專利名稱：：緩啟動(dòng)電荷泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種電荷泵電路(ChargePumpCircuit)，尤其涉及一種可產(chǎn)生緩啟動(dòng)泵電壓(Soft-StartPumpingVoltage)的電荷泵電路，用于適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)功率開關(guān)(PowerSwitch)而獲得抑制啟動(dòng)時(shí)涌入電流(InrushCurrent)之效果。
背景技術(shù)：
：電荷泵電路，或稱為電容性電壓倍增器(CapacitiveVoltageMultiplier)，是一種用于產(chǎn)生比供應(yīng)至其本身之電壓源更高的電壓之電路。借著此一升壓能力，在內(nèi)部各組成單元需要各種不同的操作電壓之電子系統(tǒng)中，例如可攜式電腦(PortableComputer)，電荷泵電路可用來從供應(yīng)電壓源(SupplyVoltageSource)提供所需之升高的電壓，而減少額外設(shè)置獨(dú)立的高壓電壓源之需求。另一方面，通過USB(UniversalSerialBus，通用串行總線)連接埠或其他類型連接埠而連接于可攜式電腦之許多周邊裝置也需要從供應(yīng)電壓源汲取能量。在此情況中，電荷泵電路可應(yīng)用來驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)，該功率開關(guān)通常是由NMOS晶體管所實(shí)施且設(shè)置來控制供應(yīng)電壓源與周邊裝置間之切換操作。通過使NMOS功率開關(guān)晶體管之柵極電壓比其漏極電壓高出許多，電荷泵電路可完全地導(dǎo)通NMOS功率開關(guān)晶體管以便在周邊裝置之正常操作中提供最小的導(dǎo)通電阻。茲參照圖1(a)詳細(xì)說明常見的電荷泵電路應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)之電路區(qū)塊圖。由NMOS晶體管所實(shí)施的功率開關(guān)10之漏極D與源極S分別作為功率開關(guān)10之輸入端與輸出端。功率開關(guān)10之漏極D連接于供應(yīng)電壓源Vin，而其源極S則提供輸出電壓Vout至外界負(fù)載(未圖示)，例如具有USB連接埠之周邊裝置。此外，輸出電容Co連接于功率開關(guān)10之源極S與地面電位間。電荷泵電路11將供應(yīng)電壓源Vin轉(zhuǎn)換成一升高的泵電壓Vpp，用于控制功率開關(guān)10之柵極G。當(dāng)柵極G之泵電壓Vpp相當(dāng)高于漏極D之供應(yīng)電壓源Vin時(shí)，功率開關(guān)10可被完全導(dǎo)通而提供最小的導(dǎo)通電阻，藉而使功率開關(guān)10之源極S處之輸出電壓Vout幾乎等于漏極D處之供應(yīng)電壓源Vin。結(jié)果，供應(yīng)電壓源Vin可以有效率地供應(yīng)至外界負(fù)載。當(dāng)功率開關(guān)10處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，從供應(yīng)電壓源Vin流經(jīng)功率開關(guān)10之漏極D與源極S之導(dǎo)通電流Ion即供應(yīng)至外界負(fù)載與輸出電容Co。電荷泵電路11之升壓操作由時(shí)鐘發(fā)生器12所輸出的至少一個(gè)重疊或非重疊的固定振幅時(shí)鐘信號13加以控制。通常，固定振幅時(shí)鐘信號13之每一個(gè)互為同步的脈沖信號，其頻率由振蕩器14所輸出之具有一預(yù)定頻率的振蕩信號15來決定。舉例而言，電荷泵電路11可為眾所周知的Dickson型電荷泵，如圖1(b)所示。具體而言，電荷泵電路11可包括若干個(gè)串聯(lián)的電荷泵級(Stage)，其中一級標(biāo)示著參考編號110。每一電荷泵級包括一個(gè)二極管111以及一泵電容112，并且具有一輸入節(jié)點(diǎn)113以及一輸出節(jié)點(diǎn)114。在此Dickson型電荷泵中，從時(shí)鐘發(fā)生器12所輸出的固定振幅時(shí)鐘信號13為一對互補(bǔ)時(shí)鐘信號CLK1與CLK2，用于驅(qū)動(dòng)各級泵電容。時(shí)鐘信號CLK1驅(qū)動(dòng)奇數(shù)泵級，而時(shí)鐘信號CLK2則驅(qū)動(dòng)偶數(shù)泵級。第一級串聯(lián)電荷泵之輸入節(jié)點(diǎn)115經(jīng)常連接于供應(yīng)電壓源Vin。最末端隔絕二極管116可視為最末級串聯(lián)電荷泵之一部分，且從其可獲得電荷泵電路11之泵電壓Vpp。時(shí)鐘信號CLK1與CLK2可為具有振幅Vclk之重疊或非重疊的時(shí)鐘信號，用于驅(qū)動(dòng)每一級電荷泵使傳送至其輸入節(jié)點(diǎn)之電壓升高了(Vclk-Vd)，亦即振幅Vclk減去二極管順向壓降Vd。倘若考慮最末端隔絕二極管116之效用，從圖1(b)所示之電荷泵電路11可獲得的理論上最大泵電壓Vpp為N·Vclk-(N+1)·Vd，此處N為電荷泵級之?dāng)?shù)目。圖2(a)至2(c)顯示圖1(a)所示之常見的電荷泵電路11應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)10之操作時(shí)序圖，其中圖2(a)為電荷泵電路11之泵電壓Vpp之時(shí)序圖；圖2(b)為功率開關(guān)10之輸出電壓Vout之時(shí)序圖；并且圖2(c)為功率開關(guān)10之導(dǎo)通電流Ion之時(shí)序圖。參照圖2(a)，在時(shí)間TA之前，因?yàn)殡姾杀秒娐?1處于未賦能(Disable)狀態(tài)，所以其泵電壓Vpp為零。電荷泵電路11于時(shí)間TA啟動(dòng)，開始進(jìn)行升壓作用。從時(shí)間TA至?xí)r間TB之過渡時(shí)期內(nèi)，電荷泵電路11之泵電壓Vpp從零迅速增加至穩(wěn)定的最大值，例如前文所述的N·Vclk-(N+1)·Vd。電荷泵電路11在時(shí)間TB處獲得穩(wěn)定的操作狀態(tài)，使得泵電壓Vpp維持穩(wěn)定。參照圖2(b)與2(c)，在啟動(dòng)時(shí)間TA之前，電荷泵電路11之泵電壓Vpp小于閾值電壓，所以功率開關(guān)10未導(dǎo)通，使得其輸出電壓Vout為零并且導(dǎo)通電流Ion亦為零。電荷泵電路11之泵電壓Vpp達(dá)到閾值電壓后即可導(dǎo)通功率開關(guān)10而開始對輸出電容Co充電，使得功率開關(guān)10之輸出電壓Vout上升。由于電荷泵電路11之泵電壓Vpp使功率開關(guān)被驅(qū)動(dòng)成提供最小的導(dǎo)通電阻，故功率開關(guān)10之輸出電壓Vout于時(shí)間TC處獲得幾乎等于供應(yīng)電壓源Vin。當(dāng)應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)10時(shí)，常見的電荷泵電路11會(huì)造成一問題。因?yàn)殡姾杀秒娐?1之泵電壓Vpp迅速升高，所以功率開關(guān)10于啟動(dòng)初期即提供了最小的導(dǎo)通電阻。然而，由于輸出電壓Vout于啟動(dòng)初期為零，亦即輸出電容Co尚未充電，故供應(yīng)電壓源Vin產(chǎn)生一相當(dāng)大的導(dǎo)通電流Ion流經(jīng)功率開關(guān)10，此即涌入電流。倘若最大涌入電流Ipeak不適當(dāng)?shù)匾种频脑?，可能造成供?yīng)電壓源Vin劇烈下降，或是燒毀功率開關(guān)10。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于前述問題，本發(fā)明之一目的在于提供一種電荷泵電路，可產(chǎn)生緩慢上升之緩啟動(dòng)泵電壓。本發(fā)明之另一目的在于提供一種電荷泵電路，可適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)功率開關(guān)而獲得抑制最大涌入電流之效果。依據(jù)本發(fā)明，一電荷泵由至少一時(shí)鐘信號所驅(qū)動(dòng)，用于轉(zhuǎn)換一供應(yīng)電壓源成為一泵電壓。該泵電壓為該至少一時(shí)鐘信號之振幅之一函數(shù)，使得當(dāng)該至少一時(shí)鐘信號之該振幅愈大時(shí)該泵電壓之一絕對值則愈大。該至少一時(shí)鐘信號之該振幅調(diào)變成在一振幅調(diào)變時(shí)期內(nèi)從一啟動(dòng)值逐漸變化。該振幅調(diào)變時(shí)期比該至少一時(shí)鐘信號之一周期更延長一個(gè)或更多個(gè)數(shù)量級。該電荷泵由該至少一時(shí)鐘信號于其振幅為該啟動(dòng)值時(shí)所啟動(dòng)，使其所產(chǎn)生的該泵電壓之該絕對值相對小。在該啟動(dòng)后，該電荷泵被控制成所產(chǎn)生的該泵電壓之該絕對值隨著該至少一時(shí)鐘信號之該振幅之調(diào)變而逐漸變化，以便抑制該泵電壓之該絕對值之上升速率。較佳地，該至少一時(shí)鐘信號之該振幅在該振幅調(diào)變時(shí)期后達(dá)到一穩(wěn)定值。較佳地，該穩(wěn)定值等于該供應(yīng)電壓源。較佳地，該至少一時(shí)鐘信號之該振幅由一電容在充電過程中所呈現(xiàn)的跨于該電容之一逐漸升高的電位差所決定。較佳地，該泵電壓用于控制一功率開關(guān)。較佳地，該至少一時(shí)鐘信號由一時(shí)鐘振幅調(diào)變器所產(chǎn)生。該時(shí)鐘振幅調(diào)變器包含一緩啟動(dòng)控制器，用于產(chǎn)生一緩啟動(dòng)控制信號；以及一位準(zhǔn)偏移器，回應(yīng)于該緩啟動(dòng)控制信號而調(diào)變該至少一時(shí)鐘信號之該振幅。較佳地，該緩啟動(dòng)控制信號為一具有逐漸變化的位準(zhǔn)之電壓信號。較佳地，該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號之該振幅由該緩啟動(dòng)控制信號之該逐漸變化的位準(zhǔn)所決定。較佳地，該緩啟動(dòng)控制器包含一切換電容等效電阻，具有第一與第二端點(diǎn)，該第一端點(diǎn)連接于該供應(yīng)電壓源；以及一充電電容，連接于該第二端點(diǎn)與地面間，使得該緩啟動(dòng)控制信號呈現(xiàn)于該第二端點(diǎn)。較佳地，該位準(zhǔn)偏移器包含至少一時(shí)鐘通道，分別用于產(chǎn)生該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號，其中該至少一時(shí)鐘通道中之每一個(gè)具有一輸出級反相器，該輸出級反相器之一電源供應(yīng)端用于接收該緩啟動(dòng)控制信號，以便控制該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號中之各個(gè)之該振幅。較佳地，該至少一時(shí)鐘通道之每一個(gè)更包含一輸入級反相器，具有一電源供應(yīng)端來接收該供應(yīng)電壓源，用于提供一具有固定振幅的時(shí)鐘信號至該輸出級反相器。圖1(a)顯示常見的電荷泵電路應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)之電路區(qū)塊圖。圖1(b)顯示常見的電荷泵電路之詳細(xì)電路圖。圖2(a)至2(c)顯示常見的電荷泵電路應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)之操作時(shí)序圖，其中圖2(a)為電荷泵電路之泵電壓之時(shí)序圖；圖2(b)為功率開關(guān)之輸出電壓之時(shí)序圖；并且圖2(c)為功率開關(guān)之導(dǎo)通電流之時(shí)序圖。圖3(a)顯示依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)之電路區(qū)塊圖。圖3(b)顯示依據(jù)本發(fā)明之振幅調(diào)變時(shí)鐘信號之一例子之波形時(shí)序圖。圖4(a)顯示依據(jù)本發(fā)明之時(shí)鐘振幅調(diào)變器之電路區(qū)塊圖。圖4(b)顯示依據(jù)本發(fā)明之時(shí)鐘振幅調(diào)變器之一例子之詳細(xì)電路圖。圖5(a)至5(d)顯示依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)之操作時(shí)序圖，其中圖5(a)為緩啟動(dòng)控制器之緩啟動(dòng)控制信號之時(shí)序圖；圖5(b)為緩啟動(dòng)電荷泵電路之緩啟動(dòng)泵電壓之時(shí)序圖；圖5(c)為功率開關(guān)之輸出電壓之時(shí)序圖；并且圖5(d)為功率開關(guān)之導(dǎo)通電流之時(shí)序圖。圖6(a)至6(b)顯示依據(jù)本發(fā)明之時(shí)鐘振幅相依型電荷泵之三個(gè)例子。元件符號說明10功率開關(guān)11電荷泵電路12時(shí)鐘發(fā)生器13，CLK1，CLK2固定振幅時(shí)鐘信號14振蕩器15振蕩信號30功率開關(guān)31緩啟動(dòng)電荷泵電路41緩啟動(dòng)控制器42位準(zhǔn)偏移器43輸出緩沖電路61～63時(shí)鐘振幅相依型電荷泵級110電荷泵級111二極管112泵電容113輸入節(jié)點(diǎn)114輸出節(jié)點(diǎn)115第一級串聯(lián)電荷泵之輸入節(jié)點(diǎn)116最末端隔絕二極管311時(shí)鐘振幅調(diào)變器312時(shí)鐘振幅相依型電荷泵313，CLKS1，CLKS2振幅調(diào)變時(shí)鐘信號611二極管耦合方式的NMOS晶體管612，623，624，635，636泵電容621，622，631，633NMOS晶體管632，634PMOS晶體管C1，C2電容D漏極G柵極INV1～I(xiàn)NV4反相器Ib緩沖電流源Ion導(dǎo)通電流Ipeak最大涌入電流Ipeaks緩啟動(dòng)最大涌入電流Qb緩沖晶體管Req切換電容等效電阻S源極S1，S2開關(guān)Tamp振幅調(diào)變時(shí)期Tclk時(shí)鐘周期Vclk時(shí)鐘振幅Vin供應(yīng)電壓源Vout輸出電壓Vpp泵電壓Vpps緩啟動(dòng)泵電壓Vss緩啟動(dòng)控制信號具體實(shí)施方式下文中之說明與附圖將使本發(fā)明之前述與其他目的、特征、與優(yōu)點(diǎn)更明顯。茲將參照圖式詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明之較佳實(shí)施例。圖3(a)顯示依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)30之電路區(qū)塊圖。比較圖3(a)與圖1(a)可知，只要將依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31取代圖1(a)之常見的電荷泵電路11，即可獲得圖3(a)所示之電路區(qū)塊圖。圖3(a)所示之功率開關(guān)30等同于圖1(a)所示之功率開關(guān)10。因此，下文將省略圖3(a)中相同于圖1(a)之電路部分之說明。參照圖3(a)，緩啟動(dòng)電荷泵電路31在至少一個(gè)固定振幅時(shí)鐘信號13之控制下將供應(yīng)電壓源Vin轉(zhuǎn)換成具有緩啟動(dòng)特征的泵電壓Vpps，用于控制功率開關(guān)30之柵極G。具有緩啟動(dòng)特征的泵電壓Vpps指相較于常見的泵電壓Vpp而言，緩啟動(dòng)泵電壓Vpps從啟動(dòng)值升高至獲得穩(wěn)定值所需之過渡時(shí)間被相當(dāng)?shù)匮娱L，亦即緩啟動(dòng)泵電壓Vpps于過渡時(shí)間內(nèi)之增加速率較緩慢。具體而言，緩啟動(dòng)電荷泵電路31包括一時(shí)鐘振幅調(diào)變器311與一時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312。時(shí)鐘振幅調(diào)變器311對于輸入緩啟動(dòng)電荷泵電路31之至少一個(gè)固定振幅時(shí)鐘信號13進(jìn)行振幅調(diào)變，用于產(chǎn)生至少一個(gè)振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313。時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312指其泵電壓Vpp之值取決于時(shí)鐘振幅之電荷泵電路，亦即泵電壓Vpp為時(shí)鐘振幅Vclk之函數(shù)。典型上，當(dāng)時(shí)鐘信號之振幅愈大時(shí)，時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312之泵電壓Vpp即愈大。舉例而言，圖1(b)所示的Dickson型電荷泵11即為一種時(shí)鐘振幅相依型電荷泵，既然其泵電壓Vpp＝N·Vclk-(N+1)·Vd且時(shí)鐘振幅Vclk愈大則泵電壓Vpp愈大?；跁r(shí)鐘振幅相依型電荷泵312之此特征，依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31可獲得具有緩啟動(dòng)特征的泵電壓Vpps。具體而言，在依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31之一實(shí)施例中，至少一個(gè)振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313被設(shè)計(jì)成其振幅從電荷泵電路31啟動(dòng)時(shí)之最小值緩慢增加至穩(wěn)定的最大值而成為連續(xù)變化的振幅之時(shí)鐘信號。因此，緩啟動(dòng)電荷泵電路31之緩啟動(dòng)泵電壓Vpps會(huì)隨著振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之振幅緩慢升高而緩慢增加。圖3(b)顯示依據(jù)本發(fā)明之振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之一例子之波形時(shí)序圖。參照圖3(b)，振幅調(diào)變時(shí)鐘信號CLKS1與振幅調(diào)變時(shí)鐘信號CLKS2構(gòu)成一對互補(bǔ)的振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313。振幅調(diào)變時(shí)鐘信號CLKS1與CLKS2可通過使用時(shí)鐘振幅調(diào)變器311轉(zhuǎn)換圖1(b)所示的具有固定振幅Vclk之時(shí)鐘信號CLK1與CLK2而產(chǎn)生。結(jié)果，振幅調(diào)變時(shí)鐘信號CLKS1與CLKS2于電荷泵啟動(dòng)時(shí)具有振幅最小值，隨后振幅緩慢增加，經(jīng)過一預(yù)定的振幅調(diào)變時(shí)期Tamp后振幅達(dá)到穩(wěn)定的最大值Vclk。在依據(jù)本發(fā)明之一實(shí)施例中，穩(wěn)定的最大值Vclk設(shè)定成等于供應(yīng)電壓源Vin。振幅調(diào)變時(shí)期Tamp可依據(jù)實(shí)際電路應(yīng)用之需要而調(diào)整至適當(dāng)值。振幅調(diào)變時(shí)期Tamp之長短將直接影響緩啟動(dòng)泵電壓Vpps之從啟動(dòng)值達(dá)到穩(wěn)定值所需的過渡時(shí)間之長短。在依據(jù)本發(fā)明之一實(shí)施例中，振幅調(diào)變時(shí)期Tamp設(shè)定成比時(shí)鐘周期Tclk至少更延長了一個(gè)數(shù)量級。在依據(jù)本發(fā)明之另一實(shí)施例中，時(shí)鐘周期Tclk約為10微秒(μs)，而振幅調(diào)變時(shí)期Tamp則約為2.5微秒(ms)。請注意在依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31中，時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312于振幅調(diào)變時(shí)期Tamp內(nèi)即已啟動(dòng)而進(jìn)行升壓操作，并非等到振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313達(dá)到穩(wěn)定的最大值Vclk后才進(jìn)行升壓操作。只是在振幅調(diào)變時(shí)期Tamp內(nèi)，由于時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312之緩啟動(dòng)泵電壓Vpps取決于振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之振幅大小，故時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312之緩啟動(dòng)泵電壓Vpps會(huì)隨著振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之振幅緩慢升高而緩慢增加。圖4(a)顯示依據(jù)本發(fā)明之時(shí)鐘振幅調(diào)變器311之電路區(qū)塊圖。參照圖4(a)，時(shí)鐘振幅調(diào)變器311包括一緩啟動(dòng)控制器41以及一位準(zhǔn)偏移器42。緩啟動(dòng)控制器41輸出一緩啟動(dòng)控制信號Vss至位準(zhǔn)偏移器42。回應(yīng)于緩啟動(dòng)控制信號Vss，位準(zhǔn)偏移器42通過改變時(shí)鐘信號13之固定振幅而將其轉(zhuǎn)換成振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313。該緩啟動(dòng)控制信號Vss用于決定振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之振幅調(diào)變，亦即啟動(dòng)時(shí)之最小值、穩(wěn)定時(shí)之最大值、振幅調(diào)變時(shí)期Tamp、以及/或者在振幅調(diào)變時(shí)期Tamp內(nèi)振幅之變化方式。圖4(b)顯示依據(jù)本發(fā)明之時(shí)鐘振幅調(diào)變器311之一例子之詳細(xì)電路圖。參照圖4(b)，緩啟動(dòng)控制器41包括二個(gè)開關(guān)S1與S2以及二個(gè)電容C1與C2。開關(guān)S1與S2控制成彼此交錯(cuò)地處于導(dǎo)通狀態(tài)且不會(huì)同時(shí)皆處于不導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S1導(dǎo)通時(shí)，供應(yīng)電壓源Vin對電容C1充電。當(dāng)開關(guān)S2導(dǎo)通時(shí)，電容C1經(jīng)由開關(guān)S2放電。從眾所周知的切換電容(SwitchCapacitor)技術(shù)可推知，開關(guān)S1與S2以及電容C1之電路等效于一等效電阻Req，耦合于供應(yīng)電壓源Vin與電容C2間。因此，供應(yīng)電壓源Vin經(jīng)由等效電阻Req對電容C2充電，導(dǎo)致跨在電容C2上之電位差逐漸升高且具有時(shí)間常數(shù)Req·C2?？缭陔娙軨2之上之電位差即可應(yīng)用作為緩啟動(dòng)控制信號Vss。在圖4(b)所示之實(shí)施例中，跨在電容C2之上之電位差經(jīng)由一輸出緩沖電路43而輸出至位準(zhǔn)偏移器42，以便獲得驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)的緩啟動(dòng)控制信號Vss。輸出緩沖電路43包含一緩沖電流源Ib與一緩沖晶體管Qb。緩沖電流源Ib連接于供應(yīng)電壓源Vin，用于提供所需要的驅(qū)動(dòng)電流。緩沖晶體管Qb由一PMOS晶體管所實(shí)施，使得跨在電容C2之上之電位差與實(shí)際使用的緩啟動(dòng)控制信號Vss間約略相差一固定值，亦即緩沖晶體管Qb之閾值電壓。圖4(b)所示的位準(zhǔn)偏移器42應(yīng)用于調(diào)變圖1(b)所示的二個(gè)具有固定振幅Vclk的時(shí)鐘信號CLK1與CLK2，因此對應(yīng)地設(shè)有二個(gè)時(shí)鐘通道。具體而言，反相器INV1與INV2以級聯(lián)(Cascade)方式構(gòu)成一時(shí)鐘通道，其中反相器INV1作為輸入級而反相器INV2作為輸出級。同樣地，反相器INV3與INV4以級聯(lián)方式構(gòu)成另一時(shí)鐘通道，其中反相器INV3作為輸入級而反相器INV4作為輸出級。輸入級反相器INV1與INV3之電源供應(yīng)端皆耦合于供應(yīng)電壓源Vin，而輸出級反相器INV2與INV4之電源供應(yīng)端則皆耦合于緩啟動(dòng)控制信號Vss。由于每一時(shí)鐘通道由二個(gè)反相器所構(gòu)成，故當(dāng)時(shí)鐘信號通過時(shí)鐘通道后相位不會(huì)改變。然而，因?yàn)檩敵黾壏聪嗥鱅NV2與INV4之電源供應(yīng)端皆耦合于緩啟動(dòng)控制信號Vss，所以位準(zhǔn)偏移器42輸出如圖3(b)所示的振幅隨著緩啟動(dòng)控制信號Vss變動(dòng)之振幅調(diào)變時(shí)鐘信號CLKS1與CLKS2。在此例子中，振幅調(diào)變時(shí)期Tamp即由緩啟動(dòng)控制信號Vss之時(shí)間常數(shù)Req·C2所決定。應(yīng)注意雖然在前文所述之實(shí)施例中，緩啟動(dòng)電荷泵電路31使用二個(gè)時(shí)鐘信號，但本發(fā)明不限于此而可應(yīng)用于緩啟動(dòng)電荷泵電路31使用一個(gè)時(shí)鐘信號或三個(gè)以上重疊或非重疊的時(shí)鐘信號。在緩啟動(dòng)電荷泵電路31使用n個(gè)時(shí)鐘信號之情況中，位準(zhǔn)偏移器42對應(yīng)地設(shè)置有n個(gè)時(shí)鐘通道，分別用于調(diào)變n個(gè)時(shí)鐘信號之振幅。位準(zhǔn)偏移器42之n個(gè)時(shí)鐘通道亦可構(gòu)建成互不相同，因而對于n個(gè)時(shí)鐘信號提供不同的調(diào)變方式。或者，緩啟動(dòng)控制器41亦可輸出若干個(gè)不同的緩啟動(dòng)控制信號Vss至位準(zhǔn)偏移器42，以便對于n個(gè)時(shí)鐘信號提供不同的調(diào)變方式。圖5(a)至5(d)顯示依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)30之操作時(shí)序圖，其中圖5(a)為緩啟動(dòng)控制器41之緩啟動(dòng)控制信號Vss之時(shí)序圖；圖5(b)為緩啟動(dòng)電荷泵電路31之緩啟動(dòng)泵電壓Vpps之時(shí)序圖；圖5(c)為功率開關(guān)30之輸出電壓Vout之時(shí)序圖；并且圖5(d)為功率開關(guān)30之導(dǎo)通電流Ion之時(shí)序圖。在圖5(b)至5(d)中，實(shí)線是用于表示依據(jù)本發(fā)明所獲得之操作特征，而虛線則用于表示圖2(a)至2(c)所示之常見的操作特征，以茲相互比較而突顯依據(jù)本發(fā)明所獲得的實(shí)用性與優(yōu)良效果。請注意圖5(a)中僅顯示實(shí)線，因?yàn)楝F(xiàn)有技藝中并未提供依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)控制信號Vss。參照圖5(a)，緩啟動(dòng)控制信號Vss從時(shí)間TA處之啟動(dòng)值緩慢上升至到穩(wěn)定值(在本實(shí)施例中此穩(wěn)定值設(shè)定成約為Vin)，使得振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之振幅隨著緩啟動(dòng)控制信號Vss而緩慢增加至約為Vin，如前所述。參照圖5(b)，在時(shí)間TA之前，因?yàn)榫弳?dòng)電荷泵電路31處于未賦能狀態(tài)，所以其緩啟動(dòng)泵電壓Vpps為零。緩啟動(dòng)電荷泵電路31于時(shí)間TA啟動(dòng)，開始進(jìn)行升壓作用。由于振幅調(diào)變時(shí)鐘信號313之振幅從啟動(dòng)時(shí)間TA起緩慢增加，故緩啟動(dòng)電荷泵電路31之緩啟動(dòng)泵電壓Vpps比常見的電荷泵電路11之泵電壓Vpp以更緩慢的速率升高。常見的泵電壓Vpp在時(shí)間TB處即已獲得穩(wěn)定，然而依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)泵電壓Vpps仍需要相當(dāng)長的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定。參照圖5(c)與5(d)，因?yàn)榫弳?dòng)泵電壓Vpps上升較緩慢，所以功率開關(guān)30比功率開關(guān)10更晚導(dǎo)通，導(dǎo)致功率開關(guān)30之輸出電壓Vout較晚上升。如前所述，緩啟動(dòng)泵電壓Vpps控制功率開關(guān)30之柵極。既然功率開關(guān)30之導(dǎo)通電阻正比于其柵極電壓，因此功率開關(guān)30之導(dǎo)通電阻隨著緩啟動(dòng)泵電壓Vpps之上升而減小。因?yàn)榫弳?dòng)泵電壓Vpps比常見的泵電壓Vpp以更緩慢的速率升高，所以功率開關(guān)30之導(dǎo)通電阻不會(huì)于啟動(dòng)初期就減小至最小值。結(jié)果，功率開關(guān)30之緩慢減小的導(dǎo)通電阻成功地抑制了功率開關(guān)30之導(dǎo)通電流Ion，尤其對于啟動(dòng)初期輸出電容Co尚未充電時(shí)之涌入電流更是如此。在本發(fā)明之一實(shí)施例中，假設(shè)供應(yīng)電壓源Vin約為5伏特，常見的輸出電壓Vout從啟動(dòng)達(dá)到5伏特所需時(shí)間約為200微秒(μs)，而依據(jù)本發(fā)明之輸出電壓Vout從啟動(dòng)達(dá)到5伏特所需時(shí)間則約為800微秒(μs)。在此例子中，常見的最大涌入電流Ipeak約為5.4安培，而依據(jù)本發(fā)明之最大涌入電流Ipeaks則約為1.1安培。因此，依據(jù)本發(fā)明之緩啟動(dòng)電荷泵電路31成功地抑制涌入電流，可有效地應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)30。圖6(a)至6(b)顯示依據(jù)本發(fā)明之時(shí)鐘振幅相依型電荷泵312之三個(gè)例子。參照圖6(a)，電荷泵級61等同于圖1(b)所示之Dickson型電荷泵之一級110，只是其使用二極管耦合方式的NMOS晶體管611來實(shí)施圖1(b)所示之二極管111。泵電容612可由振幅調(diào)變時(shí)鐘信號CLKS1或CLKS2所驅(qū)動(dòng)，視其為奇數(shù)泵級或偶數(shù)泵級而定。參照圖6(b)，電荷泵級62包括二個(gè)NMOS晶體管621與622以及二個(gè)泵電容623與624。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKS1為低且時(shí)鐘信號CLKS2為高時(shí)，NMOS晶體管622導(dǎo)通而泵電容623被充電至供應(yīng)電壓源Vin。此時(shí)NMOS晶體管621為不導(dǎo)通。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKS1轉(zhuǎn)變?yōu)楦咔視r(shí)鐘信號CLKS2轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r(shí)，泵電容624使NMOS晶體管622之柵極電壓下降而造成NMOS晶體管622不導(dǎo)通，并且泵電容623使NMOS晶體管621之柵極電壓上升高過供應(yīng)電壓源Vin而造成NMOS晶體管621導(dǎo)通。結(jié)果，泵電容624在無任何二極管順向壓降之損失下被充電至完整的供應(yīng)電壓源Vin。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKS1轉(zhuǎn)變?yōu)榈颓視r(shí)鐘信號CLKS2轉(zhuǎn)變?yōu)楦邥r(shí)，NMOS晶體管621因柵極電壓下降而不導(dǎo)通，并且泵電壓Vpp即被升壓至供應(yīng)電壓源Vin加上時(shí)鐘振幅Vclk。參照圖6(c)，電荷泵級63包括二個(gè)NMOS晶體管631與633以及二個(gè)PMOS晶體管632與634，建構(gòu)成一交叉耦合的閉鎖電路。電荷泵級63更包括由時(shí)鐘信號CLKS1與CLKS2所分別驅(qū)動(dòng)的二個(gè)泵電容635與636。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKS1為高且時(shí)鐘信號CLKS2為低時(shí)，NMOS晶體管631導(dǎo)通而泵電容636被充電至供應(yīng)電壓源Vin。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKS1轉(zhuǎn)變?yōu)榈颓視r(shí)鐘信號CLKS2轉(zhuǎn)變?yōu)楦邥r(shí)，PMOS晶體管632導(dǎo)通而使泵電壓Vpp被升壓至供應(yīng)電壓源Vin加上時(shí)鐘振幅Vclk。此時(shí)，NMOS晶體管633也導(dǎo)通而使泵電容635被充電至供應(yīng)電壓源Vin。當(dāng)時(shí)鐘信號CLKS1轉(zhuǎn)變?yōu)楦咔視r(shí)鐘信號CLKS2轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜁r(shí)，PMOS晶體管634導(dǎo)通而使泵電壓Vpp被升壓至供應(yīng)電壓源Vin加上時(shí)鐘振幅Vclk。雖然本發(fā)明已通過較佳實(shí)施例作為例示加以說明，應(yīng)了解的是本發(fā)明不限于在此被公開的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明意欲涵蓋對于熟習(xí)此項(xiàng)技藝之人士而言屬于明顯的各種修改與相似配置。因此，申請專利范圍之范圍應(yīng)根據(jù)最廣之詮釋，而包容所有此類修改與相似配置。權(quán)利要求1.一種緩啟動(dòng)電荷泵電路，包含一時(shí)鐘振幅調(diào)變器，用于產(chǎn)生至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號，該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號之振幅在一振幅調(diào)變時(shí)期內(nèi)從一啟動(dòng)值逐漸變化，該振幅調(diào)變時(shí)期比該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號之一周期更延長一個(gè)或更多個(gè)數(shù)量級；以及一電荷泵，由該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號所驅(qū)動(dòng)，用于轉(zhuǎn)換一供應(yīng)電壓源成為一泵電壓，其中該電荷泵由該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號于其振幅為該啟動(dòng)值時(shí)所啟動(dòng)，使其所產(chǎn)生的該泵電壓之一絕對值相對小，在該啟動(dòng)后該電荷泵被控制成所產(chǎn)生的該泵電壓之該絕對值隨著該至少一時(shí)鐘信號之該振幅之調(diào)變而逐漸變化。2.如權(quán)利要求1所述的緩啟動(dòng)電荷泵電路，其特征在于該時(shí)鐘振幅調(diào)變器包含一緩啟動(dòng)控制器，用于產(chǎn)生一緩啟動(dòng)控制信號，該緩啟動(dòng)控制信號為一具有逐漸變化的位準(zhǔn)之電壓信號；以及一位準(zhǔn)偏移器，回應(yīng)于該緩啟動(dòng)控制信號而調(diào)變該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號之該振幅。3.如權(quán)利要求2所述的緩啟動(dòng)電荷泵電路，其特征在于該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號之該振幅由該緩啟動(dòng)控制信號之該逐漸變化的位準(zhǔn)所決定。4.如權(quán)利要求2所述的緩啟動(dòng)電荷泵電路，其特征在于該緩啟動(dòng)控制器包含一切換電容等效電阻，具有第一與第二端點(diǎn)，該第一端點(diǎn)連接于該供應(yīng)電壓源；以及一充電電容，連接于該第二端點(diǎn)與地面間，使得該緩啟動(dòng)控制信號呈現(xiàn)于該第二端點(diǎn)。5.如權(quán)利要求2所述的緩啟動(dòng)電荷泵電路，其特征在于該位準(zhǔn)偏移器包含至少一時(shí)鐘通道，分別用于產(chǎn)生該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號，其中該至少一時(shí)鐘通道中之每一個(gè)具有一輸出級反相器，該輸出級反相器之一電源供應(yīng)端用于接收該緩啟動(dòng)控制信號，以便控制該至少一振幅調(diào)變時(shí)鐘信號中的所述各個(gè)振幅。6.如權(quán)利要求5所述的緩啟動(dòng)電荷泵電路，其特征在于該至少一時(shí)鐘通道之每一個(gè)更包含一輸入級反相器，具有一電源供應(yīng)端來接收該供應(yīng)電壓源，用于提供一具有固定振幅的時(shí)鐘信號至該輸出級反相器。7.一種啟動(dòng)電荷泵電路的方法，包含產(chǎn)生至少一時(shí)鐘信號，該至少一時(shí)鐘信號之振幅在一振幅調(diào)變時(shí)期內(nèi)從一啟動(dòng)值逐漸變化，該振幅調(diào)變時(shí)期比該至少一時(shí)鐘信號之一周期更延長一個(gè)或更多個(gè)數(shù)量級；在該至少一時(shí)鐘信號之該振幅為該啟動(dòng)值時(shí)，使用該至少一時(shí)鐘信號啟動(dòng)一電荷泵，而轉(zhuǎn)換一供應(yīng)電壓源成為一泵電壓；以及在該啟動(dòng)后，使該泵電壓之一絕對值隨著該至少一時(shí)鐘信號之該振幅之調(diào)變而逐漸變化，以抑制該泵電壓之該絕對值之上升速率。8.如權(quán)利要求7所述的啟動(dòng)電荷泵電路的方法，其特征在于更包含使該至少一時(shí)鐘信號之該振幅在該振幅調(diào)變時(shí)期后達(dá)到一穩(wěn)定值。9.如權(quán)利要求第8項(xiàng)之啟動(dòng)電荷泵電路的方法，其特征在于該穩(wěn)定值等于該供應(yīng)電壓源。10.如權(quán)利要求7所述的啟動(dòng)電荷泵電路的方法，其特征在于在產(chǎn)生至少一時(shí)鐘信號之該步驟中，通過一電容在充電過程中所呈現(xiàn)的跨于該電容之一逐漸升高的電位差而決定該至少一時(shí)鐘信號之該振幅。全文摘要一電荷泵由至少一時(shí)鐘信號所驅(qū)動(dòng)，用于轉(zhuǎn)換一供應(yīng)電壓源成為一泵電壓。該泵電壓為該至少一時(shí)鐘信號之振幅之一函數(shù)，使得當(dāng)該至少一時(shí)鐘信號之該振幅愈大時(shí)該泵電壓之一絕對值則愈大。該至少一時(shí)鐘信號之該振幅調(diào)變成在一振幅調(diào)變時(shí)期內(nèi)從一啟動(dòng)值逐漸變化。該振幅調(diào)變時(shí)期比該至少一時(shí)鐘信號之一周期更延長一個(gè)或更多個(gè)數(shù)量級。該電荷泵由該至少一時(shí)鐘信號于其振幅為該啟動(dòng)值時(shí)所啟動(dòng)。在啟動(dòng)后，該電荷泵被控制成所產(chǎn)生的該泵電壓之該絕對值隨著該至少一時(shí)鐘信號之該振幅之調(diào)變而逐漸變化。文檔編號H02M3/04GK1655431SQ200410003880公開日2005年8月17日申請日期2004年2月10日優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日發(fā)明者陳天賜,曾光男申請人:圓創(chuàng)科技股份有限公司