[发明专利]具有低涟波输出信号的电荷泵电压调整器与相关控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电荷泵电压调整器(charge pump regulator)，且尤其涉及一种具有低涟波输出信号的电荷泵电压调整器(charge pump regulator with small ripple output signal)与相关控制方法。

背景技术

请参照图1A与图1B，其所绘示为公知的电荷泵电压调整器及其相关信号示意图。电荷泵电压调整器100包括：一电荷泵电路110与一反馈检测器(feedback detector)120。电荷泵电压调整器100产生的输出信号Vout可输出至大容量电容器(bulk capacitor)C与负载(load)150。

其中，电荷泵电路110的时钟脉冲输入端CK接收一振荡信号Osc并产生一输出信号Vout。当振荡信号Osc维持在固定的电平时，输出信号Vout会逐渐下降；反之，当振荡信号Osc在高低电平变化时，根据振荡信号Osc的信号边沿(signal edge)，例如上升沿(rising edge)或下降沿(falling edge)，即可使输出信号Vout逐渐上升。

再者，反馈检测器120包括由电阻R1与电阻R2所组成的分压电路(voltage dividing circuit)、比较器(comparator)122与一与非门(NAND gate)124。分压电路接收输出信号，并产生反馈信号Vfb；比较器122的负输入端接收反馈信号Vfb，正输入端接收参考电压Vref，输出端产生控制信号Vco1；与非门124的第一输入端接收一时钟脉冲信号CLK，第二输入端接收控制信号Vco1，输出端产生振荡信号Osc。

由分压电路可知，Vfb＝(R2×Vout)/(R1+R2)。因此，输出信号Vout上升时，反馈信号Vfb也会上升；输出信号Vout下降时，反馈信号Vfb也会下降。

再者，当反馈信号Vfb大于参考电压Vref时，控制信号Vco1为低电平且振荡信号Osc维持在高电平，因此输出电压Vout逐渐下降。反之，当反馈信号Vfb小于参考电压Vref时，控制信号Vco1为高电平且振荡信号Osc与反相的时钟脉冲信号相同，因此振荡信号Osc的信号边沿将使得输出电压Vout逐渐上升。

当电荷泵电压调整器100到达稳态时，输出信号Vout会维持在一目标电压(target voltage)附近，而此目标电压为Vref×(1+R1/R2)。

如图1B所示，于时间点t1之前，反馈信号Vfb小于参考电压Vref，使得输出电压Vout逐渐上升。于时间点t1之后，反馈信号Vfb会到达参考电压Vref附近，并使得输出电压Vout维持在目标电压附近，此目标电压为Vref×(1+R1/R2)。

由于反馈信号Vfb有时会大于参考电压Vref，有时会小于参考电压Vref，使得输出信号Vout会有涟波产生。举例来说，当R1/R2等于4、参考电压Vref为1.2V且输出电压Vout为6V时，输出电压Vout的峰对峰涟波电压(peak-to-peak ripple voltage)约为563mV。

请参照图1B的局部区域A的放大图。理论上，反馈信号Vfb小于参考电压Vref时(时间点ta)，比较器122的控制信号Vco1应该转换为高电平，使得振荡信号Osc在高低电平变化，并使得输出信号Vout逐渐上升。

然而，由于比较器122的输出延迟(output delay)，比较器122的控制信号Vco1直到时间点tb才切换为高电平。因此，时间点ta至时间点tb，振荡信号Osc仍维持在高电平，而输出信号Vout会持续下降ΔVi。换言之，时间点ta至时间点tb的区间I可称为比较器延迟区间I(comparator delay period)，会造成输出信号Vout额外的下降ΔVi的电压。

再者，于时间点tb时，虽然比较器122的控制信号Vco1已经转换为高电平。然而，由于时钟脉冲信号CLK还在低电平，所以振荡信号Osc仍维持在高电平，而输出信号Vout会持续下降ΔVii。一直到时间点tc时，时钟脉冲信号CLK切换为高电平，而振荡信号Osc才开始切换电平，并使得输出信号Vout开始上升。换言之，时间点tb至时间点tc的区间II可称为致能电荷泵电路延迟区间II(enable pump delay period)，会造成输出信号Vout额外的下降ΔVii的电压。