專利名稱：動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于 一種電荷泵浦裝置，且特別是有關(guān)于 一種具動態(tài)反饋穩(wěn) 壓能力的電荷泵浦裝置。
背景技術(shù)：
在電子電路中，往往需要各種不同電平的電源電壓以供電路使用，因此
常配置電荷泵浦(charge pump)電路，以便利用現(xiàn)有的電源電壓來產(chǎn)生各種不 同電平的電源電壓。電荷泵浦電路是以某一預(yù)設(shè)倍率將其輸入電壓電平調(diào)升 (或調(diào)降)，以產(chǎn)生不同電平的電壓。因此，電荷泵浦電路的輸出電壓電平便 與其輸入電壓息息相關(guān)。然而，為了電荷泵浦電路可以適用于各種環(huán)境(亦即 在設(shè)計電荷泵浦電路時可能無法確定其輸入電壓)，而依然可以產(chǎn)生相同預(yù)期 的輸出電壓， 一般是利用電壓調(diào)整電路先將輸出電壓電平調(diào)整至額定電壓， 然后才由電荷泵浦產(chǎn)生額定輸出電壓。
圖1為已知的電荷泵浦電路圖。電容C、開關(guān)102、開關(guān)103、開關(guān)104 及開關(guān)105構(gòu)成一個電荷泵浦。晶體管T1、運算放大器IOI、電阻R1、電阻 R2構(gòu)成一個具有負(fù)反饋的電壓調(diào)整電路。此電壓調(diào)整電路接接收系統(tǒng)電壓 Vcc,并將系統(tǒng)電壓V^調(diào)整為輸入電壓Vinl。電荷泵浦在第一工作周期時，開 關(guān)102及1Q5會呈現(xiàn)短路，開關(guān)103及104會呈現(xiàn)開路，此時輸入電壓Vin
會對電容C進行充電，使電容C具有相等于輸入電壓Vw的電位。電荷泵浦在 第二工作周期時，開關(guān)103及104會呈現(xiàn)短路，開關(guān)102及105會呈現(xiàn)開路， 使得電容C其中一端從接地改為連接至輸入電壓Vinl (亦即從OV改變?yōu)閂inl), 此時電容C的另一端電位會從V^被抬升至2Vi^因此，輸出電壓V,會得到
兩倍于輸入電壓Vuu的電壓。
已知電荷泵浦雖然可以提供兩倍于輸入電壓V^的電壓，但是當(dāng)電荷泵浦 輸出端出現(xiàn)因負(fù)載變化而產(chǎn)生的電流變化時，電壓調(diào)整電路無法實時檢測及 針對輸出電流的變化而調(diào)整其輸入電壓Vinl，以致輸出電壓V一會隨負(fù)載電流 變化而產(chǎn)生較劇烈的漣波。如欲解決漣波的問題， 一般是將電荷泵浦輸入端直接耦接系統(tǒng)電壓，再于輸出端耦接具有穩(wěn)壓電容的電壓調(diào)整器。但此解決 方式會造成電壓調(diào)整器直接面對負(fù)載的問題，且所增加的穩(wěn)壓電容亦會增加 成本的負(fù)擔(dān)，連帶的使電荷泵浦的原本功能無法完全發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置，其利用反饋單元動態(tài)檢測 及反饋電荷泵浦的輸出電壓，在不增加額外元件及成本的情況下，降低輸出 電壓漣波及提升電荷泵浦輸出效率的功效。
本發(fā)明提供一種電荷泵浦裝置，其包括電壓調(diào)整器、電荷泵浦及反饋單 元。電壓調(diào)整器的輸入端接收輸入電壓，并依據(jù)控制信號將輸入電壓調(diào)整輸 出為基本電壓。電荷泵浦耦接電壓調(diào)整器的輸出端以接收基本電壓，接著將 基本電壓倍壓后作為輸出電壓。反饋單元的輸入端耦接至電荷泵浦的輸出端 以接收輸出電壓，反饋單元的輸出端耦接至電壓調(diào)整器以提供控制信號，其 中控制信號與輸出電壓相關(guān)。
在本發(fā)明的一實施例中，上述電壓調(diào)整器包括運算放大器及晶體管。運 算放大器的第一端耦接至反饋單元的輸出端以接收控制信號，運算放大器的 第二端接收參考電壓。晶體管的柵極耦接至運算放大器的輸出端，其第一源
漏極接收輸入電壓，其第二源漏極輸出基本電壓。
在本發(fā)明的一實施例中，上述反饋單元包括第一電阻及第二電阻，第一 電阻的第 一端作為反饋單元的輸入端以接收輸出電壓，第 一 電阻的第二端作 為反饋單元的輸出端以提供控制信號至電壓調(diào)整器。第二電阻的第一端耦接 至第一電阻的第二端，第二電阻的第二端接地。
本發(fā)明提供一種動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置，其結(jié)合電荷泵浦倍壓的功 效及電壓調(diào)整器的穩(wěn)壓特性與反饋單元實時檢測及反饋的能力，動態(tài)檢測及 反饋輸出電壓，以實時反應(yīng)其負(fù)載造成的電流變化，且可在不增加額外元件 及成本的條件下，提升電荷泵浦輸出效率及降低輸出電壓的漣波。
為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并 配合所附圖式，作詳細(xì)i兌明如下。


圖1為已知的電荷泵浦電路圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置示意圖。
圖3A為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第一實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦 裝置電路圖。
圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實施例，說明圖3A的相位波形圖。 圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第二實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置電路圖。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第三實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置電路圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第四實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置電路圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第五實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置電路圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第六實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置電路圖。
200、 300、 400、 500、 600、 700、 800:動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置 201:電壓調(diào)整器 202:電荷泵浦 203:反饋單元
101、 0P1:運算放大器 Tl、 Trl:晶體管
Va、 PH1、 PH2:控制信號 Vinl:輸入電壓 V隨基本電壓 Vcc、 VDD:系統(tǒng)電壓 V隨、V。UT2:輸出電壓 V,、 V,:參考電壓
102、 103、 104、 105、 SW1、 SW2、 SW3、 SW4、 SW5、 SW6、 SW7、 SW8、 SW9、 SWIO、 SWll、 SW12、 SW13、 SW14、 SW15、 SW16、 SW17、 SW18、 SW19:開關(guān)
Rl、 R2、 R3、 R4:電阻
C、 Cl、 C2、 C3、 C4、 C5、 C國電容
具體實施例方式
因已知的電荷泵浦無法實時反應(yīng)輸出端的變化。當(dāng)輸出端出現(xiàn)因負(fù)載變 化而產(chǎn)生的電流變化時，已知的電荷泵浦產(chǎn)生的輸出電壓會隨電流變化而有 較劇烈的漣波問題。有鑒于此，本發(fā)明下述實施例利用反饋單元實時檢測及 反饋的能力，以達成提升電荷泵浦輸出效率及降低輸出電壓的漣波功效。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置200示意圖。 請參照圖2,動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置200包括電壓調(diào)整器(voltage regulator) 201、電荷泵浦(charge pump) 202及反饋單元(feedback uni t) 203。 電壓調(diào)整器201耦接電荷泵浦202及反饋單元203。電荷泵浦202耦接反饋 單元203。電壓調(diào)整器201的輸入端接收輸入電壓(本實施例以系統(tǒng)電壓VDD 為例)，并依據(jù)控制信號Va將系統(tǒng)電壓V。。調(diào)整輸出為基本電壓V匿。電荷泵 浦202的輸入端接收基本電壓VBASE，接著將基本電壓V匿倍壓后作為輸出電壓 V,。反饋單元203的輸入端接收輸出電壓V,，且反饋單元20!3依據(jù)輸出電 壓V,提供控制信號Va給電壓調(diào)整器201。藉此，本發(fā)明的本實施例可動態(tài) 檢測及反饋輸出電壓V國，以達到快速反應(yīng)其負(fù)載電流變化的目的，連帶提 升電荷泵浦輸出效率及降低輸出電壓的漣波。
上述一實施例的各種實施方式會以下述的各實施例來說明。圖3A為根據(jù) 本發(fā)明一實施例的第一實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置300電路圖。 電壓調(diào)整器201包括運算放大器0P1及晶體管Trl。運算放大器(operation amp 1 i fi er) OP 1的第 一端(本實施例以非反相輸入端為例)耦接反饋單元的輸 出端(亦即電阻R3的第二端)，其第二端(本實施例以反相輸入端為例)接收參 考電壓V,，其輸出端耦接晶體管Trl的柵極。晶體管Trl的第一源漏極(本 實施例以源極為例)接收系統(tǒng)電壓VDD,其第二源漏極(本實施例以漏極為例) 為電壓調(diào)整器201的輸出端并耦接開關(guān)SW2及SW3的第一端以輸出基本電壓 VBASE。本實施方式中，P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管為晶體管Trl實現(xiàn)的一種 方式，非以限制本發(fā)明。
電荷泵浦202包括第一電容C1、第二開關(guān)SW2、第三開關(guān)SW3、第四開 關(guān)SW4、第五開關(guān)SW5及輸出電容C,。開關(guān)SW2的第二端耦接電容C1的第 一端。開關(guān)SW3的第二端耦接電容C1的第二端。開關(guān)SW4的第一端耦接電容 CI的第一端，其第二端為電荷泵浦202的輸出端以提供輸出電壓V。 T2。開關(guān)SW5的第一端耦接電容C1的第二端，其第二端接收第二參考電壓(本實施例 以接地電壓為例)。輸出電容C,的第一端耦接開關(guān)SW4的第二端，其第二端 耦接接地電壓。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以視需求而省略輸出電容C。UT2。
反饋單元203包括第一電阻R3及第二電阻R4。電阻R3的第一端耦接開 關(guān)SW4的第二端。電阻R4的第一端耦接電阻R3的第二端，電阻R4的第二端 接地。
圖3B為根據(jù)本發(fā)明一實施例，說明圖3A的相位波形圖。請同時參照圖 3A及圖3B，圖3B中的PH1及PH2分別對照圖3A中的控制信號PH1及PH2， 波形中的高電位代表開關(guān)短路，波形中的低電位代表開關(guān)開路。當(dāng)晶體管Trl 接收系統(tǒng)電壓V。。時，會依據(jù)運算放大器0P1的控制而將系統(tǒng)電壓V。。調(diào)整為 基本電壓V匿后傳送到開關(guān)SW2及SW3的第一端。當(dāng)控制信號PH1為高電位 時(此時控制信號PH2為低電位)，開關(guān)SW2及SW5會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW3及 SW4會呈現(xiàn)開路。因此，基本電壓VBASE會對電容Cl會進行充電，讓電容Cl 儲存的電位約略等于基本電壓V目的電位。
當(dāng)控制信號PH2為高電位時(此時控制信號PH1為低電位)，開關(guān)SW3及 SW4會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW2及SW5會呈現(xiàn)開路，使得電容Cl的第二端從接地 改為連接至基本電壓V,(亦即從OV改變?yōu)閂BASE),此時電容C1的第一端電位 會從約略基本電壓V隨電位被抬升至約略2V匿。因此輸出電壓V,約略為兩 倍的基本電壓V磁。輸出電容C國讓輸出電壓V國更加的穩(wěn)定。
電阻R3及R4串聯(lián)于電荷泵浦202的輸出端與接地之間，以將輸出電壓 V國分壓作為控制信號Va?？刂菩盘朧a將會被傳送給運算放大器OPl的第一 端。當(dāng)電荷泵浦202輸出端的電流或電壓因負(fù)載(未繪示)而產(chǎn)生變化時，電 阻R3及R4會通過控制信號Va反映其變化。由于控制信號l是隨著電荷泵 浦202輸出端而變化的，因此運算放大器0P1可以響應(yīng)電荷泵浦202輸出端 的變化而動態(tài)控制晶體管Trl，使晶體管Trl能快速因應(yīng)電荷泵浦202輸出 端的變化而調(diào)整其基本電壓VBASE。藉此，本實施例可以輸出約略兩倍于基本 電壓V匿的輸出電壓V隨，并且達到動態(tài)反饋輸出端的電流變化及進行穩(wěn)壓的 功能，連帶的減少輸出電壓V,的漣波。
圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第二實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置400電路圖。比較圖3A及圖4，其相同功能給予相同的標(biāo)號，可以發(fā)現(xiàn)其 差異為動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置400中的開關(guān)SW1、開關(guān)SW2及電容C1。開關(guān)SW1的第一端接收系統(tǒng)電壓V。D,其第二端耦接運算放大器0P1的輸出端。 開關(guān)SW2的第一端接收系統(tǒng)電壓VDD。電容C1的第二端則耦接晶體管Trl的 漏極。與圖3A相較，本實施例省去可耐受大電流的開關(guān)SW3，而配置一個小 面積的開關(guān)SW1。
同樣參照圖3B說明圖4,控制信號PH2B為控制信號PH2的反相。當(dāng)控 制信號PH1為高電位時(此時控制信號PH2為低電位，而控制信號PH2B為高 電位)，開關(guān)SW1、 SW2及SW5會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW4會呈現(xiàn)開路。開關(guān)SW1 的短路使晶體管Trl呈現(xiàn)不導(dǎo)通(截止)。在此期間，系統(tǒng)電壓V。。會經(jīng)由開關(guān) SW2對電容C1會進行充電，讓電容C1儲存約略等于系統(tǒng)電壓V。。的電位。因 系統(tǒng)電壓V。n可以直接對電容Cl充電的關(guān)系，其充電速度會更快。'當(dāng)控制信 號PH2為高電位時(此時控制信號PH2B、 PH1為低電位)，開關(guān)SW4會呈現(xiàn)短 路，而開關(guān)SW1、 SW2及SW5會呈現(xiàn)開路。晶體管Trl受運算放大器0P1的控 制而輸出基本電壓VBASE給電容C1的第二端。由于電容C1的第二端從接地(亦 即0V)改為基本電壓V隨，導(dǎo)致電容C1的第一端電位會從VDD被抬升至V。D+V隨。 上述V。。+V匿會經(jīng)由開關(guān)SW4而被輸出作為輸出電壓V麵。
電阻R3及R4串聯(lián)于電荷泵浦202的輸出端與接地之間，以將輸出電壓 V隨分壓作為控制信號Va?？刂菩盘朧a將會被傳送給運算放大器0P1的第一 端。當(dāng)電荷泵浦202輸出端的電流或電壓因負(fù)載(未繪示)而產(chǎn)生變化時，反 饋單元203會通過控制信號Va反映其變化。由于控制信號Va是隨著電荷泵 浦202輸出端而變化的，因此運算放大器0P1可以響應(yīng)電荷泵浦202輸出端 的變化而動態(tài)控制晶體管Trl,使晶體管Trl能快速反應(yīng)電荷泵浦202輸出 端的變化而調(diào)整其基本電壓V匿，進而調(diào)整電荷泵浦202的輸出電壓V。UT2。藉 此，本實施例可以達到動態(tài)反饋輸出端的變化及更快速地傳達其反應(yīng)到輸出 端進而穩(wěn)壓的功能.，連帶的減少輸出電壓V,的漣波及提升輸出效率。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第三實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置500電路圖。電壓調(diào)整器201及反饋單元203如上述圖3A實施例所述，故 不再贅述。電荷泵浦202包括第二電容C2、第三電容C3、第六開關(guān)SW6、第 七開關(guān)SW7、第八開關(guān)SW8、第九開關(guān)SW9、第十開關(guān)SWIO、第十一開關(guān)SWll、 第十二開關(guān)SW12及輸出電容C隨。開關(guān)SW6的第一端耦接晶體管Trl的漏極 以接收基本電壓V畫，其第二端耦接電容C2的第一端。開關(guān)SW7的第一端耦 接開關(guān)SW6的第一端，其第二端耦接電容C2的第二端。開關(guān)SW8的第一端耦接耦接電容C2的第一端，其第二端耦接電容C3的第一端。開關(guān)SW9的第一 端耦接電容C2的第二端，其第二端接收接地電壓。開關(guān)SW10的第一端耦接 開關(guān)SW6的第一端，其第二端耦接電容C3的第二端。開關(guān)SW11的第一端耦 接電容C3的第一端，其第二端接收接地電壓。開關(guān)SW12的第一端耦接電容 C3的第二端，其第二端為電荷泵浦202的輸出端以提供輸出電壓V,。輸出 電容C。脂的第一端耦接開關(guān)SW12的第二端，其第二端耦接接地電壓。本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以視需求而省略輸出電容C,。
同樣參照圖3B說明圖5。當(dāng)晶體管Trl接收系統(tǒng)電壓V。。時，會依據(jù)運算 放大器0P1的控制而將系統(tǒng)電壓V。。調(diào)整為基本電壓V固后傳送到開關(guān)SW6的 第一端。當(dāng)控制信號PH1為高電位時(此時控制信號PH2為低電位)，開關(guān)SW6、 SW9、 SW10及SW11會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW7、 SW8及SW12會呈現(xiàn)開路。因此， 基本電壓V匿會對電容C2及C3分別進行充電，讓電容C2及C3儲存的電位 約略等于基本電壓V,的電位。當(dāng)控制信號PH2為高電位時(此時控制信號PH1 為低電位)，開關(guān)SW7、 SW8及SW12會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW6、 SW9、 SW10及SW11 會呈現(xiàn)開路，使得電容C2的第二端從接地改為連接至基本電壓V隨(亦即從 0V改變?yōu)閂BASE)，電容C2的第一端電位會從約略基本電壓V隨電位被抬升至 約略2V謹(jǐn)。同時，電容C3第一端從接地改為連接至電容C2的第一端(亦即 從0V改變?yōu)?VBASE),電容C3的第二端電位會從約略基本電壓V隨電位被抬升 至約略3VBASE。因此輸出電壓V,約略為三倍的基本電壓Vbase。輸出電容C, 讓輸出電壓V。m更加的穩(wěn)定。
電阻R3及R4串聯(lián)于電荷泵浦202的輸出端與接地之間，以將輸出電壓 V,分壓作為控制信號Va?？刂菩盘朧a將會被傳送給運算放大器0P1的第一 端。當(dāng)電荷泵浦202輸出端的電流或電壓因負(fù)載(未繪示)而產(chǎn)生變化時，電 阻R3及R4會通過控制信號Va反映其變化。由于控制信號Va是隨著電荷泵 浦202輸出端而變^f匕的，因此運算放大器0P1可以響應(yīng)電荷泵浦202輸出端 的變化而動態(tài)控制晶體管Trl，使晶體管Trl能快速因應(yīng)電荷泵浦202輸出 端的變化而調(diào)整其基本電壓V匿。藉此，本實施例可以輸出約略三倍于基本 電壓V隨的輸出電壓V國，并且達到動態(tài)反饋輸出端的電流變化及進行穩(wěn)壓的 功能，連帶的減少輸出電壓V,的漣波。
圖6為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第四實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置600電路圖。比較圖5及圖6,其相同功能給予相同的標(biāo)號，可以發(fā)現(xiàn)其差異為動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置600中的開關(guān)SW1、 SW6及電容C2。開關(guān) SW1的第一端接收系統(tǒng)電壓VDD，其第二端耦接運算放大器0P1的輸出端。開 關(guān)SW6的第一端接收系統(tǒng)電壓VDD。電容C2的第二端則直接耦接晶體管Trl 的漏極。與圖5相較，本實施例省去可耐受大電流的開關(guān)SW7，而配置一個 小面積的開關(guān)SW1。
同樣參照圖3B說明圖6,控制信號PH2B為控制信號PH2的反相。當(dāng)控 制信號PH1為高電位時(此時控制信號PH2為低電位，而控制信號PH2B為高 電位)，開關(guān)SW1、 SW6、 SW9、 SW10及SW11會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW8及SW12會 呈現(xiàn)開路。開關(guān)SW1的短路使晶體管Trl會呈現(xiàn)不導(dǎo)通(截止)。在此期間， 系統(tǒng)電壓V。。會經(jīng)由開關(guān)SW6、 SW10分別對電容C2及C3會進行充電，讓電容 C 2及C 3儲存約略等于系統(tǒng)電壓VDD的電位。因系統(tǒng)電壓VDD為可以直接對電容 C2及C3充電的關(guān)系，其充電速度會更快。當(dāng)控制信號PH2為高電位時(此時 控制信號PH2B、 PH1為低電位)，開關(guān)SW8及SW12會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW1、 SW6、 SW9、 SW10及SW11會呈現(xiàn)開路。晶體管Trl受運算放大器0P1的控制 而輸出基本電壓VBASE給電容C2的第二端。由電容C2的第二端從接地(亦即0V) 改為基本電壓V匿，導(dǎo)致電容C2的第一端電位會從V。d被抬升至VDD+VBASE。同 時，C3的第一端從接地(亦即0V)改為電容C2的第一端，導(dǎo)致電容C3的第二 端電位會從V。d被抬升至2Vdd+Vbase。上述2V。。+V織會經(jīng)由開關(guān)SW12被輸出作為 輸出電壓V
電阻R3及R4串聯(lián)于電荷泵浦202的輸出端與接地之間，以將輸出電壓 V,分壓作為控制信號Va。控制信號V^將會被傳送給運算放大器0P1的第一 端。當(dāng)電荷泵浦202輸出端的電流或電壓因負(fù)載(未繪示)而產(chǎn)生變化時，反 饋單元203會通過控制信號Vc:l反映其交化。由于控制信號VcL是隨著電荷泵 浦202輸出端而變化的，因此運算放大器0P1可以響應(yīng)電荷泵浦202輸出端 的變化而動態(tài)控制晶體管Trl，使晶體管Trl能快速反應(yīng)電荷泵浦202輸出 端的變化而調(diào)整其基本電壓V隨，進而調(diào)整電荷泵浦202的輸出電壓V。UT2。藉 此，本實施例可以達到動態(tài)反饋輸出端的變化及更快速的傳達其反應(yīng)到輸出 端進而穩(wěn)壓的功能，連帶的減少輸出電壓V隨的漣波及提升輸出效率。
圖7為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第五實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置700電路圖。電壓調(diào)整器201及反饋單元203如上述圖3A實施例所述，故 不再贅述。電荷泵浦202包括第四電容C4、第五電容C5、第十三開關(guān)SW13、第十四開關(guān)swi4、第十五開關(guān)swi5、第十六開關(guān)swi6、第十七開關(guān)swn、
第十八開關(guān)SW18、第十九開關(guān)SW19及輸出電容C,。開關(guān)SW13的第一端耦 接晶體管Trl的漏極以接收基本電壓VBASE，其第二端耦接電容C4的第一端。 開關(guān)SW14的第一端耦接開關(guān)SW13的第一端，其第二端耦接電容C4的第二端。 開關(guān)SW15的第一端耦接電容C4的第二端，其第二端接收接地電壓。開關(guān)SW16 的第一端耦接耦接電容C4的第一端，其第二端耦接電容C5的第一端。開關(guān) SW17的第一端耦接開關(guān)SW13的第一端，其第二端耦接電容C5的第二端。開 關(guān)SW18的第一端耦接電容C5的第二端，其第二端接收接地電壓。開關(guān)SW19 的第一端耦接電容C5的第一端，其第二端為電荷泵浦202的輸出端以提供輸 出電壓V,。輸出電容C國的第一端耦接開關(guān)SW19的第二端，其第二端耦接 接地電壓。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以視需求而省略輸出電容C。UT2。
同樣參照圖3B說明圖7。當(dāng)晶體管Trl接收系統(tǒng)電壓V。。時，會依據(jù)運算 放大器0P1的控制而將系統(tǒng)電壓V加調(diào)整為基本電壓V隨后傳送到開關(guān)SW13 的第一端。當(dāng)控制信號PH1為高電位時(此時控制信號PH2為低電位)，開關(guān) SW13、 SW15、 SW17及SW19會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW14、 SW16及SW18會呈現(xiàn)開 路。在此期間，基本電壓V腿會對電容C4進行充電，讓電容C4儲存的電位 約略等于基本電壓V隨的電位。同時，電容C5的第二端從接地改為連接至基 本電壓V匿(亦即從0V改變?yōu)閂固)，電容C5的第一端電位會從2V隱(此電位 于控制信號PH2為高電位時獲得)被抬升至3V瞎。因此輸出電壓V,約略為三 倍的基本電壓V隨。當(dāng)控制信號PH2為高電位時，開關(guān)SW14、 SW16及SW18 會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW13、 SW15、 SW17及SW19會呈現(xiàn)開路。此時，電容C4的 第二端從接地改為連接至基本電壓V廳(亦即從0V改變?yōu)閂匿)，電容C4的第 一端電位會從基本電壓V隨電位被抬升至2V隨。同時，電容C5的第一端會連 接電容C4的第一端，其第二端會接地，使得電容C4的第一端電位2V隨對電 容C5充電，讓電容C5儲存的電位約略等于2V隨的電位。輸出電容C國讓輸 出電壓V,更加的穩(wěn)定。
電阻R3及R4串聯(lián)于電荷泵浦202的輸出端與接地之間，以將輸出電壓 V,分壓作為控制信號Vcl?？刂菩盘朧a將會被傳送給運算放大器0P1的第一 端。當(dāng)電荷泵浦202輸出端的電流或電壓因負(fù)載(未繪示)而產(chǎn)生變化時，電 阻R3及R4會通過控制信號Va反映其變化。由于控制信號Va是隨著電荷泵 浦202輸出端而變化的，因此運算放大器0P1可以響應(yīng)電荷泵浦202輸出端的變化而動態(tài)控制晶體管Trl,使晶體管Trl能快速因應(yīng)電荷泵浦202輸出 端的變化而調(diào)整其基本電壓VBASE。藉此，本實施例可以輸出約略三倍于基本 電壓V,的輸出電壓VQUT2,并且達到動態(tài)反饋輸出端的電流變化及進行穩(wěn)壓的 功能，連帶的減少輸出電壓V國的漣波。
圖8為根據(jù)本發(fā)明一實施例的第六實施方式的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝 置800電路圖。比較圖7及圖8，其相同功能給予相同的標(biāo)號，可以發(fā)現(xiàn)其 差異為動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置800中的開關(guān)SW1、 SW13、 SW14及電容C4。 開關(guān)SW1的第一端接收系統(tǒng)電壓VDD,其第二端耦接運算放大器的輸出端。開 關(guān)SW13的第一端接收系統(tǒng)電壓VDD。開關(guān)SW14的第一端耦接開關(guān)SW13的第 一端。電容C5的第二端則直接耦接晶體管Trl的漏極。與圖5相較，本實施 例省去可耐受大電流的開關(guān)SW17，而配置一個小面積的開關(guān)SW1。
同樣參照圖3B說明圖8,控制信號PH1B為控制信號PH1的反相。當(dāng)控 制信號PH1為高電位時(此時控制信號PH2、 PH1B為低電位),開關(guān)SW13、 SW15 及SW19會呈現(xiàn)短路，開關(guān)SW1、 SW14、 SW16及SW18會呈現(xiàn)開路。晶體管Trl 受運算放大器0P1的控制而輸出基本電壓V隨給電容C5的第二端。在此期間， 系統(tǒng)電壓V。。會經(jīng)由開關(guān)SW13對電容C4進行充電，讓電容C4儲存約略等于 系統(tǒng)電壓V。。的電位。電容C5的第二端從接地改為連接至基本電壓Vb扱(亦即 從0V改變?yōu)閂BASE),電容C5的第一端電位會從2V。。(此電位于控制信號PH2為 高電位時獲得)被抬升至2VDD +Vbase。上述2V。。+V匿會經(jīng)由開關(guān)SW12被輸出作 為輸出電壓V。UT2。當(dāng)控制信號PH2為高電位時(此時控制信號PH1為低電位、 PH1B為高電位)，開關(guān)SW1、 SW14、 SW16及SW18會呈現(xiàn)短路，SW13、 SW15及 SW19會呈現(xiàn)開路。開關(guān)SW1的短路使晶體管Trl會呈現(xiàn)不導(dǎo)通(截止)。此時 電容C4的第二端從接地改為連接至系統(tǒng)電壓Vd。(亦即從0V改變?yōu)閂DD),電容 C4的第一端電位會從系統(tǒng)電壓V。。電位被抬升至2VDD。同時，電容C5的第一 端會連接電容C4的第一端，其第二端會接地，使得電容C4的第一端電位2VDD 對電容C5充電，讓電容C5儲存的電位約略等于2VDD。因系統(tǒng)電壓V。。為可以 直接對電容C4充電的關(guān)系，其充電速度會更快。輸出電容C,讓輸出電壓V, 更加的穩(wěn)定。
電阻R3及R4串聯(lián)于電荷泵浦202的輸出端與接地之間，以將輸出電壓
V固分壓作為控制信號Va?？刂菩盘朧a將會被傳送給運算放大器0P1的第一
端。當(dāng)電荷泵浦202輸出端的電流或電壓因負(fù)載(未繪示)而產(chǎn)生變化時，反饋單元203會通過控制信號Va反映其變化。由于控制信號l是隨著電荷泵
浦202輸出端而變化的，因此運算放大器0P1可以響應(yīng)電荷泵浦202輸出端 的變化而動態(tài)控制晶體管Trl，使晶體管Trl能快速反應(yīng)電荷泵浦202輸出 端的變化而調(diào)整其基本電壓VBASE,進而調(diào)整電荷泵浦202的輸出電壓V。UT2。藉 此，本實施例可以達到動態(tài)反饋輸出端的變化及更快速地傳達其反應(yīng)到輸出 端進而穩(wěn)壓的功能，連帶的減少輸出電壓VOTT2的漣波及提升輸出效率。
綜上所述，在本發(fā)明的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置，通過直接反饋其輸 出端的負(fù)載電流變化，可以快速地針對其變化作反應(yīng)，使輸出端的電壓不為 因電流的變化而波動，藉此可降低輸出電壓的漣波，且利用系統(tǒng)電壓對電容 直接充電，可提升其輸出的效率。結(jié)合以上論點，本發(fā)明的動態(tài)反饋穩(wěn)壓電 荷泵浦裝置可以實時地檢測及反饋其輸出端的電流變化，且可快速地反饋其 電流變化及在輸出端作出反應(yīng)。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何 本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤 飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵浦裝置，包括電壓調(diào)整器，用以接收輸入電壓，并依據(jù)控制信號將該輸入電壓調(diào)整輸出為基本電壓；電荷泵浦，耦接至該電壓調(diào)整器的輸出端以接收該基本電壓，并將該基本電壓倍壓后作為輸出電壓；以及反饋單元，其輸入端耦接至該電荷泵浦的輸出端以接收該輸出電壓，該反饋單元的輸出端耦接至該電壓調(diào)整器以提供該控制信號，其中該控制信號與該輸出電壓相關(guān)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電壓調(diào)整器包括 運算放大器，其第一端耦接至該反饋單元的輸出端以接收該控制信號，該運算放大器的第二端接收參考電壓；以及晶體管，其柵極耦接至該運算放大器的輸出端，其第一源漏極接收該輸 入電壓，其第二源漏極作為該電壓調(diào)整器的輸出端以輸出該基本電壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電荷泵浦裝置，其中該電壓調(diào)整器還包括 開關(guān)，其第一端接收該輸入電壓，其第二端耦接至該運算放大器的輸出二山網(wǎng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電荷泵浦裝置，其中該晶體管為P型金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦包括第一電容； -第二開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第一電容的第一端之間； 第三開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第一電容的第二端之間； 第四開關(guān)，其第一端耦接至該第一電容的第一端，該第四開關(guān)的第二端作為該電荷泵浦的輸出端以輸出該輸出電壓；以及第五開關(guān)，其第一端耦接至該第一電容的第二端，該第五開關(guān)的第二端接收第二參考電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷泵浦裝置，其中該第二參考電壓為接地電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦還包括輸出電容，其第一端耦接至該第四開關(guān)的第二端，該輸出電容的第二端接收該第二 參考電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦包括 第二開關(guān)，其第一端接收該輸入電壓；第一電容，其第一端耦接至該第二開關(guān)的第二端，該第一電容的第二端 耦接至該電壓調(diào)整器的輸出端以接收該基本電壓；第四開關(guān)，其第一端耦接至該第一電容的第一端，該第四開關(guān)的第二端 作為該電荷泵浦的輸出端以輸出該輸出電壓；以及第五開關(guān)，其第一端耦接至該第一電容的第二端，該第五開關(guān)的第二端 接收第二參考電壓。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電荷泵浦裝置，其中該第二參考電壓為接地電壓。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦還包括輸出 電容，其第一端耦接至該第四開關(guān)的第二端，該輸出電容的第二端接收該第 二參考電壓。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦包括 第二電容；第三電容；第六開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第二電容的第一端之間； 第七開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第二電容的第二端之間； 第八開關(guān)，其耦接于該第二電容的第一端與該第三電容的第一端之間； 第九開關(guān)，其第一端耦接至該第二電容的第二端，該第九開關(guān)的第二端接收第二參考電壓；第十開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第三電容的第二端之間； 第十一開關(guān)，其第一端耦接至該第三電容的第一端，該第十一開關(guān)的第二端接收該第二參考電壓；以及第十二開關(guān)，其第一端耦接至該第三電容的第二端，該第十二開關(guān)的第二端作為該電荷泵浦的輸出端以輸出該輸出電壓。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電荷泵浦裝置，其中該第二參考電壓為接地 電壓。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦還包括輸出電容，其第一端耦接至該第十二開關(guān)的第二端，該輸出電容的第二端接收該 第二參考電壓。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦包括 第六開關(guān)，其第一端接收該輸入電壓；第二電容，其第一端耦接至該第六開關(guān)的第二端，該第二電容的第二端 耦接至該電壓調(diào)整器的輸出端以接收該基本電壓； 第三電容；第八開關(guān)，其耦接于該第二電容的第一端與該第三電容的第一端之間； 第九開關(guān)，其第一端耦接至該第二電容的第二端，該第九開關(guān)的第二端接收第二參考電壓；第十開關(guān)，其第一端接收該輸入電壓，其第二端耦接至該第三電容的第二端；第十一開關(guān)，其第一端耦接至該第三電容的第一端，該第十一開關(guān)的第 二端接收該第二參考電壓；以及第十二開關(guān)，其第一端耦接至該第三電容的第二端，該第十二開關(guān)的第 二端作為該電荷泵浦的輸出端以輸出該輸出電壓。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電荷泵浦裝置，其中該第二參考電壓為接地 電壓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦還包括輸出 電容，其第一端耦接至該第十二開關(guān)的第二端，該輸出電容的第二端接收該 第二參考電壓。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦包括 第四電容；第五電容；第十三開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第四電容的第一端之間；第十四開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第四電容的第二端之間；第十五開關(guān)，其第一端耦接至該第四電容的第二端，該第十五開關(guān)的第 二端接收第二參考電壓；第十六開關(guān)，其耦接于該第四電容的第一端與該第五電容的第一端之間；第十七開關(guān)，其耦接于該電壓調(diào)整器的輸出端與該第五電容的第二端之間；第十八開關(guān)，其第一端耦接至該第五電容的第二端，該第十八開關(guān)的第 二端接收該第二參考電壓；以及第十九開關(guān)，其第一端耦接至該第五電容的第一端，該第十九開關(guān)的第 二端作為該電荷泵浦的輸出端以輸出該輸出電壓。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電荷泵浦裝置，其中該第二參考電壓為接地 電壓。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦還包括輸出 電容，其第一端耦接至該第十九開關(guān)的第二端，該輸出電容的第二端接收該 第二參考電壓。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦包括 第四電容；第五電容，其中該第五電容的第二端耦接至該電壓調(diào)整器的輸出端以接 收該基本電壓；第十三開關(guān)，其第一端耦接至該第四電容的第一端，該第十三開關(guān)的第 二端4妄收該輸入電壓；第十四開關(guān)，其第一端耦接至該第四電容的第二端，該第十四開關(guān)的第 二端接收該輸入電壓；.第十五開關(guān)，其第一端耦接至該第四電容的第二端，該第十五開關(guān)的第 二端接收第二參考電壓；第十六開關(guān)，其耦接于該第四電容的第一端與該第五電容的第一端的間；第十八開關(guān)，其第一端耦接至該第五電容的第二端，該第十八開關(guān)的第 二端接收該第二參考電壓；以及第十九開關(guān)，其第一端耦接至該第五電容的第一端，該第十九開關(guān)的第 二端作為該電荷泵浦的輸出端以輸出該輸出電壓。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電荷泵浦裝置，其中該第二參考電壓為接地 電壓。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電荷泵浦裝置，其中該電荷泵浦還包括輸出 電容，其第一端耦接至該第十九開關(guān)的第二端，該輸出電容的第二端接收該 第二參考電壓。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該反饋單元包括 第一電阻，其第一端作為該反饋單元的輸入端以接收該輸出電壓，該第一電阻的第二端作為該反饋單元的輸出端以提供該控制信號至該電壓調(diào)整 器；以及第二電阻，其第一端耦接至該第一電阻的第二端，該第二電阻的第二端 接地。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵浦裝置，其中該輸入電壓為系統(tǒng)電壓。
全文摘要
一種動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置。該動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置通過電壓調(diào)整器接收輸入電壓，電壓調(diào)整器依據(jù)控制信號將輸入電壓調(diào)整輸出為基本電壓。電荷泵浦接收基本電壓，并將基本電壓倍壓后作為輸出電壓。反饋單元根據(jù)輸出電壓提供電壓調(diào)整器控制信號。藉此，動態(tài)反饋穩(wěn)壓電荷泵浦裝置可降低輸出電壓漣波及提升電荷泵浦輸出效率。
文檔編號H02M3/07GK101552552SQ20081009111
公開日2009年10月7日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者謝致遠(yuǎn), 鄭嵐瑄 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司