專利名稱：升壓電路和使用該電路的便攜式設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提升電源電壓并輸出給定高電壓的升壓電路，并涉及一種使用該升壓電路的便攜式設(shè)備。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，電荷泵升壓電路通常用作從電源電壓獲得高于電源電壓的輸出電壓的電源電路。典型地，這種電荷泵升壓電路配置如下。多級電荷泵單元依次連接，以便通過將輸入電壓提升到預(yù)定電平，來獲得輸出電壓，其中每一級電荷泵單元都包括快速電容器和開關(guān)(參見專利文獻1)。
在上述電荷泵升壓電路中，為了獲得預(yù)定電平的輸出電壓，必須根據(jù)其輸出電壓來控制所執(zhí)行的升壓操作。作為與上述內(nèi)容有關(guān)的傳統(tǒng)技術(shù)的示例，專利文獻2公開了一種升壓操作控制方法，通過該方法，檢測升壓電路的輸出電壓，并根據(jù)所檢測的輸出電壓，控制升壓電路中設(shè)置的MOS晶體管的導(dǎo)通度。
專利文獻1JP-A-2003-234408專利文獻2JP-A-H06-351229發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題對于上述電荷泵升壓電路，存在一種串并開關(guān)類型的電荷泵升壓電路和一種如專利文獻1中所述的Dickson類型的電荷泵升壓電路。在任何一種電荷泵升壓電路中，根據(jù)輸入其中的電源電壓和升壓級數(shù)來確定輸出電壓的電平。
因此，為了通過使輸入電壓提升預(yù)定因子而獲得規(guī)定的輸出電壓，需要與預(yù)定因子相同數(shù)目級數(shù)的電荷泵單元。即，還需要與預(yù)定因子相同數(shù)目的快速電容器。
在上述電荷泵電路并入IC中的情況下，設(shè)置在其中的快速電容器占據(jù)較大空間。這導(dǎo)致不希望的IC尺寸的增加，并因此相應(yīng)地導(dǎo)致更高成本。此外，在快速電容器安裝在IC外部的情況下，必須在外部安裝大量片形電容器。結(jié)果，出現(xiàn)了諸如電路板的管腳(footprint)增加和安裝所需的時間和勞力增加的問題。
另一方面，對于輸出電壓控制方法，專利文獻2中公開的電荷泵升壓電路通過根據(jù)輸出電壓而改變檢測器MOS晶體管的導(dǎo)通電阻，來穩(wěn)定輸出電壓。然而，問題在于在閾值電壓附近，導(dǎo)通電阻急劇地改變。這使得難以進行調(diào)節(jié)以獲得穩(wěn)定的輸出電壓。
此外，在專利文獻2中公開的電荷泵升壓電路中，調(diào)節(jié)電荷泵單元的開關(guān)MOS晶體管的柵電壓。然而，用于產(chǎn)生柵電壓的分壓電阻器的電阻和開關(guān)MOS晶體管的浮置電容使得柵電壓的上升沿不太陡峭，從而在開關(guān)MOS晶體管的開關(guān)操作中產(chǎn)生延遲。為了使該延遲最小化，例如可減小分壓電阻器的電阻。然而，這不利地降低了升壓電路的效率。
此外，在專利文獻2中公開的電荷泵升壓電路中，在啟動期間，對電荷泵單元的電容器進行充電。這不利地引起了較大的突入電流的流動。
因此，本發(fā)明的第一目的是提供一種升壓電路和一種使用這種升壓電路的便攜式設(shè)備，該升壓電路能夠通過使用較少級數(shù)的升壓單元，輸出預(yù)定電平的輸出電壓，該預(yù)定電平是使輸入電壓提升預(yù)定因子而獲得的。
本發(fā)明的第二目的是提供一種升壓電路和一種使用這種升壓電路的便攜式設(shè)備，該升壓電路能夠提供預(yù)定電平的輸出電壓的穩(wěn)定輸出，并能夠減小在達到預(yù)定電流電平的啟動期間的突入電流。
為了實現(xiàn)第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，升壓電路包括依次連接的第一級至最后一級升壓單元，向第一級升壓單元輸入輸入電壓，從最后一級升壓單元輸出升壓的輸出電壓。這里，每個升壓單元包括第一和第二輸入節(jié)點；電容器；連接在電容器的一端與第一輸入節(jié)點之間的第一開關(guān)；與電容器的一端以及下一級升壓單元的第一輸入節(jié)點相連的輸出節(jié)點；連接在電容器的另一端與第二輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)；以及連接在電容器的另一端與基準(zhǔn)電位點之間的第三開關(guān)。在包括第一級升壓單元的奇數(shù)級升壓單元中，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第一開關(guān)和第三開關(guān)，并且根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘來接通/斷開第二開關(guān)。在偶數(shù)級升壓單元中，根據(jù)第二時鐘來接通/斷開第一開關(guān)和第三開關(guān)，并根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第二開關(guān)。特定升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定升壓單元前一級的升壓單元的第一輸入節(jié)點相連，從而可執(zhí)行升壓操作，并且不同于該特定升壓單元的升壓單元的第二輸入節(jié)點與預(yù)定電位點相連(第一配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第一配置的升壓電路中，第一級升壓單元的第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及第二級升壓單元的第二輸入節(jié)點與輸入電壓點相連，不同于第一級升壓單元的特定奇數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定奇數(shù)級升壓單元前一級的奇數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連(第二配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第二配置的升壓電路中，不同于第二級升壓單元的特定偶數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定偶數(shù)級升壓單元前一級的偶數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連(第三配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第一配置的升壓電路中，基準(zhǔn)電位點是輸入電壓的電位點，預(yù)定電位點是地電位點，從最后一級升壓單元輸出作為負電壓的輸出電壓，所述負電壓是通過對輸入電壓進行升壓以便在絕對值上大于輸入電壓而獲得的(第四配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第一配置的升壓電路中，第一級升壓單元是以恒定電流工作的升壓單元，從輸入電位點向其第一和第二輸入節(jié)點輸入輸入恒定電流，以便通過輸入恒定電流來執(zhí)行升壓操作(第五配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第五配置的升壓電路中，不同于第一級升壓單元的特定奇數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定奇數(shù)級升壓單元前一級的奇數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連(第六配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第六配置的升壓電路中，不同于第二級升壓單元的特定偶數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定偶數(shù)級升壓單元前一級的偶數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連(第七配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第五配置的升壓電路中，還提供一種電流鏡電路，用于將基準(zhǔn)恒定電流放大預(yù)定因子N(N＞1)，并將輸入恒定電流從恒定電流輸出節(jié)點傳遞到第一級升壓單元(第八配置)。
為了實現(xiàn)第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提升輸入電壓并輸出輸出電壓的升壓電路具有恒定電流控制電路，用于在根據(jù)輸出電壓的第一檢測電壓低于基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流，作為基準(zhǔn)恒定電流，并在第一檢測電壓超過基準(zhǔn)電壓時，停止基準(zhǔn)恒定電流；以及至少一個以恒定電流工作的升壓單元，其中，根據(jù)基準(zhǔn)恒定電流，通過輸入恒定電流來執(zhí)行升壓操作(第九配置)。
優(yōu)選地，在具有第九配置的升壓電路中，恒定電流控制電路包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第一差分放大電路對輸入的第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大。根據(jù)第一差分放大電路的操作，恒定電流控制電路確定產(chǎn)生還是停止基準(zhǔn)恒定電流(第十配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第十配置的升壓電路中，恒定電流控制電路還在根據(jù)輸出電壓且高于第一檢測電壓的第二檢測電壓低于基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生小于第一基準(zhǔn)電流的第二基準(zhǔn)電流，作為基準(zhǔn)恒定電流，并且在第二檢測電壓超過基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流(第十一配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第十一配置的升壓電路中，恒定電流控制電路包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第一差分放大電路對輸入的第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大；以及第二差分放大電路，向該第二差分放大電路輸入第二檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第二差分放大電路對輸入的第二檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大。根據(jù)第一和第二差分放大電路的操作，恒定電流控制電路確定產(chǎn)生第一和第二基準(zhǔn)電流之一作為基準(zhǔn)恒定電流還是停止基準(zhǔn)恒定電流(第十二配置)。
可選地，在具有上述第九配置的升壓電路中，恒定電流控制電路可響應(yīng)于輸入的操作信號來開始操作，并產(chǎn)生小于第一基準(zhǔn)電流的第二基準(zhǔn)電流，作為基準(zhǔn)恒定電流，直到輸入操作信號之后經(jīng)過了預(yù)定時間段為止，并在經(jīng)過了預(yù)定時間段時產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流(第十三配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第十三配置的升壓電路中，恒定電流控制電路包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第一差分放大電路對輸入的第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大；定時器電路，用于響應(yīng)于輸入的操作信號，對預(yù)定時間段進行計數(shù)；以及第二差分放大電路，向該第二差分放大電路輸入定時器電路的輸出和基準(zhǔn)電壓，該第二差分放大電路對輸入的定時器電路的輸出和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大。根據(jù)第一和第二差分放大電路的操作，恒定電流控制電路確定產(chǎn)生第一和第二基準(zhǔn)電流之一作為基準(zhǔn)恒定電流還是停止基準(zhǔn)恒定電流(第十四配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第九配置的升壓電路中，還提供一種電流鏡電路，用于將基準(zhǔn)恒定電流放大預(yù)定因子N(N＞1)，并將輸入恒定電流從恒定電流輸出節(jié)點傳遞到以恒定電流工作的升壓單元(第十五配置)。
優(yōu)選地，在具有上述第十五配置的升壓電路中，以恒定電流工作的升壓單元包括電容器；連接在恒定電流輸出節(jié)點與電容器一端之間的第一開關(guān)，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第一開關(guān)；連接在電容器的另一端與基準(zhǔn)電位點之間的第三開關(guān)，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第三開關(guān)；以及連接在恒定年輸出節(jié)點與電容器的另一端之間的第二開關(guān)，根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘來接通/斷開第二開關(guān)(第十六配置)。
可選地，在具有上述第十五配置的升壓電路中，以恒定電流工作的升壓單元可包括電容器；連接在輸入電壓點或前一級的升壓單元的輸出節(jié)點與電容器的一端之間的第一開關(guān)，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第一開關(guān)；連接在電容器的另一端與基準(zhǔn)電位點之間的第三開關(guān)裝置，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第三開關(guān)裝置；以及連接在恒定電流輸出節(jié)點與電容器的另一端之間的第二開關(guān)，根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘來接通/斷開第二開關(guān)(第十七配置)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，便攜式設(shè)備具有輸出輸入電壓的電池電源；具有第一至第十七配置之一的升壓電路，向升壓電路輸入輸入電壓；以及負載，從升壓電路向該負載提供輸出電壓(第十八配置)。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在升壓電路中，向第一級升壓單元輸入輸入電壓Vcc，并從最后一級升壓單元輸出輸出電壓Vout，通過向特定升壓單元輸入由該特定升壓單元前一級的升壓單元所提升的電壓而非輸入電壓，可以增加每一個升壓單元所提升電壓的電平。與傳統(tǒng)的配置相比，這減少了獲得需要的輸出電壓Vout所需的升壓單元的數(shù)目，可以減少快速電容器的數(shù)目。因此，在將上述升壓電路并入IC中的情況下，可以實現(xiàn)IC的小型化。此外，在將快速電容器安裝在IC之外的情況下，由于減少了安裝在外部的片形電容器的數(shù)目，所以可以減少電路板上的管腳，從而減少安裝所需的時間和勞力。
通過使用以輸入恒定電流來執(zhí)行升壓操作的以恒定電流工作類型的升壓單元作為第一級升壓單元，向升壓單元提供輸入恒定電流Is1。這有助于限制啟動期間的突入電流。這減小了例如電池的電源的負擔(dān)，并有助于減小電源電壓的變化。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)例如電荷泵升壓電路的升壓電路的輸出電壓Vout低于給定電壓Vo1時，通過給定輸入恒定電流Is1來執(zhí)行升壓操作；當(dāng)輸出電壓Vout超過給定電壓Vo1時，停止輸入恒定電流Is1。結(jié)果，通過給定輸入恒定電流來執(zhí)行升壓操作，可以提供預(yù)定電平的輸出電壓的穩(wěn)定輸出。
由于向例如電荷泵單元的升壓單元提供輸入恒定電流Is1，所以在啟動期間不產(chǎn)生突入電流。這減小了例如電池的電源的負擔(dān)，并有助于減小電源電壓的變化。
通過采用以如下方式執(zhí)行自動切換的配置，使得電流逐漸增加，即當(dāng)輸出電壓Vout較低時，提供較小的輸入恒定電流Is2；當(dāng)輸出電壓Vout達到預(yù)定電平時，提供較大的輸入恒定電流Is1。這進一步有助于減小例如電池的電源的負擔(dān)。
通過采用如下配置，即在例如電荷泵升壓電路的升壓電路的啟動期間、在預(yù)定時間段內(nèi)提供較小的恒定電流，然后提供預(yù)定的較大的恒定電流，盡管加長了輸出電壓Vout達到預(yù)定電平Vo1的時間，但是可以進一步減小電池電源的負擔(dān)。此外，由于正常操作期間的較高的供電能力，可以增強對輸出電壓的變化的響應(yīng)。
在升壓電路包括多級升壓單元的情況下，通過使用以恒定電流工作類型的升壓單元作為多級升壓單元中的至少一個，可以執(zhí)行恒定電壓控制。


圖1是示出了使用根據(jù)本發(fā)明的電荷泵升壓電路的便攜式設(shè)備的示意配置的圖。
圖2是示出了第一實施例的升壓電路100A的圖。
圖3是示出了第一實施例所用的時鐘的時序的圖。
圖4是示出了第二實施例的升壓電路100B的圖。
圖5是示出了第三實施例的升壓電路100C的圖。
圖6是示出了第三實施例的升壓電路100C的輸出電壓-輸入恒定電流特性曲線的圖。
圖7是示出了第三實施例的升壓電路100C的恒定電流控制電路20的特定配置示例的圖。
圖8是示出了第四實施例的升壓電路100D的圖。
圖9是示出了第五實施例的升壓電路100E的圖。
圖10是示出了第六實施例的升壓電路100F的輸出電壓-輸入恒定電流特性曲線的圖。
圖11是示出了第六實施例的升壓電路100F的恒定電流控制電路20的特定配置示例的圖。
圖12是示出了第七實施例的升壓電路100G的恒定電流控制電路20的特定配置示例的圖。
圖13是示出了第八實施例的升壓電路100H的圖。
圖14是示出了第九實施例的升壓電路100I的圖。
圖15是示出了第十實施例的升壓電路100J的圖。
附圖標(biāo)記列表100，100A至100J電荷泵升壓電路BAT電池電源
10 電流鏡電路11，12 PMOS20 恒定電流控制電路21，22，23 分壓電阻器24 差分放大電路26 可變恒流源電路30，40，50，60 電荷泵單元SA11至SA42，SB11至SB42開關(guān)C1，C2，C3，C4 快速電容器Co 輸出電容器Vcc 輸入電壓Vout輸出電壓Vreg調(diào)整電壓Vref基準(zhǔn)電壓Vdet1 第一檢測電壓Vdet2 第二檢測電壓Io 輸出電流Iref基準(zhǔn)恒定電流Ir1 第一基準(zhǔn)電流Ir2 第二基準(zhǔn)電流Isink 輸入恒定電流Is1 第一輸入恒定電流Is2 第二輸入恒定電流CLK1，CLK2 時鐘ST 操作信號具體實施方式
下面，將參考附圖來描述體現(xiàn)本發(fā)明的升壓電路和使用該升壓電路的便攜式設(shè)備。
圖1是示出了使用根據(jù)本發(fā)明的電荷泵升壓電路的便攜式設(shè)備的示意配置的圖。
在圖1中，電荷泵升壓電路100從電池電源BAT接收輸入電壓Vcc，并提升輸入電壓Vcc，以便獲得預(yù)定電平的輸出電壓Vout。
輸出電壓Vout被作為操作電壓提供給諸如使用CCD(電荷耦合器件)等的成像電路300和數(shù)字信號處理器400之類的負載設(shè)備。在該示例中，輸出電壓Vout被提供給成像電路300的接口電路310和數(shù)字信號處理器400的接口電路410。然而，這僅僅是可怎樣實現(xiàn)本發(fā)明的示例，而決不意味著要限制本發(fā)明的應(yīng)用。
向需要不同于輸出電壓Vout的電壓的例如設(shè)置在數(shù)字信號處理器400中的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器420的負載設(shè)備提供調(diào)整電壓Vreg，或者由穩(wěn)壓器200調(diào)整的輸出電壓Vout。
圖2是示出了升壓電路100的第一實施例(下面稱為升壓電路100A)的圖。在圖2中，作為實現(xiàn)方式的示例，描述了產(chǎn)生通過使輸入電壓Vcc提升因子5而獲得的輸出電壓Vout的配置。
圖3是示出了升壓電路100A所用的時鐘的時序的圖。要注意，該圖所示的時鐘CLK1和CLK2的時序同樣適用于后面所述的其它實施例。
如圖2所示，本實施例的升壓電路100A包括依次連接的第一級至第三級電荷泵單元30至50，作為其升壓單元。
電荷泵單元30、40和50具有基本相同的配置。現(xiàn)在，作為這種配置的示例，來描述第一級電荷泵單元30的具體配置。第一級電荷泵單元30包括快速電容器C1；連接在電容器C1的一端與第一輸入節(jié)點之間的第一開關(guān)SA11；與電容器C1的一端以及后一級電荷泵單元40的第一輸入節(jié)點相連的輸出節(jié)點；連接在電容器C1的另一端與第二輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)SB11；以及連接在電容器C1的另一端與用作基準(zhǔn)電位點的地之間的第三開關(guān)SA12。
在第二級電荷泵單元40和最后一級電荷泵單元50中，電容器的附圖標(biāo)記分別為C2和C3，第一至第三開關(guān)的附圖標(biāo)記分別為SB21、SA21、SB22和SA31、SB31、SA32。
最后一級電荷泵單元50還包括連接在電容器C3的一端與輸出電壓點之間并根據(jù)第二時鐘CLK2來接通/斷開的第四開關(guān)SB32。第四開關(guān)SB32避免從輸出電容器Co回流。因此，僅在最后一級電荷泵單元中設(shè)置第四開關(guān)。換言之，第四開關(guān)僅必須設(shè)置在最后一級電荷泵單元之外的輸出電容器Co的輸入側(cè)。
在包括第一級電荷泵單元的奇數(shù)級電荷泵單元30和50中，根據(jù)第一時鐘CLK1來接通/斷開第一開關(guān)SA11和SA31以及第三開關(guān)SA12和SA32，并且根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘CLK2來接通/斷開第二開關(guān)SB11和SB31。另一方面，在偶數(shù)級電荷泵單元40中，根據(jù)第二時鐘CLK2來接通/斷開第一開關(guān)SB21和第三開關(guān)SB22，并根據(jù)第一時鐘CLK1來接通/斷開第二開關(guān)SA21。
如圖3所示，第一時鐘CLK1和第二時鐘CLK2是兩相時鐘，并幾乎反相?？蛇x地，這兩個時鐘可以是沒有兩者皆為導(dǎo)通的時間段的時鐘。
第一級電荷泵單元30的第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及第二級電荷泵單元40的第二輸入節(jié)點與輸入電壓點相連，其中通過該輸入電壓點輸入輸入電壓Vcc。不同于第一級電荷泵單元30的特定奇數(shù)級電荷泵單元(在該圖中是最后一級電荷泵單元50)的第二輸入節(jié)點與該特定奇數(shù)級電荷泵單元的前一級的奇數(shù)電荷泵單元(在該圖中是第一級電荷泵單元30)的輸出節(jié)點相連。因此，電荷泵單元30的輸出節(jié)點與后一級電荷泵單元40的第一輸入節(jié)點相連，并與最后一級電荷泵單元50的第二輸入節(jié)點相連。
在依次連接四個或更多個電荷泵單元的情況下，不同于第二級電荷泵單元40的特定偶數(shù)級電荷泵單元(圖2中不存在這種電荷泵單元，因為只有三個電荷泵單元)的第二輸入節(jié)點與該特定偶數(shù)級電荷泵單元的前一級的偶數(shù)級電荷泵單元的輸出節(jié)點相連。因此，電荷泵單元40的輸出節(jié)點與后一級電荷泵單元50的第一輸入節(jié)點相連，并與第四級電荷泵單元(如果有的話)的第二輸入節(jié)點相連。
由于電荷泵單元50的第二輸入節(jié)點與電荷泵單元30的輸出節(jié)點相連，所以該輸出節(jié)點處的電壓，即“2×Vcc”，由電荷泵單元50用于升壓操作。以這種方式，通過使用四個電容器，即快速電容器C1至C3和輸出電容器Co，可以獲得升壓電壓“Vcc×5”，作為輸出電壓Vout。因此，利用本發(fā)明第一實施例的配置，與需要五個電容器來產(chǎn)生所需電壓的傳統(tǒng)電荷泵升壓電路相比，可以用更少數(shù)目的電容器來產(chǎn)生所需電壓。
與升壓電路100A的輸出電壓點相連的輸出電容器Co被充電至輸出電壓Vout。所產(chǎn)生的輸出電壓Vout被作為操作電壓輸出到負載，并且輸出滿足負載需求的輸出電流Io。
在上述第一實施例中，存儲在電荷泵單元30的電容器C1中的電荷被饋送到電荷泵單元40和電荷泵單元50。因此，優(yōu)選地，使電容器C1的電容大于電容器C2和C3的電容。即，優(yōu)選地，用作向多個電荷泵單元饋送其中存儲的電荷的電容器(例如C1)是電容大于其他電容器(例如C2和C3)的電容的電容器。對于后面所述的其它實施例，這同樣成立。
圖4是示出了升壓電路100的第二實施例(下面稱為升壓電路100B)的圖。在圖4中，作為實現(xiàn)方式的示例，描述產(chǎn)生通過使輸入電壓Vcc提升因子8而獲得的輸出電壓Vout的配置。
如圖4所示，本實施例的升壓電路100B包括四個依次連接的電荷泵單元30至60，作為其升壓單元。盡管增加了依次連接的電荷泵單元的數(shù)目，圖4所示第二實施例的基本配置與上述第一實施例的基本配置類似。
在圖4中，電荷泵單元60是最后一級單元。因此，連接在電容器C4的一端與輸出電壓點之間并根據(jù)第一時鐘CLK1而接通/斷開的第四開關(guān)SA42設(shè)置在電荷泵單元60中。在最后一級電荷泵單元60中，電容器的附圖標(biāo)記是C4，第一至第三開關(guān)的附圖標(biāo)記是SB41、SA41和SB42。
在該示例中，由于依次連接了四個電荷泵單元，所以作為不同于第二級電荷泵單元40的偶數(shù)級電荷泵單元，第四級電荷泵單元60的第二輸入節(jié)點與作為電荷泵單元60的前一級的偶數(shù)級電荷泵單元的電荷泵單元40的輸出節(jié)點相連。
在圖4中，由于電荷泵單元50的第二輸入節(jié)點與電荷泵單元30的輸出節(jié)點相連，所以該輸出節(jié)點處的電壓，即“2×Vcc”，由電荷泵單元50用于升壓操作。因此，從電荷泵單元50的輸出節(jié)點輸出通過使輸入電壓Vcc提升因子5而獲得的升壓電壓“5×Vcc”。
此外，由于電荷泵單元60的第二輸入節(jié)點與電荷泵單元40的輸出節(jié)點相連，所以該輸出節(jié)點處的電壓，即“3×Vcc”，由電荷泵單元60用于升壓操作。因此，從電荷泵單元60的輸出節(jié)點輸出通過使輸入電壓Vcc提升因子8而獲得的升壓電壓“8×Vcc”。
以這種方式，通過使用五個電容器，即快速電容器C1至C4和輸出電容器Co，可以獲得升壓電壓“Vcc×8”，作為輸出電壓。因此，利用本發(fā)明第二實施例的配置，與需要八個電容器來產(chǎn)生所需要電壓的傳統(tǒng)電荷泵升壓電路相比，可以用更少數(shù)目的電容器來產(chǎn)生升壓了因子8的所需高電壓。
如上所述，在本發(fā)明的第一和第二實施例中，特定電荷泵單元50或60的第二輸入節(jié)點與該特定電荷泵單元的前一級的電荷泵單元30或40的輸出節(jié)點相連，因此可執(zhí)行升壓操作，并且不同于該特定電荷泵單元的電荷泵單元30或40的第二輸入節(jié)點與預(yù)定電位點相連(例如輸入電位點)。
也即，代替輸入電壓Vcc，向特定電荷泵單元50或60輸入從該特定電荷泵單元的前一級的電荷泵單元30或40輸出的升壓電壓，因此增加了由每個電荷泵單元提升的電壓的電平。與傳統(tǒng)的配置相比，該配置減少了獲得所需輸出電壓Vout所需的電荷泵單元的數(shù)目。因此，可以減少快速電容器的數(shù)目。
因此，在將上述升壓電路100B并入IC的情況下，可以實現(xiàn)IC的小型化。此外，在將快速電容器C1至C4安裝在IC外部的情況下，由于減少了安裝在外部的片形電容器的數(shù)目，所以可以減少電路板上的管腳，從而減少安裝所需的時間和勞力。
圖5是示出了升壓電路100的第三實施例(下面稱為升壓電路100C)的圖。如圖所示，升壓電路100C與圖2所示第一實施例的不同之處在于用以電流工作的電荷泵單元30替換第一級電荷泵單元30。此外，升壓電路100C具有以下配置控制輸出電壓Vout，使之成為預(yù)定恒定電壓。注意，電荷泵單元40和50與圖2所示的電荷泵單元40和50類似。
在圖5中，電流鏡電路10包括P型MOS晶體管11(下面稱為PMOS)，其柵極與漏極連接在一起；以及PMOS 12，其柵極與PMOS11的柵極相連。PMOS 11與PMOS 12的電流鏡像比是1∶N。該電流鏡像比可以是任意給定的值，例如，它可以是幾十到幾百。
當(dāng)基準(zhǔn)恒定電流Iref流經(jīng)PMOS 11時，是基準(zhǔn)恒定電流Iref N倍的輸入恒定電流Isink可流經(jīng)PMOS 12。
該輸入恒定電流Isink被提供給用作第一級電荷泵單元的以電流工作的電荷泵單元30。在以電流工作的電荷泵單元30中，通過使用輸入恒定電流Isink，來執(zhí)行升壓操作，并且從其輸出節(jié)點向電荷泵單元40的第一輸入節(jié)點以及電荷泵單元50的第二輸入節(jié)點輸出所產(chǎn)生的升壓電壓。
與升壓電路100C的輸出電壓點相連的輸出電容器Co被充電到輸出電壓Vout。所產(chǎn)生的輸出電壓Vout被作為操作電壓輸出到負載，并且輸出滿足負載需求的輸出電流Io。
從電流鏡電路10的恒定電流輸出節(jié)點向以電流工作的電荷泵單元30的第一和第二輸入節(jié)點輸入輸入恒定電流Isink。
在恒定電流控制電路20中，輸出電壓Vout由電阻器21(具有電阻R1)和電阻器22(具有電阻R2)分壓，從而獲得根據(jù)輸出電壓Vout的第一檢測電壓Vdet1。差分放大電路24接收第一檢測電壓Vdet1和基準(zhǔn)電壓Vref，作為兩個輸入，并在輸入操作信號ST時進行操作。差分放大電路24對這樣接收的兩個輸入執(zhí)行差分放大，并產(chǎn)生差分輸出。差分放大電路24可配置為比較器電路。盡管上述說明涉及向差分放大電路24輸入操作信號ST的情況，但是僅必須將操作信號ST輸入恒定電流控制電路20，以便根據(jù)操作信號ST來控制恒定電流控制電路20的操作。
根據(jù)差分放大電路24的輸出，調(diào)節(jié)可變恒流源電路26的電流值，即基準(zhǔn)恒定電流Iref。當(dāng)?shù)谝粰z測電壓Vdet1低于基準(zhǔn)電壓Vref時，可變恒流源電路26產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流Ir1，作為基準(zhǔn)恒定電流Iref。隨著第一檢測電壓Vdet1接近基準(zhǔn)電壓Vref，基準(zhǔn)恒定電流Iref減小。當(dāng)?shù)谝粰z測電壓Vdet1超過基準(zhǔn)電壓Vref時，停止基準(zhǔn)恒定電流Iref。以這種方式，恒定電流控制電路20根據(jù)第一檢測電壓Vdet1的電平，即輸出電壓Vout，來調(diào)節(jié)基準(zhǔn)恒定電流Iref。
下面參考圖6來描述第三實施例的電荷泵電路100C的操作，其中圖6示出了輸出電壓Vout-輸入恒定電流Isink的特性曲線。
考慮升壓電路100C從輸出電壓Vout為零的狀態(tài)開始操作。當(dāng)產(chǎn)生操作信號ST時，恒定電流控制電路20開始操作。同時，未示出的時鐘發(fā)生器開始操作，并產(chǎn)生第一和第二時鐘CLK1和CLK2。
當(dāng)恒定電流控制電路20開始操作時，差分放大電路24對第一檢測電壓Vdet1和基準(zhǔn)電壓Vref執(zhí)行差分放大。由于在操作開始時第一檢測電壓Vdet1低于基準(zhǔn)電壓Vref，所以差分放大電路24產(chǎn)生較大的差分輸出。響應(yīng)于此，可變恒流源電路26產(chǎn)生給定的第一基準(zhǔn)電流Ir1，作為基準(zhǔn)恒定電流Iref。
在電流鏡電路10中，產(chǎn)生通過使第一基準(zhǔn)電流Ir1放大與電流鏡像比相對應(yīng)的因子N而獲得的第一輸入恒定電流Is1。這樣獲得的第一輸入恒定電流Is1從電流鏡電路10輸出到電荷泵單元30。
在電荷泵單元30中，根據(jù)第一時鐘CLK1來接通/斷開第一和第三開關(guān)SA11和SA12，并且根據(jù)第二時鐘CLK2來接通/斷開第二開關(guān)SB11。接通/斷開第一和第二開關(guān)SA11和SA12以及第二開關(guān)SB11，使得在后者斷開時前者接通，反之亦然。
在第一和第三開關(guān)SA11和SA12接通時，僅在接通時間段T期間，由恒定電流，即沿著從第一開關(guān)SA11經(jīng)由電容器C1到第三開關(guān)SA12的第一路徑流動的第一輸入恒定電流Is1，對電容器C1進行充電，因此電容器C1具有如圖所示的極性。此時，電容器C1的充電電壓等于“第一輸入恒定電流Is1×接通時間段T/電容器C1的電容”。
另一方面，當(dāng)接通第二開關(guān)SB11時，由恒定電流，即沿著從第一開關(guān)SB11經(jīng)由電容器C1到輸出節(jié)點的第二路徑的第一輸入恒定電流Is1，執(zhí)行升壓操作，從而對電容器C1進行充電，使之具有如圖所示的極性。
在這種情況下，與傳統(tǒng)配置不同，由于向電荷泵單元30提供第一輸入恒定電流Is1，所以即使在啟動期間也不會產(chǎn)生突入電流。這減少了例如電池電源BAT的電源的負擔(dān)，并有助于減小電源電壓Vcc的變化。
根據(jù)第一和第二時鐘CLK1和CLK2，重復(fù)執(zhí)行流經(jīng)第一路徑的恒定電流的充電和流經(jīng)第二路徑的恒定電流的升壓。輸出電壓Vbut在經(jīng)過進一步執(zhí)行升壓的電荷泵單元40和50的同時逐漸增加。
通過第一輸入恒定電流Is1，執(zhí)行電荷泵單元30中執(zhí)行的恒定電流的充電和升壓。因此，與傳統(tǒng)配置不同，即使在輸出電壓Vout變得相當(dāng)大時，充電速度和升壓速度也不會下降。
隨著輸出電壓Vout接近目標(biāo)電壓，即第一輸出電壓Vo1，差分放大電路24的差分輸出變小，相應(yīng)地，基準(zhǔn)恒定電流Iref從第一基準(zhǔn)電流Ir1向零減小。當(dāng)輸出電壓Vout達到或超過第一輸出電壓Vo1時，差分放大電路24的差分輸出變?yōu)榱慊蜇撝担鄳?yīng)地，基準(zhǔn)恒定電流Iref變?yōu)榱恪＝Y(jié)果，輸入恒定電流Isink變?yōu)榱悖鄳?yīng)地，暫停升壓電路100C的升壓操作。
由于即使在該暫停狀態(tài)下，也持續(xù)地產(chǎn)生操作信號ST，所以恒定電流控制電路20仍然工作。此外，由于還持續(xù)地產(chǎn)生第一和第二時鐘CLK1和CLK2，所以重復(fù)地接通/斷開開關(guān)。
因此，當(dāng)作為輸出電流Io提供給負載的結(jié)果，輸出電壓Vout減小到小于第一輸出電壓Vo1時，立即重啟升壓電路100C的升壓操作。
如上所述，在升壓電路100C中，通過給定輸入恒定電流，以如下方式執(zhí)行升壓操作重復(fù)地暫停和重啟，以便使輸出電壓Vout保持在接近第一輸出電壓Vo1的電平處。
要注意，可通過使差分放大電路24滯后，減小暫停和重啟升壓操作的頻率。
盡管圖5示出了控制輸出電壓Vout使之成為恒定電壓的配置，但是也可采用不執(zhí)行這種恒定電壓控制的配置。在這種情況下，僅必須流通基準(zhǔn)恒定電流Iref或停止流通該電流。具體地，例如，僅必須通過使用操作信號ST來接通或斷開可變恒流源電路26的操作。
圖7是示出了圖5所示的恒定電流控制電路20以及電流鏡電路10的特定配置示例的圖。
在圖7中，在輸入電壓點(電源電壓點)與地之間，串聯(lián)有PMOS241和恒流源電路240，PMOS 241的柵極和漏極連接在一起，恒流源電路240由操作信號ST控制，以便接通或斷開，并在接通時流過恒定電流100。還提供了PMOS 242，其源極和柵極與PMOS 241的源極和柵極相連，并且其電流鏡像比為1∶M1(例如M1是10)。
在PMOS 242的漏極與地之間，串聯(lián)有PMOS 243和N型MOS晶體管(下面稱為NMOS)244，并且串聯(lián)有PMOS 245和NMOS 246，其中NMOS 244的漏極和柵極連接在一起。向PMOS 243的柵極施加第一檢測電壓Vdet1，并向PMOS 245的柵極施加基準(zhǔn)電壓Vref。PMOS243、NMOS 244、PMOS 245以及NMOS 246共同構(gòu)成了第一差分放大電路。
在電源電壓點和地之間，串聯(lián)有PMOS 262和NMOS 261，并且串聯(lián)有PMOS 264和NMOS 263，其中PMOS 262的柵極和漏極連接在一起，NMOS 261的柵極與NMOS 246的柵極相連，PMOS 264的柵極與PMOS 262的柵極相連，NMOS 263的柵極與NMOS 244的柵極相連。PMOS 262與PMOS 264之間的電流鏡像比設(shè)置為1∶1。NMOS246與NMOS 261之間的電流鏡像比所以及NMOS 244與NMOS 263之間的電流鏡像比均設(shè)置為1∶1。
在PMOS 264與NMOS 263串聯(lián)的節(jié)點與電源電壓點之間，設(shè)置有PMOS 265，PMOS 265的柵極和漏極連接在一起。在電源電壓點和地之間，串聯(lián)有PMOS 266和NMOS 267，其中PMOS 266的柵極與PMOS 265的柵極相連，NMOS 267的漏極與柵極連接在一起。PMOS265與PMOS 266之間的電流鏡像比設(shè)置為1∶M3(例如M3是50)。
在電流鏡電路10的PMOS 11的漏極與地之間，設(shè)置有NMOS268，NMOS 268的柵極與NMOS 267的柵極相連。NMOS 267與NMOS268之間的電流鏡像比設(shè)置為1∶1。
在圖7所示的恒定電流控制電路20中，執(zhí)行與圖5和6所述類似的控制操作。即，在產(chǎn)生操作信號ST時(即變?yōu)楦唠娖綍r)，恒定電流控制電路20開始操作。在第一差分放大電路中，對第一檢測電壓Vdet1和基準(zhǔn)電壓Vref執(zhí)行差分放大。根據(jù)差分放大的結(jié)果，調(diào)節(jié)基準(zhǔn)恒定電流Iref。
圖8是示出了升壓電路100的第四實施例(下面稱為升壓電路100D)的圖。本實施例的升壓電路100D輸出通過提升輸入電壓Vcc以便在絕對值上大于輸入電壓Vcc而獲得的為負電壓的輸出電壓Vout。
圖8所示的實施例與圖4所示的第二實施例的不同之處在于以下方面。在電荷泵單元30至60中，圖4中與地相連的節(jié)點在圖8中與輸入電位點相連，并且圖4中與輸入電位點相連的節(jié)點在圖8中與地相連。
如上所述，在本實施例的升壓電路100D中，第一和第二實施例中的基準(zhǔn)電位點改變?yōu)檩斎腚妷旱碾娢稽c，并且預(yù)定電位點改變?yōu)榈仉娢稽c。以這種方式，通過簡單地改變輸入電壓和地的電位點的節(jié)點電位，可以從輸入電壓Vcc產(chǎn)生負提升的電壓，而不產(chǎn)生正提升的電壓Vout。
圖9是示出了升壓電路100的第五實施例(下面稱為升壓電路100E)的圖。如圖所示，本實施例的升壓電路100E與第三實施例的升壓電路類似，即具有以電流工作的電荷泵單元30作為升壓單元，但是與第一至第四實施例的不同之處在于其不具有多級升壓單元依次連接的配置。
以電流工作的電荷泵單元30包括快速電容器C1；第一開關(guān)SA11，連接在輸出電流鏡電路10的輸入恒定電流Isink的恒定電流輸出節(jié)點與電容器C1的一端之間，并根據(jù)第一時鐘CLK1而接通/斷開；第三開關(guān)，連接在電容器C1的另一端與基準(zhǔn)電位點(例如地)之間，并根據(jù)第一時鐘CLK1而接通/斷開；以及第二開關(guān)SB11，連接在輸出輸入恒定電流Isink的恒定電流輸出節(jié)點與電容器C1的另一端之間，并根據(jù)幾乎與第一時鐘CLK1反相的第二時鐘CLK2而接通/斷開。
此外，設(shè)置有第四開關(guān)SB12，連接在電容器C1的一端與輸出電壓點之間，并根據(jù)第二時鐘CLK2而接通/斷開。第四開關(guān)SB12避免從輸出電容器Co回流。因此，在多級電荷泵單元依次連接的情況下，僅在最后一級電荷泵單元中設(shè)置第四開關(guān)。換言之，僅必須在最后一級電荷泵單元之外的輸出電容器Co的輸入側(cè)設(shè)置第四開關(guān)。
要注意，電流鏡電路10和恒定電流控制電路20的電路配置和操作以及輸出電壓Vout-輸入恒定電流Isink的特性曲線與參考圖5至7具體描述的第三實施例類似。因此，在本實施例的電荷泵單元30中，同樣通過輸入恒定電流Isink來執(zhí)行升壓操作，并輸出所產(chǎn)生的升壓電壓。通過該升壓電壓，將與輸出電壓點相連的輸出電容器Co充電至輸出電壓Vout。所產(chǎn)生的輸出電壓Vout被作為操作電壓輸出到負載，并輸出滿足負載需求的輸出電流Io。
如上所述，本實施例的升壓電路100E包括恒定電流控制電路20，用于當(dāng)根據(jù)輸出電壓Vout的第一檢測電壓Vdet1低于基準(zhǔn)電壓Vref時，產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流Ir1，作為基準(zhǔn)恒定電流Iref，并在第一檢測電壓Vdet1超過基準(zhǔn)電壓Vref時，停止基準(zhǔn)恒定電流Iref；以及至少一個以恒定電流工作的升壓單元30，其中，根據(jù)基準(zhǔn)恒定電流Iref，通過輸入恒定電流Isink來執(zhí)行升壓操作。利用這種配置，通過給定的輸入恒定電流Isink來執(zhí)行升壓操作。這可以提供預(yù)定電平的輸出電壓Vout的穩(wěn)定輸出。
此外，由于向電荷泵單元30提供給定的輸入恒定電流Isink(第一輸入恒定電流Is1)，所以在啟動期間不產(chǎn)生突入電流。這減小了諸如電池電源BAT的電源的負擔(dān)，并有助于減小電源電壓Vcc的變化。
接下來，描述升壓電路100的第六實施例(下面稱為升壓電路100F)。本實施例的升壓電路100F具有與上述第五實施例基本相同的配置，并且區(qū)別特征在于通過減小輸入恒定電流Isink的增加幅度，修改了恒定電流控制電路20的配置，使之具有圖10所示的輸出電壓Vout-輸入恒定電流Isink的特性曲線。
為了實現(xiàn)圖10所示的特性曲線，在恒定電流控制電路20中，除了上述第一檢測電壓Vdet1之外，還使用根據(jù)輸出電壓Vout而改變并且高于第一檢測電壓Vdet1的第二檢測電壓Vdet2。第二檢測電壓Vdet2設(shè)置為當(dāng)輸出電壓Vout達到低于第一輸出電壓Vo1的給定第二輸出電壓Vo2時，與基準(zhǔn)電壓Vref相等。
當(dāng)?shù)诙z測電壓Vdet2低于基準(zhǔn)電壓Vref時，產(chǎn)生小于第一基準(zhǔn)電流Ir1的第二基準(zhǔn)電流Ir2，作為基準(zhǔn)恒定電流Iref。因此，在該狀態(tài)下，輸入恒定電流Isink是小于第一輸入恒定電流Is1的第二輸入恒定電流Is2。
當(dāng)輸出電壓Vout達到第二輸出電壓Vo2時，第二檢測電壓Vdet2超過基準(zhǔn)電壓Vref。因此，恒定電流控制電路20產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流Ir1。結(jié)果，輸入恒定電流Isink增加為第一輸入恒定電流Is1。
如上所述，以下面的方式來執(zhí)行自動切換。當(dāng)輸出電壓Vout為低時，提供較小的第二輸入恒定電流Is2；當(dāng)輸出電壓Vout達到預(yù)定電平時，提供較大的第一輸入恒定電流Is1。這使得電流從零逐漸增加到第二輸入恒定電流Is2，然后從第二輸入恒定電流Is2逐漸增加到第一輸入恒定電流Is1。因此，可以進一步減小例如電池電源BAT的電源的負擔(dān)。
圖11示出了實現(xiàn)圖10所示的特性曲線的恒定電流控制電路20以及電流鏡電路10的特定配置示例。
在下面的說明中，僅解釋圖11所示的配置與圖7所示的配置之間的差異。在圖11中，設(shè)置有PMOS 251，其柵極和源極與PMOS 242的柵極和源極相連，并與PMOS 241和PMOS 242一起構(gòu)成電流鏡配置。PMOS 241、PMOS 242以及PMOS 251之間的電流鏡像比設(shè)置為1∶M1∶M2(例如1∶10∶7)。即M1＜M2。
分壓電阻器21、22和23對輸出電壓Vout分壓，以產(chǎn)生第一檢測電壓Vdet1和高于第一檢測電壓Vdet1的第二檢測電壓Vdet2。第一檢測電壓Vdet1可以與上述第五實施例的第一檢測電壓Vdet1處于相同的電壓電平。第二檢測電壓Vdet2總是以給定比率高于第一檢測電壓Vdet1，而與輸出電壓Vout的變化無關(guān)。
在PMOS 251的漏極與地之間，串聯(lián)有PMOS 252和NMOS 253，NMOS 253的漏極與柵極連接在一起。在PMOS 251的漏極和PMOS245與NMOS 246串聯(lián)的節(jié)點之間，連接有PMOS 254。向PMOS 254的柵極施加第二檢測電壓Vdet2，并向PMOS 252的柵極施加基準(zhǔn)電壓Vref。PMOs 252、NMOS 253以及PMOS 254共同構(gòu)成第二差分放大電路。
在圖11所示的恒定電流控制電路20中，在第二差分放大電路中，對基準(zhǔn)電壓Vref和第二檢測電壓Vdet2執(zhí)行差分放大。作為該差分放大的結(jié)果，在輸出電壓Vout低于第二輸出電壓Vo2的間隔期間，通過PMOS 251的電流流經(jīng)PMOS 254和NMOS 246。
在這種狀態(tài)下，流經(jīng)PMOS 265的電流等于流經(jīng)NMOS 244的電流與流經(jīng)NMOS 246的電流之間的差值，即I00×(M1-M2)。
因此，由于基準(zhǔn)恒定電流Iref是小于第一基準(zhǔn)電流Ir1的第二基準(zhǔn)電流Ir2，所以輸入恒定電流Isink是小于第一輸入恒定電流Is1的第二輸入電流Is2。由PMOS 242與PMOS 251之間的鏡像比，即M1∶M2來確定第二輸入電流Is2小于第一輸入恒定電流Is1的程度。
當(dāng)輸出電壓Vout增加并且第二檢測電壓Vdet2超過基準(zhǔn)電壓Vref時，斷開PMOS 254并接通PMOS 252。在這種狀態(tài)下，由于執(zhí)行與第五實施例相同的操作，所以輸入恒定電流Isink是第一輸入恒定電流Is1。
接下來，描述升壓電路100的第七實施例(下面稱為升壓電路100G)。本實施例的升壓電路100G具有與上述第六實施例基本相同的配置，并且區(qū)別特征在于修改了恒定電流控制電路20的配置，由較小的輸入恒定電流Isink(第二輸入恒定電流Is2)使輸出電壓Vout增加為第一輸出電壓Vo1，并且由較大的輸入恒定電流Isink(第一輸入恒定電流Is1)來處理隨后發(fā)生的負載的變化。
圖12示出了實現(xiàn)上述操作的恒定電流控制電路20以及電流鏡電路10的特定配置示例。
如圖所示，恒定電流控制電路20包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓Vdet1和基準(zhǔn)電壓Vref，該第一差分放大電路對這些輸入執(zhí)行差分放大；定時器電路260，用于接收操作信號ST并對預(yù)定時間段τ進行計數(shù)；以及第二差分放大電路，向該第二差分放大電路輸入定時器電路260的輸出以及基準(zhǔn)電壓Vref，該第二差分放大電路對這些輸入執(zhí)行差分放大。
根據(jù)第一和第二差分放大電路的操作，確定產(chǎn)生第一和第二基準(zhǔn)電流Ir1和Ir2之一作為基準(zhǔn)恒定電流Iref還是停止基準(zhǔn)恒定電流Iref。
在圖12中，設(shè)置定時器電路260，用于僅在產(chǎn)生操作信號ST之后的預(yù)定時間段τ內(nèi)產(chǎn)生L電平輸出信號。定時器電路260的輸出信號被饋送到第二差分放大電路的PMOS254的柵極。因此，與上述第六實施例不同，第七實施例不需要第二檢測電壓Vdet2。
預(yù)定時間段τ設(shè)置為足夠輸出電壓Vout達到第一輸出電壓Vo1的時間段。可選地，按照需要，預(yù)定時間段τ可設(shè)置為輸出電壓Vout低于第一輸出電壓Vo1的時間段，以便實現(xiàn)圖10所示的特性曲線。
根據(jù)第七實施例，盡管加長了輸出電壓Vout達到第一輸出電壓Vo1的時間，但是可以進一步減小電池電源BAT的負擔(dān)。此外，由于正常操作期間的高供電能力，可以增強對輸出電壓Vout的變化的響應(yīng)。
圖13是示出了升壓電路100的第八實施例(下面稱為升壓電路100H)的圖。如圖所示，本實施例的升壓電路100H具有與圖9所示的第五實施例幾乎相同的配置，但是不同之處在于第一開關(guān)SA11與電源電壓點相連而不是與電流鏡電路10的輸出節(jié)點相連。
在本實施例的升壓電路100H中，當(dāng)?shù)谝缓偷谌_關(guān)SA11和SA12接通時，僅在接通時間段T期間，由通過從第一開關(guān)SA11經(jīng)由電容器C1到第三開關(guān)SA12的第一路徑施加的電源電壓Vcc對電容器C1進行充電，使之具有如圖所示的極性。
另一方面，當(dāng)?shù)诙偷谒拈_關(guān)SB11和SB12接通時，由恒定電流，即流經(jīng)從第二開關(guān)SB11經(jīng)由電容器C1和第四開關(guān)SB12到輸出電容器Co的第二路徑的第一輸入恒定電流Is1，來執(zhí)行升壓操作，以便對輸出電容器Co進行充電，使之具有如圖所示的極性。
根據(jù)第一和第二時鐘CLK1和CLK2，重復(fù)執(zhí)行流經(jīng)第一路徑的恒定電流的充電和流經(jīng)第二路徑的恒定電流的升壓。結(jié)果，輸出電壓Vout逐漸增加。
隨著輸出電壓Vout接近目標(biāo)電壓，即第一輸出電壓Vo1，差分放大電路24的差分輸出變小，相應(yīng)地，基準(zhǔn)恒定電流Iref從第一基準(zhǔn)電流Ir1向零減小。當(dāng)輸出電壓Vout達到或超過第一輸出電壓Vo1時，差分放大電路24的差分輸出變?yōu)榱慊蜇撝担鄳?yīng)地，基準(zhǔn)恒定電流Iref變?yōu)榱恪４藭r，僅執(zhí)行流經(jīng)第一路徑的恒定電流的充電。因此，輸入恒定電流Isink也變?yōu)榱悖鄳?yīng)地，暫停升壓電路100H的升壓操作。
圖14是示出了升壓電路100的第九實施例(下面稱為升壓電路100I)的圖。如圖所示，本實施例的升壓電路100I包括多級電荷泵單元。
在本實施例的升壓電路100I中，使用在圖9的第五實施例中所述的以恒定電流工作的電荷泵單元30，作為其第一級電荷泵單元。此外，使用以電壓工作的電荷泵單元40，作為以恒定電流工作的電荷泵單元30的后一級的電荷泵單元。
可修改圖14所示的配置，將以電流工作的電荷泵單元用作電荷泵單元40。在這種情況下，如圖14中的虛線所示，在圖14中與輸入電壓Vcc相連的開關(guān)SA21與電流鏡電路10的輸出節(jié)點相連。具體地，在該修改示例中，電荷泵單元30和40都是以電流工作的類型。
圖15是示出了升壓電路100的第十實施例(下面稱為升壓電路100J)的圖。如圖所示，與第九實施例所述相同，本實施例的升壓電路100J包括多級電荷泵單元。
在本實施例的升壓電路100J中，使用以電壓工作的電荷泵單元40，作為其第一級電荷泵單元。此外，使用在圖13所示的第八實施例中所述的以恒定電流工作的電荷泵單元30，作為以電壓工作的電荷泵單元40的后一級的電荷泵單元。
即使在包括多級電荷泵單元的升壓電路中，分別與圖14和15所示的第九和第十實施例所述的升壓電相同，通過使用以電流工作的類型的電荷泵單元作為多級電荷泵單元中的至少一個，與第五至第八實施例相同，可以執(zhí)行通過恒定電流的升壓操作和輸出電壓Vout的恒定電壓控制。
權(quán)利要求
1.一種升壓電路，其中第一級至最后一級升壓單元依次連接，向第一級升壓單元輸入輸入電壓，并從最后一級升壓單元輸出升壓的輸出電壓，其中每個升壓單元包括第一和第二輸入節(jié)點；電容器；連接在電容器的一端與第一輸入節(jié)點之間的第一開關(guān)；與電容器的一端以及下一級升壓單元的第一輸入節(jié)點相連的輸出節(jié)點；連接在電容器的另一端與第二輸入節(jié)點之間的第二開關(guān)；以及連接在電容器的另一端與基準(zhǔn)電位點之間的第三開關(guān)，在包括第一級升壓單元的奇數(shù)級升壓單元中，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第一開關(guān)和第三開關(guān)，并且根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘來接通/斷開第二開關(guān)，在偶數(shù)級升壓單元中，根據(jù)第二時鐘來接通/斷開第一開關(guān)和第三開關(guān)，并根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第二開關(guān)，特定升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定升壓單元前一級的升壓單元的第一輸入節(jié)點相連，從而能夠執(zhí)行升壓操作，并且不同于該特定升壓單元的升壓單元的第二輸入節(jié)點與預(yù)定電位點相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓電路，其中第一級升壓單元的第一輸入節(jié)點和第二輸入節(jié)點以及第二級升壓單元的第二輸入節(jié)點與輸入電壓點相連，不同于第一級升壓單元的特定奇數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定奇數(shù)級升壓單元前一級的奇數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的升壓電路，其中不同于第二級升壓單元的特定偶數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定偶數(shù)級升壓單元前一級的偶數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓電路，其中所述基準(zhǔn)電位點是輸入電壓的電位點，所述預(yù)定電位點是地電位點，從最后一級升壓單元輸出輸出電壓，所述輸出電壓是通過對輸入電壓進行升壓以便在絕對值上大于輸入電壓而獲得的負電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的升壓電路，其中第一級升壓單元是以恒定電流工作的升壓單元，從輸入電位點向其第一和第二輸入節(jié)點輸入輸入恒定電流，以便通過輸入恒定電流來執(zhí)行升壓操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升壓電路，其中不同于第一級升壓單元的特定奇數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定奇數(shù)級升壓單元前一級的奇數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的升壓電路，其中不同于第二級升壓單元的特定偶數(shù)級升壓單元的第二輸入節(jié)點與該特定偶數(shù)級升壓單元前一級的偶數(shù)級升壓單元的輸出節(jié)點相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升壓電路，還包括電流鏡電路，用于將基準(zhǔn)恒定電流放大預(yù)定因子N，N＞1，并將輸入恒定電流從恒定電流輸出節(jié)點傳遞到第一級升壓單元。
9.一種對輸入電壓進行升壓并輸出輸出電壓的升壓電路，所述升壓電路包括恒定電流控制電路，用于在根據(jù)輸出電壓的第一檢測電壓低于基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流，作為基準(zhǔn)恒定電流，并在第一檢測電壓超過基準(zhǔn)電壓時，停止基準(zhǔn)恒定電流；以及至少一個以恒定電流工作的升壓單元，其中，通過根據(jù)基準(zhǔn)恒定電流的輸入恒定電流來執(zhí)行升壓操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的升壓電路，其中恒定電流控制電路包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第一差分放大電路對輸入的第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大，根據(jù)第一差分放大電路的操作，恒定電流控制電路確定產(chǎn)生還是停止基準(zhǔn)恒定電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的升壓電路，其中恒定電流控制電路還在根據(jù)輸出電壓且高于第一檢測電壓的第二檢測電壓低于基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生小于第一基準(zhǔn)電流的第二基準(zhǔn)電流，作為基準(zhǔn)恒定電流，并且在第二檢測電壓超過基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的升壓電路，其中恒定電流控制電路包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第一差分放大電路對輸入的第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大；以及第二差分放大電路，向該第二差分放大電路輸入第二檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第二差分放大電路對輸入的第二檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大，根據(jù)第一和第二差分放大電路的操作，恒定電流控制電路確定產(chǎn)生第一和第二基準(zhǔn)電流之一作為基準(zhǔn)恒定電流還是停止基準(zhǔn)恒定電流。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的升壓電路，其中恒定電流控制電路響應(yīng)于輸入的操作信號來開始操作，并且產(chǎn)生小于第一基準(zhǔn)電流的第二基準(zhǔn)電流，作為基準(zhǔn)恒定電流，直到輸入操作信號之后經(jīng)過了預(yù)定時間段為止，并在經(jīng)過了預(yù)定時間段時產(chǎn)生第一基準(zhǔn)電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的升壓電路，其中恒定電流控制電路包括第一差分放大電路，向該第一差分放大電路輸入第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓，該第一差分放大電路對輸入的第一檢測電壓和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大；定時器電路，用于響應(yīng)于輸入的操作信號，對預(yù)定時間段進行計數(shù)；以及第二差分放大電路，向該第二差分放大電路輸入定時器電路的輸出和基準(zhǔn)電壓，該第二差分放大電路對輸入的定時器電路的輸出和基準(zhǔn)電壓執(zhí)行差分放大，根據(jù)第一和第二差分放大電路的操作，恒定電流控制電路確定產(chǎn)生第一和第二基準(zhǔn)電流之一作為基準(zhǔn)恒定電流還是停止基準(zhǔn)恒定電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的升壓電路，還包括電流鏡電路，用于將基準(zhǔn)恒定電流放大預(yù)定因子N，N＞1，并將輸入恒定電流從恒定電流輸出節(jié)點傳遞到以恒定電流工作的升壓單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的升壓電路，其中以恒定電流工作的升壓單元包括電容器；連接在恒定電流輸出節(jié)點與電容器一端之間的第一開關(guān)，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第一開關(guān)；連接在電容器的另一端與基準(zhǔn)電位點之間的第三開關(guān)，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第三開關(guān)；以及連接在恒定電流輸出節(jié)點與電容器的另一端之間的第二開關(guān)，根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘來接通/斷開第二開關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的升壓電路，其中以恒定電流工作的升壓單元包括電容器；連接在輸入電壓點或前一級的升壓單元的輸出節(jié)點與電容器的一端之間的第一開關(guān)，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第一開關(guān)；連接在電容器的另一端與基準(zhǔn)電位點之間的第三開關(guān)裝置，根據(jù)第一時鐘來接通/斷開第三開關(guān)裝置；以及連接在恒定電流輸出節(jié)點與電容器的另一端之間的第二開關(guān)，根據(jù)幾乎與第一時鐘反相的第二時鐘來接通/斷開第二開關(guān)。
18.一種便攜式設(shè)備，包括輸出輸入電壓的電池電源；根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的升壓電路，向該升壓電路輸入所述輸入電壓；以及負載，從升壓電路向該負載提供輸出電壓。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，使用特定升壓單元前一級的升壓單元的升壓輸出，作為多級升壓單元中的該特定升壓單元的輸入電壓。這可以增加每一個升壓單元所提升的電壓的電平，并減少單元數(shù)目。此外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)根據(jù)基準(zhǔn)恒定電流來執(zhí)行升壓操作的升壓單元的輸出電壓低于基準(zhǔn)電壓時，產(chǎn)生基準(zhǔn)恒定電流；當(dāng)輸出電壓超過基準(zhǔn)電壓時，停止基準(zhǔn)恒定電流。這可以提供預(yù)定電平的輸出電壓的穩(wěn)定輸出，并減少在達到預(yù)定電流電平的啟動期間的突入電流。
文檔編號H02M3/07GK101073194SQ20058004193
公開日2007年11月14日 申請日期2005年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月6日
發(fā)明者柳田修, 今中義德 申請人:羅姆股份有限公司