TWI763024B

TWI763024B - 電壓調變電路及其方法

Info

Publication number: TWI763024B
Application number: TW109130516A
Authority: TW
Inventors: 簡志剛
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-05-01
Also published as: US20220077775A1; US11329555B2; TW202211578A

Abstract

一種電壓調變電路，包括：電荷幫浦電路以及電壓偵測電路。電壓偵測電路耦接電荷幫浦電路。於此，電荷幫浦電路根據一控制訊號採取具有不同的電源轉換率之複數供電模式中之一受選供電模式進行供電運作，藉以將一電源電壓轉換為至少一輸出電壓，並且在受選供電模式的切換符合特定條件時輸出喚醒訊號。電壓偵測電路由喚醒訊號啟動以偵測輸出電壓，並根據至少一輸出電壓的大小暫停電荷幫浦電路的供電運作。

Description

電壓調變電路及其方法

本發明係關於電荷幫浦（charge pump）電路及其相關方法，特別係關於一種電壓調變電路及其方法。

目前編解碼晶片（CODEC IC）主要使用在個人電腦（Personal Computer；PC）和消費性電子產品（Consumer Electronic；CE）兩大領域。在CE方面，不論是手機或多媒體播放器（MP3）皆很強調省電模式的應用，以達到長待機時間的效果。在PC方面，隨著筆記型電腦（NB）的普及和平板電腦的興起，對內部晶片的省電要求也漸趨嚴格。整顆編解碼晶片的電源規劃中，除了輸出需求瓦數最大的揚聲器（speaker）驅動電路之外，耳機（headphone）驅動電路也相當耗電。因此，在這些驅動電路中，都是利用電荷幫浦（charge pump）電路產生穩定的輸出電壓來推動驅動電路中的放大器。

電荷幫浦電路是利用電源調變技術讓輸出電壓做大範圍的變化，並維持一定水準的轉換效率，以提供在各種運作模式下提供為電源電壓的不同倍數的輸出電壓。因此，可大幅改善電荷幫浦電路後級的驅動電路的放大器其播放音訊的效率。然而，在電荷幫浦電路的模式切換過程當中，時常會伴隨著輸入的電源電壓被大量電荷回灌的情況。於此情況發生時，輕則有可能會觸發輸入的過電壓保護而讓裝置重啟造成訊號中斷，重則甚至燒毀前端或後端的晶片而造成嚴重的損失。

在一實施例中，一種電壓調變電路，包括：電荷幫浦電路以及電壓偵測電路。電壓偵測電路耦接電荷幫浦電路。於此，電荷幫浦電路根據控制訊號採取具有不同的電源轉換率之複數供電模式中之一受選供電模式進行供電運作，藉以將電源電壓轉換為至少一輸出電壓，並且在受選供電模式的切換符合特定條件時輸出喚醒訊號。電壓偵測電路由喚醒訊號啟動以偵測輸出電壓，並根據輸出電壓的大小暫停電荷幫浦電路的供電運作。

在一實施例中，一種電壓調變方法，包括：根據一控制訊號從具有不同轉換率之複數供電模式中之一者切換為另一者來做為一受選供電模式；由一供電電路以該受選供電模式進行一供電運作，藉以將一電源電壓轉換為至少一輸出電壓以供電給一後級電路；在受選供電模式的切換符合特定條件時輸出喚醒訊號；根據喚醒訊號啟動輸出電壓的偵測程序；以及在偵測程序下，根據輸出電壓的大小暫時供電電路的供電運作。

綜上，根據任一實施例的電壓調變電路及其方法，是在受選供電模式的切換符合特定條件時暫停電荷幫浦電路的供電運作，以由後級電路自行抽電流使輸出電壓緩慢變化。因此，不僅原殘存電荷不會回灌電源，還可以有效的被利用而不會損失，進而有利於減少長時間的耗電和消除熱的累積。並且，於此所使用電壓偵測電路的電路架構極容易實現、其解析度不需要太高，且所需硬體面積極小。

關於本文中所使用之「耦接」或「連接」，其可指二或多個元件相互直接作實體或電性接觸，或是相互間接作實體或電性接觸，而「耦接」或「連接」還可指二或多個元件相互操作或動作。並且，以下述及之「第一」、「第二」、「第三」及「第四」等術語，其係用以區別所指之元件，而非用以排序或限定所指元件之差異性，且亦非用以限制本發明之範圍。關於本文中所使用之「A及/或B」，係指列出的關聯項目（A、B）中的一個或多個的任意組合（例如為A、B或A與B之組合）。

參照圖1，電壓調變電路10包括電荷幫浦電路110與電壓偵測電路130。電荷幫浦電路110耦接電壓偵測電路130。

電荷幫浦電路110具有不同的電源轉換率之複數供電模式。於此，電荷幫浦電路110會根據控制訊號PM＜1:0＞採取具有此些供電模式中之一（以下稱受選供電模式）進行供電運作，藉以將電源電壓VDD轉換成至少一輸出電壓Vo以供電給後級電路20。

並且，在受選供電模式的切換符合一特定條件時，電荷幫浦電路110輸出喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）給電壓偵測電路130，以啟動電壓偵測電路130。

換言之，電壓偵測電路130是由喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）啟動。於啟動後，電壓偵測電路130會接收並偵測輸出電壓Vo，以及根據輸出電壓Vo的大小暫停電荷幫浦電路110的供電運作。

在一些實施例中，在電荷幫浦電路110的供電運作暫停（即電荷幫浦電路110為暫停供電模式）時，後級電路20會自行向電荷幫浦電路110抽電流，以使電荷幫浦電路110的輸出電壓Vo緩慢變化。在一示範例中，以後級電路20為音頻放大電路為例，音頻放大電路自行向在暫停供電模式下的電荷幫浦電路110抽電流，除了能使電荷幫浦電路110的輸出電壓Vo緩慢變化，還能讓電荷幫浦電路110所驅動的音頻放大電路不容易產生爆音雜訊（Pop Noise）。

在一些實施例中，電荷幫浦電路110可依據後級電路20所需的電源數量來設計其輸出之輸出電壓Vo的數量。在一示範例中，電荷幫浦電路110可提供單一輸出電壓Vo（如單一正輸出電壓）給後級電路20。在一些示範例中，電荷幫浦電路110亦可提供二輸出電壓Vo（如圖2所示之一正輸出電壓VPP及一負輸出電壓VEE，或二正輸出電壓）給後級電路20。在一些示範例中，電荷幫浦電路110亦可提供三個或三個以上的輸出電壓Vo給後級電路20。

在一些實施例中，參照圖1或圖2，控制訊號PM＜1:0＞可由控制電路40根據後級電路20的訊號（如輸入訊號Si或輸出訊號So）的振幅大小來產生。換言之，控制電路40根據後級電路20的訊號的振幅大小來決定電荷幫浦電路110要執行的供電模式（即產生對應的控制訊號PM＜1:0＞）。於此，因控制電路40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。

在一示範例中，參照圖1或圖2，以後級電路20為放大器電路（如，音頻放大電路）為例，電荷幫浦電路110供電給放大器電路，以致使放大器電路得以進行運作。於運作時，放大器電路會根據輸入訊號Si產生輸出訊號So來驅動負載30（如，揚聲器或耳機）。舉例來說，放大器電路可包括一放大器AMP。此放大器AMP的電源端耦接電荷幫浦電路110的輸出端，並由電荷幫浦電路110的輸出端所提供的輸出電壓Vo（或正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE）供給運作所需的電力。在電荷幫浦電路110的供電下，放大器AMP將輸入訊號Si放大為輸出訊號So並提供給負載30。

其中，參照圖1或圖2，控制電路40耦接放大器電路的輸入或輸出。於運作時，控制電路40會偵測放大器電路的輸入訊號Si或輸出訊號So並據以產生控制訊號PM＜1:0＞。應能明瞭地，雖然圖1是繪示根據輸入訊號Si來產生控制訊號PM＜1:0＞，然亦可依據實際需求根據輸出訊號So來產生控制訊號PM＜1:0＞。

以下以電荷幫浦電路110提供二輸出電壓（即正輸出電壓VPP及負輸出電壓VEE）為例。

在一些實施例中，參照圖2，電荷幫浦電路110可具有不同轉換率的三種供電模式。並且，在三種供電模式下，電荷幫浦電路110所輸出之輸出電壓（即，正輸出電壓VPP及負輸出電壓VEE之間的電壓差）為電源電壓VDD的三種不同倍率。舉例來說，三種供電模式分別稱之為高供電模式、中供電模式與低供電模式。在高供電模式下，電荷幫浦電路110產生為+VDD的正輸出電壓VPP及為-VDD的負輸出電壓VEE。在中供電模式下，電荷幫浦電路110產生為+VDD/2的正輸出電壓VPP及為-VDD/2的負輸出電壓VEE。在低供電模式下，電荷幫浦電路110產生為+VDD/3的正輸出電壓VPP及為-VDD/3的負輸出電壓VEE。因此，控制電路40可依據後級電路20所需的電力大小（其輸入訊號Si或輸出訊號So在一段預設時間內的訊號範圍值）來產生控制訊號PM＜1:0＞，藉以控制電荷幫浦電路110所採用的供電模式。

在一些實施例中，控制訊號PM＜1:0＞可為數位訊號。舉例來說，PM＜1:0＞＝00代表低供電模式，PM＜1:0＞＝01代表中供電模式，而PM＜1:0＞＝10或11代表高供電模式。換言之，電荷幫浦電路110會響應為「00」的控制訊號PM＜1:0＞採用低供電模式進行供電運作。電荷幫浦電路110會響應為「01」的控制訊號PM＜1:0＞採用中供電模式進行供電運作。電荷幫浦電路110會響應為「10」或「11」的控制訊號PM＜1:0＞採用高供電模式進行供電運作。

在一些實施例中，特定條件為受選供電模式由複數供電模式中之一者切換為另一者。在一示範例中，特定條件可為受選供電模式由電源轉換率大的供電模式切換為電源轉換率小的供電模式。在另一示範例中，特定條件可為受選供電模式由特定之一供電模式切換為特定之另一供電模式。舉例來說，呈上例，電荷幫浦電路110可具有不同且依序遞減之電源轉換率的高供電模式、中供電模式與低供電模式。於此，特定條件可為受選供電模式由高供電模式切換為中供電模式。

在一些實施例中，參照圖2及圖3，電荷幫浦電路110包括模式控制電路111以及一供電電路，且此供電電路包括第一儲能電容Cp1、第二儲能電容Cp2、第一飛馳電容（flying capacitor）Cf1、第二飛馳電容Cf2以及開關電路113。模式控制電路111耦接開關電路113的控制端。第一儲能電容Cp1耦接開關電路113的正電輸出端（即其用以輸出正輸出電壓VPP）與接地GND之間。第二儲能電容Cp2耦接開關電路113的負電輸出端（即其用以輸出負輸出電壓VEE）與接地GND之間。第一飛馳電容Cf1與第二飛馳電容Cf2個別跨接在開關電路113上。並且，開關電路113還耦接在電源電壓VDD與接地GND之間。

於此，模式控制電路111根據控制訊號PM＜1:0＞產生對應受選供電模式的複數開關訊號Sc1~Sc11，並且在受選供電模式的切換符合特定條件時輸出喚醒訊號給電壓偵測電路130。開關電路113根據開關訊號Sc1~Sc11控制電源電壓VDD、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及接地GND之間的電性連接關係，以輸出對應受選供電模式的正輸出電壓VPP和負輸出電壓VEE。

在一些實施例中，模式控制電路111可包括一時脈產生電路（圖未繪示），並且此時脈產生電路透過不重疊調變技術（non-overlapped modulation）來產生第一時脈CK1與第二時脈CK2，並據以提供第一相位PH1與第二相位PH2，如圖4所示。於此，第一時脈CK1的第一相位PH1與第二時脈CK2的第二相位PH2不重疊。其中，因時脈產生器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。

此外，模式控制電路111可更包括一訊號輸出電路（圖未繪示），並且此訊號輸出電路根據控制訊號PM＜1:0＞調整第一時脈CK1與第二時脈CK2去控制開關電路113。換言之，訊號輸出電路根據控制訊號PM＜1:0＞利用第一時脈CK1與第二時脈CK2來產生對應受選供電模式的複數開關訊號Sc1~Sc11。其中，訊號輸出電路可利用一個或多個多工器實現。

在一些實施例中，參照圖2至圖5，開關電路113包括複數個開關（如圖式中之Sw1~Sw11）。開關Sw1~Sw11係連接在電源電壓VDD、接地GND、正電輸出端N1、負電輸出端N2、第一飛馳電容Cf1的正極、第一飛馳電容Cf1的負極、第二飛馳電容Cf2的正極和第二飛馳電容Cf2的負極其中之任二者之間。其中，正電輸出端N1與負電輸出端N2對外耦接後級電路20。於此，模式控制電路111耦接開關Sw1~Sw11的控制端，以致模式控制電路111所輸出的開關訊號Sc1~Sc11分別用以控制開關Sw1~Sw11。

在低供電模式下，模式控制電路111以第一時脈CK1作為開關訊號Sc1、Sc3、Sc4、Sc8並分別輸入至開關Sw1、Sw3、Sw4、Sw8的控制端。並且，模式控制電路111以第二時脈CK2作為開關訊號Sc2、Sc5、Sc6、Sc7並分別輸入至開關Sw2、Sw5、Sw6、Sw7的控制端。而開關Sw9、Sw10、Sw11的控制端則不接收任何控制訊號，使開關Sw9、Sw10、Sw11在第一相位PH1與第二相位PH2保持斷路。也就是說，在低供電模式下，開關Sw1至開關Sw8運作，而開關Sw9至Sw11不運作。

因此，在第一相位PH1，開關Sw1、Sw3、Sw4、Sw8會響應第一時脈CK1而導通，而開關Sw2、Sw5、Sw6、Sw7則根據第二時脈CK2而斷開，如圖6所示。在第二相位PH2，開關Sw1、Sw3、Sw4、Sw8根據第一時脈CK1而斷開，而開關Sw2、Sw5、Sw6、Sw7則響應第二時脈CK2的工作脈衝而導通，如圖7所示。此時，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為(1/3)電源電壓VDD，即VDD/3，並且負電輸出端N2所輸出的負輸出電壓VEE為(-1/3)電源電壓VDD，即-VDD/3。

在中供電模式下，模式控制電路111以第一時脈CK1作為開關訊號Sc1、Sc3、Sc4、Sc8並輸入至開關Sw1、Sw3、Sw4、Sw8的控制端。並且，模式控制電路111以第二時脈CK2作為開關訊號Sc5、Sc6、Sc7、Sc9並輸入至開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9的控制端。而開關Sw2、Sw10、Sw11的控制端則不接收任何控制訊號，使開關Sw2、Sw10、Sw11在第一相位PH1與第二相位PH2保持斷路。也就是說，在中供電模式下，開關Sw1、Sw3-Sw8運作，而開關Sw2、Sw10、Sw11不運作。

因此，在第一相位PH1，開關Sw1、Sw3、Sw4、Sw8會響應第一時脈CK1的工作脈衝而導通，而開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9則根據第二時脈CK2而斷開，如圖8所示。在第二相位PH2，開關Sw1、Sw3、Sw4、Sw8根據第一時脈CK1而斷開，而開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9則響應第二時脈CK2的工作脈衝而導通，如圖9所示。此時，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為(1/2)電源電壓VDD，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VDD，即-VDD/2。

在高供電模式下，模式控制電路111以第一時脈CK1作為開關訊號Sc1、Sc3、Sc8、Sc10、Sc11並分別輸入至開關Sw1、Sw3、Sw8、Sw10、Sw11的控制端。並且，模式控制電路111以第二時脈CK2作為開關訊號Sc5、Sc6、Sc7、Sc9、Sc10並輸入至開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9、Sw10的控制端。而開關Sw2、Sw4的控制端則不接收任何控制訊號，使開關Sw2、Sw4在第一相位PH1與第二相位PH2保持斷路。也就是說，在高供電模式下，開關Sw1、Sw3、Sw5-Sw11運作，而開關Sw2、Sw4不運作。

因此，在第一相位PH1，開關Sw1、Sw3、Sw8、Sw10、Sw11會響應第一時脈CK1的工作脈衝而導通，而開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9、Sw10則根據第二時脈CK2而斷開，如圖10所示。在第二相位PH2，開關Sw1、Sw3、Sw8、Sw10、Sw11根據第一時脈CK1而斷開，而開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9、Sw10則響應第二時脈CK2的工作脈衝而導通，如圖11所示。此時，正電輸出端N1所輸出的正輸出電壓VPP為(1)電源電壓VDD，即VDD，並且負電輸出端N2所輸出的負輸出電壓VEE為(-1)電源電壓VDD，即-VDD。

換言之，在任一供電模式下，開關電路113會在充電連接關係（即在第一相位PH1）與放電連接關係（即在第二相位PH2）之間交替切換。

於此，以控制訊號PM＜1:0＞為2位元的數位訊號（即圖12中的PM＜1＞與PM＜0＞）且特定條件為受選供電模式由高供電模式切換為中供電模式為例。其中，PM＜1:0＞＝00代表低供電模式，PM＜1:0＞＝01代表中供電模式，而PM＜1:0＞＝10或11代表高供電模式。參照圖2、圖3、圖5及12，當模式控制電路111隨著控制訊號PM＜1:0＞由「11」轉為「01」將採取的受選供電模式由高供電模式切換為中供電模式（即受選供電模式的切換滿足特定條件）時，模式控制電路111將輸出給電壓偵測電路130的控制訊號EN1由低準位拉升為高準位（即喚醒訊號）。電壓偵測電路130因高準位的控制訊號EN1而被喚醒，並開始偵測正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE。於正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE其中任一者的絕對值超過特定閥值（或者正輸出電壓VPP及負輸出電壓VEE的絕對值均超過特定閥值）時，電壓偵測電路130輸出禁能訊號（如低準位的控制訊號EN2）給電荷幫浦電路110。換句話說，電壓偵測電路130常態輸出高準位的控制訊號EN2給電荷幫浦電路110。於偵測到正輸出電壓VPP及/或負輸出電壓VEE的絕對值超過特定閥值時，電壓偵測電路130將輸出給電荷幫浦電路110的控制訊號EN2由高準位下拉為低準位（即禁能訊號）。模式控制電路111接收低準位的控制訊號EN2並響應低準位的控制訊號EN2而暫停供電電路的供電運作，即停止開關電路113在第一相位PH1與第二相位PH2之間的交替切換連接關係。於電荷幫浦電路110暫停供電運作時，開關電路113會呈現一特定連接關係。直到電壓偵測電路130偵測到正輸出電壓VPP及負輸出電壓VEE的絕對值均不超過特定閥值（或者偵測到正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE其中任一者的絕對值不超過特定閥值），電壓偵測電路130再將輸出給電荷幫浦電路110的控制訊號EN2由低準位拉升為高準位（即不輸出禁能訊號），以致電荷幫浦電路110響應高準位的控制訊號EN2而恢復以中供電模式（即受選供電模式）進行供電運作（即模式控制電路111響應高準位的控制訊號EN2恢復輸出對應中供電模式的開關訊號Sc1、Sc3、Sc4、Sc5、Sc6、Sc7、Sc8、Sc9）。

在一些實施例中，特定連接關係可為開關電路113保持斷開電源電壓VDD。

在一些實施例中，特定連接關係可為開關電路113保持斷開電源電壓VDD並且開關電路113保持第一儲能電容Cp1、第二儲能電容Cp2、第一飛馳電容Cf1與第二飛馳電容Cf2電性連接後級電路20。

在一些實施例中，特定連接關係可相當於開關電路113維持在對應受選供電模式的第二相位PH2的控制下。舉例來說，呈前例，在暫停供電模式下，模式控制電路111會輸出維持在高準位的開關訊號Sc5、Sc6、Sc7、Sc9至開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9的控制端。而開關Sw1、Sw2、Sw3、Sw4、Sw8、Sw10、Sw11的控制端則不接收任何控制訊號或接收模式控制電路111所輸出之維持在低準位的開關訊號Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sc8、Sc10、Sc11。因此，開關Sw1、Sw2、Sw3、Sw4、Sw8、Sw10、Sw11保持斷開，而開關Sw5、Sw6、Sw7、Sw9則保持導通，如圖9所示。換言之，開關電路113會維持在於中供電模式的第二相位PH2時的開關狀態，即第一儲能電容Cp1耦接在正電輸出端N1與接地GND之間，以及第二儲能電容Cp2、第一飛馳電容Cf1與第二飛馳電容Cf2個別耦接在負電輸出端N2與接地GND之間。此時，後級電路20會自行經由正電輸出端N1與負電輸出端N2抽電流，即電荷幫浦電路110的所有電容（即第一儲能電容Cp1、第二儲能電容Cp2、第一飛馳電容Cf1與第二飛馳電容Cf2）上的電荷會隨著時間增加而陸續提供給後級電路20，以致正輸出電壓VPP的電位會因後級電路20而持續下降且負輸出電壓VEE的電位會因後級電路20而持續上升，如圖12所示。

在一實施例中，參照圖13，電壓偵測電路130包括：多個開關（以第一開關Sw12與第二開關Sw14為例）、多個分壓電路（以第一分壓電路131與第二分壓電路132為例）、多個比較器（以第一比較器133與第二比較器134為例）與邏輯電路135。第一開關Sw12耦接第一分壓電路131的第一端與電荷幫浦電路110的正輸出電壓VPP之間。第二開關Sw14耦接第二分壓電路132的第一端與電荷幫浦電路110的負輸出電壓VEE之間。第一比較器133的正輸入端耦接第一分壓電路131的分壓點，並且第一比較器133的負輸入端耦接第一參考電壓Vth_p。第二比較器134的正輸入端耦接第二分壓電路132的分壓點，並且第二比較器134的負輸入端耦接第二參考電壓Vth_n。第一比較器133的輸出端與第二比較器134的輸出端耦接至邏輯電路135。

第一開關Sw12與第二開關Sw14常態為關閉。第一開關Sw12的控制端與第二開關Sw14的控制端接收喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1），以致第一開關Sw12與第二開關Sw14響應喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）而導通。

於第一開關Sw12導通時，第一分壓電路131經由第一開關Sw12接收正輸出電壓VPP並利用正輸出電壓VPP產生第一分壓Vd1。換言之，第一分壓Vd1相關於正輸出電壓VPP。在一示範例中，正輸出電壓VPP與第一分壓Vd1為正比例關係。舉例來說，正輸出電壓VPP為第一分壓Vd1的第一特定倍。

第一比較器133比較第一分壓Vd1與第一參考電壓Vth_p並據以產生第一比較結果。

於第二開關Sw14導通時，第二分壓電路132經由第二開關Sw14接收負輸出電壓VEE並利用負輸出電壓VEE產生第二分壓Vd2。換言之，第二分壓Vd2相關於負輸出電壓VEE。在一示範例中，負輸出電壓VEE與第二分壓Vd2為正比例關係。舉例來說，負輸出電壓VEE為第二分壓Vd2的第二特定倍。

第二比較器134比較第二分壓Vd2與第二參考電壓Vth_n並據以產生第二比較結果。

邏輯電路135再根據第一比較結果與第二比較結果控制電荷幫浦電路110暫時以特定供電模式供電。

在一些實施例中，正輸出電壓VPP的理想值為第一參考電壓Vth_p的絕對值的第一特定倍。負輸出電壓VEE的理想值為第二參考電壓Vth_n的絕對值的第二特定倍。在一示範例中，第一參考電壓Vth_p與第二參考電壓Vth_n可為相同值。在另一示範例中，第一參考電壓Vth_p與第二參考電壓Vth_n亦可為不同值。

在一些實施例中，第一分壓電路131的第二端可經由第三開關Sw13耦接接地GND。第三開關Sw13常態亦為關閉。在電壓偵測電路130接收到喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）時，第一開關Sw12與第三開關Sw13響應喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）切換為導通，以致第一分壓電路131分壓出介於正輸出電壓VPP與0V（即接地GND的電壓）之間的第一分壓Vd1。同樣地，第二分壓電路132的第二端可經由第四開關Sw15耦接電源電壓VDD。第四開關Sw15常態亦為關閉。在電壓偵測電路130接收到喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）時，第二開關Sw14與第四開關Sw15響應喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）切換為導通，以致第二分壓電路132分壓出介於電源電壓VDD與負輸出電壓VEE之間的第二分壓Vd2。

在一些實施例中，第一比較器133與邏輯電路135之間可耦接有第一去彈跳（Debounce ）電路136。因此，第一比較器133所產生的第一比較結果經由第一去彈跳電路136處理後（即處理後的訊號CMP_PO）再輸入至邏輯電路135。同樣地，第二比較器134與邏輯電路135之間可耦接有第二去彈跳電路137。因此，第二比較器134所產生的第一比較結果經由第二去彈跳電路137處理後（即處理後的訊號CMP_NO）再輸入至邏輯電路135。於此，控制訊號PM＜1:0＞、控制訊號EN1、正輸出電壓VPP、負輸出電壓VEE、訊號CMP_PO、訊號CMP_NO與控制訊號EN2的時序圖如圖12所示。

在一示範例中，參照圖12及圖13，邏輯電路135可為或閘。當第一分壓Vd1高於第一參考電壓Vth_p，第一比較器133輸出的第一比較結果為低準位（即訊號CMP_PO為低準位）；當第二分壓Vd2低於第二參考電壓Vth_n時，第二比較器134輸出的第二比較結果為低準位（即訊號CMP_NO為低準位）。此時，或閘（135）會響應低準位的訊號CMP_PO與低準位的訊號CMP_NO而輸出禁能訊號（如輸出低準位的控制訊號EN2），以暫停電荷幫浦電路110的供電運作。當第一參考電壓Vth_p高於第一分壓Vd1，第一比較器133輸出的第一比較結果為高準位（即訊號CMP_PO為高準位）；當第二分壓Vd2高於第二參考電壓Vth_n時，第二比較器134輸出的第二比較結果為高準位（即訊號CMP_NO為高準位）。於此，或閘（135）則會響應高準位的訊號CMP_PO或高準位的訊號CMP_NO而停止輸出禁能訊號（如不輸出低準位的控制訊號EN2而改為輸出高準位的控制訊號EN2）；此時，電荷幫浦電路110則恢復以受選供電模式進行供電。換句話說，電壓偵測電路130的運作相當於偵測正輸出電壓VPP的絕對值與負輸出電壓VEE的絕對值是否均超過特定閥值。於均超過時，電壓偵測電路130輸出禁能訊號給電荷幫浦電路110。反之，任一者未超過時，電壓偵測電路130則不輸出禁能訊號給電荷幫浦電路110。

在另一示範例中，邏輯電路135可為及閘。當第一分壓Vd1高於第一參考電壓Vth_p（即第一比較器133輸出的第一比較結果為低準位）或第二分壓Vd2低於第二參考電壓Vth_n（即第二比較器134輸出的第二比較結果為低準位）時，及閘（135）輸出禁能訊號（如輸出低準位的控制訊號EN2），以暫停電荷幫浦電路110的供電運作。當第一分壓Vd1低於第一參考電壓Vth_p（即第一比較器133輸出的第一比較結果為高準位）且第二分壓Vd2高於第二參考電壓Vth_n（即第二比較器134輸出的第二比較結果為高準位）時，及閘（135）則停止輸出禁能訊號（如不輸出低準位的控制訊號EN2而改為輸出高準位的控制訊號EN2）；此時，電荷幫浦電路110則恢復以受選供電模式進行供電運作。換句話說，電壓偵測電路130的運作相當於偵測正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE其中至少一者的絕對值是否超過特定閥值。於至少一者的絕對值超過時，電壓偵測電路130輸出禁能訊號給電荷幫浦電路110。反之，均未超過時，電壓偵測電路130則不輸出禁能訊號給電荷幫浦電路110。

在一些實施例中，第一分壓電路131可由多個電阻R12、R13的串聯電路實現。於此，多個電阻R12、R13之間的接點即為第一分壓電路131的分壓點。同樣地，第二分壓電路132亦可由多個電阻R14、R15的串聯電路實現。於此，多個電阻R14、R15之間的接點即為第二分壓電路132的分壓點。在一些實施例中，電阻R12、R13、R14、R15可為固定阻值之電阻，或為可變阻值之電阻。其中，電壓偵測電路130可透過調整電阻R12、R13、R14、R15的阻值來調整其偵測的靈敏度。

在另一實施例中，參照圖14，電壓偵測電路130包括：多個開關（以第一開關Sw16與第二開關Sw18為例）、多個分壓電路（以第一分壓電路141與第二分壓電路142為例）、多個類比數位轉換器（以第一類比數位轉換器143與第二類比數位轉換器144為例）與數位電路145。第一開關Sw16耦接第一分壓電路141的第一端與電荷幫浦電路110的正輸出電壓VPP之間。第二開關Sw18耦接第二分壓電路142的第一端與電荷幫浦電路110的負輸出電壓VEE之間。第一類比數位轉換器143的第一輸入端耦接第一分壓電路141的分壓點，並且第一類比數位轉換器143的第二輸入端耦接第一參考電壓Vth_p。第二類比數位轉換器144的第一輸入端耦接第二分壓電路142的分壓點，並且第二類比數位轉換器144的第二輸入端耦接第二參考電壓Vth_n。第一類比數位轉換器143的輸出端與第二類比數位轉換器144的輸出端耦接至數位電路145。

第一開關Sw16與第二開關Sw18常態為關閉。第一開關Sw16的控制端與第二開關Sw18的控制端接收喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1），以致第一開關Sw16與第二開關Sw18響應喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）而導通。

於第一開關Sw16導通時，第一分壓電路141經由第一開關Sw16接收正輸出電壓VPP並利用正輸出電壓VPP產生第一分壓Vd1。換言之，第一分壓Vd3相關於正輸出電壓VPP。在一示範例中，正輸出電壓VPP與第一分壓Vd3為正比例關係。舉例來說，正輸出電壓VPP為第一分壓Vd3的第三特定倍。

第一類比數位轉換器143根據第一分壓Vd3與第一參考電壓Vth_p產生對應正輸出電壓VPP的第一數位訊號SAR_PO。在一實施例中，第一類比數位轉換器143可以循序漸進式類比數位轉換器（Successive-Approximation Analog to Digital Converter，SAR ADC）實現。於此，第一類比數位轉換器143參考一高速時脈將第一分壓Vd3取樣後和初始的第一參考電壓Vth_p作比較，並根據比較結果修正第一參考電壓Vth_p，以致使第一參考電壓Vth_p逐步逼近第一分壓Vd3，進而能在短時間內測出第一分壓Vd3的值並轉換成數位編碼（即第一數位訊號SAR_PO）。

於第二開關Sw18導通時，第二分壓電路142經由第二開關Sw18接收負輸出電壓VEE並利用負輸出電壓VEE產生第二分壓Vd4。換言之，第二分壓Vd4相關於負輸出電壓VEE。在一示範例中，負輸出電壓VEE與第二分壓Vd4為正比例關係。舉例來說，負輸出電壓VEE為第二分壓Vd4的第四特定倍。

第二類比數位轉換器144根據第二分壓Vd4與第二參考電壓Vth_n產生對應負輸出電壓VEE的第二數位訊號SAR_NO。在一實施例中，第二類比數位轉換器144亦可以循序漸進式類比數位轉換器實現。於此，第二類比數位轉換器144參考一高速時脈將第二分壓Vd4取樣後和初始的第二參考電壓Vth_n作比較，並根據比較結果修正第二參考電壓Vth_n，以致使第二參考電壓Vth_n逐步逼近第二分壓Vd4，進而能在短時間內測出第二分壓Vd4的值並轉換成數位編碼（即第二數位訊號SAR_NO）。

數位電路145再根據第一數位訊號SAR_PO與第二數位訊號SAR_NO控制電荷幫浦電路110暫時以特定供電模式供電。換句話說，數位電路145可根據第一數位訊號SAR_PO與第二數位訊號SAR_NO是否達到既定編碼來決定是否重新啟動電荷幫浦電路110。舉例來說，當第一數位訊號SAR_PO及/或第二數位訊號SAR_NO超過既定編碼時，數位電路145輸出禁能訊號（如低準位的控制訊號EN2）給電荷幫浦電路110。在電荷幫浦電路110響應（如低準位的控制訊號EN2）暫停以受選供電模式進行供電運作時，電荷幫浦電路110的後級電路（如，放大器電路20）能自行抽電流使正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE緩慢變化。反之，第一數位訊號SAR_PO與第二數位訊號SAR_NO均符合或未超過既定編碼時，電壓偵測電路130則不輸出禁能訊號（如不輸出低準位的控制訊號EN2而改為輸出高準位的控制訊號EN2）給電荷幫浦電路110。

換句話說，電壓偵測電路130的運作相當於偵測正輸出電壓VPP與負輸出電壓VEE其中任一者的絕對值是否已超越特定閥值（對應於既定編碼）。

在一些實施例中，第一分壓電路141的第二端可經由第三開關Sw17耦接接地GND。第三開關Sw17常態亦為關閉。在電壓偵測電路130接收到喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）時，第一開關Sw16與第三開關Sw17響應喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）切換為導通，以致第一分壓電路141分壓出介於正輸出電壓VPP與0V（即接地GND的電壓）之間的第一分壓Vd3。同樣地，第二分壓電路142的第二端可經由第四開關Sw19耦接電源電壓VDD。第四開關Sw19常態亦為關閉。在電壓偵測電路130接收到喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）時，第二開關Sw18與第四開關Sw19響應喚醒訊號（如高準位的控制訊號EN1）切換為導通，以致第二分壓電路142分壓出介於電源電壓VDD與負輸出電壓VEE之間的第二分壓Vd4。

在一些實施例中，第一分壓電路141可由多個電阻R16、R17的串聯電路實現。於此，多個電阻R16、R17之間的接點即為第一分壓電路141的分壓點。同樣地，第二分壓電路142亦可由多個電阻R18、R19的串聯電路實現。於此，多個電阻R18、R19之間的接點即為第二分壓電路142的分壓點。在一些實施例中，電阻R16、R17、R18、R19可為固定阻值之電阻，或為可變阻值之電阻。其中，電壓偵測電路130可透過調整電阻R16、R17、R18、R19的阻值來調整其偵測的靈敏度。

在一些實施例中，於電荷幫浦電路110從暫停供電模式恢復為以受選供電模式進行供電運作時，電壓偵測電路130會從工作狀態切換為關閉狀態。舉例來說，當電荷幫浦電路110從暫停供電模式恢復為以受選供電模式進行供電運作時，模式控制電路111停止輸出喚醒訊號（如不輸出高準位的控制訊號EN1而改為輸出低準位的控制訊號EN1）給電壓偵測電路130，以致電壓偵測電路130回到關閉狀態。換言之，電壓偵測電路130僅在受選供電模式的切換期間（即在暫停供電模式下）為工作狀態，而穩態下為關閉狀態，以減少額外的耗電。舉例來說，常態下（即在受選供電模式下），電壓偵測電路130關閉內部所有電壓偵測組件，例如關閉（斷開）所有輸入級開關（如Sw12-Sw14或Sw16-Sw19）且禁能所有工作元件（如停止供電給133-137或143-145），並且使電壓偵測電路130的輸出（即控制訊號EN2）維持在高準位（如僅開啟輸出級開關（圖未式）以將電壓偵測電路130的輸出端導通至電源電壓VDD）。在暫停供電模式下，電壓偵測電路130才受驅動而切換為工作狀態，即開啟內部所有電壓偵測組件，例如導通所有輸入級開關且致能所有工作元件，並且使控制訊號EN2的位準由輸出級（如邏輯電路135或數位電路145或）的運作決定（如斷開耦接在電壓偵測電路130的輸出端與電源電壓VDD之間的輸出級開關）。

綜上，根據任一實施例的電壓調變電路及其方法，是在受選供電模式的切換符合特定條件時暫時關閉電荷幫浦電路110（即改為特定供電模式），以由後級負載（如放大器電路20）自行抽電流使輸出電壓緩慢變化。因此，不僅原殘存電荷不會回灌電源，還可以有效的被利用而不會損失，進而有利於減少長時間的耗電和消除熱的累積。並且，於此所使用電壓偵測電路130的電路架構極容易實現、其解析度不需要太高，且所需硬體面積極小。在一些實施例中，電壓偵測電路130常態下均為關閉狀態，僅在受選供電模式的切換符合特定條件時啟動，因此不會造成額外的耗電。在一些實施例中，還可避免放大器電路20所驅動的音效負載30（如，揚聲器或耳機）產生爆音雜訊（Pop Noise）。

10:電壓調變電路 110:電荷幫浦電路 111:模式控制電路 113:開關電路 130:電壓偵測電路 131:第一分壓電路 132:第二分壓電路 133:第一比較器 134:第二比較器 135:邏輯電路 136:第一去彈跳電路 137:第二去彈跳電路 141:第一分壓電路 142:第二分壓電路 143:第一類比數位轉換器 144:第二類比數位轉換器 145:數位電路 20:後級電路 30:負載 40:控制電路 PM＜1:0＞:控制訊號 VDD:電源電壓 Vo:輸出電壓 VPP:正輸出電壓 VEE:負輸出電壓 EN1:控制訊號 Si:輸入訊號 So:輸出訊號 AMP:放大器 EN2:控制訊號 Sc1~Sc11:開關訊號 Cf1:第一飛馳電容 Cf2:第二飛馳電容 Cp1:第一儲能電容 Cp2:第二儲能電容 GND:接地 CK1:第一時脈 CK2:第二時脈 PH1:第一相位 PH2:第二相位 Sw1~Sw11:開關 N1:正電輸出端 N2:負電輸出端 CMP_PO:訊號 CMP_NO:訊號 Sw12:第一開關 Sw13:第三開關 Sw14:第二開關 Sw15:第四開關 Sw16:第一開關 Sw17:第三開關 Sw18:第二開關 Sw19:第四開關 Vth_p:第一參考電壓 Vth_n:第二參考電壓 Vd1:第一分壓 Vd2:第二分壓 Vd3:第一分壓 Vd4:第二分壓 R12~R19:電阻 SAR_PO:第一數位訊號 SAR_NO:第二數位訊號

圖1為一實施例的電壓調變電路的示意圖。圖2為另一實施例的電壓調變電路的示意圖。圖3為圖2的電荷幫浦電路的一示範例的示意圖。圖4為在受選供電模式下圖2的控制訊號的一示範例的時序圖。圖5為圖3的開關電路的一示範例的示意圖。圖6為圖3的開關電路在第一供電模式下第一相位時的等效電路圖。圖7為圖3的開關電路在第一供電模式下第二相位時的等效電路圖。圖8為圖3的開關電路在第二供電模式下第一相位時的等效電路圖。圖9為圖3的開關電路在第二供電模式下第二相位時或在暫停供電模式下的等效電路圖。圖10為圖3的開關電路在第三供電模式下第一相位時的等效電路圖。圖11為圖3的開關電路在第三供電模式下第二相位時的等效電路圖。圖12為在受選供電模式下各訊號的時序圖。圖13為圖2的電壓偵測電路的一示範例的示意圖。圖14為圖2的電壓偵測電路的另一示範例的示意圖。

10:電壓調變電路 110:電荷幫浦電路 130:電壓偵測電路 20:後級電路 30:負載 40:控制電路 PM＜1:0＞:控制訊號 VDD:電源電壓 Vo:輸出電壓 EN1:控制訊號 Si:輸入訊號 So:輸出訊號 AMP:放大器 EN2:控制訊號

Claims

一種電壓調變電路，包括：一電荷幫浦電路，根據一控制訊號採取具有不同的電源轉換率之複數供電模式中之一受選供電模式進行一供電運作，藉以將一電源電壓轉換為至少一輸出電壓，並且在該受選供電模式的切換符合一特定條件時輸出一喚醒訊號；以及一電壓偵測電路，耦接該電荷幫浦電路，由該喚醒訊號啟動以偵測該至少一輸出電壓，並根據該至少一輸出電壓的大小暫停該電荷幫浦電路的該供電運作。
如請求項1所述的電壓調變電路，其中在該電荷幫浦電路暫停該供電運作時，由一後級電路向該電荷幫浦電路抽電流。
如請求項1所述的電壓調變電路，其中該至少一輸出電壓包括一正輸出電壓與一負輸出電壓，以及該電壓偵測電路包括：一第一開關，常態為關閉，響應該喚醒訊號而導通；一第一分壓電路，經由該第一開關接收該正輸出電壓並利用該正輸出電壓產生一第一分壓；一第一比較器，比較該第一分壓與一第一參考電壓以產生一第一比較結果；一第二開關，常態為關閉，響應該喚醒訊號而導通；一第二分壓電路，經由該第二開關接收該負輸出電壓並利用該負輸出電壓產生一第二分壓；一第二比較器，比較該第二分壓與一第二參考電壓以產生一第二比較結果；以及一邏輯電路，根據該第一比較結果與該第二比較結果暫停該電荷幫浦電路的該供電運作。
如請求項3所述的電壓調變電路，其中該邏輯電路於該第一分壓不低於該第一參考電壓及該第二分壓低於該第二參考電壓時，輸出一禁能訊號以驅使該電荷幫浦電路暫停該供電運作，並於該第一分壓低於該第一參考電壓或該第二分壓不低於該第二參考電壓時，停止輸出該禁能訊號以致該電荷幫浦電路恢復該供電運作，其中該邏輯電路為或閘。
如請求項3所述的電壓調變電路，其中該邏輯電路於該第一分壓不低於該第一參考電壓或該第二分壓低於該第二參考電壓時，輸出一禁能訊號以驅使該電荷幫浦電路暫停該供電運作，並於該第一分壓低於該第一參考電壓及該第二分壓不低於該第二參考電壓時，停止輸出該禁能訊號以致該電荷幫浦電路恢復該供電運作，其中該邏輯電路為及閘。
如請求項3所述的電壓調變電路，其中該電壓偵測電路更包括：一第一去彈跳電路，耦接在該第一比較器與該邏輯電路之間；以及一第二去彈跳電路，耦接在該第二比較器與該邏輯電路之間。
如請求項1所述的電壓調變電路，其中該至少一輸出電壓包括一正輸出電壓與一負輸出電壓，該電壓偵測電路包括：一第一開關，常態為關閉，響應該喚醒訊號而導通；一第一分壓電路，經由該第一開關接收該正輸出電壓並利用該正輸出電壓產生一第一分壓；一第一類比數位轉換器，根據該第一分壓與一第一參考電壓產生對應該正輸出電壓的一第一數位訊號；一第二開關，常態為關閉，響應該喚醒訊號而導通；一第二分壓電路，經由該第二開關接收該負輸出電壓並利用該負輸出電壓產生一第二分壓；一第二類比數位轉換器，根據該第二分壓與一第二參考電壓產生對應該負輸出電壓的一第二數位訊號；以及一數位電路，根據該第一數位訊號與該第二數位訊號暫停該電荷幫浦電路的該供電運作。
如請求項1所述的電壓調變電路，其中該電荷幫浦電路包括：一模式控制電路，根據該控制訊號產生對應該受選供電模式的複數開關訊號並在該受選供電模式的切換符合該特定條件時輸出該喚醒訊號；一第一儲能電容；一第二儲能電容；一第一飛馳電容；一第二飛馳電容；以及一開關電路，根據該複數開關訊號控制該電源電壓、該第一飛馳電容、該第二飛馳電容、該第一儲能電容、該第二儲能電容及一接地之間的電性連接關係。
如請求項8所述的電壓調變電路，其中在該電荷幫浦電路暫停該供電運作時，該開關電路保持斷開與該電源電壓的連接並保持該第一飛馳電容、該第二飛馳電容、該第一儲能電容與該第二儲能電容電性連接一後級電路。
一種電壓調變方法，包括：根據一控制訊號從具有不同電源轉換率之複數供電模式中之一者切換為另一者來做為一受選供電模式；由一供電電路以該受選供電模式進行一供電運作，藉以將一電源電壓轉換為至少一輸出電壓以供電給一後級電路；在該受選供電模式的切換符合一特定條件時輸出一喚醒訊號；根據該喚醒訊號啟動該至少一輸出電壓的偵測程序；以及在該偵測程序下，根據該至少一輸出電壓的大小暫停該供電電路的該供電運作。