[发明专利]电荷泵浦及包含其的动态电荷泵浦装置

说明书

本发明提供一种电荷泵浦及包含其的动态电荷泵浦装置，其中通过切换电荷泵浦的多个电压源，以补偿电荷泵浦的输出电压，经改变的输出电压可用于调整外部负载电路的电压源或是负载电路的接地的参考电位。电荷泵浦可进一步包含检测电路的配置，检测负载电路的电压或电流，在选择最小输出电压的情形下，调整压降，使其回到预定范围内，而不致影响负载电路的工作效益，还能够动态针对负载电路的不同工作状态进行调整，以降低功耗。

技术领域

本发明涉及一种电荷泵浦及包含其的动态电荷泵浦装置，更精确的说，涉及一种电荷泵浦及包含其的电荷泵浦装置，其中通过切换电荷泵浦的多个电压源，以补偿电荷泵浦的输出电压，经改变的输出电压可用于调整外部负载电路的电压源或是负载电路的接地的参考电位。

背景技术

电荷泵浦(charge pump)是常用的电路结构，其通过晶体管与电容的作用，可将输入电压倍增到一个相当高的电压值。

请参考图1A-1C，是现有电荷泵浦的操作示意图。现有的电荷泵浦利用某一电压，经由电容可储存电荷的原理，产生出新的电压，此新的电压可以是正压，也可以是负压。图1A中，第一至第四开关S1-S4以及第一电容C1及第二电容C2设置如图所示，第一电压源V1通过第一开关S1与第一电容C1的第一端连接，第二电压源V2通过第二开关S2与第一电容C2的第二端连接，而第一电容C1及第二电容C2通过第三开关S3及第四开关S4并联。

图1B是现有电荷泵浦的第一工作阶段(Phase 1)，其中，第一开关S1及第二开关S2导通，第三开关S3及第四开关S4关断，此时，第一电压V1及第二电压V2对第一电容C1充电。图1C为现有电荷泵浦的第二工作阶段，其中，第三开关S3及第四开关S4导通，第一开关S1及第二开关S2关断，此时，于第一工作阶段中储存在第一电容C1的电荷分配至第一电容C1及第二电容C2中。

经过多次的第一工作阶段及第二工作阶段，可于电容C2储存足够的电荷，且根据给定至电位V3(电位V4)的原始电位的不同，可获得不同电位V4(电位V3)的电压，此电压可为正压或负压。

对于应用而言，图1A-1C的电荷泵浦可如图1D中的电荷泵浦CP，其一端连接于电压源VDD，输出端连接于在输入端Vin及输出端Vout之间的一个负载电路LC的供电端Vcp，当负载产生用电需求时，通过供电端Vcp向电荷泵浦CP抽取电流，藉以维持负载电路运作的稳定性，Vcp会随着负载电路LC抽取电流的大小，产生不同大小的压降。

然而，当负载电路LC在负载RL过大的情形下运作，负载电路LC产生的压降过高，此时由于电荷泵浦CP的电压源VDD为固定的，电荷泵浦CP产生的输出电压不足以提供足够的电流给负载电路使其维持稳定运作，此时节点Vcp的电压下降，负载电路LC的效能因此受到影响(例如，总谐波失真率(Total harmonic distortion，THD)上升)。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一方面在于提供一种电荷泵浦，其包含参考电压切换单元、输入电压源、第二开关及第三开关。参考电压切换单元连接在相异的N个参考电压源及第一电容的第一端之间，在参考电压切换单元的导通状态下，N个参考电压源的其中之一输入第一电容的第一端，且在关断状态下，N个参考电压均不输入第一电容的第一端，且N≧2。输入电压源通过第一开关连接至第一电容的第二端。第二开关连接于参考电压切换单元及第一电容之间的第一节点与第二电容的第一端之间。第三开关连接于第一开关及第一电容之间的第二节点与第二电容的第二端之间，其中在第一阶段中，控制信号被配置以控制参考电压切换单元处在导通状态，第一开关导通，第二开关及第三开关关断，以对第一电容充电，在第二阶段中，控制信号控制参考电压切换单元处在关断状态，第一开关关断，第二开关及第三开关导通，经充电的第一电容对第二电容充电，通过重复第一阶段及该第二阶段，使第二电容在第二阶段下，其一端的电位达到预定电位，并以预定电位作为输出电压。