專(zhuān)利名稱：增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種電荷幫浦，其尤指一種增加功率效率與 輸出電壓的電荷幫浦。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今科技越來(lái)越進(jìn)步，使民眾在生活上也越來(lái)越為便利，無(wú) 論于工作或者于生活?yuàn)蕵?lè)上，漸漸都離不開(kāi)電子產(chǎn)品，現(xiàn)今業(yè)者 有鑒于此研發(fā)許多產(chǎn)品使民眾可享受到電子產(chǎn)品所帶來(lái)的便利性。
再者，由于現(xiàn)今的電子產(chǎn)品功能越來(lái)越強(qiáng)大，如第三代智慧
型(3G)手機(jī)來(lái)勢(shì)洶洶，業(yè)者無(wú)不卯足全力開(kāi)發(fā)新的功能結(jié)合到手 機(jī)上，諸如音樂(lè)播放機(jī)(MP3)、數(shù)碼相機(jī)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、 電視系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、圖像簡(jiǎn)訊、視訊電話、信用卡功能….. 等，當(dāng)功能愈多時(shí)，對(duì)電源需求的質(zhì)與量就相對(duì)愈高。然而手機(jī) 在市場(chǎng)上又逐漸發(fā)展成消耗性產(chǎn)品，取代性相當(dāng)高，產(chǎn)品生命周 期短。若不在最短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)最符合消費(fèi)者需要的產(chǎn)品，則獲 利必然被壓縮。因此工程師必須熟悉各種電源管理晶片(IC)的優(yōu) 缺點(diǎn)與使用方式，才能在最短的時(shí)間內(nèi)創(chuàng)造最大的利潤(rùn)。
承上所述，現(xiàn)今一般可攜式裝置的電源管理是以切換電容為 基礎(chǔ)的電荷幫浦為常用技術(shù)的一，因其具有較低的電磁干擾
6(EMI/EMC)廣泛地應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品，尤其是手持式電子產(chǎn)品， 例如個(gè)人數(shù)位助理與手機(jī)。然而隨著手持式電子產(chǎn)品的發(fā)展，各 種功能陸續(xù)整合成單一晶片(S0C),晶片內(nèi)部所需的供給電源的 電壓位準(zhǔn)也隨之多樣化。手持式電子產(chǎn)品的電池通常僅提供2. 7V 左右的單一電壓Vs叩，但因應(yīng)產(chǎn)品功能上的需求，需藉由電荷 幫浦將此2. 7V左右的電壓轉(zhuǎn)換為各種電壓。其中以兩倍壓的電 壓轉(zhuǎn)換與負(fù)一倍壓的電壓轉(zhuǎn)換為最常使用。請(qǐng)參閱圖IA與圖IB,
為習(xí)知技術(shù)的兩倍壓的電荷幫浦的電路圖及其時(shí)序圖。如圖所 示，其包括一個(gè)第一開(kāi)關(guān)10，、 一個(gè)幫浦電容ll'、 一個(gè)第二開(kāi) 關(guān)12，、 一個(gè)第三開(kāi)關(guān)13，、 一個(gè)第四開(kāi)關(guān)14，、 一個(gè)輸出電容 15，、 一個(gè)第一緩沖器20'、 一個(gè)第二緩沖器21，、 一個(gè)第三緩沖 器22，與一個(gè)第四緩沖器23，。第一開(kāi)關(guān)10，耦接一個(gè)供給電 源VDD與幫浦電容ll，的一個(gè)第一端，幫浦電容ll，的一個(gè)第 二端耦接于第二開(kāi)關(guān)12，與第三開(kāi)關(guān)13，，第二開(kāi)關(guān)12，耦接 于供給電源VDD與幫浦電容11，的第二端之間，第三開(kāi)關(guān)13' 耦接于幫浦電容ll，的第二端與接地端之間，第四開(kāi)關(guān)14，耦 接于幫浦電容ll，的第一端與輸出電容15'的一端，輸出電容 15，耦接于第四開(kāi)關(guān)14，與接地端之間，緩沖器20', 21，， 22，， 23，分別耦接第一開(kāi)關(guān)10，、第二開(kāi)關(guān)12，、第三開(kāi)關(guān)13，與第 四開(kāi)關(guān)14',以作為控制開(kāi)關(guān)之用。電荷幫浦的兩倍壓約2*供給 電源VDD,其中供給電源VDD約為2. 7V左右。
若在考量制程可靠度的許可情形下，通常使用5V的制程所Vsup。已知當(dāng)MOS開(kāi)關(guān)泄源極電壓跨壓(V。s)很小時(shí)，即VDS << 2 (VGS-Vth), MOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的阻值R鵬與柵源極電壓跨壓(VGs)的關(guān)為
R隨oc [ (W/L) * (VGS — Vth)廠1 ，當(dāng)VDS《2(VGS - Vth)其中W為MOS開(kāi)關(guān)的柵極通道寬度，L為MOS開(kāi)關(guān)的柵極通道長(zhǎng)度，Vth為MOS開(kāi)關(guān)的臨界電壓。如圖1B所示，為反向緩沖器的輸入與輸出訊號(hào)波形圖，在簡(jiǎn)單化而不失一般性的前提下，假設(shè)5V PMOS的臨界電壓為-Vthp, 5V NMOS的臨界電壓為Vthn,由上述公式得知，第一開(kāi)關(guān)10，、第二開(kāi)關(guān)12'、第三開(kāi)關(guān)13，與第四開(kāi)關(guān)14，導(dǎo)通時(shí)的阻值分別為
=[(Wur /Lu)' )*(VDD — Vthp)]—
RmOS,12. gc[(Wl2' /Ll2' )*(IVgS, 12. I - Vthp)丫
=[(W12' /L12' )*(VDD - V瞎
Rm。S,13'《[(Wl3' /Ll3' )*(VgS,13' - Vthn)].1
=[(Wn' /Ln' )*(VDD — Vthn)]—
Rm。S,14' oc[(Wl4' /Ll4' )*(|VgS,14' | - Vthp)]"
由上述的公式可知，第一開(kāi)關(guān)10，、第二開(kāi)關(guān)12，與第三開(kāi)關(guān)13，導(dǎo)通時(shí)的阻值與(VDD-Vth)成反比，所以與第四開(kāi)關(guān)相較之下，在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的阻值較大，因此，需耗費(fèi)較多的功率、并
Vthp)]
=[(W14' /Lw )*(Outputl — Vthp)]
=[(Ww /Lm' )*(AVDD - Vthp)]—
8具有較差的輸出電壓位準(zhǔn)，且在積體電路制作時(shí)，需耗費(fèi)較大的電3各面禾口、。
同理，請(qǐng)參閱圖2A與圖2B,為習(xí)知技術(shù)的負(fù)一倍壓的電荷幫浦及其時(shí)序圖。如圖所示，其與圖1A的差異在于一個(gè)第五開(kāi)關(guān)30，耦接于接地端， 一個(gè)第五緩沖器32，耦接第五開(kāi)關(guān)30，并接收的輸入訊號(hào)范圍為供給電源VDD至負(fù) 一倍供給電源VCL，一個(gè)第六緩沖器34'耦接于一個(gè)第六開(kāi)關(guān)36，，并接收的輸入訊號(hào)范圍為供給電源VDD至負(fù)一倍供給電源VCL,其第五開(kāi)關(guān)30，、一個(gè)第七開(kāi)關(guān)38，與一個(gè)第八開(kāi)關(guān)39'具有上述圖1A的問(wèn)題。
因此，如何針對(duì)上述問(wèn)題而提出 一種新穎增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其使用2Wsup作為電容切換開(kāi)關(guān)的M0S元件的柵源極電壓跨壓(VJ ,以有效降低MOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)的阻值，并提升電荷幫浦的功率效率、輸出電壓位準(zhǔn)與積體電路的面積效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提供一種增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其在于增加開(kāi)關(guān)的跨壓，以降低開(kāi)關(guān)的阻抗值，進(jìn)而提升電荷幫浦的功率效率、輸出電壓位準(zhǔn)與積體電路的面積效率。
本發(fā)明的目的之一，在于提供一種增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其在于電路中兩電荷幫浦間的動(dòng)態(tài)電壓作為增加開(kāi)關(guān)的跨壓，以降低開(kāi)關(guān)的阻抗值，而無(wú)須使用額外的電源電路，以節(jié)省電路面積，進(jìn)而節(jié)省成本。
9本發(fā)明的目的和解決其技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提出的增加效率與輸出電壓的電荷幫浦，其包含一個(gè)幫浦電容、 一個(gè)開(kāi)關(guān)模組、 一個(gè)第一開(kāi)關(guān)、 一個(gè)第一緩沖器、一個(gè)切換開(kāi)關(guān)與一個(gè)輸出電容。開(kāi)關(guān)模組耦接幫浦電容的一個(gè)第一端，第 一開(kāi)關(guān)耦接于幫浦電容的 一個(gè)第二端與 一個(gè)電源之間，第 一緩沖器接收一個(gè)第 一輸入訊號(hào)而產(chǎn)生一個(gè)控制訊號(hào)，以控制第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，第一輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍位于一個(gè)第一電壓至一個(gè)第二電壓之間，其中第一電壓與第二電壓關(guān)聯(lián)于第一開(kāi)關(guān)的跨壓，第一開(kāi)關(guān)的跨壓倍數(shù)于電源，并該倍數(shù)大于l，切換開(kāi)關(guān)耦接第 一開(kāi)關(guān)與幫浦電容，以切換幫浦電容輸出幫浦電壓，輸出電容耦接第二開(kāi)關(guān)與幫浦電容，以穩(wěn)定并輸出幫浦電壓。
前述的電荷幫浦，其中該開(kāi)關(guān)模組更包括 一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，耦接該電源與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第二緩沖器，耦接該第二開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第二輸入訊號(hào)，以控制該第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第二輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為該電源至負(fù) 一倍的該電源。
前述的電荷幫浦，其中該開(kāi)關(guān)模組更包括 一個(gè)第三開(kāi)關(guān)，耦接一個(gè)接地端與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第三緩沖器，耦接該第三開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第三輸入訊號(hào)，以控制該第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第三輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為二倍該電源至零電壓。前述的電荷幫浦，其中該第二緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。前述的電荷幫浦，其中第二開(kāi)關(guān)為一個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管。前述的電荷幫浦，其中該第三緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。前述的電荷幫浦，其中該第三開(kāi)關(guān)為一個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管。前述的電荷幫浦，其中該第 一電壓為該幫浦電容的一個(gè)幫浦
電壓，該第二電壓為另一個(gè)電荷幫浦的該幫浦電壓。
前述的電荷幫浦，其中其更包括 一個(gè)驅(qū)動(dòng)緩沖器，耦接該
切換開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)切換訊號(hào)，而產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以控制
該切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止。
前述的電荷幫浦，其中該驅(qū)動(dòng)緩沖器為 一個(gè)反相緩沖器。 前述的電荷幫浦，其中該第一開(kāi)關(guān)為金氧半場(chǎng)效晶體管。 本發(fā)明的目的和解決其技術(shù)問(wèn)題是還通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)
實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出一種增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其
包括 一個(gè)幫浦電容； 一個(gè)開(kāi)關(guān)模組，耦接該幫浦電容的一個(gè)第 一端； 一個(gè)第一開(kāi)關(guān)，耦接于該幫浦電容的一個(gè)第二端與一個(gè)接 地端之間； 一個(gè)第一緩沖器，接收一個(gè)第一輸入訊號(hào)，產(chǎn)生一個(gè) 控制訊號(hào)，以控制該第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第一輸入訊號(hào)的位 準(zhǔn)范圍位于一個(gè)第一電壓至一個(gè)第二電壓之間，該第一電壓與該 第二電壓關(guān)聯(lián)于該第一開(kāi)關(guān)的跨壓，該第一開(kāi)關(guān)的跨壓倍數(shù)于該 電源，并該倍數(shù)大于l; 一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，耦接該第一開(kāi)關(guān)與該幫 浦電容，以切換該幫浦電容輸出該幫浦電壓；以及一個(gè)輸出電容， 耦接該第二開(kāi)關(guān)與該幫浦電容，以穩(wěn)定并輸出該幫浦電壓。
前述的電荷幫浦，其中該開(kāi)關(guān)模組更包括 一個(gè)第二開(kāi)關(guān)， 耦接該電源與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第二緩沖器，耦接該 第二開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第二輸入訊號(hào)，以控制該第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或 截止，該第二輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為該電源至負(fù) 一倍的該電源。
前述的電荷幫浦，其中該開(kāi)關(guān)模組更包括 一個(gè)第三開(kāi)關(guān)， 耦接該接地端與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第三緩沖器，耦接該第三開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第三輸入訊號(hào)，以控制該第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通 或截止，該第三輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為二倍的該電源至零電壓。 前述的電荷幫浦，其中該第二緩沖器為 一個(gè)反相緩沖器。 前述的電荷幫浦，其中第二開(kāi)關(guān)為一金氧半場(chǎng)效晶體管。 前述的電荷幫浦，其中該第三緩沖器為 一個(gè)反相緩沖器。 前述的電荷幫浦，其中第三開(kāi)關(guān)為 一個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管。 前述的電荷幫浦，其中該第 一 電壓為該幫浦電容的 一個(gè)幫浦
電壓；該第二電壓為另一個(gè)電荷幫浦的該幫浦電壓。
前述的電荷幫浦，其中其更包括 一個(gè)驅(qū)動(dòng)緩沖器，耦接該 切換開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)切換訊號(hào)，而產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以控制 該切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止。
前述的電荷幫浦，其中該驅(qū)動(dòng)緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。 前述的電荷幫浦，其中該第一開(kāi)關(guān)為金氧半場(chǎng)效晶體管。 再者，該第一開(kāi)關(guān)接收的第一輸入訊號(hào)范圍中的第二電壓為 另一電荷幫浦的幫浦電壓，即藉由電路內(nèi)部產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電壓而增 加開(kāi)關(guān)的跨壓，以降低開(kāi)關(guān)的阻抗值，進(jìn)而提升電荷幫浦的功率 效率、輸出電壓位準(zhǔn)與積體電路的面積效率。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提出的增加功率效率與輸出電 壓的電荷幫浦，是通過(guò)調(diào)整第一開(kāi)關(guān)的第一輸入訊號(hào)的電壓位準(zhǔn) 范圍而增加第一開(kāi)關(guān)的柵源極間的跨壓，進(jìn)而減少第一開(kāi)關(guān)的阻 抗，以提升電荷幫浦的功率效率、輸出電壓位準(zhǔn)與積體電路的面 積效率。再者，藉由電路中二電荷幫浦，以作為彼此輸入訊號(hào)的 電壓位準(zhǔn)范圍，而無(wú)須額外使用電源電路以增加開(kāi)關(guān)的柵源極間 的跨壓，以節(jié)省電i 各面積，進(jìn)而節(jié)省成本。


圖1A為習(xí)知技術(shù)的兩倍壓電荷幫浦的電路圖； 圖1B為習(xí)知技術(shù)的兩倍壓電荷幫浦的時(shí)序圖； 圖2A為習(xí)知技術(shù)的負(fù)一倍壓電荷幫浦的電路圖； 圖2B為習(xí)知技術(shù)的負(fù)一倍壓電荷幫浦的時(shí)序圖； 圖3為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的電路圖； 圖4為本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例的電路圖；以及 圖5為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的時(shí)序圖。
圖號(hào)說(shuō)明
10，第一開(kāi)關(guān)11，幫浦電容
12，第二開(kāi)關(guān)13，第三開(kāi)關(guān)
14,第四開(kāi)關(guān)15，輸出電容
20，第一緩沖器21，第二緩沖器
22,第三緩沖器23，第四緩沖器
30，第五開(kāi)關(guān)32，第五緩沖器
34，第六緩沖器36，第六開(kāi)關(guān)
38,第七開(kāi)關(guān)39，第八開(kāi)關(guān)
10第一幫浦電容12第一開(kāi)關(guān)模組
120第二開(kāi)關(guān)122第二緩沖器
124第三開(kāi)關(guān)126第三緩沖器
14第一開(kāi)關(guān)16第一緩沖器
18第一切換開(kāi)關(guān)20第一輸出電容
1322第一驅(qū)動(dòng)緩沖器30第二幫浦電容
32第二開(kāi)關(guān)模組320第五開(kāi)關(guān)
322第五緩沖器324第六開(kāi)關(guān)
326第六緩沖器34第四開(kāi)關(guān)
36第四緩沖器38第二切換開(kāi)關(guān)
40第二輸出電容42第二驅(qū)動(dòng)緩沖
具體實(shí)施例方式
為使審查委員對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn) 一步的了解與認(rèn)識(shí)，謹(jǐn)佐以較佳的實(shí)施例及配合詳細(xì)的說(shuō)明，說(shuō)
明如后
請(qǐng)參閱圖3，為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的電路圖。如圖所 示，本發(fā)明的增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦包括 一 個(gè)第一 幫浦電容IO、 一個(gè)第一開(kāi)關(guān)模組12、 一個(gè)第一開(kāi)關(guān)14、 一個(gè)第 一緩沖器16、 一個(gè)第一切換開(kāi)關(guān)18與一個(gè)第一輸出電容20。第 一開(kāi)關(guān)模組12耦接第一幫浦電容10的一個(gè)第一端，第一開(kāi)關(guān) 14耦接于第一幫浦電容10的一個(gè)第二端與一電源VDD之間，第 一緩沖器16接收一個(gè)第一輸入訊號(hào)而產(chǎn)生一個(gè)控制訊號(hào)，以控 制第一開(kāi)關(guān)14導(dǎo)通或截止，其中第一輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍位于 一個(gè)第一電壓至一個(gè)第二電壓之間，第一電壓與第二電壓關(guān)聯(lián)于 第一開(kāi)關(guān)14的跨壓，第一開(kāi)關(guān)14的跨壓倍數(shù)于電源，并且倍數(shù) 大于1,其中，第一開(kāi)關(guān)14為一個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管(Meta 1 Oxide Semiconductor Field Effective Transistor, M0SFET), 并且 第一緩沖器16為一個(gè)反相緩沖器。由于已知當(dāng)固S開(kāi)關(guān)的泄源
14極電壓跨壓(V。s)很小時(shí)，即VDS《2(VGS-Vth), MOS開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí) 的阻抗值RM。S與柵源極電壓跨壓(VGS)的關(guān)為
R腦oc[(W/L"(Vgs - Vth)]1 ,當(dāng)Vds《2(Vgs - Vth) 其中W為MOS開(kāi)關(guān)的柵極通道寬度，L為MOS開(kāi)關(guān)的柵極通 道長(zhǎng)度，Vth為MOS開(kāi)關(guān)的臨界電壓。由上可知，可知藉由提升 第一開(kāi)關(guān)14的柵源極間的跨壓(I)，而可降低第一開(kāi)關(guān)14的阻 抗值，進(jìn)而可提升電荷幫浦的功率效率、輸出電壓位準(zhǔn)與電路的 面積效率。再者，由于在現(xiàn)今的可攜式裝置的電源管理并不會(huì)僅 使用一種電荷幫浦，
所以，本發(fā)明是藉由第一幫浦電容10產(chǎn)生的幫浦電壓C1P 與負(fù) 一倍壓的電荷幫浦的第二幫浦電容30產(chǎn)生的幫浦電壓C2P, 以作為第一輸入訊號(hào)的訊號(hào)位準(zhǔn)范圍的第一電壓與第二電壓(如 圖5所示)，如此，增加第一開(kāi)關(guān)14的跨壓，即增加第一開(kāi)關(guān) 14的柵源極間的電壓，使第一開(kāi)關(guān)14的阻抗值下降，其公式如 下所示
=[(W14/L14)*(VDD — VCL - Vthp)r
=[(WM/L14)*(2*VDD - Vthp)]陽(yáng)1 由上述的公式可知，第一開(kāi)關(guān)14的柵源極間的電壓比圖1A
的兩倍壓的電荷幫浦中的第一開(kāi)關(guān)10，的跨壓增加了一倍電壓，
使減少第一開(kāi)關(guān)14的阻抗，而提升本發(fā)明的電荷幫浦的輸出功
率效率，輸出電壓的位準(zhǔn)，并減少電^各面積進(jìn)而增加積體電-各的
面積效率。
15再者，由于在現(xiàn)今的可攜式裝置的電源管理并不會(huì)僅使用一 種電荷幫浦，所以第一緩沖器16所接收的第一輸入訊號(hào)的范圍 由另 一個(gè)電荷幫浦所提供，也就是負(fù) 一倍壓的電荷幫浦的幫浦電
壓C2P(如圖4所示)，因此，藉由內(nèi)部電^各本身所產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電 壓而作為第一開(kāi)關(guān)14的跨壓，而無(wú)需額外使用電源電路，故減 少電^各的^f吏用面積，進(jìn)而減少成本。
第一切換開(kāi)關(guān)18耦接第一開(kāi)關(guān)14與第一幫浦電容10，以 切換第一幫浦電容10輸出幫浦電壓C1P，第一輸出電容20耦接 第一切換開(kāi)關(guān)18與第一幫浦電容10,以穩(wěn)定并輸出幫浦電壓 C1P。其中，第一切換開(kāi)關(guān)18耦接一個(gè)第一驅(qū)動(dòng)緩沖器22,其 并接收一個(gè)第一切換訊號(hào)，而產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以控制第一切換 開(kāi)關(guān)18導(dǎo)通或截止，第一切換訊號(hào)的電壓位準(zhǔn)為兩倍電源至零 電壓。又，第一驅(qū)動(dòng)緩沖器22為一反相緩沖器。
承上所述，第一開(kāi)關(guān)模組12更包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)120、 一 個(gè)第二緩沖器122、 一個(gè)第三開(kāi)關(guān)124與一個(gè)第三緩沖器126。 第二開(kāi)關(guān)120耦接電源VDD與第一幫浦電容10的第一端，第二 緩沖器122耦接第二開(kāi)關(guān)120,并接收一個(gè)第二輸入訊號(hào)，以控 制第二開(kāi)關(guān)120導(dǎo)通或截止；第三開(kāi)關(guān)124耦接一個(gè)接地端GND 與第一幫浦電容10的第一端，第三緩沖器126耦接第三開(kāi)關(guān)124, 并接收一個(gè)第三輸入訊號(hào)，以控制第三開(kāi)關(guān)124導(dǎo)通或截止。其 中，第二緩沖器122與第三緩沖器126為一個(gè)反相緩沖器，第二 開(kāi)關(guān)120與第三開(kāi)關(guān)124為金氧半場(chǎng)效晶體管。由于第二開(kāi)關(guān) 120與第三開(kāi)關(guān)124都為金氧半場(chǎng)效晶體管，所以可藉由上述的 增加晶體管的柵源極間的跨壓，以減少第二開(kāi)關(guān)120與第三開(kāi)關(guān)
16124的阻抗，即第二輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍調(diào)整為為電源VDD至負(fù) 一倍的電源VCL;第三輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍調(diào)整為二倍電源VDD 至零電壓GND(如圖5所示)，如此第二開(kāi)關(guān)120與第三開(kāi)關(guān)124 的阻抗為
RmOS,120OC[(Wi20/Li20"0VgS, 120| — Vthp)]"
=[(W 12。/L 120)*(VDD - VCL - Vthp)]-1 =[(W12。/L12。)*(2*VDD - Vthp)]1
RmOS,1240C[(Wi24/Li24)*(VgS,124 - Vthll)]—1
=[(W124/L124)*(AVDD - Vthn)]—1
=[(Wm/L124)*(2*VDD - Vthn)]" 由上述可知，在調(diào)整第二輸入訊號(hào)與第三輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范
圍后，其都增加了第二開(kāi)關(guān)120與第三開(kāi)關(guān)124的柵源極間的跨 壓，即增加為二倍電源VDD,而減少第二開(kāi)關(guān)120與第三開(kāi)關(guān)124 的阻抗，如此，同時(shí)減少第一開(kāi)關(guān)14、第二開(kāi)關(guān)120與第三開(kāi) 關(guān)124的阻抗，而更提升電荷幫浦的輸出功率效率與輸出電壓的 位準(zhǔn)，并減少電3各面積進(jìn)而增加積體電3各的面積效率。
請(qǐng)一并參閱圖4,為本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例的電路圖。 如圖所示，本發(fā)明的負(fù) 一倍壓的電荷幫浦其包含一個(gè)第二幫浦電 容30、 一個(gè)第二開(kāi)關(guān)模組32、 一第四開(kāi)關(guān)34、 一個(gè)第四緩沖器 36、 一個(gè)第二切換開(kāi)關(guān)38、 一個(gè)第二輸出電容40與一個(gè)第二驅(qū) 動(dòng)緩沖器42。其本實(shí)施例與圖3實(shí)施例不同之處在于第五開(kāi)關(guān) 34耦接于第二幫浦電容30的一個(gè)第二端與一個(gè)接地端之間，以及第二驅(qū)動(dòng)緩沖器42所接收的一個(gè)第二切換訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為
電源VDD至負(fù)一倍電源VCL,如此使負(fù)一倍壓的電荷幫浦輸出負(fù) 一倍壓的電源VCL。由圖3的實(shí)施例可知，藉由調(diào)整第四開(kāi)關(guān)34 的第四輸入訊號(hào)、第五開(kāi)關(guān)320的第五輸入訊號(hào)與第六開(kāi)關(guān)324 的第六輸入訊號(hào)分別為第一電壓至第二電壓、電源VDD至負(fù)一倍 電源VCL與二倍電源AVDD至零電壓(如圖5所示)，以增加開(kāi)關(guān) 的柵源極間的跨壓，即
RMOS,34 OC [(W34/L34)*(VgS,34 - Vthn)〗—1
=[(W34/L34)*(AVDD - Vthn)丫1 =[(W34/L34)*(2*VDD - Vthn)丫1
RmOS,320 OC [(W32o/L320)*OVgS,32oI — Vthp)]"
=[(WWL32。)*(VDD - VCL - Vthp)].1 =[(W 32。 /L 32。 )*(2* VDD — Vthp)]"
Rmos, 324 °c [(W 324/L 324)*(VGS, 324 - Vthn)]"
=[(W 324/L 324)*(AVDD - Vthn)]隱1 =[(W 324/L 324)*(2*VDD - Vthn)]國(guó)1
由上述可知，其增加第四開(kāi)關(guān)34、第五開(kāi)關(guān)320與第六開(kāi) 關(guān)324的柵源極間的跨壓，以減少第四開(kāi)關(guān)34、第五開(kāi)關(guān)320 與第六開(kāi)關(guān)324的阻抗，而提升電荷幫浦的功率效率、輸出電壓 位準(zhǔn)與積體電3各的面積效率。
又，由于一般可攜式裝置的電源管理并不會(huì)僅使用 一種電荷
18幫浦，通常都會(huì)使用二倍壓的電荷幫浦與負(fù)一倍的電荷幫浦，如 此，藉由二電荷幫浦的幫浦電壓作為彼此的輸入訊號(hào)的電壓位準(zhǔn) 范圍，以無(wú)須使用額外電源電路作為輸入訊號(hào)之用，故，節(jié)省電 路面積，進(jìn)而節(jié)省成本。
綜上所述，本發(fā)明的增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦， 其藉由調(diào)整第一開(kāi)關(guān)的第 一輸入訊號(hào)的電壓位準(zhǔn)范圍而增加第 一開(kāi)關(guān)的柵源極間的跨壓，進(jìn)而減少第一開(kāi)關(guān)的阻抗，以提升電 荷幫浦的功率效率、輸出電壓位準(zhǔn)與積體電路的面積效率。再者， 藉由電路中二電荷幫浦，以作為彼此輸入訊號(hào)的電壓位準(zhǔn)范圍， 而無(wú)須額外使用電源電路以增加開(kāi)關(guān)的柵源極間的^爭(zhēng)壓，以節(jié)省 電路面積，進(jìn)而節(jié)省成本。
以上所述，僅為本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限 定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu) 造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán) 利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其特征在于，其包括一個(gè)幫浦電容；一個(gè)開(kāi)關(guān)模組，耦接該幫浦電容的一個(gè)第一端；一個(gè)第一開(kāi)關(guān)，耦接于該幫浦電容的一個(gè)第二端與一個(gè)電源之間；一個(gè)第一緩沖器，接收一個(gè)第一輸入訊號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)控制訊號(hào)，以控制該第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第一輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍位于一個(gè)第一電壓至一個(gè)第二電壓之間，該第一電壓與該第二電壓關(guān)聯(lián)于該第一開(kāi)關(guān)的跨壓，該第一開(kāi)關(guān)的跨壓倍數(shù)于該電源，并該倍數(shù)大于1；一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，耦接該第一開(kāi)關(guān)與該幫浦電容，以切換該幫浦電容輸出該幫浦電壓；以及一個(gè)輸出電容，耦接該第二開(kāi)關(guān)與該幫浦電容，以穩(wěn)定并輸出該幫浦電壓。
2、 如權(quán)利要求1所述的電荷幫浦，其特征在于，該開(kāi)關(guān)模 組更包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，耦接該電源與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第二緩沖器，耦接該第二開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第二輸入訊號(hào)，以控制該第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第二輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為該電源至負(fù)一倍的該電源。
3、 如權(quán)利要求1所述的電荷幫浦，其特征在于，該開(kāi)關(guān)模組更包括一個(gè)第三開(kāi)關(guān)，耦接一個(gè)接地端與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第三緩沖器，耦接該第三開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第三輸入訊號(hào)，以控制該第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第三輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為二倍該電源至零電壓。
4、 如權(quán)利要求2所述的電荷幫浦，其特征在于，該第二緩 沖器為一個(gè)反相緩沖器。
5、 如權(quán)利要求2所述的電荷幫浦，其特征在于，第二開(kāi)關(guān)為一個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管。
6、 如權(quán)利要求3所述的電荷幫浦，其特征在于，該第三緩 沖器為一個(gè)反相緩沖器。
7、 如權(quán)利要求3所述的電荷幫浦，其特征在于，該第三開(kāi)關(guān)為一個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管。
8、 如權(quán)利要求1所述的電荷幫浦，其特征在于，該第一電 壓為該幫浦電容的一個(gè)幫浦電壓，該第二電壓為另 一個(gè)電荷幫 浦的該幫浦電壓。
9、 如權(quán)利要求1所述的電荷幫浦，其特征在于，其更包括 一個(gè)驅(qū)動(dòng)緩沖器，耦接該切換開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)切換訊號(hào)，而產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以控制該切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止。
10、 如權(quán)利要求9所述的電荷幫浦，其特征在于，該驅(qū)動(dòng) 緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。
11、 如權(quán)利要求1所述的電荷幫浦，其特征在于，該第一 開(kāi)關(guān)為金氧半場(chǎng)效晶體管。
12、 一種增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其特征在于，其包括一個(gè)幫浦電容；一個(gè)開(kāi)關(guān)模組，耦接該幫浦電容的一個(gè)第一端； 一個(gè)第一開(kāi)關(guān)，耦接于該幫浦電容的一個(gè)第二端與一個(gè)接 i也端之間；一個(gè)第一緩沖器，接收一個(gè)第一輸入訊號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)控制 訊號(hào)，以控制該第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第一輸入訊號(hào)的位準(zhǔn) 范圍位于一個(gè)第一電壓至一個(gè)第二電壓之間，該第一電壓與該 第二電壓關(guān)聯(lián)于該第一開(kāi)關(guān)的跨壓，該第一開(kāi)關(guān)的跨壓倍數(shù)于 該電源，并該4咅ll大于1;一個(gè)切換開(kāi)關(guān)，耦接該第一開(kāi)關(guān)與該幫浦電容，以切換該 幫浦電容輸出該幫浦電壓；以及一個(gè)輸出電容，耦接該第二開(kāi)關(guān)與該幫浦電容，以穩(wěn)定并 輸出該幫浦電壓。
13、 如權(quán)利要求12所述的電荷幫浦，其特征在于，該開(kāi)關(guān) 模組更包括一個(gè)第二開(kāi)關(guān)，耦接該電源與該幫浦電容的該第一端； 一個(gè)第二緩沖器，耦接該第二開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第二輸入訊號(hào)，以控制該第二開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第二輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍為該電源至負(fù)一倍的該電源。
14、 如權(quán)利要求13所述的電荷幫浦，其特征在于，該開(kāi)關(guān) 模組更包括一個(gè)第三開(kāi)關(guān)，耦接該接地端與該幫浦電容的該第 一端； 一個(gè)第三緩沖器，耦接該第三開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)第三輸入訊號(hào)，以控制該第三開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，該第三輸入訊號(hào)的位準(zhǔn) 范圍為二倍的該電源至零電壓。
15、 如權(quán)利要求13所述的電荷幫浦，其特征在于，該第二 緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。
16、 如權(quán)利要求13所述的電荷幫浦，其特征在于，第二開(kāi) 關(guān)為一金氧半場(chǎng)效晶體管。
17、 如權(quán)利要求14所述的電荷幫浦，其特征在于，該第三 緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。
18、 如權(quán)利要求14所述的電荷幫浦，其特征在于，第三開(kāi) 關(guān)為 一 個(gè)金氧半場(chǎng)效晶體管。
19、 如權(quán)利要求12所述的電荷幫浦，其特征在于，該第一 電壓為該幫浦電容的一個(gè)幫浦電壓；該第二電壓為另一個(gè)電荷 幫浦的該幫浦電壓。
20、 如權(quán)利要求12所述的電荷幫浦，其特征在于，其更包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)緩沖器，耦接該切換開(kāi)關(guān)，并接收一個(gè)切換訊號(hào)， 而產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)訊號(hào)，以控制該切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止。
21、 如權(quán)利要求20所述的電荷幫浦，其特征在于，該驅(qū)動(dòng) 緩沖器為一個(gè)反相緩沖器。
22、 如權(quán)利要求12所述的電荷幫浦，其特征在于，該第一 開(kāi)關(guān)為金氧半場(chǎng)效晶體管。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種增加功率效率與輸出電壓的電荷幫浦，其通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)模組耦接一個(gè)幫浦電容的一個(gè)第一端，一個(gè)第一開(kāi)關(guān)耦接于幫浦電容的一個(gè)第二端與一個(gè)電源之間，一個(gè)第一緩沖器接收一個(gè)第一輸入訊號(hào)而產(chǎn)生一個(gè)控制訊號(hào)，以控制第一開(kāi)關(guān)導(dǎo)通或截止，第一輸入訊號(hào)的位準(zhǔn)范圍位于一個(gè)第一電壓至一個(gè)第二電壓之間，第一電壓與第二電壓關(guān)聯(lián)于第一開(kāi)關(guān)的跨壓，第一開(kāi)關(guān)的跨壓倍數(shù)于電源，并倍數(shù)大于1。如此，以降低切換開(kāi)關(guān)的阻抗值，進(jìn)而提升電荷幫浦的功率效率、輸出電壓位準(zhǔn)與積體電路的面積效率。
文檔編號(hào)H02M3/07GK101471601SQ20071030209
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月24日
發(fā)明者葉政忠 申請(qǐng)人:矽創(chuàng)電子股份有限公司