本发明涉及一种电荷泵电压调整器(chargepumpregulator)，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(chargepumpregulatorwithsmallrippleoutputsignal)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(feedbackdetector)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(bulkcapacitor)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(signaledge)，例如上升沿(risingedge)或下降沿(fallingedge)，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(voltagedividingcircuit)、比较器(comparator)122与一与非门(NANDgate)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(targetvoltage)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-peakripplevoltage)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(outputdelay)，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(comparatordelayperiod)，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(enablepumpdelayperiod)，会造成输出信号Vout额外的下降ΔVii的电压。再者，于时间点td时，比较器122的控制信号Vco1转换为低电平，代表输出信号Vout已不需要再上升。然而，由于时钟脉冲信号CLK还在高电平，所以造成振荡信号Osc会产生一个上升沿，并使得输出信号Vout在时间点td至时间点te的区间仍会上升ΔViii。换言之，时间点td至时间点te的区间III可称之为禁能电荷泵电路延迟区间III(disablepumpdelayperiod)，会造成输出信号Vout额外的上升ΔViii的电压。由以上的说明可知，比较器延迟区间I与致能电荷泵电路延迟区间II会造成输出信号Vout过度下降。而禁能电荷泵电路延迟区间III会造成输出信号Vout过度上升。由于输出信号Vout的过度下降以及过度上升，将造成输出电压Vout的峰对峰涟波电压过大。技术实现要素：本发明的主要目的在于提出一种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，用以解决致能电荷泵电路延迟区间以及禁能电荷泵电路延迟区间所造成的输出信号Vout过度上升与下降之问题，并且有效地降低输出信号Vout的涟波。本发明涉及一种电荷泵电压调整器，包括：一电荷泵电路，具有一时钟脉冲输入端接收一振荡信号以及一输出端产生一输出信号；一分压电路，接收该输出信号并产生一第一分压与一第二分压；一模式决定电路，接收该第一分压与该第二分压，并据以决定一泵模式或者一检测模式；其中，该模式决定电路输出一第一控制信号，并且于该泵模式时激活一泵致能信号，以及，于该检测模式时激活一检测致能信号；一除频电路，接收该检测致能信号与该第一控制信号；其中，当该检测致能信号激活时，该除频电路根据该第一控制信号产生一检测信号，且该第一控制信号的频率倍数于该检测信号的频率；以及一选择电路，接收该检测信号、一时钟脉冲信号以及该泵致能信号；其中，当泵致能信号激活时，该选择电路将该时钟脉冲信号转换为该振荡信号；以及当该泵致能信号未激活时，该选择电路将该检测信号转换为该振荡信号。本发明涉及一种电荷泵电压调整器，包括：一电荷泵电路，具有一时钟脉冲输入端接收一振荡信号以及一输出端产生一输出信号；一分压电路，接收该输出信号并产生一第一分压；一模式决定电路，接收该第一分压，并据以决定一泵模式或者一检测模式；其中，该模式决定电路输出一第一控制信号，并且于该泵模式时激活一泵致能信号，以及，于该检测模式时激活一检测致能信号；一除频电路，接收该检测致能信号与该第一控制信号；其中，当该检测致能信号激活时，该除频电路根据该第一控制信号产生一检测信号，且该第一控制信号的频率倍数于该检测信号的频率；以及一选择电路，接收该检测信号、一时钟脉冲信号以及该泵致能信号；其中，当泵致能信号激活时，该选择电路将该时钟脉冲信号转换为该振荡信号；以及当该泵致能信号未激活时，该选择电路将该检测信号转换为该振荡信号。本发明涉及一种控制电荷泵电压调整器的方法，用以根据该电荷泵电压调整器的一输出电压、一第一阈值电压与一第二阈值电压之间的比较结果将该电荷泵电压调整器运作于一泵模式或者一检测模式，该方法包括下列步骤：当该输出电压正在上升且该输出电压小于该第二阈值电压时，控制该电荷泵电压调整器操作于该泵模式；当该输出电压正在上升且该输出电压大于该第二阈值电压时，控制该电荷泵电压调整器操作于该检测模式；当该输出电压正在下降且该输出电压大于该第一阈值电压时，控制该电荷泵电压调整器操作于该检测模式；以及当该输出电压正在下降且该输出电压小于该第一阈值电压时，控制该电荷泵电压调整器操作于该泵模式；其中，于该泵模式时，该电荷泵电压调整器中的一电荷泵电路激活用以提高该输出电压；于该检测模式时，该电荷泵电压调整器中的该电荷泵电路激活用以维持该该输出电压于一目标电压附近；以及该第二阈值电压大于该第一阈值电压。附图说明为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：图1A与图1B所绘示为公知的电荷泵电压调整器及其相关信号示意图。图2所绘示为本发明电荷泵电压调整器示意图。图3所绘示为本发明电荷泵电压调整器的详细电路示意图。图4所绘示为电荷泵电压调整器在不同的操作模式下根据输出电压Vout的变化而进行的控制方法。图5所绘示为本发明电荷泵电压调整器的激活流程示意图。图6所绘示为本发明电荷泵电压调整器的相关信号示意图。图7所绘示为本发明电荷泵电压调整器的另一实施例。【附图符号说明】100：电荷泵电压调整器110：电荷泵电路120：反馈检测器122：比较器124：与非门150：负载200、700：电荷泵电压调整器210：电荷泵电路220、720：分压电路230、730：模式决定电路232、234、732：比较器236、738：SR锁存器240、740：除频电路242：异或门244：D型触发器250、750：选择电路252：与门254：或非门260：检测器280：负载734：延迟电路742：除2计数器752：多路复用器具体实施方式请参照图2，其所绘示为本发明电荷泵电压调整器示意图。电荷泵电压调整器200包括：一电荷泵电路210与一检测器(detector)260。电荷泵电压调整器200产生的输出信号Vout可输出至大容量电容器C与负载280。其中，电荷泵电路210的时钟脉冲输入端CK1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，例如上升沿或下降沿，即可使输出信号Vout逐渐上升。再者，检测器260包括：分压电路220、模式决定电路(modedeterminingcircuit)230、除频电路240、选择电路250。分压电路220由多个电阻所组成，并根据输出信号Vout产生第一分压Vfb与第二分压Vld。再者，输出信号Vout、第一分压Vfb与第二分压Vld之间维持固定比例关系，且输出信号Vout大于第二分压Vld，第二分压Vld大于第一分压Vfb。模式决定电路230接收第一分压Vfb与第二分压Vld，并据以决定电荷泵电压调整器200为一泵模式(pumpingmode)或者一检测模式(detectingmode)。模式决定电路230可输出第一控制信号Vco1，并且于泵模式时激活(activate)一泵致能信号ENP(pumpingenablesignal)；以及，于检测模式时激活一检测致能信号END(detectingenablesignal)。除频电路240接收检测致能信号END与第一控制信号Vco1。当检测致能信号END激活时，除频电路240根据第一控制信号Vco1产生一检测信号DET，且第一控制信号Vco1的频率倍数于检测信号DET。选择电路250接收检测信号DET、时钟脉冲信号CLK以及泵致能信号ENP。当泵致能信号ENP激活时，选择电路250将时钟脉冲信号CLK转换为振荡信号Osc；反之，当泵致能信号ENP未激活时，选择电路将检测信号DET转换为振荡信号Osc。请参照图3，其所绘示为本发明电荷泵电压调整器的详细电路示意图。分压电路220由电阻R1、电阻R2与电阻R3串接于电荷泵电路210的输出端与接地端之间。第一电阻R1与第二电阻R2连接的节点电压(nodevoltage)即产生第二分压Vld；第二电阻R2与第三电阻R3连接的节点电压即产生第一分压Vfb。再者，第一分压Vfb＝Vref×(R3)/(R1+R2+R3)；第二分压Vld＝Vref×(R2+R3)/(R1+R2+R3)；并且，当电荷泵电压调整器200到达稳态时，输出信号Vout会维持在一目标电压(targetvoltage)附近，该目标电压为Vref×[1+(R1+R2)/R3]。模式决定电路230包括：比较器232、234与SR锁存器236。比较器234的正输入端接收第一分压Vfb，负输入端接收参考电压Vref，输出端产生第一控制信号Vco1。比较器232的正输入端接收参考电压Vref，负输入端接收第二分压Vld，输出端产生第二控制信号Vco2。SR锁存器236的设定端(setterminal，S)接收第一控制信号Vco1，重置端(resetterminal，R)接收第二控制信号Vco2，输出端Q1产生检测致能信号END，反相输出端QN产生泵致能信号ENP。再者，SR锁存器236的真值表(truthtable)如下表所示：SRQQN00前一状态前一状态010110101100除频电路240包括异或门(XORgate)242与D型触发器(Dflip-flop)244。异或门242的二输入端分别接收检测致能信号END与检测信号DET。D型触发器244输入端D连接至异或门242的输出端，重置端R接收检测致能信号END；时钟脉冲输入端CK2接收第一控制信号Vco1；输出端Q2产生检测信号DET。再者，D型触发器244为负沿激发(negativeedgetriggeredDflip-flop)，且检测致能信号END未激活时，该D型触发器被重置，使得输出端Q2为低电平。由于D型触发器244以及异或门242被连接成频率除以2的除频电路。因此当检测致能信号END激活时，除频电路240根据第一控制信号Vco1产生一检测信号DET，且第一控制信号Vco1的频率是2倍数于检测信号DET。再者，选择电路250包括与门(ANDgate)252与或非门(NORgate)254。与门252的二输入端分别接收泵致能信号ENP与时钟脉冲信号CLK。或非门254的第一输入端连接至与门252输出端，第二输入端接收检测信号DET，输出端产生振荡信号Osc。请参照图4，其所绘示为电荷泵电压调整器在不同的操作模式下根据输出电压Vout的变化而进行的控制方法。其中，根据二个阈值电压Vth1与Vth2，将输出电压Vout划分为三个电压区间。于第一电压区间，输出电压Vout低于第一阈值电压Vth1，且第一分压Vfb与第二分压Vld皆小于参考电压Vref。于第二电压区间，输出电压Vout介于第一阈值电压Vth1与第二阈值电压Vth2之间，且第一分压Vfb小于参考电压且第二分压Vld大于参考电压Vref。于第三电压区间，输出电压Vout高于第二阈值电压Vth2，且第一分压Vfb与第二分压Vld皆大于参考电压Vref。再者，第一阈值电压Vth1＝Vref×[1+R1/(R2+R3)]；目标电压即为第二阈值电压Vth2＝Vref×[1+(R1+R2)/R3]。如图4所示，当输出电压Vout处于上升的趋势且输出电压Vout低于第二阈值电压Vth2时，电荷泵电压调整器200为泵模式；当输出电压Vout处于上升的趋势且输出电压Vout高于第二阈值电压Vth2时，电荷泵电压调整器200为检测模式。当输出电压Vout处于下降的趋势且输出电压Vout高于第一阈值电压Vth1时，电荷泵电压调整器200为检测模式；当输出电压Vout处于下降的趋势且输出电压Vout低于第一阈值电压Vth1时，电荷泵电压调整器200为泵模式。根据本发明的实施例，当电荷泵电压调整器200处于泵模式时，由于输出变压Vout尚未到达目标电压(第二阈值电压)，因此无需考虑输出信号Vout的涟波。此时，将时钟脉冲信号CLK转换为振荡信号Osc并输入泵电荷电路210。当电荷泵电压调整器200处于检测模式时，由于输出变压Vout已经到达目标电压(第二阈值电压)，因此需考虑输出信号Vout的涟波。此时，将检测信号DET转换为振荡信号Osc并输入泵电荷电路210。其中，根据第一分压Vfb与参考电压Vref之间的关系产生第一控制信号Vco1，而利用除频电路240使得第一控制信号Vco1的频率倍数于检测信号DET，例如2倍数。请参考图5，其所绘示为本发明电荷泵电压调整器的激活流程示意图。当电荷泵电压调整器200开始运作时，先进入泵模式(步骤S502)，之后判断第二分压Vld是否大于参考电压Vref(步骤S504)。当第二分压Vld未大于参考电压Vref时，代表输出电压Vout小于第一阈值电压Vth1。如步骤S506所示，第一控制信号Vco1为“0”，第二控制信号Vco2为“1”，泵致能信号ENP为“1”，检测致能信号END为“0”，检测信号DET为“0”，振荡信号Osc与反相的时钟脉冲信号相同。当第二分压Vld大于参考电压Vref时，代表输出电压Vout大于第一阈值电压Vth1。由于电荷泵电压调整器200处于泵模式(步骤S508)，因此如步骤S510所示，第一控制信号Vco1为“0”，第二控制信号Vco2为“0”，泵致能信号ENP为“1”，检测致能信号END为“0”，检测信号DET为“0”，振荡信号Osc与反相的时钟脉冲信号相同。接着，判断第一分压Vfb是否大于参考电压Vref(步骤S514)。当第一分压Vfb未大于参考电压Vref时，代表输出电压Vout小于第二阈值电压Vth2，因此，回到步骤S504。当第一分压Vfb大于参考电压Vref时，代表输出电压Vout大于第二阈值电压Vth2，进入侦侧模式(步骤S516)。因此，如步骤S518所示，第一控制信号Vco1为“1”，第二控制信号Vco2为“0”，泵致能信号ENP为“0”，检测致能信号END为“1”，振荡信号Osc与反相的检测信号相同。接着，继续判断第一分压Vfb是否大于参考电压Vref(步骤S514)。当第一分压Vfb大于参考电压Vref时，代表输出电压Vout大于第二阈值电压Vth2，进入步骤S516。当第一分压Vfb未大于参考电压Vref时，代表输出电压Vout小于第二阈值电压Vth2。由于电荷泵电压调整器200处于检测模式并非处于泵模式(步骤S508)，因此如步骤S512所示，第一控制信号Vco1为“0”，第二控制信号Vco2为“0”，泵致能信号ENP为“1”，检测致能信号END为“0”，振荡信号Osc与反相的检测信号相同。之后，进入步骤S514。请参照图6，其所绘示为本发明电荷泵电压调整器的相关信号示意图。于时间点t1之前，输出信号Vout小于第一阈值电压Vth1，第一控制信号Vco1为“0”且第二控制信号Vco2为“1”，电荷泵电压调整器200处于泵模式。于时间点t1至时间点t2，输出信号Vout介于第一阈值电压Vth1与第二阈值电压Vth2之间，第一控制信号Vco1为“0”且第二控制信号Vco2为“0”，电荷泵电压调整器200处于泵模式。于时间点t2，输出信号Vout大于第二阈值电压Vth2，第一控制信号Vco1根据第一分压Vfb与参考电压Vref的关系在“1”与“0”之间变化，第二控制信号为“0”，电荷泵电压调整器200处于检测模式。再者，于时间点t2至时间点t3之间，输出信号Vout大于第一阈值电压Vth1，电荷泵电压调整器200处于检测模式。于时间点t3至时间点t4之间，输出信号Vout小于第一阈值电压Vth1，第一控制信号Vco1为“0”，第二控制信号为“1”，电荷泵电压调整器200进入泵模式。再者，于时间点t4至时间点t5，输出信号Vout介于第一阈值电压Vth1与第二阈值电压Vth2之间，第一控制信号Vco1为“0”且第二控制信号Vco2为“0”，电荷泵电压调整器200处于泵模式。于时间点t5之后，输出信号Vout大于第二阈值电压Vth2，第一控制信号Vco1根据第一分压Vfb与参考电压Vref的关系在“1”与“0”之间变化，第二控制信号为“0”，电荷泵电压调整器200处于检测模式。请参照图6的局部区域A的放大图。时间点ta时，第一分压Vfb已经小于参考电压Vref。由于比较器234的输出延迟，比较器234的控制信号Vco1直到时间点tb才切换为低电平。再者，于时间点tb时，第一控制信号Vco1由高电平转换为低准时，并且振荡信号Osc也同时产生一个信号边沿(下降沿)。换句话说，本发明的电荷泵电压调整器200中的检测器260并不会出现致能电荷泵电路延迟区间，不会使得输出信号Vout过度下降。再者，于时间点tc时，第一控制信号Vco1由低电平转换为高电平时，振荡信号Osc并不会产生一个信号边沿。换句话说，本发明的电荷泵电压调整器200中的检测器260也不会出现没有禁能电荷泵电路延迟区间，不会使得输出信号Vout过度上升。根据本发明的实施例，当(R1+R2)/R3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的峰对峰涟波电压约为227mV。很明显地，本发明的电荷泵电压调整器200效地降低输出信号Vout的涟波。当然，除了本发明的电荷泵电压调整器中的检测器并不限定于图3中的检测器260。请参照图7，其所绘示为本发明电荷泵电压调整器的另一实施例。其差异仅在于电荷泵电压调整器700中的检测电路760，以下详细说明。检测器760包括：分压电路720、模式决定电路730、除频电路740、选择电路750。分压电路720由电阻R1与电阻R2串接于输出信号Vout与接地端之间。第一电阻R1与第二电阻R2连接的节点电压即为第一分压Vfb。再者，第一分压Vfb＝Vref×(R2)/(R1+R2)；并且，当电荷泵电压调整器700到达稳态时，输出信号Vout会维持在一目标电压(targetvoltage)附近，该目标电压为Vref×[1+(R1+R2)/R3]。模式决定电路730包括：比较器732、非门(NOTgate)734、延迟电路(delaycircuit)736与SR锁存器738。比较器732的正输入端接收第一分压Vfb，负输入端接收参考电压Vref，输出端产生第一控制信号Vco1。非门734的输入端接收第一控制信号Vco1，输出端连接至延迟电路736，并使得延迟电路736产生第二控制信号Vco2。SR锁存器738的设定端S接收第一控制信号Vco1，重置端R接收第二控制信号Vco2，输出端Q1产生检测致能信号END，反相输出端QN产生泵致能信号ENP。根据本发明的实施例，延迟电路736将反相的第一控制信号延迟约20ns后，成为第二控制信号Vco2。再者，除频电路740可以利用除2计数器(mod2counter)742来实现。换句话说，将检测致能信号END连接至除2计数器742的致能端En，第一控制信号Vco1连接至计数端C，即可于输出端O产生检测信号DET，且第一控制信号Vco1的频率是2倍数于检测信号DET。再者，选择电路750利用多路复用器(multiplexer)752来实现，多路复用器752的二输入端接收时钟脉冲信号CLK与检测信号DET，选择端S接收泵致能信号ENP。当泵致能信号ENP激活时，选择电路750将时钟脉冲信号CLK转换为振荡信号Osc；反之，当泵致能信号ENP未激活时，选择电路将检测信号DET转换为振荡信号Osc。再者，本发明的二个实施例中的选择电路250与750，除频电路240与740可以相互对调，仍可以有效地降低输出信号Vout的涟波。综上所述，本发明的优点在于提出一种具有低涟波输出信号的电荷泵电压调整器，用以解决致能电荷泵电路延迟区间以及禁能电荷泵电路延迟区间所造成的输出信号Vout过度上升与下降的问题，并且有效地降低输出信号Vout的涟波。综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属
技术领域：
：中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围是以本发明的权利要求书为准。当前第1页1 2 3 当前第1页1 2 3