[发明专利]电荷帮浦

说明书

技术领域

本发明是有关于一种电荷帮浦，尤指一种提升功率效率、缩 短输出电压的上升或下降时间与增加高温可靠度的电荷帮浦。

背景技术

现今科技越来越进步，使民众在生活上也越来越为便利，无 论于工作或者于生活娱乐上，渐渐都离不开电子产品，现今业者 有鉴于此研发许多产品使民众可享受到电子产品所带来的便利 性。

以切换电容为基础的电荷帮浦，因其具有较低的电磁干扰 (EMI/EMC)而广泛地应用于各种电子产品，尤其是手持式电子产 品，例如个人数字助理(PDA)与手机。然而随着手持式电子产品 的发展，各种功能陆续整合成单一芯片(SOC)，芯片内部所需的 供给电源的电压位准也随的多样化。手持式电子产品的电池通常 仅提供2.7V左右的单一电压Vsup，但因应产品功能上的需求， 需通过电荷帮浦将此2.7V左右的电压转换为各种电压。例如两 倍压的电压转换，即2*Vsup(约4.5V-5.4V左右，视负载电流 大小而定)，与负一倍压的电压转换，即-1*Vsup(约-2V--2.7V 左右，视负载电流大小而定)。当然亦可能同时存在更高倍数的 正的与负的倍压电路，例如：在小尺寸的液晶显示驱动电路中即 需要Vsup的正七、正八倍压电路与负五、负六倍压的电路。在 集成电路的制造过程中，存在着许多先天的、不可避免的寄生组 件，例如：寄生二极管与寄生双极性晶体管，如果这些寄生组件 不预期地导通，将影响原本电路的效能，甚至使电路无法动作。 在传统的电荷帮浦中，其作为电容切换开关的MOS组件即存在着 这样的寄生二极管。以下系针对寄生双极性晶体管所产生的问题 进行说明。

请一并参阅图1A、图1B与图1C，是现有技术的两倍压的电 荷帮浦的电路图、电荷帮浦的输出讯号的时序图与电荷帮浦中的 第一开关与第二开关的集成电路的结构示意图。如图所示，两倍 压的电荷帮浦包括一第一开关10′、一帮浦电容11′、一第二开 关12′、一第三开关13′、一第四开关14′、一输出电容15′、 一第一缓冲器20′、一第二缓冲器21′、一第三缓冲器22′与一 第四缓冲器23′。第一开关10′耦接一供给电源VDD与帮浦电容 11′的一第一端，帮浦电容11′的一第二端耦接于第二开关12′ 与第三开关13′，第二开关12′耦接于供给电源VDD与帮浦电容 11′的第二端之间，第三开关13′耦接于帮浦电容11′的第二端 与接地端之间，第四开关14′耦接于帮浦电容11′的第一端与输 出电容15′的一端，输出电容15′耦接于第四开关14′与接地端 之间，缓冲器20′，21′，22′，23′分别耦接第一开关10′、第 二开关12′、第三开关13′与第四开关14′，并分别接收一第一 输入讯号、一第二输入讯号、一第三输入讯号与一第四输入讯号， 以作为控制开关之用。电荷帮浦的两倍压约2*供给电源VDD，其 中供给电源VDD约为2.7V左右。

在图1B中，电荷帮浦的周期(T1)可分为两个部分，其分别 为储能阶段(Charge-storing Phase)与转移阶段 (Charge-transfer Phase)，其中电荷帮浦于储能阶段时，第一 输入讯号为高准位，第二输入讯号为低准位，第三输入讯号为低 准位与第四输入讯号为低准位，此阶段中帮浦电容11′储存电 荷，而帮浦电容11′两端间的跨压为VDD；当电荷帮浦于转移阶 段时，第一输入讯号为低准位，第二输入讯号为高准位，第三输 入讯号为高准位与第四输入讯号为高准位，在此阶段中帮浦电容 11′转移电荷至输出端AVDD。

当电荷帮浦在开始动作前，是处于储能阶段，而当电荷帮浦 刚启动时，各个输入讯号的频率开始动作，即第一输入讯号由高 准位转换为低准位，使第一开关10′关闭；第二输入讯号、第三 输入讯号与第四输入讯号由低准位转换为高准位，分别使第二开 关12′导通、第三开关13′导通与第四开关14′关闭。如此，帮 浦电容11′的C1N端的电位由低准位(GND)转变成高准位(VDD)， 因为帮浦电容11′两端点的电压差不会立即改变，故帮浦电容 11′的C1P端的电位瞬间由高准位(VDD)提升为高准位(2*VDD)。 此时，在正常的(原本预期的)电路动作中，因为第四开关14′导 通，帮浦电容11′中的电荷将与输出电容15′分压，进而提升输 出端的电位。