馳電容Cf2的正極（節點N5）耦接至正電輸出端N1，而第二飛馳電容Cf2的負極（節點N6）耦接至接地端GND。此時，負電輸出端N2對內僅直接耦接第二儲能電容Cp2。

在兩倍電源電壓供電模式的第一等效電路上，第二飛馳電容Cf2的跨壓Vcf2與第一儲能電容Cp1的跨壓相等於正電輸出端N1的端電壓（即，正輸出電壓VPP）。正電輸出端N1的端電壓（即，正輸出電壓VPP）為第一飛馳電容Cf1的跨壓Vcf1加上電源電壓VDD之和。第二儲能電容Cp2係浮接在負電輸出端N2與接地端GND之間。

因此，可得到下列（式1）和（式2）。 VPP= Vcf1+VDD　（式1） Vcf2=VPP　（式2）

再者，開關S1、S5、S7及S11會響應第二時脈CK2的工作相位PH2而導通，以形成第二等效電路。參照圖5。圖5為本案一實施例中，電荷幫浦電路100在兩倍電源電壓供電模式下由第二時脈CK2的工作相位PH2控制的第二操作時間的第二等效電路圖。

在第二時脈CK2的工作相位PH2時，第一飛馳電容Cf1正向耦接在電源接收端N0和接地端GND之間。第二飛馳電容Cf2反向耦接在負電輸出端N2和接地端GND之間。即，第一飛馳電容Cf1的正極（節點N3）耦接至電源接收端N0，而第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）耦接至接地端GND。第二飛馳電容Cf2的正極（節點N5）耦接至接地端GND，而第二飛馳電容Cf2的負極（節點N6）耦接至負電輸出端N2。

在兩倍電源電壓供電模式的第二等效電路上，第二飛馳電容Cf2的跨壓反向倒在第二儲能電容Cp2上（即負輸出電壓VEE）。第一飛馳電容Cf1的跨壓則為電源電壓VDD。

因此，可得到下列（式3）和（式4）。 Vcf1=VDD　（式3） VEE=-Vcf2　（式4）

由（式1）至（式4）可得，在兩倍電源電壓供電模式下，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為（2）電源電壓，即2VDD，並且負電輸出端N2所輸出的負輸出電壓VEE為（-2）輸入電源電壓，即-2VDD。

此外，當電荷幫浦電路100以兩倍電源電壓供電模式供電時，相應於第一時脈和第二時脈，幫浦單元電路120交錯運作於第一操作時間以及第二操作時間中。因此，電源接收端N0、接地端GND、正電輸出端N1、負電輸出端N2、第一飛馳電容Cf1的正極（節點N3）、第一飛馳電容Cf1的負極（節點N4）、第二飛馳電容Cf2的正極（節點N5）和第二飛馳電容Cf2的負極（節點N6）之間的電性連接關係會反覆交替呈現第一等效電路和第二等效電路。

類似地，在電源電壓供電模式下，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122a，使第一時脈CK1輸入至開關S1、S3、S8、S10、S11的控制端。並且，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122b，使第二時脈CK2輸入至開關S5、S6、S7、S9、S10的控制端。而開關S2、S4的控制端則不接收任何控制信號，使開關S2和開關S4為斷路。

在這樣的狀況下，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為電源電壓VDD，並且負電輸出端N2所輸出的負輸出電壓VEE為（-）電源電壓，即-VDD。

在二分之一電源電壓供電模式下，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122a，使第一時脈CK1輸入至開關S1、S3、S4、開關S8的控制端。並且，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122b，使第二時脈CK2輸入至開關S5、S6、S7、S9的控制端。而開關S2、S10、S11的控制端則不接收任何控制信號，使開關S2及開關S10至開關S11為斷路。在這樣的狀況下，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為（1/2）電源電壓，即VDD/2，並且負電輸出端N2所輸出的負輸出電壓VEE為（-1/2）電源電壓，即-VDD/2。

在三分之一電源電壓供電模式下，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122a，使第一時脈CK1輸入至開關S1、S3、S4、及S8的控制端。並且，振幅偵測器124控制多工電路122的多工器122b，使第二時脈CK2輸入至開關S2、S5、S6、及S7的控制端。而開關S9、S10、S11的控制端則不接收任何控制信號，使開關S9至開關S11為斷路。在這樣的狀況下，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為（1/3）電源電壓，即VDD/3，並且負電輸出端N2所輸出的負輸出電壓VEE為（-1/3）輸入電源電壓，即-VDD/3。

參照圖6。圖6為本案一實施例中，一種放大器電路600與負載610的示意圖。

於一實施例中，圖1中的電荷幫浦電路100可應用於包含電荷幫浦電路100和放大器電路600的驅動裝置中。因此，前述之後級電路係為放大器電路600。放大器電路600主要包括放大器AMP，其具有二輸入端、一輸出端和二電源端。其中，放大器AMP的輸出端耦接至負載610。以耳機驅動裝置為例，負載610可為耳機。

電荷幫浦電路100的正電輸出端N1和負電輸出端N2分別耦接至放大器AMP的二電源端。經由正電輸出端N1和負電輸出端N2所輸出的正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE分別施加至放大器AMP的二電源端，以做為放大器AMP運作時所需之電力。

在電荷幫浦電路100的供電下，放大器電路600所接收到的輸入信號Vin透過二電阻而輸入至放大器AMP的輸入端。由放大器AMP對輸入端所接收到的信號進行信號處理而產生一輸出信號Vout，並由輸出端提供輸出信號Vout給負載610。

電荷幫浦電路100的振幅偵測器124可電性連接至放大器AMP的輸入端和/或輸出端，並對應偵測放大器AMP的輸入信號Vin和/或輸出信號Vout。以偵測輸入信號Vin為例，振幅偵測器124電性連接至放大器AMP的輸入端，以偵測放大器AMP的輸入信號Vin的振幅。

在一段預設時間內，當振幅偵測器124偵測到輸入信號Vin的振幅小於或等於第一閥值時，振幅偵測器124控制幫浦單元電路120執行三分之一電源電壓供電模式，以施加分別為（+1/3）倍和（-1/3）倍的電源電壓VDD之正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE至放大器AMP的電源端。

當振幅偵測器124偵測到輸入信號Vin的振幅大於第一閥值且小於或等於第二閥值時，振幅偵測器124控制幫浦單元電路120執行二分之一電源電壓供電模式，以施加分別為（+1/2）倍和（-1/2）倍的電源電壓VDD之正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE至放大器AMP的電源端。

當振幅偵測器124偵測到輸入信號Vin的振幅大於第二閥值且小於或等於第三閥值時，振幅偵測器124控制幫浦單元電路120執行電源電壓供電模式，以施加分別為（+1）倍和（-1）倍的輸入電源電壓VDD之正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE至放大器AMP的電源端。

當振幅偵測器124偵測到輸入信號Vin的振幅大於第三閥值時，振幅偵測器124控制幫浦單元電路120執行兩倍電源電壓供電模式，以施加分別為（+2）倍和（-2）倍的輸入電源電壓VDD之正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE至放大器AMP的電源端。

如此一來，正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE的大小可隨著輸入信號Vin的大小而動態調整。

請注意，本案雖以二個工作相位不重疊之第一時脈和第二時脈、二個飛馳電容（第一飛馳電容和第二飛馳電容）、二個儲能電容（第一儲能電容及第二儲能電容）、以及複數個開關為例，但本案不以此為限。

參照圖7。圖7為本案一實施例中，一種動態調整電壓的供電方法700的流程圖。

除前述裝置外，本案另揭露一種種動態調整電壓的供電方法700，應用於例如，但不限於圖1的電荷幫浦電路100中。一種動態調整電壓的供電方法700之一實施例如圖7所示，包含下列步驟：

S710：使電源接收端N0接收電源電壓VDD，使正電輸出端N1輸出正輸出電壓VPP以及使負電輸出端N2輸出負輸出電壓VEE。

S720：使第一儲能電容Cp1電性耦接於正電輸出端N1以及接地端GND間，以及使第二儲能電容Cp2電性耦接於負電輸出端N2以及接地端GND間。

S730：使幫浦單元電路120在兩倍電源電壓供電模式中，使第一飛馳電容Cf1以及第二飛馳電容Cf2與電源接收端N0、接地端GND、正電輸出端N1以及負電輸出端N2間在第一操作時間具有第一連接關係，以及在第二操作時間具有第二連接關係。

更詳細地說，在兩倍電源電壓供電模式中的第一操作時間，幫浦單元電路120使第一飛馳電容Cf1的第一飛馳負極電性耦接於電源接收端N0，使第二飛馳電容Cf2的第二飛馳負極電性耦接於接地端GND，以及使第一飛馳電容Cf1的第一飛馳正極以及第二飛馳電容Cf2的第二飛馳正極電性耦接於正電輸出端N1。

進一步地，在兩倍電源電壓供電模式中的第二操作時間，幫浦單元電路120使第一飛馳電容Cf1的第一飛馳負極以及第二飛馳電容Cf2的第二飛馳正極電性耦接於接地端GND，使第一飛馳電容Cf1的第一飛馳正極電性耦接於正電輸出端N1，以及使第二飛馳電容Cf2的第二飛馳負極電性耦接於負電輸出端N2。

S740：使幫浦單元電路120在兩倍電源電壓供電模式中交錯運作於第一操作時間以及第二操作時間，以使正電輸出端N1以及負電輸出端N2分別輸出電源電壓VDD兩倍之正輸出電壓VPP以及負輸出電壓VEE。

綜合上述，本案中的電荷幫浦電路及其動態調整電壓的供電方法可根據不同的輸出驅動需求動態調整輸出電壓，在足以驅動高阻抗負載的同時達到省電的功效。

雖然本案之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本案，本技術領域具有通常知識者可依據本案之明示或隱含之內容對本案之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本案所尋求之專利保護範疇，換言之，本案之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。

100 電荷幫浦電路 120 幫浦單元電路 122 多工電路 122a、122b 多工器 124 振幅偵測器 140 信號產生單元 600 放大器電路 610 負載 700 供電方法 AMP 放大器 Cf1 第一飛馳電容 Cf2 第二飛馳電容 CK 時脈 CK1 第一時脈 CK2 第二時脈 Cm1、Cm2 控制信號 Cp1 第一儲能電容 Cp2 第二儲能電容 GND 接地端 N0 電源接收端 N1 正電輸出端 N2 負電輸出端 N3-N6 節點 PH1、PH2 工作相位 S1-S12 開關 S710-S750 步驟 VDD 電源電壓 VEE 負輸出電壓 Vin 輸入信號 Vout 輸出信號 VPP 正輸出電壓

［圖1］顯示本案之一實施例中，一種電荷幫浦電路的方塊圖；［圖2］顯示本案之一實施例中，第一時脈和第二時脈的時序圖；［圖3A］及［圖3B］顯示本案之一實施例中，幫浦單元電路的示意圖；［圖4］顯示本案之一實施例中，電荷幫浦電路在兩倍電源電壓供電模式下由第一時脈的工作相位控制的第一操作時間的第一等效電路圖；［圖5］顯示本案之一實施例中，電荷幫浦電路在兩倍電源電壓供電模式下由第二時脈的工作相位控制的第二操作時間的第二等效電路圖；［圖6］顯示本案之一實施例中，一種放大器電路與負載的示意圖；以及［圖7］顯示本案之一實施例中，一種動態調整電壓的供電方法的流程圖。

120:幫浦單元電路

122:多工電路

Cf1:第一飛馳電容

Cf2:第二飛馳電容

CK:時脈

S1-S12:開關

Cp1:第一儲能電容

Cp2:第二儲能電容

GND:接地端

N0:電源接收端

N1:正電輸出端

N2:負電輸出端

N3-N6:節點

VDD:電源電壓

VEE:負輸出電壓

VPP:正輸出電壓

Claims

一種電荷幫浦(charge pump)電路，包含：一電源接收端，配置以接收一電源電壓；一接地端；一正電輸出端，配置以輸出一正輸出電壓；一負電輸出端，配置以輸出一負輸出電壓；一第一儲能電容，電性耦接於該正電輸出端以及該接地端間；一第二儲能電容，電性耦接於該負電輸出端以及該接地端間；一第一飛馳(flying)電容以及一第二飛馳電容；一幫浦單元電路，配置以在一兩倍電源電壓供電模式中，使該第一飛馳電容以及該第二飛馳電容與該電源接收端、該接地端、該正電輸出端以及該負電輸出端間在一第一操作時間具有一第一連接關係，以及在一第二操作時間具有一第二連接關係：其中該幫浦單元電路在該兩倍電源電壓供電模式中交錯運作於該第一操作時間以及該第二操作時間，以使該正電輸出端以及該負電輸出端分別輸出該電源電壓兩倍之該正輸出電壓以及該負輸出電壓。
如請求項1所述之電荷幫浦電路，其中該幫浦單元電路在該第一操作時間，使該第一飛馳電容的一第一飛馳負極電性耦接於該電源接收端，使該第二飛馳電容的一第二飛馳負極電性耦接於該接地端，以及使該第一飛馳電容的一第一飛馳正極以及該第二飛馳電容的一第二飛馳正極電性耦接於該正電輸出端；以及該幫浦單元電路在該第二操作時間，使該第一飛馳電容的該第一飛馳負極以及該第二飛馳電容的該第二飛馳正極電性耦接於該接地端，使該第一飛馳電容的該第一飛馳正極電性耦接於該電源接收端，以及使該第二飛馳電容的該第二飛馳負極電性耦接於該負電輸出端。
如請求項1所述之電荷幫浦電路，其中該幫浦單元根據工作相位不重疊的一第一時脈及一第二時脈控制複數個開關來使該幫浦單元操作於該第一操作時間與該第二操作時間，該些開關包括：一第一開關，耦接在該電源接收端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳正極之間；一第二開關，耦接在該正電輸出端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳正極之間；一第三開關，耦接在該正電輸出端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳正極之間；一第四開關，耦接在該接地端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳正極之間；一第五開關，耦接在該負電輸出端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳負極之間；一第六開關，耦接在該接地端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳負極之間；一第七開關，耦接在該接地端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳負極之間；以及一第八開關，耦接在該電源接收端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳負極之間。
如請求項3所述之電荷幫浦電路，其中在該兩倍電源電壓供電模式下，該第二開關、該第三開關、該第六開關和該第八開關響應該第一時脈的工作相位而導通，並且該第一開關、該第四開關、該第五開關和該第七開關響應該第二時脈的工作相位而導通。
如請求項1所述之電荷幫浦電路，其中該幫浦單元係利用工作相位不重疊的一第一時脈及一第二時脈控制複數個開關來使該幫浦單元操作於該第一操作時間與該第二操作時間，該些開關包括：一第一開關，耦接在該電源接收端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳正極之間；一第二開關，耦接在該正電輸出端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳正極之間；一第三開關，耦接在該正電輸出端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳正極之間；一第四開關，耦接在該正電輸出端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳負極之間；一第五開關，耦接在該接地端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳正極之間；一第六開關，耦接在該負電輸出端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳負極之間；一第七開關，耦接在該負電輸出端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳負極之間；一第八開關，耦接在該接地端以及該第二飛馳電容的該第二飛馳負極之間；一第九開關，耦接在該接地端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳正極之間；一第十開關，耦接在該電源接收端以及該正電輸出端之間；一第十一開關，耦接在該接地端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳負極之間；以及一第十二開關，耦接在該電源接收端以及該第一飛馳電容的該第一飛馳負極之間。
如請求項5所述之電荷幫浦電路，其中在該兩倍電源電壓供電模式下，該第二開關、該第三開關、該第八開關和該第十二開關響應該第一時脈的工作相位而導通，並且該第一開關、該第五開關、該第七開關和該第十一開關響應該第二時脈的工作相位而導通。
如申請專利範圍第1~6項任一項所述之電荷幫浦電路，更包含：一振幅偵測器，配置以偵測由該正輸出電壓和該負輸出電壓供電之一後級電路的一輸入信號或一輸出信號的振幅，來據以選擇該幫浦單元的一供電模式；其中當該振幅小於一第一閥值時，該振幅偵測器選擇一三分之一電源電壓供電模式，當該振幅大於該第一閥值且小於一第二閥值時，該振幅偵測器選擇一二分之一電源電壓供電模式，當該振幅大於該第二閥值且小於一第三閥值時，該振幅偵測器選擇一電源電壓供電模式，以及當該振幅大於該第三閥值時，該振幅偵測器選擇該兩倍電源電壓供電模式。
一種動態調整電壓的供電方法，應用於一電荷幫浦電路中，包含：使一電源接收端接收一電源電壓，使一正電輸出端輸出一正輸出電壓以及使一負電輸出端輸出一負輸出電壓；使一第一儲能電容電性耦接於該正電輸出端以及一接地端間以及使一第二儲能電容電性耦接於該負電輸出端以及該接地端間；使一幫浦單元電路在一兩倍電源電壓供電模式中，使一第一飛馳電容以及一第二飛馳電容與該電源接收端、該接地端、該正電輸出端以及該負電輸出端間在一第一操作時間具有一第一連接關係，以及在一第二操作時間具有一第二連接關係；以及使該幫浦單元電路在該兩倍電源電壓供電模式中交錯運作於該第一操作時間以及該第二操作時間，以使該正電輸出端以及該負電輸出端分別輸出該電源電壓兩倍之該正輸出電壓以及該負輸出電壓。
如請求項8所述之供電方法，更包含：使該幫浦單元電路在該第一操作時間，使該第一飛馳電容的一第一飛馳負極電性耦接於該電源接收端，使該第二飛馳電容的一第二飛馳負極電性耦接於該接地端，以及使該第一飛馳電容的一第一飛馳正極以及該第二飛馳電容的一第二飛馳正極電性耦接於該正電輸出端；以及使該幫浦單元電路在該第二操作時間，使該第一飛馳電容的該第一飛馳負極以及該第二飛馳電容的該第二飛馳正極電性耦接於該接地端，使該第一飛馳電容的該第一飛馳正極電性耦接於該電源接收端，以及使該第二飛馳電容的該第二飛馳負極電性耦接於該負電輸出端。
如申請專利範圍第8~9項任一項所述之供電方法，更包含：使一振幅偵測器偵測由該正輸出電壓和該負輸出電壓供電之後級電路的輸入信號或輸出信號的振幅，來據以選擇該幫浦單元的一供電模式；當該振幅小於一第一閥值時，使該振幅偵測器選擇一三分之一電源電壓供電模式；當該振幅大於該第一閥值且小於一第二閥值時，使該振幅偵測器選擇一二分之一電源電壓供電模式；當該振幅大於該第二閥值且小於一第三閥值時，使該振幅偵測器選擇一電源電壓供電模式；以及當該振幅大於該第三閥值時，使該振幅偵測器選擇該兩倍電源電壓供電模式。