CN101165999A - 升压器电源电路 - Google Patents
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Abstract
一种升压器电源电路包括半导体IC和外部电路。半导体IC具有：第一电荷泵电路和第二电荷泵电路，其每一个响应于控制信号通过使用电容器来抬升电压；以及选择电路。在第一模式下，选择电路将彼此不同相的第一控制信号和第二控制信号作为控制信号分别输出到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。外部电路提供有第一泵浦电容器和第二泵浦电容器，它们被作为上述电容器分别连接到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。而在第二模式下，选择电路将同相的控制信号作为上述控制信号输出到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。外部电路提供有公共的泵浦电容器，它被作为上述电容器共同连接到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。
Description
发明领域
本发明涉及一种升压器电源电路。特别的，本发明涉及一种适用于需要比电源电压高的电压的半导体设备的升压器电源电路。
背景技术
半导体设备的内部电路通常需要高于电源电压的电压。在这种情况使用升压器电源电路，它向半导体设备的内部电路提供高于电源电压的电压。在日本公开专利申请JP-Heisei-9-163721(JP-P1997-163721)中描述了升压器电源电路的例子。
在上述专利文献中所描述的升压器电源电路中，用于生成电压的第一和第二驱动电路被分别连接到第一和第二电荷泵电路，并且第一和第二电荷泵电路的输出是公共的(被配置为互补的)。结果，两个电荷泵电路操作同时抵消电压波动(ripple)。从而就可以抑制输出电压中出现的电压波动，并且提供稳定的电压。
需要升压器电源电路的例子包括将高于电源电压的电压提供给字线的情况。这样的例子还包括将高于电源电压的电压提供给反熔丝(anti-fuse)的情况。这样的例子将在下面进行描述。
图1示出了一个升压器电源电路的配置的例子。图1所示的升压器电源电路包括半导体集成电路105和外部电路106。作为供电目标的目标电路7被连接到升压器电源电路。
半导体集成电路105提供有控制电路101和电荷泵电路103-1和103-2。控制电路101被连接到电荷泵电路103-1和103-2。电源电压VDD被提供到电荷泵电路103-1和103-2。电荷泵电路103-1具有电压输出端Out1和输出端C1+和C1-。电荷泵电路103-2具有电压输出端Out2和输出端C2+和C2-。
外部电路106提供有平滑电容器C0和泵浦电容器C1和C2。平滑电容器C0具有正电极和负电极。提供给负电极的是公共电压Vcom，作为低于电源电压VDD的参考电压。正电极被连接到电荷泵电路103-1的电压输出端Out1、电荷泵电路103-2的电压输出端Out2和目标电路7。泵浦电容器C1具有正电极和负电极。正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路103-1的输出端C1+和C1-。泵浦电容器C2具有正电极和负电极。正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路103-2的输出端C2+和C2-。
控制电路101分别向电荷泵电路103-1和103-2输出彼此不同相的控制信号Cnt1和Cnt2，从而互补的操作两个电荷泵电路103-1和103-2。例如，控制信号Cnt2是相对于控制信号Cnt1反相的控制信号。响应于控制信号Cnt1，电荷泵电路103-1使用泵浦电容器C1来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。响应于控制信号Cnt2，电荷泵电路103-2使用泵浦电容器C2来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
考虑控制信号Cnt1的信号电平是低(L)电平而控制信号Cnt2的信号电平是高(H)电平的情况。在这种情况下，电荷泵电路103-1将公共电压Vcom提供给输出端C1-，将第一电压VDD提供给输出端C1+，从而在泵浦电容器C1中积累的对应于电压差(VDD-Vcom)的电荷。另一方面，在泵浦电容器C2中积累了对应于该电压差的电荷，并且电荷泵电路103-2将第一电压VDD提供给输出端C2-。结果，通过将电压差(VDD-Vcom)加到第一电压VDD而获得的第二电压VDD2被施加到输出端C2+。电荷泵电路103-2将第二电压VDD2输出到电压输出端Out2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
相似的，考虑控制信号Cnt2的信号电平是低(L)电平而控制信号Cnt1的信号电平是高(H)电平的情况。在这种情况下，电荷泵电路103-2将公共电压Vcom提供给输出端C2-，将第一电压VDD提供给输出端C2+，从而在泵浦电容器C2中积累对应于电压差(VDD-Vcom)的电荷。另一方面，在泵浦电容器C1中积累了对应于该电压差的电荷，并且电荷泵电路103-1将第一电压VDD提供给输出端C1-。结果，通过将电压差(VDD-Vcom)加到第一电压VDD而获得的第二电压VDD2被应用到输出端C1+。电荷泵电路103-1将第二电压VDD2输出到电压输出端Out1。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
例如，目标电路7包括：显示单元，其中多个像素以矩阵形式排列；多个栅极线，分别与显示单元的多个像素行连接；以及多个数据线，分别与显示单元的多个像素列连接。在这种情况下，半导体集成电路105是驱动器IC，它从外部提取显示数据并在显示单元上将其显示。上述第三电压被提供给从多个栅极线中选出的栅极线。
替代的，目标电路7可以包括：存储单元和熔丝电路。存储单元具有多个存储元和一个冗余存储元组。熔丝电路具有反熔丝组，其用于用冗余存储元组来替代多个存储元中的缺陷存储元组。在这种情况下，半导体集成电路105是用于从/向存储单元读/写数据的驱动器IC。上述第三电压被提供给从反熔丝组中选择出的反熔丝。
如上所述，升压器电源电路可以向栅极线(字线)或者反熔丝提供高于电源电压VDD的电压。这里，两个电荷泵电路103-1和103-2被分别连接到泵浦电容器C1和C2，它们是在外部电路106中的外部元件，并且升压器电源电路以互补方式操作电荷泵电路103-1和103-2。结果，根据上面的升压器电源电路，与仅操作一个连接到作为外部元件的泵浦电容器C 1的电荷泵电路103-1的情况相比，可以获得更高的电流提供能力。
发明内容
本申请的发明者已经意识到以下几点。
随着显示单元或者存储单元的多样化，对于升压器电源电路的要求也是多样化的。对于升压器电源电路的要求包括：(A)给予电流提供能力优先；以及(B)给予低成本优先。
在(A)情况下，如上所述，可以通过增加作为外部元件的泵浦电容器的数目来获得更高的电流提供能力。
在(B)情况下，可以通过减少作为外部元件的泵浦电容器的数目来降低成本。例如，如图2所示，为了降低成本，作为外部元件的泵浦电容器C2被切断。在这种情况下，在半导体集成电路105中的两个可操作的电荷泵电路103-1和103-2之中，只有一个电荷泵电路103-1是有效的，它被连接到作为外部元件泵浦电容器C1。因此，电流提供能力变低了。
如上所述，可以通过增加外部元件的数目来增强电流提供能力。另一方面，可以通过减少外部元件的数目来降低成本。希望下面的两种情况都支持：(A)给予电流提供能力优先的情况，以及(B)给予低成本优先的情况。
在本发明的一个实施例中，升压器电源电路包括半导体集成电路和连接到半导体集成电路的外部电路。半导体集成电路以第一模式和第二模式操作。第一模式是“电流提供能力增强模式”，而第二模式是“外部元件减少模式”。
半导体集成电路具有第一电荷泵电路、第二电荷泵电路和选择电路。第一和第二电荷泵电路的每个响应于控制信号，通过使用电容器来抬升第一电压，以产生第二电压。
在第一模式((A)电流提供能力增强模式)的情况下，选择电路将彼此不同相的第一控制信号和第二控制信号作为上述控制信号分别输出到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。在这种情况下，外部电路提供有第一泵浦电容器和第二泵浦电容器，它们作为上述电容器被分别连接到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。
在第二模式((B)外部元件减少模式)的情况下，选择电路将同相的控制信号作为上述控制信号输出到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。在这种情况下，外部电路提供有公共泵浦电容器，它作为上述电容器被共同连接到第一电荷泵电路和第二电荷泵电路。
在这种方式下，半导体集成电路对下面两种情况都能够支持：(A)给予电流提供能力优先的情况以及(B)给予低成本优先的情况。
在(A)电流提供能力增强模式的情况下，第一和第二电荷泵电路被分别连接到作为外部电路中的外部元件的第一和第二泵浦电容器，并且升压器电源电路以互补模式操作第一和第二电荷泵电路。结果，根据本发明的升压器电源电路，与仅操作连接到一个作为外部元件的泵浦电容器的一个电荷泵电路的情况相比，可以获得更高的电流提供能力。
在(B)外部元件减少模式的情况下，第一和第二电荷泵电路被共同连接到作为外部电路中的外部元件的一个公共泵浦电容器，并且升压器电源电路用同相控制信号来操作第一和第二电荷泵电路。这样，根据本发明的升压器电源电路，可以减少作为外部元件的泵浦电容器的数量。因此，与执行(A)电流提供能力增强模式的情况相比，成本被降低了。
而且，在(B)元件减少模式的情况下，公共泵浦电容器被连接到第一电荷泵电路，并且第一和第二电荷泵电路被同相操作。这时，为了降低寄生电阻的影响，公共泵浦电容器还被连接到第二电荷泵电路，因此第二电荷泵电路的未使用端被短路。根据本发明的升压器电源电路，在(B)外部元件减少模式下，第一和第二电荷泵电路被同相的操作。结果，与执行(A)电流提供能力增强模式的情况相比，寄生电阻的影响被降低。
附图描述
通过下面结合附图对特定优选实施例的详细描述，本发明的上述目的、特征和优点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了升压器电源电路的配置的例子；
图2示出了升压器电源电路的配置的另一个例子；
图3示出了根据本发明的第一实施例的在(A)电流提供能力增强模式下的升压器电源电路的电路配置；
图4示出了根据本发明的第一实施例的在(B)外部元件减少模式下的升压器电源电路的电路配置；
图5是时序图，示出了根据第一实施例的升压器电源电路在(B)外部元件减少模式和(A)电流提供能力增强模式下的操作；
图6示出了根据本发明的第二实施例的在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应(accommodate)模式下的升压器电源电路的电路配置；
图7示出了根据本发明的第二实施例的在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下的升压器电源电路的电路配置；
图8示出了根据本发明的第二实施例的在(B)外部元件减少模式下的升压器电源电路的电路配置；以及
图9是时序图，示出了根据第二实施例的升压器电源电路在(B)外部元件减少模式、(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式和(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下的操作。
具体实施例
现在将参考图示的实施例对本发明进行描述。本领域技术人员会理解，使用本发明的教导可以完成许多替代的实施例，以及本发明不限于出于解释目的而图示的实施例。
根据本发明的升压器电源电路可以两个要求都满足：(A)给予电流提供能力优先；以及(B)给予低成本优先。
在(A)的情况下，增加作为外部元件的泵浦电容器的数目，以获得更高的电流提供能力。在这种情况下，执行稍后描述的“电流提供能力增强模式(第一模式)”。
在(B)的情况下，减少作为外部元件的泵浦电容器的数目，以降低成本。在这种情况下，执行稍后描述的“外部元件减少模式(第二模式)”。
(第一实施例)
图3和4示出了根据本发明的第一实施例的升压器电源电路的配置。更特别的，图3示出了在(A)电流提供能力增强模式(第一模式)情况下的电路配置，而图4示出了在(B)外部元件减少模式(第二模式)情况下的电路配置。
根据本发明的升压器电源电路包括半导体集成电路5和外部电路6。外部电路6被外部连接到半导体集成电路5。而且，如图3和4所示，作为供电目标的目标电路7被连接到升压器电源电路。
半导体集成电路5包括控制电路1和选择电路2。控制电路1连接到选择电路2。根据本实施例的半导体集成电路可以在“电流提供能力增强模式(第一模式)”和“外部元件减少模式(第二模式)”下操作。
在(A)电流提供能力增强模式下，如图3所示，半导体集成电路5包括电荷泵电路3-1和3-2。选择电路2连接到该电荷泵电路3-1和3-2。电源电压VDD被提供到电荷泵电路3-1和3-2。电荷泵电路3-1具有电压输出端Out1和输出端C1+和C1-。电荷泵电路3-2具有电压输出端Out2和输出端C2+和C2-。
外部电路6提供有平滑电容器C0。平滑电容器C0具有正电极和负电极。提供给负电极的是公共电压Vcom，作为低于电源电压VDD的参考电压。正电极被连接到电荷泵电路3-1的电压输出端Out1、电荷泵电路3-2的电压输出端Out2和目标电路7。
在(A)电流提供能力增强模式下，外部电路6还提供有泵浦电容器C1和C2。泵浦电容器C1具有正电极和负电极。该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路3-1的输出端C1+和C1-。泵浦电容器C2具有正电极和负电极。该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路3-2的输出端C2+和C2-。
在(A)电流提供能力增强模式下，如下面所述，电荷泵电路3-1和3-2被互补的操作。
在(B)外部元件减少模式下，如图4所示，半导体集成电路5包括电荷泵电路4-1和4-2，代替上述的电荷泵电路3-1和3-2。电荷泵电路4-1和4-2分别具有与电荷泵电路3-1和3-2相同的功能。选择电路2被连接到电荷泵电路4-1和4-2。电源电压VDD被提供给电荷泵电路4-1和4-2。电荷泵电路4-1具有电压输出端Out1和输出端C 1+和C1-。电荷泵电路4-2具有电压输出端Out2和输出端C2+和C2-。
在(B)外部元件减少模式下，外部电路6还提供有公共泵浦电容器C1，而不是上述的泵浦电容器C1和C2。也就是说，作为外部元件的泵浦电容器C2被去除。公共泵浦电容器C1具有正电极和负电极。该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-1的输出端C1+和C1-。正电极和负电极还被分别连接到电荷泵电路4-2的输出端C2+和C2-。在这种方式下，公共泵浦电容器C1被共同连接到电荷泵电路4-1和4-2。
在(B)外部元件减少模式下，如下面所述，电荷泵电路4-1和4-2以相同相位操作。因此，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-2的输出端C2+和C2-，从而电荷泵电路4-2的未使用端被短路。通过以相同相位操作电荷泵电路4-1和4-2，与两个电荷泵电路3-1和3-2被交替操作的情况(A)相比，可以降低寄生电阻的影响。
半导体集成电路5中的选择电路2响应于外部模式信号Mode，执行(A)电流提供能力增强模式或者(B)外部元件减少模式。在这些模式中的升压器电源电路的操作将在下面描述。
图5是时序图，示出了根据本发明的第一实施例的升压器电源电路在(B)外部元件减少模式和(A)电流提供能力增强模式下的操作。
首先，将解释(A)电流提供能力增强模式。
控制电路1输出控制信号Cnt1和Cnt2到选择电路2。控制信号Cnt1和Cnt2将被分别提供给电荷泵电路3-1和3-2。控制信号Cnt1和Cnt2是彼此不同相的。例如，控制信号Cnt2是相对于控制信号Cnt1反相的控制信号。选择电路2从控制电路1接收控制信号Cnt1和Cnt2。
如图5所示，例如在(A)电流提供能力增强模式下模式信号Mode的信号电平是H电平。在这种情况下，选择电路2将从控制电路1接收的控制信号Cnt1和Cnt2作为不同相控制信号Cnt_A和Cnt_B分别输出到电荷泵电路3-1和3-2，这是执行(A)电流提供能力增强模式。不同相的控制信号Cnt_A(Cnt1)和Cnt_B(Cnt2)是用于互补的分别操作两个电荷泵电路3-1和3-2的控制信号。
在(A)电流提供能力增强模式下，响应于不同相控制信号Cnt_A(Cnt1)，电荷泵电路3-1使用泵浦电容器C1来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。相似的，响应于不同相控制信号Cnt_B(Cnt2)，电荷泵电路3-2使用泵浦电容器C2来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
考虑不同相控制信号Cnt_A(Cnt1)的信号电平是低(L)电平并且不同相控制信号Cnt_B(Cnt2)的信号电平是高(H)电平的情况。在这种情况下，电荷泵电路3-1将公共电压Vcom提供给输出端C1-，将第一电压VDD提供给输出端C1+，从而在泵浦电容器C1中积累对应于电压差(VDD-Vcom)的电荷。另一方面，在泵浦电容器C2中积累对应于该电压差的电荷，并且电荷泵电路3-2将第一电压VDD提供给输出端C2-。结果，通过将电压差(VDD-Vcom)加到第一电压VDD而获得的第二电压VDD2被应用到输出端C2+。电荷泵电路3-2将第二电压VDD2输出到电压输出端Out2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
相似的，考虑不同相控制信号Cnt_B(Cnt2)的信号电平是低(L)电平而不同相控制信号Cnt_A(Cnt1)的信号电平是高(H)电平的情况。在这种情况下，电荷泵电路3-2将公共电压Vcom提供给输出端C2-，将第一电压VDD提供给输出端C2+，从而在泵浦电容器C2中积累的对应于电压差(VDD-Vcom)的电荷。另一方面，在泵浦电容器C1中积累对应于该电压差的电荷，并且电荷泵电路3-1将第一电压VDD提供给输出端C1-。结果，通过将电压差(VDD-Vcom)加到第一电压VDD而获得的第二电压VDD2被应用到输出端C1+。电荷泵电路3-1将第二电压VDD2输出到电压输出端Out1。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后作为第三电压提供给目标电路7。
接着，将解释(B)外部元件减少模式。
控制电路1将控制信号Cnt1和Cnt2输出到选择电路2。控制信号Cnt1和Cnt2是彼此不同相的。例如，控制信号Cnt2是相对于控制信号Cnt1反相的控制信号。选择电路2从控制电路1接收控制信号Cnt1和Cnt2。
如图5所示，例如，在(B)外部元件减少模式下模式信号Mode的信号电平是L电平。在这种情况下，选择电路2将从控制电路1接收的控制信号Cnt1和Cnt2的任意一个作为同相控制信号(Cnt_A，Cnt_B)共同输出到电荷泵电路4-1和4-2，这是执行(B)外部元件减少模式。例如，选择电路2将控制信号Cnt1作为同相控制信号Cnt_A和Cnt_B共同输出到电荷泵电路4-1和4-2。同相的控制信号Cnt_A(Cnt1)和Cnt_B(Cnt1)是用于同相操作两个电荷泵电路4-1和4-2的控制信号。
在(B)外部元件减少模式下，响应于同相控制信号Cnt_A(Cnt1)，电荷泵电路4-1使用公共泵浦电容器C1来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。相似的，响应于同相控制信号Cnt_B(Cnt1)，电荷泵电路4-2使用公共泵浦电容器C1来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
考虑同相控制信号Cnt_A(Cnt1)和Cnt_B(Cnt1)的信号电平是低(L)电平的情况。在这种情况下，电荷泵电路4-1和4-2分别将公共电压Vcom提供给输出端C1-和C2-，将第一电压VDD提供给输出端C1+和C2+，从而在公共泵浦电容器C1中积累的对应于电压差(VDD-Vcom)的电荷。
相似的，考虑控制信号Cnt_A(Cnt1)和Cnt_B(Cnt1)的信号电平是高(H)电平的情况。在这种情况下，在公共泵浦电容器C1中积累对应于电压差(VDD-Vcom)的电荷，并且电荷泵电路4-1和4-2分别将第一电压VDD提供给输出端C1-和C2-。结果，通过将电压差(VDD-Vcom)加到第一电压VDD而获得的第二电压VDD2被应用到输出端C1+和C2+。电荷泵电路4-1和4-2分别将第二电压VDD2输出到电压输出端Out1和Out2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
例如，目标电路7是具有多个像素的显示面板。更具体的，目标电路7包括：显示单元，其中多个像素以矩阵形式排列；多个栅极线，分别与显示单元的多个像素行连接；以及多个数据线，分别与显示单元的多个像素列连接。在这种情况下，半导体集成电路5是驱动器IC，它从外部提取显示数据并在显示面板上将其显示。上述第三电压被提供给从多个栅极线中选出的栅极线。换句话说，第三电压被提供给显示面板，以驱动从多个像素中选择出的像素。
替代的，目标电路7可以是存储设备。更具体的，目标电路7可以包括：存储单元和熔丝电路。存储单元具有多个存储元和冗余存储元组。熔丝电路具有反熔丝组，用于用冗余存储元组来替代多个存储元中的缺陷存储元组。在这种情况下，半导体集成电路5是驱动器IC，用于从/向存储单元读/写数据。上述第三电压被提供给从反熔丝组中选择出的反熔丝。第三电压被提供给该反熔丝，以用冗余存储元来代替缺陷存储元。
以这种方式，根据本发明的第一实施例的升压器电源电路能够向栅极线(字线)或反熔丝提供高于电源电压VDD的电压。
在(A)电流提供能力增强模式下，两个电荷泵电路3-1和3-2被分别连接到两个泵浦电容器C1和C2，它们是外部电路6中的外部元件，并且根据本实施例的升压器电源电路以互补方式操作两个电荷泵电路3-1和3-2。结果，根据本实施例的升压器电源电路，与仅操作连接到外部元件的一个泵浦电容器C1的一个电荷泵电路3-1的情况相比，可以获得更高的电流提供能力。
在(B)外部元件减少模式下，两个电荷泵电路4-1和4-2被共同连接到作为外部电路6中的外部元件的公共泵浦电容器C1，并且根据本实施例的升压器电源电路以同相方式操作两个电荷泵电路4-1和4-2。这样，根据本实施例的升压器电源电路，可以减少作为外部元件的泵浦电容器的数目。因此，与执行(A)电流提供能力增强模式的情况相比，降低了成本。
而且，在(B)外部元件减少模式下，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-1的输出端C1+和C1-，并且电荷泵电路4-1和4-2被同相操作。这时，为了降低寄生电阻的影响，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极还被连接到电荷泵电路4-2的输出端C2+和C2-，因此电荷泵电路4-2的未使用端被短路。根据本实施例的升压器电源电路，在(B)外部元件减少模式下，两个电荷泵电路4-1和4-2被同相的操作。结果，与执行(A)电流提供能力增强模式的情况相比，可以降低寄生电阻的影响。
如上所述，根据本实施例的升压器电源电路的半导体集成电路5能够支持(A)给予电流提供能力优先的情况，以及(B)给予低成本优先的情况。
(第二实施例)
接着，下面将描述根据本发明的第二实施例的升压器电源电路。在第二实施例中，将适当省略与上述第一实施例重叠的描述将。
在前面第一实施例中描述的是半导体集成电路5提供有两个电荷泵电路3-1(4-1)和3-2(4-2)，并且执行(A)电流提供能力增强模式或者(B)外部元件减少模式的情况。在本发明的第二实施例中，将解释半导体集成电路5提供有三个或更多个电荷泵电路的情况。另外在本实施例中，执行(A)电流提供能力增强模式或者(B)外部元件减少模式。应当注意，本实施例中的(A)电流提供能力增强模式包括“(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式”和“(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式”。
图6到8示出了根据本发明第二实施例的升压器电源电路的配置。更具体的，图6示出了在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式的情况下的电路配置，图7示出了在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式的情况下的电路配置，图8示出了在(B)外部元件减少模式的情况下的电路配置。
参见图6，将解释(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式。
半导体集成电路5提供有M个电荷泵电路(M是不小于3的整数)。这M个电荷泵电路包括上述的电荷泵电路3-1和3-2。考虑M是4的情况，并且将M个电荷泵电路分别称为电荷泵电路3-1到3-4。选择电路2被连接到电荷泵电路3-1到3-4。电源电压VDD被提供到电荷泵电路3-1到3-4。电荷泵电路3-1具有电压输出端Out1和输出端C1+和C1-。电荷泵电路3-2具有电压输出端Out2和输出端C2+和C2-。电荷泵电路3-3具有电压输出端Out3和输出端C3+和C3-。电荷泵电路3-4具有电压输出端Out4和输出端C4+和C4-。
外部电路6提供有平滑电容器C0。平滑电容器C0具有正电极和负电极。公共电压Vcom被提供给负电极作为低于电源电压VDD的参考电压。正电极被连接到上述电压输出端Out1到Out4以及目标电路7。
在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下，外部电路6还提供有M个泵浦电容器，包括泵浦电容器C1和C2。在图6中，M是4，并且M个泵浦电容器被分别称为泵浦电容器C1到C4。泵浦电容器C1具有正电极和负电极，并且该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路3-1的输出端C1+和C1-。泵浦电容器C2具有正电极和负电极，并且该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路3-2的输出端C2+和C2-。泵浦电容器C3具有正电极和负电极，并且该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路3-3的输出端C3+和C3-。泵浦电容器C4具有正电极和负电极，并且该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路3-4的输出端C4+和C4-。
在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下，如后面描述的，电荷泵电路3-1和3-2被互补的操作。
参见图7，将解释(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式。
半导体集成电路5提供有电荷泵电路3-1和3-2。电荷泵电路3-1包括P个电荷泵电路(P是不小于2的整数)，而电荷泵电路3-2包括Q个电荷泵电路(Q是不小于2的整数)。考虑P和Q是2的情况，P个电荷泵电路被分别称作电荷泵电路5-1和5-2，Q个电荷泵电路被分别称作电荷泵电路5-3和5-4。选择电路2被连接到电荷泵电路5-1到5-4。电源电压VDD被提供到电荷泵电路5-1到5-4。电荷泵电路5-1具有电压输出端Out1和输出端C1+和C1-。电荷泵电路5-2具有电压输出端Out2和输出端C2+和C2-。电荷泵电路5-3具有电压输出端Out3和输出端C3+和C3-。电荷泵电路5-4具有电压输出端Out4和输出端C4+和C4-。
在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式(第三模式)下，外部电路6提供有上述泵浦电容器C1和C2，作为公共泵浦电容器，而不是上述的泵浦电容器C1到C4。公共泵浦电容器C1具有正电极和负电极，并且该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路5-1的输出端C1+和C1-，以及被分别连接到电荷泵电路5-2的输出端C2+和C2-。在这种方式下，公共泵浦电容器C1被共同连接到电荷泵电路5-1和5-2。相似的，公共泵浦电容器C2具有正电极和负电极，并且该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路5-3的输出端C3+和C3-，以及被分别连接到电荷泵电路5-4的输出端C4+和C4-。以这种方式，公共泵浦电容器C2被共同连接到电荷泵浦电容器5-3和5-4。
在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，电荷泵电路5-1和5-2被同相的操作，并且电荷泵电路5-3和5-4被同相的操作，如后面描述的。因此，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路5-2的输出端C2+和C2-，并且从而电荷泵电路5-2的未使用端被短路。另外，公共泵浦电容器C2的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路5-4的输出端C4+和C4-，从而电荷泵电路5-4的未使用端被短路。通过同相操作两个电荷泵电路5-1和5-2，以及同相操作两个电荷泵电路5-3和5-4，与以互补方式操作四个电荷泵电路3-1到3-4的情况相比，可以降低寄生电阻的影响。
参见图8，将解释(B)外部元件减少模式。
半导体集成电路5提供有N个电荷泵电路(N是不小于3的整数)。N个电荷泵电路包括上述的电荷泵电路4-1和4-2。考虑N是4的情况，并且N个电荷泵电路被分别称作电荷泵电路4-1到4-4。选择电路2被连接到电荷泵电路4-1到4-4。电源电压VDD被提供给电荷泵电路4-1到4-4。电荷泵电路4-1具有电压输出端Out1和输出端C1+和C1-。电荷泵电路4-2具有电压输出端Out2和输出端C2+和C2-。电荷泵电路4-3具有电压输出端Out3和输出端C3+和C3-。电荷泵电路4-4具有电压输出端Out4和输出端C4+和C4-。
在(B)外部元件减少模式下，外部电路6还提供有公共泵浦电容器C1，而不是上述的泵浦电容器C1到C4或者上述的公共泵浦电容器C1和C2。也就是说，作为外部元件的泵浦电容器C2到C4或者公共泵浦电容器C2被去掉。公共泵浦电容器C1具有正电极和负电极。该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-1的输出端C1+和C1-。而且，该正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-2的输出端C2+和C2-、电荷泵电路4-3的输出端C3+和C3-、以及电荷泵电路4-4的输出端C4+和C4-。以这种方式，公共泵浦电容器C1被共同连接到电荷泵浦电容器4-1到4-4。
在(B)外部元件减少模式下，电荷泵电路4-1到4-4被同相的操作，如后面描述的。因此，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-2的输出端C2+和C2-，从而电荷泵电路4-2的未使用端被短路。另外，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-3的输出端C3+和C3-，从而电荷泵电路4-3的未使用端被短路。另外，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-4的输出端C4+和C4-，从而电荷泵电路4-4的未使用端被短路。通过以相同相位操作四个电荷泵电路4-1到4-4，与互补地操作四个电荷泵电路3-1到3-4的情况相比，可以减少寄生电阻的影响。
外部模式信号Mode包括模式信号Mode0和Mode1。响应于模式信号Mode0和Mode1的组合，半导体集成电路5中的选择电路2执行(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式、(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式、以及(B)外部元件减少模式的任意一个。在这些模式期间的升压器电源电路的操作将在下面进行描述。
图9是时序图，示出了根据本发明的第二实施例的升压器电源电路在(B)外部元件减少模式、(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式和(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下的操作。
首先，将解释(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式。
控制电路1输出M个控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4到选择电路2。M个控制信号Cnt1到Cnt4将被分别提供给M个电荷泵电路3-1到3-4。控制信号Cnt1到Cnt4是彼此不同相的。例如，控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4的相位比例以1/4周期顺序偏移。选择电路2从控制电路1接收控制信号Cnt1到Cnt4。
如图9所示，例如在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下，模式信号Mode1的信号电平是H电平，而不管模式信号Mode0的信号电平。在这种情况下，选择电路2将从控制电路1接收的控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4作为M个不同相控制信号Cnt_A、Cnt_B、Cnt_C和Cnt_D分别输出到电荷泵电路3-1、3-2、3-3和3-4，这是执行(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式。M个不同相的控制信号Cnt_A(Cnt1)、Cnt_B(Cnt2)、Cnt_C(Cnt3)和Cnt_D(Cnt4)是用于互补的分别操作M个电荷泵电路3-1、3-2、3-3和3-4的控制信号。
在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下，响应于不同相控制信号Cnt_A(Cnt1)、Cnt_B(Cnt2)、Cnt_C(Cnt3)和Cnt_D(Cnt4)，电荷泵电路3-1、3-2、3-3和3-4分别使用泵浦电容器C1、C2、C3和C4来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
接着，将解释(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式。
控制电路1输出M个控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4到选择电路2。控制信号Cnt1到Cnt4是彼此不同相的。例如，控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4的相位彼此顺序偏移1/4周期。选择电路2从控制电路1接收控制信号Cnt1到Cnt4。
如图9所示，例如在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，模式信号Mode1的信号电平是L电平，而模式信号Mode0的信号电平是H电平。在这种情况下，选择电路2执行(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式。更具体的，选择电路2将从控制电路1接收的控制信号Cnt1作为同相控制信号(Cnt_A，Cnt_B)共同输出到电荷泵电路3-1(电荷泵电路5-1和5-2)。此外，选择电路2将从控制电路1接收的控制信号Cnt3作为同相控制信号(Cnt_C，Cnt_D)共同输出到电荷泵电路3-2(电荷泵电路5-3和5-4)。同相的控制信号Cnt_A(Cnt1)和Cnt_B(Cnt1)是用于以相同相位操作两个电荷泵电路5-1和5-2的控制信号，并且同相的控制信号Cnt_C(Cnt3)和Cnt_D(Cnt3)是用于以相同相位操作两个电荷泵电路5-3和5-4的控制信号。
在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，响应于同相控制信号Cnt_A和Cnt_B(Cnt1)，电荷泵电路5-1和5-2分别使用公共泵浦电容器C1来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。相似的，响应于同相控制信号Cnt_C和Cnt_D(Cnt3)，电荷泵电路5-3和5-4分别使用公共泵浦电容器C2来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
接着，将解释(B)外部元件减少模式。
控制电路1将控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4输出到选择电路2。控制电路Cnt1到Cnt4是彼此不同相的。例如，控制信号Cnt1、Cnt2、Cnt3和Cnt4的相位彼此以1/4周期顺序偏移。选择电路2从控制电路1接收控制信号Cnt1到Cnt4。
如图9所示，例如在(B)外部元件减少模式下的模式信号Mode0和Mode1的信号电平是L电平。在这种情况下，选择电路2将从控制电路1接收的控制信号Cnt1到Cnt4的任意一个作为同相控制信号(Cnt_A，Cnt_B，Cnt_C，Cnt_D)共同输出到N个电荷泵电路4-1到4-4，这是执行(B)外部元件减少模式。例如，选择电路2将控制信号Cnt1作为同相控制信号Cnt_A、Cnt_B、Cnt_C和Cnt_D共同输出到N个电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4。同相的控制信号Cnt_A、Cnt_B、Cnt_C和Cnt_D(Cnt1)是用于同相的操作四个电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4的控制信号。
在(B)外部元件减少模式下，响应于同相控制信号Cnt_A、Cnt_B、Cnt_C和Cnt_D(Cnt1)，电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4分别使用公共泵浦电容器C1来抬升第一电压(电源电压VDD)，以生成第二电压VDD2。第二电压VDD2被平滑电容器C0平滑，并且然后被作为第三电压提供给目标电路7。
如上所述，在(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式下，四个电荷泵电路3-1、3-2、3-3和3-4被分别连接到作为外部电路6中的外部元件的四个泵浦电容器C1、C2、C3和C4，并且根据本实施例的升压器电源电路以互补的方式操作四个电荷泵电路3-1、3-2、3-3和3-4。结果，根据第二实施例的升压器电源电路，与上述的执行(A)电流提供能力增强模式的情况相比，可以获得更高的电流提供能力。
在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，两个电荷泵电路5-1和5-2被共同连接到作为外部电路6中的外部元件的一个公共泵浦电容器C1，并且升压器电源电路用同相控制信号(Cnt1)来操作两个电荷泵电路5-1和5-2。另外，两个电荷泵电路5-3和5-4被共同连接到作为外部电路6中的外部元件的一个公共泵浦电容器C2，并且升压器电源电路用同相控制信号(Cnt3)来操作两个电荷泵电路5-3和5-4。而且，电荷泵电路5-1、5-2和电荷泵电路5-3和5-4是互补操作的。这样，在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，作为外部元件的泵浦电容器的数目被减少，而确保了电流提供能力。因此，与执行(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式的情况相比，成本被降低了。而且，可以在一定程度上确保电流提供能力。
而且，在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路5-1的输出端C1+和C 1-，并且电荷泵电路5-1和5-2是同相操作的。这时，为了降低寄生电阻的影响，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极还被分别连接到电荷泵电路5-2的输出端C2+和C2-，因此电荷泵电路5-2的未使用端被短路。另外，公共泵浦电容器C2的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路5-3的输出端C3+和C3-，并且电荷泵电路5-3和5-4是同相操作的。这时，为了降低寄生电阻的影响，公共泵浦电容器C2的正电极和负电极还被分别连接到电荷泵电路5-4的输出端C4+和C4-，因此电荷泵电路5-4的未使用端被短路。根据本实施例的升压器电源电路，在(A-2)电流提供能力确保/外部元件减少模式下，两个电荷泵电路5-1和5-2同相操作，并且两个电荷泵电路5-3和5-4同相操作。结果，与执行(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式的情况相比，降低了寄生电阻的影响。
在(B)外部元件减少模式下，四个电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4被共同连接到作为外部电路6中的外部元件的一个公共泵浦电容器C1，并且根据本实施例的升压器电源电路用同相控制信号(Cnt1)来操作四个电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4。因此，根据本实施例的升压器电源电路，减少了作为外部元件的泵浦电容器的数目，并因此降低了成本。
而且，在(B)外部元件减少模式的情况下，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-1的输出端C1+和C 1-，并且电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4同相操作。这时，为了降低寄生电阻的影响，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极还被分别连接到电荷泵电路4-2的输出端C2+和C2-，因此电荷泵电路4-2的未使用端被短路。另外，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-3的输出端C3+和C3-，因此电荷泵电路4-3的未使用端被短路。另外，公共泵浦电容器C1的正电极和负电极被分别连接到电荷泵电路4-4的输出端C4+和C4-，因此电荷泵电路4-4的未使用端被短路。根据本实施例的升压器电源电路，在(B)外部元件减少模式下，四个电荷泵电路4-1、4-2、4-3和4-4同相操作。结果，与执行(A-1)电流提供能力增强/外部元件适应模式的情况相比，寄生电阻的影响被降低了。
很明显本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明范围的情况下，本发明可以进行各种修改和改变。
Claims (7)
1.一种升压器电源电路，包括：
以第一模式和第二模式操作的半导体集成电路；以及
连接到所述半导体集成电路的外部电路，
其中所述半导体集成电路具有：
第一电荷泵电路和第二电荷泵电路，其每个响应于控制信号利用电容器来抬升第一电压，以产生第二电压；以及
选择电路，被配置为在所述第一模式下将彼此不同相的第一控制信号和第二控制信号作为所述控制信号分别输出到所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路，以及在所述第二模式下将同相控制信号作为所述控制信号输出到所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路，
其中在所述第一模式的情况下，所述外部电路提供有第一泵浦电容器和第二泵浦电容器，它们被作为所述电容器分别连接到所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路，
其中在所述第二模式的情况下，所述外部电路提供有公共泵浦电容器，它被作为所述电容器共同连接到所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路。
2.根据权利要求1的升压器电源电路，
其中所述半导体集成电路具有包括所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路的N个电荷泵电路，N是不小于3的整数，
其中在所述第二模式的情况下，所述公共泵浦电容器被共同连接到所述N个电荷泵电路，并且所述选择电路输出所述同相控制信号到所述N个电荷泵电路。
3.根据权利要求1的升压器电源电路，
其中所述第一电荷泵电路包括P个电荷泵电路，P是不小于2的整数，并且所述第二电荷泵电路包括Q个电荷泵电路，Q是不小于2的整数，
其中所述第一模式包括第三模式，
其中在所述第三模式的情况下，所述第一泵浦电容器被共同连接到所述P个电荷泵电路，所述第二泵浦电容器被共同连接到所述Q个电荷泵电路，以及所述选择电路分别将所述第一控制信号和所述第二控制信号输出到所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路。
4.根据权利要求1的升压器电源电路，
其中所述半导体集成电路具有包括所述第一电荷泵电路和所述第二电荷泵电路的M个电荷泵电路，M是不小于3的整数，
其中在所述第一模式的情况下，所述外部电路提供有M个泵浦电容器，所述M个泵浦电容器包括所述第一泵浦电容器和所述第二泵浦电容器并且被分别连接到所述M个电荷泵电路，并且所述选择电路将彼此不同相的M个控制信号作为所述控制信号分别输出到所述M个电荷泵电路。
5.根据权利要求1的升压器电源电路，
其中所述外部电路还提供有平滑电容器，用于平滑由所述半导体集成电路生成的所述第二电压，以生成第三电压，并将所述第三电压提供给目标电路。
6.根据权利要求5的升压器电源电路，
其中所述目标电路是具有多个像素的显示面板，
其中所述第三电压被提供给所述显示面板，用于驱动从所述多个像素选择的像素。
7.根据权利要求5的升压器电源电路，
其中所述目标电路是存储设备，其具有：
多个存储元；
冗余存储元；以及
反熔丝，用于用所述冗余存储元代替所述多个存储元中的缺陷存储元，
其中所述第三电压被提供给所述反熔丝。
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