專利名稱：雙模式電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙模式電荷泵，特別是關(guān)于一種可供應(yīng)正、負(fù)電壓的雙模式電荷栗。
背景技術(shù)：
G類及H類放大器需要多個(gè)電源供應(yīng)器，分別提供正、負(fù)供應(yīng)電壓。近來已發(fā)現(xiàn)，將產(chǎn)生一組正、負(fù)供應(yīng)電壓的方法與可選擇的模式結(jié)合在一起，成為改善G類及H類放大器的效能及成本的手段。具雙模式電荷泵的電源供應(yīng)產(chǎn)生方法，為美國(guó)專利公開號(hào)20080044041首先提出，其使用兩個(gè)飛輪(flying)電容及八個(gè)受控開關(guān)。爾后，在美國(guó)專利號(hào)7，626，445中，揭 露僅使用單一飛輪電容及六個(gè)開關(guān)的雙模式電荷泵產(chǎn)生雙極性供應(yīng)電壓的發(fā)明，因而減少芯片面積及成本。然而，這些雙極性供應(yīng)電壓都和雙模式電荷泵的輸入電源電壓VDD有關(guān)，不是等于土VDD，就是等于土cVDD，此處c為比例分?jǐn)?shù)。例如在美國(guó)專利公開號(hào)20080044041中，圖I參照，若正供應(yīng)電壓Out+為I. 6V，則負(fù)供應(yīng)電壓Out-必定是-I. 6V，且輸入電源電壓Vbatt只能是I. 6V或I. 6V的比例分?jǐn)?shù)倍(如2/3，而且需額外電容來實(shí)現(xiàn))，輸入電源電壓Vbatt完全被供應(yīng)電壓0ut+/0ut-所限制，降低了系統(tǒng)應(yīng)用的彈性。此外，在現(xiàn)有的雙模式電荷泵中，例如美國(guó)專利公開號(hào)20080044041，圖I參照，共模電壓Vcm易受開關(guān)動(dòng)作及負(fù)載電流的影響，導(dǎo)致較大的共模電壓漂移，尤其是在從供應(yīng)電壓輸出端Out+及Out-抽取的負(fù)載電流不平衡時(shí)更嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一，在于提出一種輸出正負(fù)電壓準(zhǔn)位與輸入電壓準(zhǔn)位無關(guān)的雙模式電荷泵電路。根據(jù)本發(fā)明，一種雙模式電荷泵可操作于第一及第二模式，以提供正、負(fù)輸出電壓，其通過調(diào)節(jié)飛輪(flying)電容兩端點(diǎn)的充電時(shí)間或正、負(fù)電壓輸出端的充放電時(shí)間來穩(wěn)定該正、負(fù)輸出電壓。本發(fā)明的雙模式電荷泵輸入電源電壓不被輸出正、負(fù)電壓所限制，因此增加了系統(tǒng)應(yīng)用的彈性。


此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中圖I為現(xiàn)有的雙模式電荷泵；圖2為使用本發(fā)明的雙模式電荷泵的放大器系統(tǒng)；圖3為圖2的雙模式電荷泵的實(shí)施例；圖4為圖3的雙模式電荷泵在第一模式關(guān)關(guān)控制時(shí)序圖；圖5為圖3開關(guān)電容電路在第一模式的第一操作狀態(tài)的開關(guān)控制；
圖6為圖5開關(guān)電容電路的等效電路；圖7為圖3開關(guān)電容電路在第一模式的第二操作狀態(tài)的開關(guān)控制；圖8為圖7開關(guān)電容電路的等效電路；圖9為圖3的雙模式電荷泵在第二模式關(guān)關(guān)控制時(shí)序圖；圖10為圖3開關(guān)電容電路在第二模式的第一操作狀態(tài)的開關(guān)控制；圖11為圖10開關(guān)電容電路的等效電路；圖12為圖3開關(guān)電容電路在第二模式的第二操作狀態(tài)的開關(guān)控制；圖13為圖12開關(guān)電容電路的等效電路； 圖14為圖3開關(guān)電容電路在第二模式的第三操作狀態(tài)的開關(guān)控制；圖15為圖14開關(guān)電容電路的等效電路；圖16為圖3的開關(guān)控制電路的實(shí)施例。附圖標(biāo)號(hào)10聲音輸出裝置12雙模式電荷泵14 負(fù)載16負(fù)載振幅感測(cè)電路18飛輪電容的第一端20飛輪電容的第二端22開關(guān)控制電路24開關(guān)電容電路26比較器28比較器30脈寬控制電路
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。如圖2所示的放大器系統(tǒng)，其中聲音輸出裝置10可以是G類或H類放大器，用以放大輸入信號(hào)audio_in產(chǎn)生輸出信號(hào)audio_out至負(fù)載14,雙模式電荷泵12可根據(jù)模式選擇信號(hào)操作于第一及第二模式，提供多組供應(yīng)電壓HPVDD及HPVSS至聲音輸出裝置10的電源輸入端，負(fù)載振幅感測(cè)電路16感測(cè)輸出信號(hào)audi0_0ut的振幅以判斷負(fù)載14的狀態(tài)，并根據(jù)負(fù)載14的狀態(tài)送出模式選擇信號(hào)來切換第一及第二模式。圖3為圖2的雙模式電荷泵12的實(shí)施例，其包括飛輪電容Cfly、開關(guān)控制電路22及開關(guān)電容電路24。在開關(guān)電容電路24中，開關(guān)SI連接在電源輸入端VIN及飛輪電容Cfly的第一端18之間，開關(guān)S2連接在接地端GND及飛輪電容Cfly的第二端20之間，開關(guān)S3連接在飛輪電容Cfly的第一端18及雙模式電荷泵的供應(yīng)電壓輸出端HPVDD之間，開關(guān)S4連接在飛輪電容Cfly的第一端18及接地端GND之間，開關(guān)S5連接在飛輪電容Cfly的第二端20及雙模式電荷泵的供應(yīng)電壓輸出端HPVSS之間，開關(guān)S6連接在飛輪電容Cfly的第二端20及雙模式電荷泵的供應(yīng)電壓輸出端HPVDD之間，儲(chǔ)能電容Cl及C2分別連接電壓輸出端HPVDD及HPVSS。開關(guān)SI S6的控制信號(hào)CSl CS6由開關(guān)控制電路22來控制。圖4顯示圖3中控制信號(hào)CSl CS5在第一模式期間的時(shí)序圖。參照?qǐng)D3及圖4，其中開關(guān)S6在第一模式期間保持截止，雙模式電荷泵12的第一模式包含第一及第二操作狀態(tài)，在第一模式的第一 操作狀態(tài)期間，如時(shí)間tl至t2，開關(guān)SI、開關(guān)S2及開關(guān)S3導(dǎo)通(on)，開關(guān)S4、開關(guān)S5截止，如圖5所示，圖6顯示圖5電路的等效電路，此期間輸入電壓VIN對(duì)飛輪電容Cfly及儲(chǔ)能電容Cl充電，其中控制電路22檢測(cè)飛輪電容Cfly第一端點(diǎn)18的電壓VI，并將其與參考電壓VREF做比較來控制開關(guān)SI的導(dǎo)通時(shí)間Ton，因而使飛輪電容Cfly及儲(chǔ)能電容Cl上的跨壓等于參考電壓VREF，此參考電壓VREF可以是輸入電源電壓VIN的任意比例分?jǐn)?shù)c*VIN，所以在第一模式的第一操作狀態(tài)期間，電壓輸出端HPVDD上的電壓等于VREF。在第一模式的第二操作狀態(tài)期間，如時(shí)間t3至t4，開關(guān)SI、開關(guān)S2及開關(guān)S3截止，當(dāng)開關(guān)S4及S5都導(dǎo)通時(shí)，如圖7所示，圖8顯示圖7電路的等效電路，此期間飛輪電容Cfly對(duì)電壓輸出端HPVSS放電，使電壓輸出端HPVSS上的電壓等于-VREF。在此實(shí)施例中，電壓HPVDD及HPVSS的絕對(duì)值皆等于飛輪電容Cfly的第一端18及第二端20之間的跨壓VREF，但在其他實(shí)施例中，開關(guān)控制電路22也可以調(diào)整控制信號(hào)CS3及CS5的脈寬，使電壓HPVDD及HPVSS的絕對(duì)值相等且小于飛輪電容Cfly的第一端18及第二端20之間的跨壓VREF。圖9顯示圖3中控制信號(hào)CSl CS6在第二模式期間的時(shí)序圖。參照?qǐng)D3及圖9，雙模式電荷泵12的第二模式包含第一、第二及第三操作狀態(tài)。在第二模式的第一操作狀態(tài)期間，如時(shí)間tl至t2所示，開關(guān)SI及開關(guān)S6導(dǎo)通(on)，其他開關(guān)截止，如圖10所示，圖11顯示圖10電路的等效電路，此期間輸入電壓VIN對(duì)串聯(lián)的飛輪電容Cfly及儲(chǔ)能電容Cl充電，其中控制電路22檢測(cè)飛輪電容Cfly第一端點(diǎn)18的電壓VI，并將其與參考電壓VREF做比較來控制開關(guān)SI的導(dǎo)通時(shí)間Ton，進(jìn)而使飛輸電容Cfly的第一端點(diǎn)18至接地端GND之間的跨壓等于VREF，此時(shí)飛輪電容Cfly與儲(chǔ)能電容Cl平均分配參考電壓VREF，亦即飛輪電容Cfly與儲(chǔ)能電容Cl的跨壓皆為VREF/2。在第二模式的第二操作狀態(tài)期間，如時(shí)間t3至t4,開關(guān)S4及開關(guān)S5導(dǎo)通(on),其他開關(guān)截止，如圖12所不，圖13顯不圖12的等效電路，此時(shí)飛輪電容Cfly與儲(chǔ)能電容C2并聯(lián)，而且飛輪電容Cfly的第一端點(diǎn)18接地，因此飛輪電容Cfly的電荷轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)能電容C2使得電壓輸出端HPVSS等于-VREF/2。在第二模式的第三操作狀態(tài)期間，如時(shí)間t5至t6，開關(guān)S2及開關(guān)S3導(dǎo)通(on)，其他開關(guān)截止，如圖14所示，圖15顯示圖14電路的等效電路，飛輪電容Cfly與儲(chǔ)能電容Cl并聯(lián)，而且飛輸電容Cfly的第二端點(diǎn)20接地，因此飛輪電容Cfly及儲(chǔ)能電容Cl的電荷重新分配，使得電壓輸出端HPVDD等于VREF/2。在此實(shí)施例中，電壓HPVDD及HPVSS的絕對(duì)值的兩倍皆等于飛輪電容Cfly的第一端18及第二端20之間的跨壓VREF/2，但在其他實(shí)施例中，開關(guān)控制電路22也可以調(diào)整控制信號(hào)CS3及CS5的脈寬，使電壓HPVDD及HPVSS的絕對(duì)值的兩倍相等且小于飛輪電容Cfly的第一端18及第二端20之間的跨壓VREF/2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，圖3的雙模式電荷泵輸入電源電壓VIN不被輸出正、負(fù)電壓HPVDD及HPVSS所限制，而且通過調(diào)整控制信號(hào)CSl CS6的脈寬可以調(diào)整正、負(fù)電壓HPVDD及HPVSS，因此增加了系統(tǒng)應(yīng)用的彈性。圖3中的開關(guān)控制電路22的實(shí)施例如圖16所示。其包括電阻Rl及R2串聯(lián)在參考電壓端VREF及電壓輸出端HPVSS之間，電阻R3及R4串聯(lián)在電壓輸出端HPVDD及接地端GND之間，電阻R3及R4分壓電壓HPVDD產(chǎn)生電壓Vd，比較器26比較參考電壓VREF/2及電壓Vd產(chǎn)生比較信號(hào)Scl,比較器28比較電壓HPVSS及接地電位GND產(chǎn)生比較信號(hào)Sc2，脈寬控制電路30根據(jù)比較信號(hào)Scl及Sc2產(chǎn)生控制信號(hào)CSl CS6。開關(guān)控制電路22的作用為決定控制信號(hào)CSl CS6的輸出時(shí)序及其脈波寬度來達(dá)成控制飛輪電容Cfly第一端點(diǎn)18的電壓絕對(duì)值。本發(fā)明實(shí)施例的的雙模式電荷泵輸入電源電壓不被輸出正、負(fù)電壓所限制，因此增加了系統(tǒng)應(yīng)用的彈性。
以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可操作于第一及第二模式的雙模式電荷泵電路，其特征在于，包括 一輸入端，接受一輸入電壓； 一接地端，為計(jì)算電壓大小的相對(duì)零點(diǎn)； 第一電壓輸出端和第二電壓輸出端； 飛輪電容，具有第一端和第二端；以及 一開關(guān)電容電路連接所述輸入端、接地端、飛輪電容的第一端和第二端、以及第一和第二電壓輸出端； 其中，在第一模式期間，在所述第一電壓輸出端產(chǎn)生第一正電壓，在所述第二電壓輸出端產(chǎn)生第一負(fù)電壓，所述第一正電壓及第一負(fù)電壓的絕對(duì)值是可調(diào)整且相等的，而且此絕對(duì)值小于或等于所述飛輪電容第一端點(diǎn)及第二端點(diǎn)間的跨壓；在第二模式期間，在所述第一電壓輸出端產(chǎn)生第二正電壓，在所述第二電壓輸出端產(chǎn)生第二負(fù)電壓，而且所述第二正電壓和第二負(fù)電壓的絕對(duì)值是可調(diào)整且相等的，而且此絕對(duì)值的兩倍小于或等于所述飛輪電容第一端點(diǎn)及第二端點(diǎn)間的跨壓。
2.如權(quán)利要求I所述的雙模式電荷泵電路，其特征在于，所述開關(guān)電容電路可以操作于多種操作狀態(tài)，所述多種操作狀態(tài)包括對(duì)所述飛輪電容充電，或?qū)λ龅谝缓偷诙妷狠敵龆朔烹姟?br> 3.如權(quán)利要求2所述的雙模式電荷泵電路，其特征在于，更包括一開關(guān)控制電路提供控制信號(hào)給所述開關(guān)電容電路以決定其操作狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求I所述的雙模式電荷泵電路，其特征在于，所述第一和第二模式根據(jù)所述第一和第二電壓輸出端之間的負(fù)載狀態(tài)而決定。
5.如權(quán)利要求3所述的雙模式電荷泵電路，其特征在于，所述第一和第二電壓輸出端分別接到聲音的輸出裝置的電源輸入。
6.如權(quán)利要求I所述的雙模式電荷泵電路，其特征在于，所述開關(guān)電容電路包括多個(gè)開關(guān)用以控制所述飛輪電容的充電時(shí)間及第一和第二電壓輸出端的充放電時(shí)間。
7.如權(quán)利要求6所述的雙模式電荷泵電路，其特征在于，更包括一開關(guān)控制電路提供多個(gè)控制信號(hào)給所述開關(guān)電容電路以控制所述多個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，以調(diào)整所述第一及第二正電壓以及第一及第二負(fù)電壓的值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙模式電荷泵，只需要一組輸入電壓和控制電路即可提供不同的正、負(fù)供應(yīng)電壓。本發(fā)明實(shí)施例的雙模式電荷泵的輸入電源電壓不被輸出正、負(fù)電壓所限制，因此增加了系統(tǒng)應(yīng)用的彈性。
文檔編號(hào)H02M3/07GK102739040SQ20111017105
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者張騰轟, 蕭鳴均, 郭俊彥, 魏維信 申請(qǐng)人:立锜科技股份有限公司