[发明专利]电荷泵调节器及产生一受调节的电压的方法

说明书

技术领域

本发明是有关一种电荷泵(charge pump)调节器，特别是关于一种高电流电荷泵调节器及产生一受调节的电压的方法。

背景技术

一个脉频调制(Pulse Frequency Modulation；PFM)电荷泵调节器，如同美国专利第6,411,531号所描述的，包括一个开关-电容网络作为电荷泵，藉一输出相依回授信号(output-dependent feedback signal)控制该些开关的切换频率，让该电容连接到电源或输出端，因而使该电容充、放电，以在该输出端产生一受调节的电压。这种电路引发输入电流产生很大的变化，造成电源电压的变化，产生不想要的低频噪声。低频噪声不易处理，需要非常大且昂贵的滤波器才能去除。

美国专利第6,411,531号也描述了另一种电荷泵调节器，其电荷泵中的开关是以固定的频率切换，该电荷泵与接地端之间增加一个可变电阻，受控于一输出相依回授信号改变其阻值。此电阻限制了该电荷泵内部电容的充电电流且降低输入电流突波，不过，放电相位时的电流突波仍大。因为充电相位时的输入电流降低，所以此电路具有较小的电源电压噪声。不过，在低频范围，例如切换频率，此电路引起的输入电流变化所产生的电源电压噪声仍大。在该电荷泵的所有开关都开路的遮蔽期间，输入电流变化也引发高频噪声。

美国专利第6,411,531号提出一种也是固定切换频率的电荷泵调节器，其在电源与电荷泵的输入端之间加入可变电阻，藉一输出相依回授信号改变该可变电阻的阻值，控制了每一个相位的输入电流，以降低引起低频噪声的电源电压扰动。然而如此一来，输入端串联电阻增加了，因而增加了能量的消耗，降低了电荷泵调节器的效能。

德州仪器(Texas Instruments)公司型号TPS6500的产品在电源与电荷泵的输入端之间加入电流源，以提供一个稳定的输入电流，因而降低输入涟波。不过该电流源仍然是在电荷泵外增加的组件。

发明内容

本发明的主要目的，在于提出一种低开回路电阻的电荷泵调节器及其调节方法。

本发明的另一目的，在于提出一种高效能的电荷泵调节器及其调节方法。

本发明的另一目的，在于提出一种低涟波的高电流电荷泵调节器及其调节方法。

本发明的另一目的，在于提出一种高电流能力的电荷泵调节器及其调节方法。

本发明的另一目的，在于提出一种低高频噪声的电荷泵调节器及其调节方法。

本发明的另一目的，在于提出一种小芯片面积的电荷泵调节器及其调节方法。

根据本发明，提供一种电荷泵调节器，用以调节在一输出端上的电压，该电荷泵调节器包括：一输入端，用以连接一电源；一电荷泵，连接在所述输入端及所述输出端之间，可操作于在其内部交互地建立一充电路径及一放电路径；以及一回授回路，用以产生一输出相依回授信号给该电荷泵。该电荷泵可操作于在其内部交互地建立一充电路径及一放电路径，且包含至少一控流组件在该充电路径或该放电路径上，根据该输出相依回授信号控制其通过的电流。该输出相依回授信号可自该输出端或负载产生。

根据本发明，还提供一种产生一受调节的电压的方法，该方法包括下列步骤：操作一电荷泵，用以在其内部交互地建立一充电路径及一放电路径，该电荷泵包含至少一控流组件在该充电路径或该放电路径上；产生一输出相依回授信号；从所述输出相依回授信号衍生一驱动信号；以及以所述驱动信号驱动所述控流组件，以控制其通过的电流。

该控流组件控制了该电荷泵对其内部电容的充电电流或放电电流，降低了输入涟波(ripple)。

该控流组件可以取代该充电路径或该放电路径上原来的开关，不必增加额外的组件，因此电路占用芯片面积较小。

没有额外增加的串联电阻在电源和该电荷泵之间或该电荷泵和接地端之间供调节输出，因此减少功率损耗，进而提高效能。

较佳情况是，该控流组件是电压控制电源，例如电压控制电压源或电压控制电流源。

另一较佳情况是，更包括一宽频高回旋率(slew rate)的缓冲器响应该输出相依回授信号驱动该控流组件，降低高频的噪声。

该电荷泵可以操作在固定切换频率下，以获得较低的输入涟波和输出涟波。

另一较佳情况是，使用多相非重叠时脉切换该电荷泵的相位，以避免击穿(shoot-through)。