TW200527815A - Soft-start charge pump circuit - Google Patents

Description

200527815 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本t明係關於一種電荷泵電路（Charge Pump Circuit) 尤其關於一種可產生緩啟動泵電壓（Soft-Start Pumping Voltage)之電荷泵電路，用以適當地驅動功率開關（p〇wer SW tCh)而達成抑制啟動時湧入電流（Inrush Current)之效 果0 【先前技術】 電何泵電路’或稱為電容性電壓多重增加器 (Capacity Voltage MultipUer) ’係一種用以產生比供應至 其本身之電壓源更高的職之電路。藉著此—升壓能力， 在内卩各、’且成單元需要各種不同的操作電壓之電子系統 中，例如可攜式電腦（Portable c〇mputer)，電荷泵電路可 =來從供應電壓源（Supply VGltage “)提供所需之升 南的電壓，而減少額外設置獨立的高壓電壓源之需求。 另—方面，藉由USB(Universal Serial Bus，通用串列 匯，排）連接埠或其他類型連接埠而連接於可攜式電腦之 迕夕週邊裝置也需要從供應電壓源汲取能量。在此情況 :由電電路可應用來驅動功率開關，該功率開關通常 邊穿置門t晶體所實施且設置來控制供應電壓源與週 邊：曰1之切換操作。藉由使NM〇s功率開關電晶體之閘 極電壓比其汲極電壓高出畔多# NM0S功率開關雷θ: !何泵電路可完全地導通 力羊開關電晶體以便在週邊裳置之正常操作中提供 200527815 最小的導通電阻。 兹參照圖1⑷詳細說明習知的電荷果 功率開關之電路區塊圖。由 於驅動 關之汲極D盘源極的功率開 轸_ 為功㈣關1G之輸入端與 ^知。功率開1。线極D連接於供應電㈣、，而 八源極S則提供輸出電壓vout至外界負载（未 具有USB連接埠之週邊裝 浐 二 歹1 功康此外，輸出電容C。連接於 力=關1〇之源極S與地面電位間。電荷泵電路" ^壓源Vin轉換成—升高的泵電-I用以控制功率開 二〇之間極G。當閑極〇之泵電壓Vpp相當高於沒極D 之众應電壓源vin時，功率開關 被凡全導通而提供最 的*通電阻’藉而使功率開關10之源極s處之 壓V〇ut幾乎等於汲極D處之供鹿 電摩源vin得有安文率地供庫^ ln °結*，供應 於導通狀態時，從二載。當功率開關1〇處 ^ t 攸供應電壓源Vin流經功率開關10之汲極 。源極S之導通電流I〇n即供應至外界負載與輪出電容 C 〇 0 電荷泵電路U之升遂操作係由時鐘產生器12所輸出 的至少-個重疊或非重疊的固定振幅時鐘信號13加以控 制。習知上，固定振幅時鐘信號13之每—個互為同步的工 =㈣’其頻率係由㈣器14所輸出之具有一預定頻 2振盈信號15來決定。舉例而言’電荷栗電路U得為 眾:週知的Dickson型電荷果，如圖1(b)所示。具體而言， 電何泵電路11得包括複數個串聯的電荷泵級（sta㈣，其 200527815 中一級係標示著參考編號i 10。每一電荷泵級包括一個二 極體m以及一系電容112’並且具有—輸入節點⑴以 及一輸出節點114。在此Dickson型電荷泵中，從時鐘產 生器12所輸出的固定振幅時鐘信號13係一對互補時鐘信 號CLK1與CLK2,用以驅動各級泵電容。時鐘信號 驅動奇數泵級，而時鐘信號CLK^驅動偶數果級。第一 級串聯電荷泵之輸入節，點115經常連接於供應電塵源 Vin。最末端隔絕二極體116得視為最末級串聯電荷泵之一 部分，且從其可獲得電荷泵電路u之泵電壓Vpp。 ，鐘信號CUU與CLK2得為具有振幅之重疊或 非重$的時鐘信號’用以驅動每—級電荷I使傳送至盆輸 入節點之電壓升高了 (Velk—Vd)，亦_ U去二極 體順向壓降Vd。倘若考慮最末端隔絕二極體116之效用， ㈣1(b)所示之電荷菜電路n可達成的理論上最大系電 壓VPP為N. Vclk-(N+1). Vd，此處N為電荷泵級之數目。 圖2⑷至2⑷顯示圖！⑷所示之習知的電荷果電路" f用於驅動功率開1G之操作時序圖，其中圖2(a)係電 :7泵電路U之泵電壓Vpp之時序圖；圖2(b)係功率開關 =之輸出電壓之時序圖；並且圖2(c)係功率開關ι〇 通電流1。„之時序圖。參照圖2⑷，在時間L之前， ，為電荷泵電路11處於未賦能⑽齡)狀態，所以其栗電 二：。P為零。電荷泵電路u於時間Τα啟動，開始 ^乍用。從_ΤΑ至時間Τβ之過渡時㈣，電荷泵電路 之泵電M Vpp從零迅速增加至穩定的最大值，例如前文 200527815 所述的Ν· Vclk—(N+1) · %。電荷泵電路u在時間h處 達成穩定的操作狀態，使得泵電壓Vpp維持穩定。 多、圖2(b)與2(c)，在啟動時間Ta之前，電荷泵電 之泵電壓Vpp小於閥值電μ，所以功率開_玉〇未導 通二使得其輪出電壓V-為零並且導通電流1。„亦為零。 電荷栗電路11之栗電壓V ρ Ρ達到㈣電難即可導通功率 開關:〇而開始對輸出電容C。充電，使得功率開關10之輸 出電壓Vout上升。由於電荷粟電路i i之泵電壓使功率 開關被驅動成提供最小的導通電阻，故功率開M10之輸 出電壓Vout於時間Tc處達成幾乎等於供應電壓源Vin。 當應用於驅動功率開關丨〇時，習知的電荷泵電路Η 會造成一問題。因為電荷泵電路u之泵電壓迅速升 高，所以功率開關10於啟動初期即提供了最小的導通電 阻:然而，由於輸出電壓^於啟動初期為零，亦即輪出 電容C。尚未充電，故供應電壓源Vin產生一相當大的導通 電流1。„流經功率開關10,此即湧入電流。倘若最大湧= 電流Ipeak不適當地抑制的話，可能造成供應電壓源Vin 烈下降，或是燒毀功率開關i 0。 1η Θ 【發明内容】 有鑒於前述問題，本發明之一目的在於提供一種電荷 果電路’可產生緩慢上升之緩啟動泵電壓。 σ 本發明之另一目的在於提供一種電荷泵電路，可適去 地驅動功率開關而達成抑制最大湧入電流之效果。 200527815 依據本發明 電荷泵由至少一時鐘信號所驅動，用 以轉換-供應電壓源成為一泵電s。該泵電壓為該至少一 時鐘信號之振幅之一函數，使得當該至少一時鐘信號之該 振幅愈大時該泵電壓之一絕對值則愈大。該至少一時鐘信 號之該振幅係調變成在一振幅調變時期内從一啟動值逐 漸變化。該振幅調變時期係比該至少一時鐘信號之一週期 更延長一個或更多個數量級。該電荷泵係由該至少一時鐘 信號於其振幅為該啟動值時所啟動，使其所產生的該泵電 壓之該絕對值相對小。在該啟動後，該電荷泵被控制成所 產生的該泵電壓之該絕對值隨著該至少一時鐘信號之該 振幅之調變而逐漸變化，藉以抑制該泵電壓之該絕對值之 上升速率。 較佳地，該至少一時鐘信號之該振幅在該振幅調變時 期後達到一穩定值。 較佳地，該穩定值係等於該供應電壓源。 較佳地，該至少一時鐘信號之該振幅係由一電容在充 電過程中所呈現的跨於該電容之一逐漸升高的電位差所 決定。 較佳地，該泵電壓係用以控制一功率開關。 較佳地，該至少一時鐘信號係由一時鐘振幅調變器所 產生。該時鐘振幅調變器包含：一緩啟動控制器，用以產 生一緩啟動控制信號；以及一位準偏移器，回應於該緩啟 動控制信號而調變該至少一時鐘信號之該振幅。 較佳地，該緩啟動控制信號係一具有逐漸變化的位準 200527815 之電壓信號。 。較佳地，該至少一振幅調變時鐘信號之該振幅係由該 緩啟動控制信號之該逐漸變化的位準所決定。 較佳地，該緩啟動控制器包含：_切換電容等效電 阻’具有第一與第二端點，該第一端點係連接於該供應電 f源；以及一充電電容，連接於該第二端點與地面間，使 得該緩啟動控制信號呈現於該第二端點。 較佳地，該位準偏移器包含：至少一時鐘通道，分別 用於產生：至少一振幅調變時鐘信號’其中該至少一時鐘 通道中之每一個具有一輪出級反相器，該輸出級反相器之 -電源供應端係用以接收該缓啟動控制信號，藉以控制該 至少一振幅調變時鐘信號中之各個之該振幅。 么較佳地’該至少—時鐘通道之每-個更包含：一輸入 =反相器’具有—電源供應端來接收該供應電壓源，用以 共—具有固定振幅的時鐘信號至該輸出級反相器。 【實施方式】 的、：Γ中之說明與附圖將使本發明之前述與其他目 發明之較佳更明顯。兹將參照圖式詳細說明依據本 於驅發明之緩啟動電荷粟電路31應用 可知， 之電路區塊圖。比較圖3(a)與圖l(a) 要將依據本發明繞啟勤 w 屮)之習知的何栗電路31取代圖 電何泵電路11，即可獲得圖3(a)所示之電路 200527815 區塊圖。圖3(a) % - 功率開關1〇。因：之功率開關30係等同於圖1⑷所示之 之電路部分之說明。下文將^略圖3(a)中相同於®⑽ 振幅之:啟動電荷果電路31在至少-個固定 啟動特徵的泵電壓：制下將供應電壓源^轉換成具有緩 具有緩啟動特制功率開關3G之閘極G。 Y 亡、$ 、7電壓VPPS係指··相較於習知的泵電壓 PP而g ’緩啟動泵電壓V ^ ^ ^ ^ x ^ 所需之過渡時間被相•地延：二動值…達成穩定值 過渡時間内之辨力二二 緩啟動泵電壓Vp， 電路31勺括一曰/、^較緩慢。具體而言，緩啟動電荷泵 電荷装：守鐘振幅調變器3"與-時鐘振幅相依型 泵電路31。時鐘振幅調變器3U係對於輸入緩啟動電荷 變，：至：一個固定振幅時鐘信號13進行振幅調 相依 i少：個振幅調變時鐘信號313。時鐘振幅 之果312係指其果電壓Vpp之值取決於時鐘振幅 典型：：路，！即泵電壓Vpp為時鐘振幅％之函數。 i §時鐘信號之振幅愈大時，時鐘振幅相依型電荷 ^ 之果電壓Vpp即愈大。舉例而言，® Ub)所示的 紗型電何果U即為一種時鐘振幅相依型電荷泵，既 :目;泵電星.Vd且時繼 大則泵電壓VPP愈大。基於時鐘振幅相依 = =，依據本發明之緩啟動電荷果電…達成具； 啟叙、特徵的泵電壓V，。具體而言，在依據本發明之緩 啟動電荷泵電路31之一實施例中，至少一個振幅調變時 10 200527815 鐘號3 1 3被設計成其振幅從電荷果電路3 1啟動時之最 小值緩慢增加至穩定的最大值而成為連續變化的振幅之 時鐘信號。因此，緩啟動電荷泵電路3 1之緩啟動泵電壓

Vpps會隨著振幅調變時鐘信號313之振幅緩慢升高而緩慢 增加。 圖3 (b)顯示依據本發明之振幅調變時鐘信號3丨3之一 例子之波形時序圖。參照圖3(b)，振幅調變時鐘信號clks 1 與振幅調變時鐘信號CLKS2構成一對互補的振幅調變時 鐘信號313。振幅調變時鐘信號CLKS1與CLKS2可藉由 使用時鐘振幅調變器311轉換圖1(b)所示的具有固定振幅 Vw之時鐘信號CLK1與CLK2而產生。結果，振幅調^ 時鐘信號CLKS1與CLKS2於電荷泵啟動時具有振幅最小 值，隨後振幅緩慢增加，經過一預定的振幅調變時期丁 後振幅達到穩定的最大值Veik。在依據本發明之一實施^^ 中，穩定的最大值Vclk係設定成等於供應電壓源。振 幅調變時期Tamp可依據實際電路應用之需要而調整至適 當值。振幅調變時期Tamp之長短將直接影響緩啟動泵電壓 VPPS之從啟動值達到穩定值所需的過渡時間之長短。在依 據本發明之一實施例中，振幅調變時期八叩設定成比時鐘 週期Tclk至少更延長了 一個數量級。在依據本發明之另一 實施例中，時鐘週期uA 10毫微秒，而振幅調㈣ 期Tamp則約為2 · 5微秒。 ' 請注意在依據本發明之緩啟動電荷泵電路3 1中，時 鐘振幅相依型電荷泵312於振幅調變時期Tamp内即已啟= 11 200527815 而進行升麼操作，並非等到 定的最大值velk後才進行升 \ = 達到穩 T-内，由於時鐘振幅相依型電荷泵312之：二 vpps取決於振幅調變時鐘 / ^ ^ 幅相依型電荷纟312之缓H之振幅大小，故時鐘振 斤…” 故啟動泵電壓V-會隨著振幅調變 T鐘仏唬313之振幅緩慢升高而緩慢增加。

。圖4⑷顯示依據本發明之時鐘振幅調變器3ιι之電路 區塊圖。參照圖4(a)，時鐘振幅調變器3ιι包括一緩啟動 控制器41以及一位準偏移器42。緩啟動控制器41輸出一 ㈣㈣㈣Mss至位準偏移器42。回應於緩啟動控制 ^號VSS，位準偏移器42藉由改變時鐘信號13之固定振 幅而將其轉換成振幅調變時鐘㈣313。該緩啟動控制信 號vss係用以決定振幅調變時鐘信號313之振幅調變，亦 即啟動時之最小值、穩定時之最大值、振幅調變時期Lp、 以及/或者在振幅調變時期Tamp内振幅之變化方式。

圖4(b)顯示依據本發明之時鐘振幅調變器3丨丨之一例 子之詳細電路圖。參照圖4(b)，緩啟動控制器41包括二 個開關s!與S2以及二個電容Ci與c2。開關Sl與S2係控 制成彼此交錯地處於導通狀態且不會同時皆處於不導通 狀悲。當開關Si導通時，供應電壓源Vin對電容C!充電。 當開關S2導通時，電容C!經由開關S2放電。從眾所週知 的切換電容（Switch Capacitor)技術可推知，開關S!與S2 以及電容Ci之電路係等效於一等效電阻Req，耦合於供應 電壓源vin與電容C2間。因此，供應電壓源vin經由等效 12 200527815 電阻Req對電容c2充電，導致跨在電容c2上之電 漸升高且具有時間常數Req.C2。跨在電容Μ上之電： 差即得應用作為緩啟動控制信號^。在圖州所示之實 施例中，跨在電容C2之上之雷杨IΛ 、 2之上之電位差係經由一輸出緩衝電路 43而輸出至位準偏蒋哭42，莛丨、；從π w 糟以獲侍驅動能力增強的 啟動控制信號V s s。輪屮罐徐雷玫/， 輸出緩衝電路43包含一緩衝電流源Ib 與-緩衝電晶體1。緩衝電流源Ib連接於供應電壓界

Vin，用以提供所需要的驅動電流。緩衝電晶體仏係由一 PMOS電晶體所實施，使得跨在電容c2之上之電位差與杏 際使用的缓啟動控制信號Vss間約略相差—固定值，= 緩衝電晶體Qb之閥值電壓。 圖4⑻所示的位準偏移器42係應用於調變圖_所 示的二個具有固定振幅Veik的時鐘信號Cm *咖2, 因此對應地設有二個時鐘通道。具體而言，反相器渠 與inv2以級聯（Caseade)方式構成—時鐘通道，1中反相 器戰作為輸人級而反相器INV2作為輪出級。同樣地， 反相器聊3與mvw級聯方式構成另_時鐘通道，其中 反相器inv3作為輸人級而反相器INV4作為輸出級。輸人 級反相器INVl與INV3之電源供應端 vin’而輸出級反相器購2與咖4之電源供應端則皆柄合 於缓啟動控制信號Vss。由於每—時鐘通道係由二個反相 器所構成，故當時鐘信號通料鐘通道後相位p改變。 然而，因為輸出級反相器請2與咖4之電源供應端皆搞 合於綾啟動控制信號Vss，所以位準偏移器42輸出如圖3㈨ 13 200527815 所不的振幅隨著緩啟動控制信號 作铗ΓΤ 1C 1 Λ η 欠動之振幅调交時鐘 = CLKSUCLKS2。在此例子中’振幅調變時期Τ p由緩啟動控制信號Vss之時間常數、· c2所決定。叫 應注意雖然在前文所述之實施例中，緩啟 路31係使用二個時鐘信 阳 ^ “ _ 知乃不限於此而得靡用 於緩啟動電荷泵電路31你田. 心、 属u壬田 使用一個時鐘信號或三個以上重 =非重豐的時鐘信號。在緩啟動電荷泵電路 個時鐘信號之情況中，位準 使用n 個睥铲ϋ V 得對應地設置有Π 移二通道’分別用以調變η個時鐘信號之振幅。位準偏 。士之η個時鐘通道亦得建構成不相同，因而對於 二?=號提供不同的調變方式。或者，緩啟動控制器、4: =::ΓΓ同的緩啟動控制信…位準偏移器 曰^於11個時鐘信號提供不同的調變方式。 應用:Γ:)至5(d)顯示依據本發明之緩啟動電荷泵電路 啟動控制…緩啟動；:：Γν Γ 、緩 係緩啟動電荷泵電路之圖；圖5(b) 电仃汞電路31之緩啟動泵電壓¥_之 圖:⑷係功率開關3〇之輸出電昼之時序圖；並：圖 5⑷：功ί:關30之導通電流U之時序圖。在圖5(b)至 而虛線則用以表示圖2(·2⑷所示之習知的二 =: Ζ相f比較而突顯依據本發明所達成的實用性與優良 :果。請注意圖小)中僅顯示實線，因為習知技蓺中並I 提供依據本發明之緩啟動控制信號Vss。 ^ 14 200527815 ☆ ^恥圖5(a)，緩啟動控制信號Vss從時間ΤΑ處之啟動 么緩k上升至到穩定值（在本實施例中此穩定值係設定成 ^為νιη) ’使得振幅調變時鐘信號313之振幅隨著緩啟動 工制信號Vss而緩慢增加至約為^，如前所述。 參照圖5(b)，在時間Ta之前，因為緩啟動電荷系電 處於未賦此狀態，所以其緩啟動果電壓Vpp為零。 田啟動電荷栗電路31⑨時間TA啟動，開始進行升壓作 由於振巾田n周變時鐘信號3 i 3之振幅係從啟動時間 =慢增加，故緩啟動電荷栗電路3i之緩啟㈣電壓v s ^白知的電荷泵電路i i之泵電壓Vpp以更緩慢的速率升 :太習知的粟電磨Vpp在時間〜處即已達成穩定，然而依 到穩定。 泵電壓vPPS仍需要相當長的時間才能達 慢與5⑷，因為緩啟動泵電壓V…上升較緩 M…開關3G比功率開關1G更晚導通，導致功率 開關30之輪屮當厫+ 干 少 ¥_較晚上升。如前所述，緩啟動泵 vpps係控制功率開關3〇之間極。既然功率開關川之 、電:且係正比於其閘極電壓，因此功率開關3〇之導通 “阻隨著緩啟動泵電壓V 之Ji # π、ά、ί π a pps之上升而減小。因為緩啟動泵 PPS比習知的泵電a ^以更緩慢的速率 功率開關30之導通雷阳又合扒w 所以 值 玄 t阻不曰於啟動初期就減小至最小 告丨 功率開關30之緩慢減小的導通電阻成功地抑 制了功率開關30之導通雷泣j 士甘m 战力地抑 c ^ ^ ^ ^ * 、電/爪Ι〇η，尤其對於啟動初期輸出 电合C。尚未充電時之湧入電流更是如 15 200527815

在本發明之一膏力/¾丨rK 伏特，習知的ΦΓ·，，假設供應電壓源ν-約為ί 為細毫微秒，而依據^攸啟動達到5伏特所需時間約 5伏特所需時間則約為8 y啟動達到 最大湧入雷泣T 、 笔微^。在此例子中，習知的 電"丨l Ipeak約為5 4容4：立，品分认[ 入雷、、☆ T 日丨 ·女口而依據本發明之最大湧

八軍/瓜1peaks則約為1 1安拉 ^ lL # r φ , .1女坨。因此，依據本發明之緩啟動 ^ ^ ^ 丨市j，男入電机，可有效地應用於驅 動功率開關30。

圖6⑷至6⑻顯示依據本發明之時鐘振幅相依型電荷 泵3U之三個例子。參照圖6⑷，電荷系級η係等同於 圖Hb)所示之Dickson型電荷泵之一級ιι〇，只是其使用 一極體耦合方式的NMOS電晶體611來實施圖1(b)所示之 二極體1U。泵電容612得由振幅調變時鐘信號CLKSl或 LKS 2所驅動，視其為奇數栗級或偶數栗級而定。 參照圖6(b)，電荷泵級62係包括二個NM〇s電晶體

621與622以及二個泵電容623與624。當時鐘信號clks 1 為低且時鐘信號CLKS2為高時，NMOS電晶體622導通而 泵電容623被充電至供應電壓源vin。此時NM0S電晶體 621為不導通。當時鐘信號CLKS1轉變為高且時鐘信號 CLKS2轉變為低時，泵電容624使NMOS電晶體622之閘 極電壓下降而造成NMOS電晶體622不導通，並且泵電容 62 3使NMΟS電晶體62 1之閘極電壓上升高過供應電壓源 Vin而造成NMOS電晶體621導通。結果，泵電容624在 無任何二極體順向壓降之損失下被充電至完整的供應電 16 200527815 壓源Vin。當時鐘信號CLKS1轉變為低且時鐘信號CLKS2 轉變為高時，NMOS電晶體621因閘極電壓下降而不導 通，並且泵電壓vpp即被升壓至供應電壓源Vin加上時鐘 振幅Vcik。 參照圖6(c)，電荷泵級63包括二個NMOS電晶體63 J 與633以及一個PMOS電晶體632與634，建構成一交又 耦合的閉鎖電路。電荷泵級63更包括由時鐘信號CLKS1 與CLKS2所分別驅動的二個泵電容635與636。當時鐘作 號CLKS1為高且時鐘信號CLKS2為低時，nm〇s電晶體 631導通而泵電容636被充電至供應電壓源Vin。當時鐘俨 號CLKS1轉變為低且時鐘信號CLKS2轉變為高時， 電晶體632導通而使泵電壓Vpp被升壓至供應電壓源 加上時鐘振幅Velk。此時，NMOS電晶體633也導通而使 泵電容635被充電至供應電壓源Vu。當時鐘信號。則 轉變為咼且時鐘信號CLKS2轉變為低時，PM〇s電晶體 634導通而使泵電壓Vpp被升壓至供應電壓源ν;η加上$鐘 振幅VeIk。 雖然本發明業已藉由較佳實施例作為例示加以說 明’應瞭解者為：本發明不限於此被揭露的實施例。相反 地，本發明意欲涵蓋對於熟習Λ項技藝之人士而言係明顯 料種修改與相似配置。因此’申請專利範圍之範圍應根 據最廣的詮釋，以包容所有此類修改與相似配置。 【圖式簡單說明] 17 200527815 圖Ua)顯示習知的電荷泵電路應用於 電路區塊W。 I _之 圖1 (b)顯示習知的電荷泵電路之詳細電路圖。 圖2⑷至2(c)顯示習知的電荷果電路應用於 =操作時序圖，其中圖2⑷係電荷泵電路之栗= ^回，圖2(b)係功率開關之輸出電壓之時序jg . # 2⑷係功率開關之導通電流之時序圖。之4圖，並且圖 動功==依據本發明之緩啟動電荷果電路應用於驅 勑功羊開關之電路區塊圖。 呢 圖3(b)顯示依據本發明 之波形時相。 ㈣時鐘㈣之-例子 圖4(a)顯示依據本發 圖。 之呀鐘振幅調變器之電路區塊 圖4(b)顯示依據本發明之 詳細電路圖。 、、里振幅調變器之一例子之 圖 5(a)至 5(d)龜- 用於動玄 ”、不依據本發明之緩啟動電荷泵電踗施 用於駆動功率開關之操 ㉟“了泵電路應 制器之緩啟動控制 β /、圖5(a)係緩啟動控 電路之緩啟動泵缓啟動電荷栗 電壓之時序圖；^之時序圖；圖5(C)係功率開關之輪出 圖。 目5⑷係功率開關之導通電流之時序 圖6(a)至6(b)顯示 泵之三個例子 ，、 本毛明之時鐘振幅相依型電荷 18 200527815 元件符號說明： ίο 功率開關 11 電荷泵電路 12 時鐘產生器 13, CLK1，CLK2 固定振幅時鐘信號 14 振盪器 15 振盪信號 3 0 功率開關 31 緩啟動電荷泵電路 41 緩啟動控制器 42 位準偏移器 43 輸出緩衝電路 6 1〜63 時鐘振幅相依型電荷泵級 110 電荷泵級 111 二極體 112 泵電容 113 輸入節點 114 輸出節點 115 第一級串聯電荷泵之輸入節點 116 最末端隔絕二極體 311 時鐘振幅調變器 312 時鐘振幅相依型電荷泵 3 13, CLKS1，CLKS2 振幅調變時鐘信號 611 二極體耦合方式的NMOS電晶體 19 200527815 612, 623, 624, 635, 636 泵電容 621，622, 631，633 NMOS 電晶體 632, 634 PMOS 電晶體 Ci9 C2 電容 D 汲極 G 閘極 INVi〜INV4 反相器 I b 緩衝電流源 I on 導通電流

Ipeak 最大勇入電流

Ipeaks 緩啟動最大湧入電流

Qb 緩衝電晶體

Req 切換電容等效電阻 S 源極

Si? s2 開關

Tamp 振幅調變時期 T C1 k 時鐘週期 V elk 時鐘振幅 vin 供應電壓源 vout 輸出電壓

Vpp 泵電壓

Vpps 緩啟動泵電壓 vss 緩啟動控制信號 20

Claims (1)

1. 200527815 拾、申請專利範圍： 1· 一種緩啟動電荷泵電路，包含： ， 一電荷泵，由至少一時鐘信號所驅動，用以轉換一供 應電壓源成為-泵電壓’該果電塵為該至少一時鐘信號之 ’ 振巾田之函數’使得當該至少一時鐘信號之該振幅愈大時 該泵電壓之一絕對值則愈大，其中： 該至少一時鐘信號之該振幅係調變成在一振幅調變 時期内從一啟動值逐漸變化，該振幅調變時期係比該至少馨 一打鉍^嬈之一週期更延長一個或更多個數量級，該電荷 泵係由該至少一時鐘信號於其振幅為該啟動值時所啟 動，使其所產生的該泵電壓之該絕對值相對小，在該啟動 後該電荷果被控制成所產生的該泵電壓之該絕對值隨著 該至）¥鐘^ ^虎之該振幅之調變而逐漸變化，藉以抑制 該泵電壓之該絕對值之上升速率。 2·如申請專利範圍第丨項之緩啟動電荷泵電路，其中·· · 該至少一時鐘信號之該振幅在該振幅調變時期後達 到一穩定值。 3·如申請專利範圍第2項之緩啟動電荷泵電路，其中 該穩定值係等於該供應電壓源。 4·如申請專利範圍第1項之緩啟動電荷泵電路，其中 電容在充電過程 該至少一時鐘信號之該振幅係由_ 21 200527815 中所主現的跨於该電谷之一逐漸升高的電位差所決定。 5·如申請專利範圍第1項之緩啟動電荷泵電路，其中： 該振幅調變時期之數量級係微秒。 6·如申請專利範圍第1項之緩啟動電荷泵電路，其中： 該泵電壓係用以控制一功率開關。 7· —種緩啟動電荷泵電路，包含·· 一時鐘振幅調變器，用以產生至少一振幅調變時鐘信 號，該至少一振幅調變時鐘信號之振幅係在一振幅調變時 期内從一啟動值逐漸變化，該振幅調變時期係比該至少一 振幅調變時鐘信號之一週期更延長一個或更多個數量 級；以及 電何泵由°亥至夕一振幅調變時鐘信號所驅動，用 以轉換一供應電壓源成為—泵電壓，其中： 該電荷泵係由該至少一振幅調變時鐘信號於其振幅 為該啟動值時所啟動，使其所產生的該泵電壓之一絕對值 相對小’在5亥啟動後忒電荷泵被控制成所產生的該泵電壓 之讜絕對值卩通著讜至少一時鐘信號之該振幅之調變而逐 渐變化。

   如申請專利範圍第7 一時鐘產生器，用 項之緩啟動電荷泵電路，更包含： 以產生至少一固定振幅時鐘信號使 22 200527815 得該時鐘振幅調變器回應於該至少一固定振幅時鐘信號 而產生該至少一振幅調變時鐘信號。 9·如申請專利範圍第7項之缓啟動電荷泵電路，更包含： 一振盪器，用以產生一振盪信號至該時鐘產生器，以 決定該至少一固定振幅時鐘信號之頻率。 1 〇·如申睛專利範圍第7項之緩啟動電荷泵電路，其中： 該時鐘振幅調變器係藉由一電容在充電過程中所呈 現的跨於該電容之一逐漸升高的電位差而決定該至少一 振幅調變時鐘時鐘信號之該振幅。 11·如申請專利範圍第7項之緩啟動電荷栗電路，其中·· 該時鐘振幅調變器包含： 緩啟動控制器，用以產生一緩啟動控制信號； 以及 一位準偏移器，回應於該緩啟動控制信號而調變 該至少一振幅調變時鐘信號之該振幅。 12.如申/專利範圍第u項之緩啟動電荷泵電路，其中·· j緩啟動控制信號係_具有逐漸變化的位 信號。 干心电座 電路，其中 13·如中請專利範圍第12項之緩啟動電荷泵 23 200527815 該至少一振幅調變時鐘信號之該振幅係由該緩啟 控制信號之該逐漸變化的位準所決定。 1 4.如申請專利範圍第丨丨項之緩啟動電荷泵電路，其中： 該緩啟動控制器包含： 一切換電容等效電阻，具有第一與第二端 點’ 5亥第一端點係連接於該供應電壓源；以及 一充電電容，連接於該第二端點與地面間， 使得該緩啟動控制信號呈現於該第二端點。 1 5·如申請專利範圍第11項之緩啟動電荷泵電路，其中： 該位準偏移器包含·· 至少一時鐘通道，分別用於產生該至少_择 幅調變時鐘信號，其中該至少一時鐘通道中之每一個具有 一輪出級反相器，該輸出級反相器之一電源供應端係用以 接收該緩啟動控制信號，藉以控制該至少一振幅調變時鐘 信號中之各個之該振幅。 16.如申明專利範圍第丨5項之緩啟動電荷泵電路，其中： 該至少一時鐘通道之每一個更包含： 一輸入級反相器，具有一電源供應端來接收該供 應電壓源’用以提供一具有固定振幅的時鐘信號至該輸出 級反相器。 24 200527815 1 7. —種啟動電荷泵電路之方法，包含： 產生至少-時鐘信號，該至少一時鐘信號之振幅係在 -振幅調變時期内從-啟動值逐漸變化，該振幅調變時期 係比該至少-時鐘信號之一週期更延長_個或更多個數 量級； 動值時，使用該 供應電壓源成為

   於該至少一時鐘信號之該振幅為該啟 至少一時鐘#號啟動一電荷泵，而轉換一 一泵電壓；以及 在該啟動後，使該泵電壓之一絕對值隨著該至少一時 鐘信號之該振幅之調變而逐漸變化，以抑制該泵電壓之該 絕對值之上升速率。 18.如申請專利範圍第17項之啟動電荷泵電路之方法，更 包含： / 使該至少一時鐘信號之該振幅在該振幅調變時期後 達到一穩定值。 ^ 19·如申請專利範圍第18項之啟動電荷泵電路之方法，其 中： / ’ ’、 該穩定值係等於該供應電壓源。 20·如申請專利範圍第17項之啟動電荷泵電路 中·· 乃法，其 在產生至少一時鐘信號之該步驟中，藉由一電容在充 25 200527815 電過程中所呈現的跨於該電容之一逐漸升高的電位差而 決定該至少一時鐘信號之該振幅。

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