充電幫浦裝置及其驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種充電幫浦裝置及其驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整方法，尤指一種可根據(jù)輸出電壓與參考電壓的比較結(jié)果的相關(guān)責(zé)任周期調(diào)變輸出驅(qū)動(dòng)能力，并同時(shí)兼顧輸出漣波及供載能力的效能的充電幫浦裝置及其驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—般來說，一充電幫浦(charge pump)可用來提供穩(wěn)定輸出電壓至不同負(fù)載，而公知對(duì)充電幫浦的控制方式有兩種，分別為以運(yùn)算放大器及以比較器進(jìn)行控制。在以運(yùn)算放大器進(jìn)行控制的架構(gòu)下，輸出電壓具有較小的輸出漣波，但在不同負(fù)載和外部組件下會(huì)有穩(wěn)定度的考慮；而在以比較器進(jìn)行控制的架構(gòu)下，雖然沒有穩(wěn)定度問題，但有輸出電壓具有較大的周期性輸出漣波，且在某些負(fù)載下可能會(huì)產(chǎn)生音頻噪聲。
[0003]舉例來說，請(qǐng)參考圖1A，圖1A為公知一充電幫浦裝置10的示意圖。充電幫浦裝置10以運(yùn)算放大器(operat1nal amplifier)控制的架構(gòu),包括一充電幫浦電路102、一運(yùn)算放大器104、一調(diào)整晶體管106以及一驅(qū)動(dòng)級(jí)108。簡(jiǎn)單來說，充電幫浦電路102可根據(jù)驅(qū)動(dòng)級(jí)108所產(chǎn)生的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP，產(chǎn)生一輸出電壓VGH。譬如充電幫浦電路102可為一狄克森充電幫浦，其在驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP為低準(zhǔn)位時(shí)，一輸入電壓AVDD可對(duì)飛馳電容(flyingcapacitor) CF1、CF2充電，使得在驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP為高準(zhǔn)位而抬升飛馳電容CF1、CF2電位時(shí)，飛馳電容CF1、CF2所儲(chǔ)存的電荷可傳輸至一輸出電容CS1，以將輸出電壓VGH幫浦至所欲準(zhǔn)位。
[0004]在產(chǎn)生進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP方面，分壓電阻R1、R2可將輸出電壓VGH分壓以產(chǎn)生一回授電壓FBP予運(yùn)算放大器104。運(yùn)算放大器104可比較回授電壓FBP及一參考電壓VREF以提供一輸出信號(hào)0P_0UT予調(diào)整晶體管106進(jìn)行調(diào)整，即當(dāng)輸出電壓VGH較高時(shí)，回授電壓FBP也較高，而拉高輸出信號(hào)0P_0UT，使得調(diào)整晶體管106的導(dǎo)通電阻變大(閘極電壓較高);當(dāng)輸出電壓VGH較低時(shí)，回授電壓FBP也較低，而拉低輸出信號(hào)0P_0UT，使得調(diào)整晶體管106的導(dǎo)通電阻變小(即閘極電壓較低)。接著，驅(qū)動(dòng)級(jí)108根據(jù)調(diào)整晶體管106及一頻率信號(hào)CLK產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP，以控制充電幫浦電路102產(chǎn)生所欲的輸出電壓VGH。
[0005]詳細(xì)來說，請(qǐng)參考圖1B,圖1B為圖1A所示的充電幫浦裝置10的信號(hào)示意圖。如圖1B所示，由于驅(qū)動(dòng)級(jí)108在頻率信號(hào)CLK的高準(zhǔn)位時(shí)不斷將所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP觸發(fā)至高準(zhǔn)位，且調(diào)整晶體管106的導(dǎo)通電阻會(huì)因輸出電壓VGH進(jìn)行調(diào)整，因此最后充電幫浦電路102對(duì)輸出電容CS1的輸出電壓VGH的充電電流對(duì)等于外在負(fù)載的放電電流。由于輸出電壓VGH的漣波大小正比于充放電電流，因此具有較小輸出漣波(運(yùn)算放大器控制的架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP的高準(zhǔn)位較比較器控制的架構(gòu)下較小，此部份稍后解釋)。
[0006]然而，由于充電幫浦裝置10的架構(gòu)在輸出會(huì)有一個(gè)極點(diǎn)1/(2jt*CS1*外在負(fù)載值)，因此在不同外在負(fù)載和輸出電容CS1時(shí)會(huì)改變此極點(diǎn)，因而有穩(wěn)定度的考慮。
[0007]另一方面，請(qǐng)參考圖2A，圖2A為公知一充電幫浦裝置20的示意圖。充電幫浦裝置20的與充電幫浦裝置10部分相似，因此組件及信號(hào)的作用相似者以相同符號(hào)表示。充電幫浦裝置20以比較器控制的架構(gòu)，包括一充電幫浦電路102、一比較電路204、一驅(qū)動(dòng)級(jí)206以及分壓電阻R1、R2，而比較電路204包括一比較器208、一正反器(flip-flop) 210以及一與非門(NAND gate)212。簡(jiǎn)單來說，充電幫浦電路102可根據(jù)驅(qū)動(dòng)級(jí)206所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP，將輸出電壓VGH幫浦至所欲準(zhǔn)位的運(yùn)作與上述相似，在此不再贅述。
[0008]在產(chǎn)生進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP方面，分壓電阻R1、R2可將輸出電壓VGH分壓以產(chǎn)生回授電壓FBP予比較器208。比較器208可比較回授電壓FBP及參考電壓VREF以提供一比較輸出信號(hào)C0MP_0UT，正反器210可在頻率信號(hào)CLK的上緣觸發(fā)并輸出當(dāng)時(shí)比較輸出信號(hào)C0MP_0UT的電壓準(zhǔn)位，以提供一比較取樣信號(hào)C0MP_SAM(即比較取樣信號(hào)C0MP_SAM在頻率信號(hào)CLK的一周期內(nèi)維持相同準(zhǔn)位，不同于比較輸出信號(hào)C0MP_0UT可能會(huì)受外界噪聲或干擾而有準(zhǔn)位變化)，而與非門212可根據(jù)比較取樣信號(hào)C0MP_SAM及頻率信號(hào)CLK產(chǎn)生一比較結(jié)果信號(hào)C0MP_SIG予驅(qū)動(dòng)級(jí)206，使得驅(qū)動(dòng)級(jí)206可據(jù)以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP，以控制充電幫浦電路102產(chǎn)生所欲的輸出電壓VGH。
[0009]詳細(xì)來說，請(qǐng)參考圖2B,圖2B為圖2A所示充電幫浦裝置20的信號(hào)示意圖。如圖2B所示，當(dāng)輸出電壓VGH低于一目標(biāo)電壓后(即回授電壓FBP小于參考電壓VREF)，比較取樣信號(hào)C0MP_SAM在頻率信號(hào)CLK的一上緣開始輸出一個(gè)周期的高準(zhǔn)位，比較取樣信號(hào)C0MP_SAM與頻率信號(hào)CLK都為高準(zhǔn)位時(shí)(即比較結(jié)果信號(hào)C0MP_SIG為低準(zhǔn)位)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP為高準(zhǔn)位以控制充電幫浦電路102不斷對(duì)輸出電壓VGH充電。接著，在輸出電壓VGH高于目標(biāo)電壓后，比較取樣信號(hào)C0MP_SAM在頻率信號(hào)CLK的另一上緣開始輸出一個(gè)周期的低準(zhǔn)位，使驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP維持低準(zhǔn)位而不對(duì)輸出電壓VGH充電，此時(shí)輸出電容CS1的輸出電壓VGH會(huì)因?qū)ν庠谪?fù)載供電而逐漸降低，直到低于目標(biāo)電壓后再重復(fù)上述行為。在此情形下，由于充電幫浦裝置20僅比較回授電壓FBP及參考電壓VREF，因此沒有穩(wěn)定度問題。
[0010]另一方面，相較于充電幫浦裝置10在頻率信號(hào)CLK的高準(zhǔn)位時(shí)都將驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP觸發(fā)至高準(zhǔn)位，充電幫浦裝置20僅在比較取樣信號(hào)C0MP_SAM與頻率信號(hào)CLK都為高準(zhǔn)位才將驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP觸發(fā)至高準(zhǔn)位(驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP選擇性地觸發(fā))，每次充放電的電流會(huì)大于平均電流(即負(fù)載電流)，因此穩(wěn)態(tài)時(shí)充電幫浦電路102對(duì)輸出電容CS1的輸出電壓VGH的平均充電電流對(duì)等于外在負(fù)載的放電電流，以將輸出電壓VGH維持在一目標(biāo)電壓。
[0011 ] 詳細(xì)來說，驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP為高準(zhǔn)位時(shí)的準(zhǔn)位高低和驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP驅(qū)動(dòng)能力有關(guān)。若是比較器架構(gòu)，則驅(qū)動(dòng)級(jí)206的晶體管會(huì)全力打開，故驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP為高準(zhǔn)位時(shí)的準(zhǔn)位會(huì)較高；若是運(yùn)算放大器架構(gòu)，則運(yùn)算放大器104的輸出信號(hào)0P_0UT會(huì)借由調(diào)整晶體管106調(diào)整驅(qū)動(dòng)級(jí)108的輸出能力，故驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP為高準(zhǔn)位時(shí)的準(zhǔn)位會(huì)較低。充電幫浦電路102提供負(fù)載能量的大小由驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP觸發(fā)為高準(zhǔn)位的次數(shù)與振幅決定，在不同負(fù)載下，比較器架構(gòu)調(diào)變的是觸發(fā)為高準(zhǔn)位的次數(shù)，運(yùn)算放大器架構(gòu)調(diào)變的是觸發(fā)為高準(zhǔn)位的振幅。
[0012]當(dāng)系統(tǒng)處在穩(wěn)態(tài)時(shí)，充電幫浦電路102對(duì)輸出電壓VGH的充電電流必須等于負(fù)載電流，這樣輸出電壓VGH才能穩(wěn)定。由于運(yùn)算放大器架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP不斷切換，故充電幫浦電路102對(duì)輸出電壓VGH的充電電流就等于負(fù)載電流；而比較器架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP周期性切換，故充電幫浦電路102對(duì)輸出電壓VGH的充電電流會(huì)大于負(fù)載電流。又輸出漣波大小正比于充放電電流，故充電電流較大的比較器架構(gòu)造成輸出電壓VGH會(huì)有較大的周期性輸出漣波。
[0013]在此情況下，雖然以比較器控制的充電幫浦裝置20沒有穩(wěn)定度問題，但其具有較大輸出漣波，若通過降低驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRVP的驅(qū)動(dòng)能力以減少輸出漣波，其可供載能力也會(huì)下降，有可能無法適當(dāng)供載。有鑒于此，現(xiàn)有技術(shù)實(shí)有改進(jìn)的必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]因此，本發(fā)明的主要目的即在于提供一種可根據(jù)輸出電壓與參考電壓的比較結(jié)果的相關(guān)責(zé)任周期調(diào)變輸出驅(qū)動(dòng)能力，并同時(shí)兼顧輸出漣波及供載能力的效能的充電幫浦裝置及其驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整方法。
[0015]本發(fā)明公開一種充電幫浦裝置。所述充電幫浦裝置包括一驅(qū)動(dòng)級(jí)，用來產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于一驅(qū)動(dòng)能力的一驅(qū)動(dòng)信號(hào)；一充電幫浦電路，用來根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，產(chǎn)生一輸出電壓；一比較電路，根據(jù)所述輸出電壓及一參考電壓，產(chǎn)生一比較結(jié)果；一責(zé)任周期偵測(cè)電路，用來偵測(cè)指示所述比較結(jié)果的一指示信號(hào)的一責(zé)任周期的大小，以產(chǎn)生一偵測(cè)結(jié)果指示所述責(zé)任周期的大小；以及一驅(qū)動(dòng)能力控制電路，耦接于所述責(zé)任周期偵測(cè)電路與所述驅(qū)動(dòng)級(jí)之間，用來在一操作期間內(nèi)根據(jù)所述偵測(cè)結(jié)果，控制所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的所述驅(qū)動(dòng)能力。
[0016]本發(fā)明還公開一種驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整方法，用于一充電幫浦裝置中。所述驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整方法包括在一操作期間內(nèi)，比較所述充電幫浦裝置的一輸出電壓及一參考電壓，產(chǎn)生一比較結(jié)果；以及偵測(cè)指示所述比較結(jié)果的一指示信號(hào)的一責(zé)任周期的大小，以設(shè)定一驅(qū)動(dòng)能力來驅(qū)動(dòng)所述充電幫浦裝置。
[0017]在此配合下列圖示、實(shí)施例的詳細(xì)說明及權(quán)利要求書，將上述及本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點(diǎn)詳述于后。
【附圖說明】
[0018]圖1A為公知一充電幫浦裝置的示意圖。
[0019]圖1B為圖1A所示的充電幫浦裝置的信號(hào)示意圖。
[0020]圖2A為公知另一充電幫浦裝置的示意圖。
[0021]圖2B為圖2A所示充電幫浦裝置的信號(hào)示意圖。
[0022]圖3A為本發(fā)明實(shí)施例一充電幫浦裝置的示意圖。
[0023]圖3B為本發(fā)明實(shí)施例不同負(fù)載下圖3A中一指7K信號(hào)的一責(zé)任周期的7K意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例一責(zé)任周期的三個(gè)區(qū)間的示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例一驅(qū)動(dòng)能力調(diào)整流程的示意圖。
[0026]圖6為本發(fā)明一實(shí)施例中圖3A所述的充電幫浦裝置的部分電路示意圖。
[0027]圖7為本發(fā)明