本實用新型涉及一種應用于電荷泵系統(tǒng)的電壓調(diào)整器。

背景技術：

電荷泵用于實現(xiàn)高于電源電壓的內(nèi)部電壓，廣泛應用于存儲器、顯示驅(qū)動等芯片中。電荷泵系統(tǒng)主要由時鐘產(chǎn)生電路、電荷泵和電壓調(diào)整器構(gòu)成，如圖1所示。電荷泵的時鐘脈沖輸入端CK接收一振蕩信號Clk，電荷泵的輸出端連接到輸出信號Vout。輸出信號Vout可輸出至電容器C與負載。當振蕩信號Clk維持在固定的電平時，輸出信號Vout逐漸下降；反之，當振蕩信號Clk在高低電平變化時，根據(jù)振蕩信號Clk的上升沿，可使輸出信號Vout逐漸上升。

電壓調(diào)整器原理上由電阻Ra、電阻Rb所組成的分壓電路和比較器構(gòu)成，如圖2所示。分壓電路接收電荷泵的輸出信號Vout，并產(chǎn)生反饋信號；比較器的負輸入端與反饋節(jié)點Vfb相連，正輸入端與參考電壓Vref相連，輸出端產(chǎn)生控制信號En_osc。時鐘產(chǎn)生電路的使能端連接到控制信號En_osc，生成電荷泵工作所需要的時鐘信號Clk。

在實際應用中，電荷泵系統(tǒng)的輸出電壓可能需要具有較寬的電壓調(diào)節(jié)范圍，這可以通過改變電壓調(diào)整器中電阻的阻值來實現(xiàn)。具有調(diào)節(jié)電壓值可變的電壓調(diào)整器通常采用一系列電阻串聯(lián)加旁路開關的方式來實現(xiàn)。如圖3所示是通常的具有8位配置信號的電壓調(diào)整器電路的一個實施例：S0、S1、……、S7是8個開關，分別與R0、R1、……、R7等8個電阻相并聯(lián)。其中，R0由8個阻值為R的電阻單元相并聯(lián)而成，R0的阻值為R/8；R1由4個阻值為R的電阻單元相并聯(lián)而成，R1的阻值為R/4；R2由2個阻值為R的電阻單元相并聯(lián)而成，R2的阻值為R/2；R3由1個阻值為R的電阻單元構(gòu)成；R4由2個阻值為R的電阻單元相串聯(lián)而成，R4的阻值為2R；R5由4個阻值為R的電阻單元相串聯(lián)而成，R5的阻值為4R；R6由8個阻值為R的電阻單元相串聯(lián)而成，R4的阻值為8R；R7由16個阻值為R的電阻單元相串聯(lián)而成，R7的阻值為16R。trim_0、trim_1、……、trim_7是8個控制信號，分別控制開關S0、S1、……、S7的導通或斷開。

電阻R0、R1、……、R7和開關S0、S1、……、S7共同組成電阻Ra，通過對trim_0、trim_1、……、trim_7這8個控制信號配置不同的值，電阻Ra就可以具有2⁸＝256種阻值的選擇，從而使電荷泵系統(tǒng)的輸出電壓Vout具有256種電壓值的選擇。

這種結(jié)構(gòu)的電壓調(diào)整器對于需要較多位配置信號(比如8位)的情況來說，需要大量的電阻單元，不可避免地占用過多的芯片面積。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有電路占用過多芯片面積的問題，提供一種僅需少量電阻，可有效節(jié)省芯片面積的應用于電荷泵系統(tǒng)的電壓調(diào)整器。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術方案予以實現(xiàn)：

一種應用于電荷泵系統(tǒng)的電壓調(diào)整器，包括電流調(diào)節(jié)電路、分壓電路以及比較器comp，分壓電路包括串聯(lián)的電阻Ra和電阻Rb，電阻Ra和電阻Rb之間的節(jié)點為反饋節(jié)點Vfb，電阻Ra的一端接反饋節(jié)點Vfb，另一端接地；電阻Rb的一端接電荷泵的輸出端Vout，另一端接反饋節(jié)點Vfb；比較器comp的正向輸入端接參考電壓Vref，反向輸入端接反饋節(jié)點Vfb，輸出端輸出使能控制信號En_osc；電流調(diào)節(jié)電路的輸入端輸入配置信號trim_1、trim_2、……、trim_N，輸出端vo2與反饋節(jié)點Vfb相接；電流調(diào)節(jié)電路能夠根據(jù)配置信號向反饋節(jié)點Vfb輸入不同的電流Ivo2，電流Ivo2有2^N種大小不等的選擇，其中N為正整數(shù)。

本實用新型進一步的改進在于：

所述電流調(diào)節(jié)電路包括電阻網(wǎng)絡、緩沖器buffer以及2N個反相器；緩沖器buffer的輸出端vo1與其反向輸入端相連接，正向輸入端與參考電壓Vref相連接；

反相器inv_1的輸入端接配置信號trim_1，輸出端接反相器inv_1’的輸入端；反相器inv_1’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s1，反相器inv_1的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s1’；反相器inv_2的輸入端接配置信號trim_2，輸出端接反相器inv_2’的輸入端；反相器inv_2’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s2，反相器inv_2的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s2’；依次類推，反相器inv_(N-1)的輸入端接配置信號trim_(N-1)，輸出端接反相器inv_(N-1)’的輸入端；反相器inv_(N-1)’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s(N-1)，反相器inv_(N-1)的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s(N-1)’；反相器inv_N的輸入端接配置信號trim_N，輸出端接反相器inv_N’的輸入端；反相器inv_N’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號sN，反相器inv_N的輸出端輸出內(nèi)部控制信號sN’；

電阻網(wǎng)絡包括電阻Rc、電阻R0、電阻R13、……、電阻RN3，以及N路控制電路；第一路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s1’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s1；第二路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s2’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s2；依次類推，第N-1路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s(N-1)’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s(N-1)；第N路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號sN’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號sN；電阻Rc的一端接電源VDD，另一端接第N路控制電路的輸入和電阻RN3的一端，電阻RN3的另一端接第N-1路控制電路的輸入和電阻R(N-1)3的一端，依次類推，電阻R23的一端接第1路控制電路的輸入和電阻R13的一端，電阻R13的另一端接電阻R0的一端，電阻R0的另一端經(jīng)開關K0接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K0的控制端接電源VDD。

所述第N路控制電路包括電阻RN2和電阻RN1，電阻RN2的一端為輸入端，另一端串接電阻RN1，電阻RN1的另一端接開關KN’和開關KN的一端，開關KN’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關KN的另一端接輸出端vo2；

第N-1路控制電路包括電阻K(N-1)2和電阻K(N-1)1，電阻K(N-1)2的一端為輸入端，另一端串接電阻K(N-1)1，電阻K(N-1)1的另一端接開關K(N-1)’和開關K(N-1)的一端，開關K(N-1)’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K(N-1)的另一端接輸出端vo2；

以此類推，第2路控制電路包括電阻R22和電阻R21，電阻R22的一端為輸入端，另一端串接電阻R21，電阻R21的另一端接開關K2’和開關K2的一端，開關K2’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K2的另一端接輸出端vo2；

第1路控制電路包括電阻R12和電阻R11，電阻R12的一端為輸入端，另一端串接電阻R11，電阻R11的另一端接開關K1’和開關K1的一端，開關K1’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K1的另一端接輸出端vo2。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)對電荷泵系統(tǒng)輸出電壓進行可變配置的要求，同時相比通常的電壓調(diào)整器，僅需要較少的電阻，能夠有效地節(jié)省芯片面積。由于設計電壓調(diào)整器時通常會選取較小的反饋電流以降低電荷泵系統(tǒng)自身的電流消耗，因此反饋電阻的面積是整個電壓調(diào)整器面積的主要貢獻因素。以一個具有8位配置信號的電壓調(diào)整器為例，本實用新型的電壓調(diào)整器相對于通常的電壓調(diào)整器來說大約可節(jié)省39％的面積。對于具有更多位配置信號的電壓調(diào)整器來說，本實用新型具有更大的面積優(yōu)勢。

【附圖說明】

圖1是現(xiàn)有電荷泵系統(tǒng)的電路原理圖；

圖2是電荷泵中電壓調(diào)整器的基本原理圖；

圖3是現(xiàn)有電荷泵系統(tǒng)中電壓調(diào)整器的一個實施例；

圖4是本實用新型的電路原理圖；

圖5是本實用新型電流調(diào)節(jié)電路的電路圖；

圖6是本實用新型電流調(diào)節(jié)電路的一個實施例。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述：

參見圖4和圖5，本實用新型包括電流調(diào)節(jié)電路、分壓電路以及比較器comp，分壓電路包括串聯(lián)的電阻Ra和電阻Rb，電阻Ra和電阻Rb之間的節(jié)點為反饋節(jié)點Vfb。電阻Ra的一端接反饋節(jié)點Vfb，另一端接地；電阻Rb的一端接電荷泵的輸出端Vout，另一端接反饋節(jié)點Vfb；比較器comp的正向輸入端接參考電壓Vref，反向輸入端接反饋節(jié)點Vfb，輸出端輸出使能控制信號En_osc；電流調(diào)節(jié)電路的輸入端為配置信號trim_1、trim_2、……、trim_N，輸出端vo2與反饋節(jié)點Vfb相接。電流調(diào)節(jié)電路能夠根據(jù)配置信號向反饋節(jié)點Vfb輸入不同的電流Ivo2，由于電流調(diào)節(jié)電路具有N位配置信號，因此電流Ivo2有2^N種大小不等的選擇，其中N為正整數(shù)。

電流調(diào)節(jié)電路包括電阻網(wǎng)絡、緩沖器buffer以及2N個反相器；緩沖器buffer的輸出端vo1與其反向輸入端相連接，正向輸入端與參考電壓Vref相連接。

反相器inv_1的輸入端接配置信號trim_1，輸出端接反相器inv_1’的輸入端；反相器inv_1’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s1，反相器inv_1的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s1’；反相器inv_2的輸入端接配置信號trim_2，輸出端接反相器inv_2’的輸入端；反相器inv_2’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s2，反相器inv_2的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s2’；依次類推，反相器inv_(N-1)的輸入端接配置信號trim_(N-1)，輸出端接反相器inv_(N-1)’的輸入端；反相器inv_(N-1)’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s(N-1)，反相器inv_(N-1)的輸出端輸出內(nèi)部控制信號s(N-1)’；反相器inv_N的輸入端接配置信號trim_N，輸出端接反相器inv_N’的輸入端；反相器inv_N’的輸出端輸出內(nèi)部控制信號sN，反相器inv_N的輸出端輸出內(nèi)部控制信號sN’；

電阻網(wǎng)絡包括電阻Rc、電阻R0、電阻R13、……、電阻RN3，以及N路控制電路；第一路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s1’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s1；第二路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s2’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s2；依次類推，第N-1路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s(N-1)’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號s(N-1)；第N路控制電路包括串聯(lián)的兩個電阻以及兩個開關，其中一個開關接緩沖器buffer的輸出端vo1，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號sN’，另一個開關接電流調(diào)節(jié)電路的輸出端vo2，該開關的控制端接內(nèi)部控制信號sN。電阻Rc的一端接電源VDD，另一端接第N路控制電路的輸入和電阻RN3的一端，電阻RN3的另一端接第N-1路控制電路的輸入和電阻R(N-1)3的一端，依次類推，電阻R23的一端接第1路控制電路的輸入和電阻R13的一端，電阻R13的另一端接電阻R0的一端，電阻R0的另一端經(jīng)開關K0接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K0的控制端接電源VDD。

其中，第N路控制電路包括電阻RN2和電阻RN1，電阻RN2的一端為輸入端，另一端串接電阻RN1，電阻RN1的另一端分別接開關KN’和開關KN的一端，開關KN’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關KN的另一端接輸出端vo2；

第N-1路控制電路包括電阻K(N-1)2和電阻K(N-1)1，電阻K(N-1)2的一端為輸入端，另一端串接電阻K(N-1)1，電阻K(N-1)1的另一端接開關K(N-1)’和開關K(N-1)的一端，開關K(N-1)’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K(N-1)的另一端接輸出端vo2；

以此類推，第2路控制電路包括電阻R22和電阻R21，電阻R22的一端為輸入端，另一端串接電阻R21，電阻R21的另一端接開關K2’和開關K2的一端，開關K2’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K2的另一端接輸出端vo2；

第1路控制電路包括電阻R12和電阻R11，電阻R12的一端為輸入端，另一端串接電阻R11，電阻R11的另一端接開關K1’和開關K1的一端，開關K1’的另一端接緩沖器buffer的輸出端vo1，開關K1的另一端接輸出端vo2。

本實用新型的原理：

本實用新型中，電阻Ra、Rb接收輸出信號Vout；電流調(diào)節(jié)電路向反饋節(jié)點Vfb輸入電流Ivo2；比較器comp將反饋節(jié)點Vfb的電壓與參考電壓Vref進行比較，產(chǎn)生使能信號En_osc，控制時鐘產(chǎn)生電路的工作；當反饋節(jié)點Vfb的電壓小于參考電壓Vref時，使能信號En_osc為高，時鐘產(chǎn)生電路工作，電荷泵在時鐘上升沿的作用下使輸出電壓Vout上升；當反饋節(jié)點Vfb的電壓大于參考電壓Vref時，使能信號En_osc為低，時鐘產(chǎn)生電路不工作，電荷泵也不工作，輸出電壓Vout在負載作用下下降；由于從反饋節(jié)點Vfb的電壓大于參考電壓Vref到電荷泵停止工作存在一定的環(huán)路響應時間；從反饋節(jié)點Vfb的電壓小于參考電壓Vref到電荷泵開始工作也存在一定的環(huán)路響應時間，因此，電荷泵實際上總是在工作和停止工作這兩種狀態(tài)之間不斷地切換。電荷泵系統(tǒng)的輸出電壓Vout由電阻Ra、電阻Rb、電流Ivo2和參考電壓Vref共同決定：Vout＝Vref+[Vref/Ra-Ivo2]×Rb。

實施例：

以一個具有8位配置信號的電壓調(diào)整器為例，通常的電壓調(diào)整器需要46個電阻和一個比較器，如圖3所示，而本實用新型僅需要28個電阻、一個比較器和一個緩沖器，如圖6所示。

如圖6所示，電流調(diào)節(jié)電路中，開關K0的控制信號是VDD，維持常開；開關K1、K2、……、K8的控制信號分別是內(nèi)部控制信號s1、s2、……、s8；開關K1’、K2’、……、K8’的控制信號分別是內(nèi)部控制信號s1’、s2’、……、s8’。由于內(nèi)部控制信號s1、s2、……、s8分別與內(nèi)部控制信號s1’、s2’、……、s8’相互反相，因此在任一時刻，電阻R11、R21、……、R81的一端總是連接到節(jié)點vo1或節(jié)點vo2。由于比較器comp的作用，節(jié)點vo2的電壓與參考電壓Vref相同；由于緩沖器buffer的作用，節(jié)點vo1的電壓也與參考電壓Vref相同。因此可將節(jié)點vo1和節(jié)點vo2之間看成為虛短。

電阻R0；電阻R11、電阻R12、電阻R13；電阻R21、電阻R22、電阻R23；……；電阻R81、電阻R82、電阻R83的阻值相同，假設其阻值都為R，則：

節(jié)點A1與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R11+R12)||(R13+R0)＝R；

節(jié)點A2與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R21+R22)||(R23+R)＝R；

節(jié)點A3與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R31+R32)||(R33+R)＝R；

節(jié)點A4與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R41+R42)||(R43+R)＝R；

節(jié)點A5與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R51+R52)||(R53+R)＝R；

節(jié)點A6與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R61+R62)||(R63+R)＝R；

節(jié)點A7與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R71+R72)||(R73+R)＝R；

節(jié)點A8與節(jié)點vo1或vo2之間的電阻阻值為(R81+R82)||(R83+R)＝R。

流過電阻Rc的電流可表示為IRc＝(VDD-Vref)/(Rc+R)；

流過電阻R81和R82的電流可表示為I8＝IRc/2＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/2；

流過電阻R71和R72的電流可表示為I7＝IRc/4＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/4；

流過電阻R61和R62的電流可表示為I6＝IRc/8＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/8；

流過電阻R51和R52的電流可表示為I5＝IRc/16＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/16；

流過電阻R41和R42的電流可表示為I4＝IRc/32＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/32；

流過電阻R31和R32的電流可表示為I3＝IRc/64＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/64；

流過電阻R21和R22的電流可表示為I2＝IRc/128＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/128；

流過電阻R11和R12的電流可表示為I1＝IRc/256＝(VDD-Vref)/(Rc+R)/256。

內(nèi)部控制信號s1、s2、……、s8和s1’、s2’、……、s8’決定電流I1、I2、……、I8是流向節(jié)點vo1還是流向節(jié)點vo2；例如：當s1為高電平，s1’為低電平時，開關K1導通，開關K1’斷開，電流I1流向節(jié)點vo2；當s1為低電平，s1’為高電平時，開關K1斷開，開關K1’導通，電流I1流向節(jié)點vo1。電流I2、I3、……、I8的流向控制與此類似。電流Ivo2等于電流I1、I2、……、I8中所有流向節(jié)點vo2的電流之和，電流Ivo2的大小可表示為：

Ivo2＝I1×trim_1+I2×trim_2+I3×trim_3+I4×trim_4+I5×trim_5+I6×trim_6+I7×trim_7+I8×trim_8

其中，配置信號trim_1、trim_2、……、trim_8的值為1或0。

輸出電壓Vout的值可表示為：

Vout＝Vref+[Vref/Ra-Ivo2]×Rb

＝(1+Rb/Ra)×Vref-(I1×trim_1+I2×trim_2+I3×trim_3+I4×trim_4+I5×trim_5+I6×trim_6+I7×trim_7+I8×trim_8)×Rb

＝(1+Rb/Ra)×Vref-[(VDD-Vref)/(Rc+R)]×(trim_1/256+trim_2/128

+trim_3/64+trim_4/32+trim_5/16+trim_6/8+trim_7/4+trim_8/2)×Rb

以上內(nèi)容僅為說明本實用新型的技術思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本實用新型權利要求書的保護范圍之內(nèi)。