多重模式低电流双电压的自我调节LCD泵系统的制作方法

本申请案主张2016年6月14日申请的共同拥有的第62/349,825号美国临时专利申请案的优先权；所述申请案出于所有目的特此以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及液晶显示器(LCD)偏置电压产生器，且特定来说，涉及适用于微控制器集成的产生器。

优先权

本申请案取决于2016年6月14日申请的第62/349,825号美国临时申请案，所述申请案的内容特此并入本文中。

背景技术：

微控制器是位于芯片上系统，其包括微处理器、存储器及多个集成外围装置。例如8位、16位及32位微控制器的各种各样的微控制器是可用的。许多微控制器包括能够驱动各种各样的显示器的集成液晶显示器(LCD)界面。因此，无需外部控制器来与此类显示器介接。

为能够直接驱动LCD显示器，此集成外围装置需要适合于产生操作LCD所需的偏置电压的电压偏置产生器。LCD偏压产生器主要针对3V LCD面板，而旧型5V LCD面板仍在使用中。支持3V LCD面板及5V LCD面板两者的微控制器利用两个独立泵。

技术实现要素：

本发明的实施例包含偏置电压产生器电路。偏置电压产生器电路可包含模式控制电路；时钟产生器电路，其与所述模式控制单元耦合且经配置以产生多个时钟信号；及电荷泵电路，其经配置以接收所述时钟信号。所述电荷泵电路可与所述模式控制电路耦合，且可操作以根据来自所述模式控制电路的输入而输出可选择输出电压。所述输出可选择电压可取决于所述时钟信号。

结合以上实施例中的任何者，所述偏置电压产生器电路可进一步包含耦合于所述时钟产生器电路与所述电荷泵电路之间的自举电路(bootstrap circuit)。

结合以上实施例中的任何者，所述模式控制电路可经配置以在界定所述电荷泵电路的输出的多个操作模式之间选择。

结合以上实施例中的任何者，第一操作模式可经配置以为3V LCD提供偏置电压，且第二操作模式经配置以为5V LCD提供偏置电压。

结合以上实施例中的任何者，第一操作模式可经配置以为LCD提供具有第一电流的偏置电压，且第二操作模式经配置以为所述LCD提供具有第二电流的所述偏置电压。

结合以上实施例中的任何者，所述时钟信号可包含基准信号及多个相位信号的非重叠脉冲，所述相位信号是根据所述电荷泵电路的指定输出而被选择。

结合以上实施例中的任何者，所述时钟信号可包含基准信号及一或多个相位信号的非重叠脉冲，且所述电荷泵电路经配置以基于所述相位信号的交替出现者的存在而输出偏置电压。

结合以上实施例中的任何者，所述时钟信号可包含基准信号及一或多个相位信号的非重叠脉冲，所述电荷泵电路可经配置以基于第一数目个不同相位信号的存在而输出第一电压，所述电荷泵电路可经配置以基于第二数目个不同相位信号的存在而输出第二电压，所述第二电压可高于所述第一电压，且所述第二数目个不同相位信号可大于所述第一数目个不同相位信号。

结合以上实施例中的任何者，所述时钟信号可包含基准信号及一或多个相位信号的非重叠脉冲，且所述电荷泵电路可经配置以基于数个不同相位信号输出电压。

结合以上实施例中的任何者，所述时钟信号可包含基准信号及一或多个相位信号的非重叠脉冲，且所述电荷泵电路可经配置以输出具有电流的偏置电压，所述电流是基于数个不同相位信号。

本发明的实施例可包含微控制器，其具有偏置电压产生器电路及输出路由电路，所述输出路由电路经配置以将输出从所述偏置电压产生器电路路由到显示器，其中所述偏置电压产生器电路通过上文所描述的实施例中的任何者来实施。

附图说明

为更好地理解及说明本发明，包含以下图式。

图1是根据本发明的实施例的能够向两个或更多个不同种类的显示器或使用泵源供电的其它电子装置提供电力或驱动两个或更多个不同种类的显示器或使用泵源供电的其它电子装置的系统的实例实施例的说明。

图2说明根据本发明的实施例的泵电路的实例实施例。

图3及4说明根据本发明的实施例的关于各种操作模式的泵电路及相关系统的操作。

图5说明根据本发明的实施例的泵电路的输出信号的时序图。

图6说明根据本发明的实施例的以3相模式的时钟产生器电路的输出的时序图。

图7说明根据本发明的实施例的以2相模式的时钟产生器电路的输出的时序图。

图8说明根据本发明的实施例的以1相模式的时钟产生器电路的输出的时序图。

图9是根据本发明的实例的模式控制电路的更详细说明。

图10是根据本发明的实施例的电压调节器的更详细说明。

图11是根据本发明的实施例的时钟产生电路的更详细说明。

图12是根据本发明的实施例的自举电路的更详细说明。

图13是说明根据本发明的实施例的系统的操作的时序图。

具体实施方式

图1是能够向两个或更多个不同种类的显示器或使用泵源供电的其它电子装置提供电力或驱动两个或更多个不同种类的显示器或使用泵源供电的其它电子装置的系统100的实例实施例的说明。系统100可包含用于为两个或更多个不同类型的显示器供电的电压或电流泵源。在一个实施例中，为两个或更多个不同种类的显示器供电的能力可表示系统100中的泵的对应模式。在另一实施例中，系统100可经配置以在不同电压下通过其泵提供电力，其中不同显示器需要不同电压电平，且以不同模式提供不同电压。在另一实施例中，系统100可经配置以向给定显示器提供在不同电流电平下的给定电压，其中以不同模式提供给定电压下的不同电流电平。在另一实施例中，系统100可为自我调节的。

系统100通过其泵可向显示器或其它外围装置提供任何合适电压。所述电压可包含偏置电压。在一个实施例中，系统100可经配置以提供电压来为液晶显示器(LCD)供电。在另一实施例中，系统100可经配置以向两个或更多个不同种类的LCD提供电力。在另一实施例中，系统100可经配置以通过单个泵向两个或更多个不同种类的显示器提供电力。在另一实施例中，系统100可经配置以通过单个泵通过通过所述单个泵提供多个电压电平及在给定电压下的多个电流电平来向两个或更多个不同种类的显示器提供电力。在一个实施例中，系统100可经配置以能够在向不同种类的显示器提供电力之间切换。在另一实施例中，系统100可经配置以在响应于来自实施系统100的进一步系统的命令、设置或其它输入(例如来自微控制器的命令或控制)而在向不同类型的显示器提供电力之间切换。

相比之下，为多种类型的显示器提供电压的其它方法可利用两个单独泵来支持具有不同电压的显示器面板。使用两个单独泵可占据半导体装置上的大裸片区域。因此，系统100可提供改进偏置电压产生器。

系统100可包含于任何合适进一步系统中，例如微控制器、集成装置、芯片上系统、移动装置等。系统100可以模拟或数字电路的任何合适组合来实施。虽然以实例元件说明系统100，但系统100可包含较多或较少元件。此外，系统100的一些元件可彼此组合。此外，系统100的一些元件的功能可由系统100的其它元件作为本文呈现的实例的变体来执行。

系统100可包含泵110。泵110可通过模拟及数字电路的任何合适组合来实施。泵110可经配置以针对多种不同类型的显示器选择性地产生偏置电压。此外，泵110可经配置以产生在不同电流电平的给定电压。泵110的不同输出的变化可表现在泵110的不同操作模式中。泵110可输出体现施加到显示器—V1、V2及V3的偏置电压的三个不同的电压线。这些可被路由到多个显示器。V1、V2及V3可使用例如未展示的多路复用器、开关、开关结构或其它机构来路由到指定的显示器。

泵110可基于输入信号的相位来确定要产生什么偏置电压及电流。此外，泵110可基于启用信号确定要产生什么偏置电压及电流。基于到系统100的命令或输入，输入信号及启用信号的相位又可由系统100中的电路轮流产生。在图1的实例中，泵110可接收相位输入信号phic(phi共同)、phi1、phi2及phi3。此外，泵110可接收V1、V2及V3的启用信号，列举为V1_en、V2_en及V3_en。

在图1的实例中，泵110可经配置以向两个不同种类的LCD显示器面板提供偏置电压。第一，泵110可经配置以产生5V LCD显示器面板的偏置电压。第二，泵110可经配置以为3V LCD显示器面板产生偏置电压。此外，泵110可经配置以按降低电流电平为5V LCD及3V LCD显示器面板产生偏置电压。

系统100可包含模式控制电路102，其经配置以确定泵110将操作什么模式操作。模式控制电路102可通过电路的任何合适组合来实现，并且在下文更详细论述。模式控制电路102可确定泵110将以任何合适方式操作什么操作模式。举例来说，模式控制电路102可从微控制器接收命令，读取寄存器值，识别跳线设置，接收数字开关值、用户配置电路、可编程熔丝、存储器值、寄存器文件或定义待使用的模式的任何其它机构。基于由模式控制电路102识别的模式，模式控制电路102可发出识别例如3V或5V显示器是否被供电的第一信号。举例来说，模式控制电路102可在标示为lcd5V的线上发出值，其中低或0值表示3V模式，且高或1值表示5V模式。此外，模式控制电路102可基于由模式控制电路102识别的模式而发出第一信号，所述第一信号识别在显示器的偏置电压中是否使用低电流模式。举例来说，模式控制电路102可在标识为mode_lc的在线发出值，其中高或1值表示低电流模式，且低或0表示正常电流模式。另外，取决于所选择模式，模式控制电路102可经配置以向泵110发出V1_en、V2_en及V3_en。

V1_en、V2_en及V3_en可为控制信号，其通知泵110系统100将在5V模式、3V模式下操作还是在高或低电流模式下操作。参考图3，3V模式泵110分别将Vlcd2、Vlcd1及Vin指派给V3、V2及V1。在5V模式中，泵110分别将Vlcd3、Vlcd2及Vlcd1指派给V3、V2及V1。在3V模式中，LC泵110分别将Vlcd3、Vin及Vin指派给V3、V2及V1。最后，在5V模式中，泵110分别将Vlcd3、Vlcd2及Vin指派给V3、V2及V1。每当泵110将Vin指派给输出V3、V2及V1时，其将LDO 106输出连接到输出V3、V2及V1。Chold盖220、222、224需要用于泵110的操作，其中其用作泵110的电荷储存器，以供应LCD显示器的瞬时及动态电流。当泵110将Vin指派到V1时，Chold224可被移除。Vin到V2的指派允许移除Chold 222。Chold电容器220、222及224放置在印刷电路板上的芯片外。因此，其移除节省空间并降低构建材料(BOM)成本。

返回到图1，系统100可包含时钟产生电路104，其经配置以产生作为到泵110的输入的相位信号。相位信号可为泵110产生用于3V及5V显示器中的选定一者的偏置电压的基础。时钟产生电路104可接受系统时钟信号作为输入。时钟产生电路104可经配置以产生phic、phi1、phi2及phi3信号。时钟产生电路104可经配置以基于来自模式控制电路102的输入来确定phic、phi1、phi2及phi3信号的内容。可在将phic、phi1、phi2及phi3信号施加到泵110之前将其路由用于额外信号调节。时钟产生电路104可以电路的任何合适电路来实施，并且将在下文更详细论述。还在下文更详细论述phic、phi1、phi2及phi3信号的内容。时钟产生电路104可将其外部时钟输入转换成phic信号及phi1、phi2及phi3中的一或多者。Phic信号可始终由泵110产生及使用。phi1、phi2及phi3中的特定者的产生以及泵110对其的使用可取决于选定操作模式。Phi1、phi2及phi3可各自具有不同于彼此及phic的相位及周期。Phi1、phi2及phi3可取决于模式而各自被使用或丢弃。

系统100可包含自举电路108。自举电路108可经配置以确保在泵110处接收的phic、phi1、phi2及phi3信号的电压电平处于预期电平或电平范围。泵110可经配置以执行作为降压-升压元件，并且因此始终输出恒定电平(例如，例如3V或5V)，即使当系统劣化时也如此。因此，如果系统劣化，那么泵110可补偿并以3V或5V的恒定电平继续输出。为协助泵110补偿，如果需要，自举电路108可有助于确保泵110相对于phic、phi1、phi2及phi3信号的期望电平而接收恒定输入。自举电路108可输出phic_u、phi1_u、phi2_u及phi3_u信号，其被指定为phic、phi1、phi2及phi3信号的升压或上调(如果需要)版本。这些可被输入到泵110。自举电路108可包含系统电压输入Avdd。在一个实施例中，泵110的输出V3可作为输入被路由到自举电路108。自举电路108可使用V3值(泵110的输出)来确定是否调整泵110的相位信号。自举电路108可以电路的任何合适组合来实施，并且将在下文更详细论述。

系统100可包含电压调节器以向泵110提供恒定参考电压。举例来说，系统100可包含可变低压差(LDO)电压调节器，例如LDO 106。LDO 106可经配置以将恒定参考电压输出到泵110。在一个实施例中，LDO 106可从泵110接收V3作为反馈输入。在另一实施例中，LDO 106可为可变LDO，这是因为其根据电压偏置需要校准到泵的输出。举例来说，当泵110的输出从所要3V输出变化时，LDO 106可经配置以调整参考电压以使泵110的输出回到所要3V输出。LDO 106可从系统100驻留在其上的芯片接收其自身电力供应。LDO 106可以模拟及数字电路的任何合适组合来实施。

泵110的增益可由通过phi1，phi2及phi3接收的时钟相位的数量来控制，这是根据phic来评估的。泵110的输出可根据来自模式控制电路102的输入重新排序。LDO 106可拨入及校准泵110的输出。时钟相位phic、phi1、phi2及phi3的电平可被监测及调整或者由自举电路108根据需要进行归一化。

图2说明根据本发明的实施例的泵电路200的实例实施例。泵电路200可完全或部分地实施泵110。泵电路200可包含多个开关202、204、206、208、210、212、216、218，其各自连接到输入信号phic、phi1、phi2及phi3中的一者。泵电路200可包含飞电容器Cfly 214。泵电路200中的中间信号可包含图2中指定为VLCD3、VLCD2及VLCD1、Vinp的信号。这些VLCD3、VLCD2及VLCD1及Vinp中间信号中的每一者可连接到多路复用器226、228、230中的每一者。多路复用器226、228、230的控制可各自由在泵110处接收的V1_en、V2_en及V3_en信号执行。启用信号可选择VLCD3、VLCD2，VLCD1及Vinp的哪一者将被路由为V3、V2及V1输出。V3、V2及V1输出可各自跨过保持电容器220、222、224，其可被接受作为到显示器的输入的偏置电压。如上文所论述，这些可根据模式任选地被消除。

可通过时序图来说明泵电路200的操作，下文将更详细描述。泵电路200可经配置以通过phic、phi1、phi2及phi3的时序及相位将来自Vinp(从LDO接收)的电压泵送到由给定显示器预期的适当电平。可通过在泵电路200处接收的启用信号来确定电压被泵送的电平。此外，电压电平可为输入电压的倍数。

泵电路200可根据电荷守恒原理操作，因为Phic、phi1、phi2及phi3的不同相位通过其相应电路施加到Cfly 214。在初始点，可将phic施加跨越Cfly 214。Cfly 214接着可被初始化或充电到LDO的输出，例如1.2V。因此，Cfly 214的顶部电荷可为1.2V，而底部是0.0V。接下来，如果phi1变高，那么Cfly 214的顶部电荷可为2.4V，而底部可为1.2V。因此，电压可能被泵升或泵送。这可在phic关闭时执行。取决于所述模式，可重复此直到临时信号电压VLCD3等是4.8、3.6、2.4及1.2V中的一者。取决于所述模式，这些被输出到保持电容器。3V模式下可能不需要底部保持电容器。

图3及4说明根据本发明的实施例的关于各种操作模式的泵电路200及系统100的操作。图中展示控制信号及所得输出电压及电流。在图3中被标示为“VIN”的条目指示输出，其中在将电压输出连接到面板时不需要使用电容器，这是因为不需要此电容器来存储以在此特定情形中适当调节输出信号。在此情况下，可从实施方案中移除不需要使用的电容器(例如Chold 220、222、224中的一者)。

图5说明根据本发明的实施例的泵电路200的输出信号的时序图。一旦特定模式(例如3V模式)已被启用(由/en迹线标示)，泵电路200的输出在大约10ms内可为稳定的。输出可包含由/lcdbias1、/lcdbias2及/lcdbias3迹线表示的V1、V2、V3。

图6说明根据本发明的实施例的以3相模式的时钟产生器电路104的输出的时序图。此模式可用于用全电流实施5V输出到显示器。

图7说明根据本发明的实施例的以2相模式的时钟产生器电路104的输出的时序图。此模式可用于用全电流实施3V输出到显示器，或用减少电流实施5V输出到显示器。

图8说明根据本发明的实施例的以1相模式的时钟产生器电路104的输出的时序图。此模式可用于用减少电流实施3V输出到显示器。

在图6到8中，时钟产生器电路104被展示为具有信号之间的特定相位及频率关系的所产生的非重叠时钟信号。具体来说，当phic高时，phi1、phi2或phi3可能都不高。phi1、phi2及phi3中的一者在phic为低的时间可能为高。Phic、phi1、phi2及phi3可能非重叠。据此，如图2所展示，只有与phic、phi1、phi2及phi3中的一者相关联的开关可在任何给时刻被接通。在phic的每一周期，当phic低时，phi1、phi2及phi3中的一者可能以非重叠的方式接通。接通的phi1、phi2及phi3中的哪一者的特定者可取决于时钟产生器电路104是否产生1相、2相或3相信号。当时钟产生器电路104产生3相信号时，phic1、phi2及phi3可在phic为低时的phic周期的部分期间以交替方式接通，如图6所示。当时钟产生器电路104产生2相信号时，phi1及phi2可在phic为低时的phic周期的部分期间以交替方式接通，如图7所示。当时钟产生器电路104产生1相信号时，phi1可在phic为低时的phic周期的部分期间以方式接通，如图8所示。时钟产生器电路104可以任何合适方式实施，以根据指定模式产生图6到8的信号。

图9是根据本发明的实施例的模式控制电路102的更详细说明。模式控制电路102可包含模式产生器电路902。模式产生器电路902可经配置以直接存取寄存器、跳线、存储器、数据线或来自识别哪一模式待被使用的系统100的其余部分的其它输入。模式产生器电路902可向系统100的其余部分及数字逻辑904发出lcd5V及mode_lc。数字逻辑904可包含足够元件以将lcd5V及mode_lc的组合解译为V1_en、V2_en及V3_en信号。图9中展示实例逻辑。这些启用信号可根据图3中的值进行定义。

图10是根据本发明的实施例的LDO 106的更详细说明。LDO 106可包含来自系统100的电压参考，例如产生vref的零温度系数电压参考1002。这可被传送到运算放大器1004，其由Avdd信号供电并接收来自连接到运算放大器1004的输出的电阻器网络1008的反馈信号。运算放大器1004的输出可发出为Vreg并到晶体管1006的底部，晶体管1006经配置为电压驱动器及电阻器网络1008的顶部。电阻器网络1008的一或多个电阻器可为可变的，从而允许LDO 106是具有不同设置值的可变输出LDO。这可用于(例如)设置LDO输出，以便于最终为3V或5V显示器供电。

图11是根据本发明的实施例的时钟产生电路104的更详细说明。时钟产生器电路104可经配置以取决于输入信号lcd5V及mode_lc来产生根据图6到8中的一者的phic、phi1、phi2及phi3的时序信号。这些时序信号可基于输入时钟。时钟产生器电路104可包含任何合适数目的信号产生器1102、1104、1106。这些信号产生器可经配置以产生相位信号的可能组成部分。可使用加法电路1108组合输出，并且相位延迟电路1110可确保输出信号为非重叠的。

图12是根据本发明的实施例的自举电路108的更详细说明。phic、phi1、phi2及phi3中的每一者可通过泵的V3输出或Avdd电压值来升压，此取决于哪一者较大。Avdd电压值由较大系统或用户要求设置，其中系统通常是微控制器或类似系统。自举电路108中的比较器将Avdd与V3信号进行比较。如果Avdd大于V3信号，那么Avdd被添加到用于phi/phi1/phi2/phi3的缓冲器，且phic/phi1/phi2/phi3中的每一者上移Avdd。如果Avdd小于V3信号，那么V3被切换到用于phic/phi1/phi2/phi3的缓冲器，且phic/phi1/phi2/phi3中的每一者上移V3。因此，用“_u”标示phic/phi1/phi2/phi3的输出，从而表示根据需要的值的上移。图12中所示的开关及电路表示此功能的实例实施方案。

图13是说明根据本发明的实施例的系统的操作的时序图。展示启用、phic、phi1、phi2、phi3以及所得中间信号VLCD1、VLCD2及VLCD3的实例信号。非重叠时间标示为“Tno”。

虽然在本发明中已展示具体实例，但可在不脱离本发明的精神及范围的情况下，对本发明的实例进行变化、添加、去除及重新布置。