电压控制装置的制作方法

本发明是有关于一种电压控制装置，特别是一种能够使输出电压迅速进入稳态的电压控制装置。

背景技术：

为满足电子装置对于低耗能的需求，集成电路(integratedcircuits，ic)的电力规格也被重新设计成能够在低电压的环境中操作，以减少电能损耗。虽然低电压的操作能够减少电力损耗，然而为了完成电子装置所需的各项功能，电子装置中的部分元件仍然需要较高的电压来完成操作。举例来说，无线射频信号的开关就需要利用较高的电压来操作。其中较高的电压常会利用电荷泵电路来提供。

一般而言，电荷泵虽然能够提供较高的电压，然而其驱动能力却容易受到后端负载元件的操作而影响其输出。在此情况下，倘若电子装置欲利用电荷泵所提供的高电压来驱动负载较大的元件，就可能导致电荷泵来不及将输出电压提升到所需的范围，因而进一步造成整体电路系统的不稳定。

技术实现要素：

本发明的一实施例提供一种电压控制装置。电压控制装置包含电荷泵、驱动电路及控制电路。

电荷泵提供第一电压。驱动电路耦接于电荷泵，并接收第一电压及参考电压。驱动电路根据输入信号、第一电压及参考电压输出驱动信号。控制电路耦接于电荷泵及驱动电路。在第一电压尚未达到阈值时，控制电路调整参考电压以增加第一电压与参考电压之间的压差。

附图说明

图1为本发明一实施例的电压控制装置的示意图。

图2为本发明一实施例的第一电压及参考电压的时序图。

图3为本发明另一实施例的电压控制装置的示意图。

图4为本发明另一实施例的电压控制装置的示意图。

图5为图4的电压控制装置的信号电压时序图。

【符号说明】

100、200、300电压控制装置

110、310电荷泵

120、320驱动电路

122、322开关驱动电路

130、230、330控制电路

132脉冲产生器

134电压侦测器

inv1第一反相器

inv2第二反相器

p1a第一p型晶体管

p2a第二p型晶体管

n1a第一n型晶体管

n2a第二n型晶体管

sigin输入信号

sigout驱动信号

sigls1第一移位信号

sigls2第二移位信号

vg参考电压

v1第一电压

v2第二电压

sw射频开关

pa预定时段

thv1阈值

ref1第一预设参考值

ref2第二预设参考值

232比较器

234比较电压产生器

236电压选择器

rd分压电阻

324电压移位电路

326输出反相器

siginv1、siginv2反相信号

a时点

具体实施方式

图1为本发明一实施例的电压控制装置100的示意图。电压控制装置100包含电荷泵110、驱动电路120及控制电路130。

电荷泵110可增大或调整系统内部较低的操作电压以提供第一电压v1，在本发明的实施例中，系统内部的操作电压可例如为1.2v，而电荷泵110所提供的第一电压v1的目标值可例如为3v或-3v。为方便说明，在图1的实施例中，第一电压v1的目标值可设定为-3v。

驱动电路120耦接于电荷泵110。驱动电路120可接收第一电压v1及参考电压vg，并可根据输入信号sigin、第一电压v1及参考电压vg输出驱动信号sigout。在图1中，输入信号sigin可为电压较小的控制信号，而驱动电路120则可根据电荷泵110提供的电压，将输入信号sigin转变为具有外部的射频开关sw所需电压的驱动信号sigout，以利驱动外部的射频开关sw。然而，在本发明的其他实施例中，驱动信号sigout也可用来驱动其他的电路，而并不限于用来驱动射频开关sw。

在图1中，驱动电路120可包含开关驱动电路122，开关驱动电路122包含第一反相器inv1。第一反相器inv1具有输入端、输出端、第一电源端及第二电源端。第一反相器inv1的输入端可接收与输入信号sigin同相变动的第一移位信号sigls1，第一反相器inv1的第一电源端可接收参考电压vg，第一反相器inv1的第二电源端可接收第一电压v1，而第一反相器inv1的输出端可输出驱动信号sigout。也就是说，驱动电路120可根据输入信号sigin的电位高低对应地输出具有参考电压vg或第一电压v1的驱动信号sigout。

第一反相器inv1包含第一p型晶体管p1a及第一n型晶体管n1a。第一p型晶体管p1a具有第一端、第二端及控制端。第一p型晶体管p1a的第一端耦接于第一反相器inv1的第一电源端，第一p型晶体管p1a的第二端耦接于第一反相器inv1的输出端，而第一p型晶体管p1a的控制端耦接于第一反相器inv1的输入端。第一n型晶体管n1a具有第一端、第二端及控制端。第一n型晶体管n1a的第一端耦接于第一p型晶体管p1a的第二端，第一n型晶体管n1a的第二端耦接于第一反相器inv1的第二电源端，而第一n型晶体管n1a的控制端耦接于第一p型晶体管p1a的控制端。在本发明的一实施例中，晶体管可为场效晶体管，其第一端可例如但不限于为漏极，第二端可例如但不限于为源极，控制端可例如但不限于为栅极。

一般而言，电荷泵110在启动之后需要一段时间才能够将第一电压v1增大或调整到所需的目标电压值，例如-3v。在电荷泵110所提供的电压尚未达到所需的目标电压值时，驱动电路120中的第一反相器inv1可能会处于不稳定的状态而产生漏电流。在此情况下，漏电流会造成电荷泵110的负担，使得电荷泵110将第一电压v1增大到目标电压值的时间被延长，甚至使得电荷泵110无法提供所需的第一电压v1。为避免此一问题发生，控制电路130可耦接于电荷泵110及驱动电路120，并在第一电压v1尚未达到阈值时，调整参考电压vg以增加第一电压v1与参考电压vg之间的压差。在本发明的部分实施例中，控制电路130可将第一电压v1与参考电压vg之间的压差设定为大于驱动电路120中第一反相器inv1所需的操作电压差。如此一来，在第一电压v1尚未达到阈值时，第一电压v1与参考电压vg之间的压差也将提供驱动电路120的第一反相器inv1足够的操作电压空间，避免其中的第一n型晶体管n1a及第一p型晶体管p1a同时导通，而产生漏电流并增加电荷泵110的负担。

图2为本发明一实施例的第一电压v1及参考电压vg的时序图。在图2的实施例的预定时段pa内，由于第一电压v1尚未达到其阈值thv1，因此控制电路130可以在预定时段pa内将参考电压vg调整至第一预设参考值ref1以增加参考电压vg与第一电压v1之间的压差。举例来说，第一电压v1原先的初始值可例如为0v，在经过电荷泵110抬升电压后，第一电压v1的目标值(亦即为所需的电压值)可例如为-3v，而第一电压v1的阈值thv1可例如为-1.5v。参考电压vg的预设值可例如为0v，而第一预设参考值ref1可例如为1.5v。也就是说，在此预定时段pa内，参考电压vg与第一电压v1之间的压差可较预设的情况多了1.5v，如此一来，在电荷泵110所提供的第一电压v1尚未达到阈值thv1之前，第一反相器inv1中的第一p型晶体管p1a及第一n型晶体管n1a也可以具有足够的操作电压空间，而不至于同时导通造成漏电流。

在预定时段pa后，第一电压v1已经达到其阈值thv1，因此控制电路130可将参考电压vg调整至第二预设参考值ref2，亦即调整至参考电压vg的预设值0v。在本发明的部分实施例中，第一预设参考值ref1与第一电压v1的阈值thv1的差值会大于第二预设参考值ref2与阈值thv1的差值。

在图1的实施例中，控制电路130可包含脉冲产生器132，脉冲产生器132可以在预定时段pa内将参考电压vg调整至第一预设参考值ref1，并在预定时段pa后，将参考电压vg调整至第二预设参考值ref2。

由于电荷泵110及电压控制装置100在刚被致能时，为处于初始阶段，在此阶段中，第一电压v1通常还未能达到所需的阈值thv1。因此，在本发明的部分实施例中，控制电路130可以在电荷泵110或电压控制装置100被致能时，启动脉冲产生器132，如此一来，就能够对应地在预定时段pa内将参考电压vg调整至第一预设参考值ref1以增加参考电压vg与第一电压v1之间的压差。

在图1的实施例中，控制电路130还可包含电压侦测器134，电压侦测器134耦接至脉冲产生器132，并可以用来侦测致能电荷泵110的电压信号或致能电压控制装置100的电压信号。如此一来，当电荷泵110或电压控制装置100被致能时，控制电路130就可以根据电压侦测器134的侦测结果对应启动脉冲产生器132以增加参考电压vg与第一电压v1之间的压差。然而，在有些实施例中，系统可以在致能电荷泵110或电压控制装置100时，直接驱动控制电路130中的脉冲产生器132，在此情况下，控制电路130也可将电压侦测器134省略。

此外，本发明并不限定以电荷泵110或电压控制装置100是否被致能来作为改变参考电压vg的判断条件，在本发明的部分实施例中，控制电路130也可直接判断第一电压v1是否已达到阈值thv1以作为改变参考电压vg的判断条件。

图3为本发明一实施例的电压控制装置200。电压控制装置200与电压控制装置100具有相似的结构并可根据相似的原理操作。然而电压控制装置200的控制电路230可包含比较器232，而控制电路230可利用比较器232的输出结果调整参考电压vg。也就是说，比较器232可以用来比较第一电压v1与其阈值thv1以判断出第一电压v1是否已经达到了阈值thv1，并供控制电路230做进一步的操作。如此一来，就能够根据电压控制装置200的实际操作情况，实时调整参考电压vg，以避免电荷泵110无法稳定地提供系统所需的第一电压v1。

然而，在此实施例中，第一电压v1的目标值(亦即为所需的电压值)为-3v且为负电压，因此为了让比较器232能够方便进行比较，控制电路230还可包含比较电压产生器234。比较电压产生器234可以接收第二电压v2(在此实施例中为正电压)及第一电压v1，并根据第一电压v1及第二电压v2产生介于第一电压v1及第二电压v2之间的比较电压v1’，并将比较电压v1’设定为正电压。在此情况下，比较器232的第一输入端便可接收比较电压v1’，而比较器232的第二输入端则可接收对应于阈值thv1的阈值电压vx。在此情况下，只要适当地设定阈值电压vx及比较电压v1’，就可以借由比较阈值电压vx及比较电压v1’得知第一电压v1与阈值thv1之间的关系，同时也可以让比较器232的两个输入端都接收到正电压，以便于比较器232内部电路的设计，例如是使用习知的比较器。

在图3的实施例中，比较电压产生器234可包含至少一个或复数个分压元件，例如是复数个分压电阻rd，而比较电压产生器234则可透过这些分压电阻rd在第一电压v1及第二电压v2之间取得分压以产生比较电压v1’。然而在本发明的其他实施例中，比较电压产生器234也可利用复数个二极管或复数个以二极管形式连接的晶体管(diode-connectedtransistor)来取代分压电阻rd，并根据该些二极管或该些以二极管形式连接的晶体管产生所需的比较电压v1’。

根据比较器232比较阈值电压vx与比较电压v1’的比较结果，控制电路230就可以对应地调整参考电压vg。举例来说，当比较器232判断比较电压v1’高于阈值电压vx时，控制电路230可透过电压选择器236将参考电压vg调整至第一预设参考值ref1。当比较器232判断比较电压v1’低于阈值电压vx时，控制电路230则可透过电压选择器236将参考电压vg调整至第二预设参考值ref2。在本发明的部分实施例中，电压选择器236的内部可包含切换电路及逻辑电路，逻辑电路可以根据比较器232的判断结果来控制切换电路以将电压选择器236的输出端耦接至提供第一预设参考值ref1的电压端或提供第二预设参考值ref2之间切换。如此一来，就能够根据电压控制装置200的实际操作情况，实时调整参考电压vg，以避免电荷泵110无法稳定地提供系统所需的第一电压v1。

此外，在本发明的部分实施例中，若第一电压v1是设定为正电压，例如3v，则控制电路230也可省略比较电压产生器234，而无须另外产生比较电压v1’，并直接将第一电压v1与其阈值thv1进行比较。

图4为本发明一实施例的电压控制装置300的示意图。在图4中，驱动电路320可包含开关驱动电路322、电压移位电路324及输出反相器326。

电压移位电路324可接收输入信号sigin、第一电压v1、第二电压v2及参考电压vg。在此实施例中，第二电压v2可为正电压，例如3v，第一电压v1可为负电压，例如-3v，且参考电压vg可介于第一电压v1及第二电压v2之间，例如为0v。然而本发明并不以此为限，在本发明的其他实施例中，第一电压v1可为正电压，而第二电压v2可为负电压。

电压移位电路324包含第一输出端及第二输出端。电压移位电路324的第一输出端可根据输入信号sigin、第一电压v1及参考电压vg输出第一移位信号sigls1，而电压移位电路324的第二输出端可根据输入信号sigin、第二电压v2及参考电压vg输出第二移位信号sigls2。

图5为本发明一实施例的电压控制装置300的电压信号时序图。在图5中，第一移位信号sigls1会与输入信号sigin同相变动而具有参考电压vg或第一电压v1。举例来说，当输入信号sigin在时点a从低电位变为高电位时，第一移位信号sigls1会跟着从第一电压(-3v)变为参考电压vg(0v)。

相对地，第二移位信号sigls2会与输入信号sigin同相变动而具有参考电压vg或第二电压v2。举例来说，当输入信号sigin在时点a从低电压变为高电位时，第二移位信号sigls2跟着从参考电压vg(0v)变为第二电压v2(3v)。

再者，开关驱动电路322可包含至少一级第一反相器inv1及至少一级第二反相器inv2，在图4的实施例中，开关驱动电路322可包含三级第一反相器inv1以及三级第二反相器inv2。每一级第一反相器inv1具有输入端、输出端、第一电源端及第二电源端。第一反相器inv1的输入端可接收与输入信号sigin同相变动的第一移位信号sigls1或前一级第一反相器inv1所输出的反相信号，第一反相器inv1的第一电源端可接收参考电压vg，第一反相器inv1的第二电源端可接收第一电压v1，而第一反相器inv1的输出端可输出反相信号。在此实施例中，相关的电压信号时序图亦一并参照图5，当第一移位信号sigls1从第一电压v1(-3v)变为参考电压vg(0v)时，反相信号siginv1也将随着从参考电压vg(0v)变为第一电压v1(-3v)。

在图4中，每一级第一反相器inv1包含第一p型晶体管p1a及第一n型晶体管n1a。第一p型晶体管p1a具有第一端、第二端及控制端。第一p型晶体管p1a的第一端耦接于第一反相器inv1的第一电源端，第一p型晶体管p1a的第二端耦接于第一反相器inv1的输出端，而第一p型晶体管p1a的控制端耦接于第一反相器inv1的输入端。第一n型晶体管n1a具有第一端、第二端及控制端。第一n型晶体管n1a的第一端耦接于第一p型晶体管p1a的第二端，第一n型晶体管n1a的第二端耦接于第一反相器inv1的第二电源端，而第一n型晶体管n1a的控制端耦接于第一p型晶体管p1a的控制端。

每一级第二反相器inv2具有输入端、输出端、第一电源端及第二电源端。第二反相器inv2的输入端可接收与输入信号sigin同相变动的第二移位信号sigls2或前一级第二反相器inv2所输出的反相信号，第二反相器inv2的第一电源端可接收第二电压v2，第二反相器inv2的第二电源端可接收参考电压vg，而第二反相器inv2的输出端可输出反相信号。在此实施例中，当第二移位信号sigls2从参考电压vg(0v)变为第二电压v2(3v)时，反相信号siginv2也将随着从第二电压v2(3v)变为参考电压vg(0v)。

在图4中，每一级第二反相器inv2可包含第二p型晶体管p2a及第二n型晶体管n2a。第二p型晶体管p2a具有第一端、第二端及控制端，第二p型晶体管p2a的第一端耦接于第二反相器inv2的第一电源端，第二p型晶体管p2a的第二端耦接于第二反相器inv2的输出端，而第二p型晶体管p2a的控制端耦接于第二反相器inv2的输入端。第二n型晶体管n2a具有第一端、第二端及控制端。第二n型晶体管n2a的第一端耦接于第二p型晶体管p2a的第二端，第二n型晶体管n2a的第二端耦接于第二反相器inv2的第二电源端，而第二n型晶体管n2a的控制端耦接于第二p型晶体管p2a的控制端。

输出反相器326具有输入端、第一电源端、第二电源端及输出端。输出反相器326的输入端可接收参考电压vg，输出反相器326的第一电源端可接收最末级第二反相器inv2所输出的反相信号siginv2，输出反相器326的第二电源端用以接收最末级第一反相器inv1所输出的反相信号siginv1，而输出反相器326的输出端可输出驱动信号sigout。

在图5中，当输入信号sigin为低电位时，输出反相器326的第一电源端所接收的反相信号siginv2为第二电压v2，而输出反相器326的第二电源端所接收的反相信号siginv1为参考电压vg。由于输出反相器326的输入端会接收到参考电压vg，因此在此情况下，输出反相器326输出的驱动信号sigout为第二电压v2。

相对地，当输入信号sigin变为高电位时，输出反相器326的第一电源端所接收的反相信号siginv2会变为参考电压vg，而输出反相器326的第二电源端所接收的反相信号siginv1变为第一电压v1。在此情况下，输出反相器326输出的驱动信号sigout会变为第一电压v1。

也就是说，驱动电路320可以根据压差变化较小的输入信号sigin输出压差变化较大的驱动信号sigout，进而驱动对应的电子元件，例如图1所述的射频开关sw。

此外，在图4的实施例中，电荷泵310也可一并提供第二电压v2。在此情况下，控制电路330根据电荷泵310产生第一电压v1及第二电压v2时的特性，选择在第一电压v1还未达到其阈值时，增大第一电压v1与参考电压vg之间的压差，或者在第二电压v2还未达到其阈值时，增大第二电压v2与参考电压vg之间的压差，使得驱动电路320中的第一反相器inv1及第二反相器inv2能够在电荷泵310的加压过程中，具有足够的操作电压空间，避免产生漏电流并增加电荷泵310的负担。在本发明的部分实施例中，控制电路330可与控制电路130或230根据相同的原理操作。

然而，本发明并不限定第二电压v2是由电荷泵310提供。在本发明的其他实施例中，第二电压v2也可由固定电压源提供。也就是说，在电压控制装置300致能时，固定电压源就能够稳定提供所需的第二电压v2，而无须额外的时间来调整电压。在此情况下，透过设定适当的第一预设参考值ref1，电压控制装置300就可以在参考电压vg被调整到第一预设参考值ref1的情况下，确保驱动电路320中的第一反相器inv1及第二反相器inv2都具有足够的操作电压空间。

综上所述，本发明的实施例所提供的电压控制装置可以在电荷泵所输出的电压尚未达到阈值时，调整参考电压以增加驱动电路内部元件的操作电压空间，避免产生漏电流，并确保电荷泵能够迅速进入稳态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书范围所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。