TWI692926B - 應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路 - Google Patents

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Abstract

一種應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路，包含第一至第三反或閘、第一及第二反相器、第一及第二D型正反器、反及閘、或閘與及閘。第一反或閘及第二反或閘分別接收第一及第二脈寬調變訊號並分別輸出升壓狀態請求訊號及降升壓狀態請求訊號。第一D型正反器輸出第一時間多工輸出訊號及第一反相時間多工輸出訊號。第二D型正反器輸出第二時間多工輸出訊號及第二反相時間多工輸出訊號。第三反或閘輸出另一第一時間多工輸出訊號。反及閘輸出另一第二時間多工輸出訊號。或閘輸出第一反相輸出訊號。及閘輸出第二反相輸出訊號。

Description

應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路
本發明係與顯示器有關，尤其是關於一種應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路，可適用於顯示器中之顯示驅動器的電源管理。
傳統上，液晶顯示器中之的閘極驅動器(Gate Driver)的電源(包含高位準輸出電壓VGH及低位準輸出電壓VGL)係分別由升壓直流-直流轉換器(Boost DC-DC Converter)以及降升壓直流-直流轉換器(Buck-Boost DC-DC Converter)所提供。其中，高位準輸出電壓VGH係為升壓直流-直流轉換器產生的正輸出電壓，而低位準輸出電壓則為降升壓直流-直流轉換器產生的負輸出電壓。
如圖1所示，為了節省成本，升壓直流-直流轉換器與降升壓直流-直流轉換器可結合為共用同一電感L1的單電感雙極性輸出(Single-Inductor Dual-Output,SIDO)直流-直流轉換器1。單電感雙極性輸出直流-直流轉換器1可包含P型電晶體SP、N型電晶體SN、升壓整流二極體(Boost Rectifier Diode)D1、降升壓整流二極體(Buck-Boost Rectifier Diode)D2、對應高位準輸出電壓VGH的輸出電容C1、對應低位準輸出電壓VGL的輸出 電容C2及電感L1。
如圖2所示，單電感雙極性輸出直流-直流轉換系統2可包含單電感雙極性輸出直流-直流轉換器1、誤差放大器EA1~EA2、分壓電阻R1~R4、脈寬調變訊號產生器22、時間多工器24、電流感測器26及反相器INV1~INV2。
誤差放大器EA1接收參考電壓VREFP及回饋訊號FBP，且回饋訊號FBP係由分壓電阻R1~R2對高位準輸出電壓VGH進行分壓而得。誤差放大器EA2接收參考電壓VREFN及回饋訊號FBN，且回饋訊號FBN係由分壓電阻R3~R4對參考電壓VREF與低位準輸出電壓VGL的電壓差進行分壓而得。電流感測器26用以感測流經N型電晶體SN的電流並產生電流感測訊號VCS<1：0>。電流感測訊號VCS<1：0>包含電流感測訊號VCS<1>及電流感測訊號VCS<0>。
脈寬調變訊號產生器22分別接收誤差放大器EA1輸出的誤差放大訊號VEA1、誤差放大器EA2輸出的誤差放大訊號VEA2及電流感測器26輸出的電流感測訊號VCS<1：0>並據以產生第一脈寬調變訊號VPWM1~第二脈寬調變訊號VPWM2至時間多工器24。
時間多工器24分別接收致能訊號EN、時脈訊號CLK、時脈相關訊號CLKD2及第一脈寬調變訊號VPWM1~第二脈寬調變訊號VPWM2並據以產生第二反相輸出訊號PCTR及第一反相輸出訊號NCTR至反相器INV1~INV2。當反相器INV1~INV2分別接收到第二反相輸出訊號PCTR及第一反相輸出訊號NCTR時，反相器INV1~INV2分別對第二反相輸出訊號PCTR及第一反相輸出訊號NCTR進行反相處理後產生開關控制訊號VGP及 VGN至單電感雙極性輸出直流-直流轉換器1中之P型電晶體SP及N型電晶體SN，以控制P型電晶體SP及N型電晶體SN的運作時序。
如圖3所示，為了避免次諧和振盪(Subharmonic Oscillation)的現象發生，脈寬調變訊號產生器22可透過加法器將電流感測訊號VCS<0>及VCS<1>分別加入鋸齒波VSAW1及VSAW2進行斜率補償(Slope Compensation)以形成斜波訊號VRAMP1及VRAMP2。
比較器CMP1的正輸入端+與負輸入端-分別接收斜波訊號VRAMP1與誤差放大訊號VEA1並據以產生第一脈寬調變訊號VPWM1，其時序圖如圖4所示。比較器CMP2的正輸入端+與負輸入端-分別接收斜波訊號VRAMP2與誤差放大訊號VEA2並據以產生第二脈寬調變訊號VPWM2，其時序圖如圖4所示。
請參照圖5A至圖5C，單電感雙極性輸出直流-直流轉換器之操作相包含下列三相(Phase)：如圖5A所示，第一相PH1為電感儲存能量相；如圖5B所示，第二相PH2為對於對應高位準輸出電壓VGH的輸出電容C1進行充電相；第三相PH3為對於對應低位準輸出電壓VGL的輸出電容C2進行放電相。
一般而言，單電感雙極性輸出直流-直流轉換器需採用分時多工控制方法，使得降升壓狀態BB與升壓狀態BST可在時間上依序操作於非連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)下，亦即於每一個週期的開始時，例如於時間0、T、2T時，電感電流IL均需從零電流開始，其時序圖請參照圖6。
如圖6所示，若升壓狀態BST是由第一相PH A與第二相PH B 組成且降升壓狀態BB是由第一相PH A與第三相PH C組成，於第一相PH A期間，電感L會儲存能量，使得電感電流IL會隨時間增加；於第二相PH B期間，會對輸出電容C1進行充電；於第三相PH C期間，會對輸出電容C2進行放電。
如圖7所示，當高位準輸出電壓VGH或低位準輸出電壓VGL達到目標值後，系統將會分別進入升壓閒置狀態IDLE-BST及降升壓閒置狀態IDLE-BB。此時，由於電壓已夠，電感L不需再儲存能量，亦即不必再進入第一相PH A，所以於升壓閒置狀態IDLE-BST下僅會進入第二相PH B，而於降升壓閒置狀態IDLE-BB下僅會進入第三相PH C。
然而，無論是在升壓閒置狀態IDLE-BST或是降升壓閒置狀態IDLE-BB下，開關控制訊號VGP及VGN仍會動作，導致不必要的功耗而無法達到良好的省電效果，亟待克服。
有鑑於此，本發明提出一種應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路，以有效解決先前技術所遭遇到之上述問題。
根據本發明之一具體實施例為一種應用於一直流-直流轉換系統之時間多工電路。於此實施例中，時間多工電路用以接收第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號並輸出第一反相輸出訊號及第二反相輸出訊號。時間多工電路包含第一反或閘、第二反或閘、第一反相器、第二反相器、第一D型正反器、第二D型正反器、第三反或閘、反及閘、或閘與及閘。
第一反或閘用以接收第一脈寬調變訊號、時脈訊號及反相時脈相關訊號並輸出升壓狀態請求訊號。第二反或閘用以接收第二脈寬調變訊號、時脈訊號及時脈相關訊號並輸出降升壓狀態請求訊號。第一反相器耦接第一反或閘用以將該升壓狀態請求訊號轉變為反相升壓狀態請求訊號。第二反相器耦接第二反或閘，用以將降升壓狀態請求訊號轉變為反相降升壓狀態請求訊號。第一D型正反器耦接第一反相器，用以接收反相升壓狀態請求訊號及輸入電壓並分別輸出第一時間多工輸出訊號及第一反相時間多工輸出訊號。第二D型正反器耦接第二反相器，用以接收反相降升壓狀態請求訊號及輸入電壓並分別輸出第二時間多工輸出訊號及第二反相時間多工輸出訊號。
第三反或閘耦接第一D型正反器，用以接收第一反相時間多工輸出訊號及升壓狀態請求訊號並輸出另一第一時間多工輸出訊號。反及閘耦接第二D型正反器，用以接收第二反相時間多工輸出訊號及反相降升壓狀態請求訊號並輸出另一第二時間多工輸出訊號。或閘耦接第三反或閘，用以接收該另一第一時間多工輸出訊號及反相致能訊號EN並輸出第一反相輸出訊號。及閘耦接反及閘，用以接收該另一第二時間多工輸出訊號及致能訊號並輸出第二反相輸出訊號。
於一實施例中，直流-直流轉換系統為單電感雙極性輸出(Single-Inductor Dual-Output, SIDO)直流-直流轉換系統，用以輸出高位準輸出電壓及低位準輸出電壓，其中高位準輸出電壓為正電壓且低位準輸出電壓為負電壓。
於一實施例中，直流-直流轉換系統還包含單電感雙極性輸出直流-直流轉換器，且時間多工電路透過兩反相器耦接單電感雙極性輸出直流-直流轉換器。
於一實施例中，兩反相器分別將時間多工電路輸出的第一反相輸出訊號及第二反相輸出訊號轉變為第一開關控制訊號及第二開關控制訊號後輸出至單電感雙極性輸出直流-直流轉換器。
於一實施例中，單電感雙極性輸出直流-直流轉換器包含N型電晶體、P型電晶體及電感，P型電晶體SP耦接於輸入電壓與電感之間且N型電晶體耦接於電感與接地端之間，N型電晶體之閘極受控於第一開關控制訊號且P型電晶體之閘極受控於第二開關控制訊號。
於一實施例中，當升壓狀態請求訊處於高位準時，高位準輸出電壓未達預設值，直流-直流轉換系統進入升壓狀態中之第一相。
於一實施例中，當降升壓狀態請求訊號處於高位準時，高位準輸出電壓未達預設值，直流-直流轉換系統進入降升壓狀態中之第一相。
於一實施例中，第一D型正反器輸出的第一時間多工輸出訊號係被升壓狀態請求訊號之後緣觸發而變為高位準；當致能訊號處於低位準或降升壓狀態請求訊號處於高位準時，第一時間多工輸出訊號會被重設至低位準。
於一實施例中，第二D型正反器輸出的第二時間多工輸出訊號係被降升壓狀態請求訊號之後緣觸發而變為低位準；當致能訊號處於低位準或升壓狀態請求訊號處於高位準時，第二時間多工輸出訊號會被重設至高位準。
於一實施例中，第三反或閘輸出的另一第一時間多工輸出訊號為第一時間多工輸出訊號或第一時間多工輸出訊號與升壓狀態請求訊號之差。
於一實施例中，反及閘輸出的另一第二時間多工輸出訊號為第一時間多工輸出訊號或降升壓狀態請求訊號。
於一實施例中，時間多工電路具有五種操作狀態，包含第一操作狀態至第五操作狀態。第一操作狀態為對應於高位準輸出電壓之升壓狀態(Boost State)；第二操作狀態為對應於低位準輸出電壓之降升壓狀態(Buck-Boost State)；當時脈相關訊號處於高位準且升壓狀態請求訊號處於低位準時，第三操作狀態為維持前一個操作狀態不變；當時脈相關訊號處於低位準且降升壓狀態請求訊號處於低位準時，第四操作狀態為維持前一個操作狀態不變；第五操作狀態為電源關閉狀態(Power Down State)。
於一實施例中，時脈相關訊號為二分之一的該時脈訊號CLK。
於一實施例中，反相時脈相關訊號為二分之一的時脈訊號的反相訊號。
於一實施例中，反相致能訊號為致能訊號的反相訊號。
相較於先前技術，本發明所提出之應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路在升壓閒置狀態或是降升壓閒置狀態下會維持操作於前一相不變，藉以避免開關控制訊號在升壓閒置狀態或降升壓閒置狀態下有變化，故可省去不必要的功耗，達到良好的省電效果，可適用於顯示裝置中之顯示驅動器的電源管理。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一具體實施例為一種應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路，用以接收第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號並輸出第一反相輸出訊號及第二反相輸出訊號。
實際上，直流-直流轉換系統可以是單電感雙極性輸出(Single-Inductor Dual-Output, SIDO)直流-直流轉換系統，用以輸出高位準輸出電壓(VGH)及低位準輸出電壓(VGL)，其中高位準輸出電壓(VGH)為正電壓且低位準輸出電壓(VGL)為負電壓，但不以此為限。
請參照圖8，圖8係繪示此實施例中之應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路的示意圖。
如圖8所示，時間多工電路8包含第一反或閘NOR1~第五反或閘NOR5、第一反相器INV3~第二反相器INV4、第一D型正反器DFF1~第二D型正反器DFF2、反及閘NAND1、或閘OR3與及閘AND1。
第一反或閘NOR1耦接至第一反相器INV3；第一反相器INV3耦接至第一D型正反器DFF1；第四反或閘NOR4耦接至第一D型正反器DFF1；第一D型正反器DFF1耦接至第三反或閘NOR3；第三反或閘NOR3耦接至或閘OR3；第二反或閘NOR2耦接至第二反相器INV4；第二反相器INV4耦接至第二D型正反器DFF2；第五反或閘NOR5耦接至第二D型正反器DFF2；第二D型正反器DFF2耦接至反及閘NAND1；反及閘NAND1耦接至及閘AND1。
第一反或閘NOR1係用以接收第一脈寬調變訊號VPWM1、時脈訊號CLK及反相時脈相關訊號CLKD2並輸出升壓狀態請求訊號BST_RQST。需說明的是，反相時脈相關訊號CLKD2為二分之一的時脈訊號CLK的反相訊號，但不以此為限。
第二反或閘NOR2係用以接收第二脈寬調變訊號VPWM2、時脈訊號CLK及時脈相關訊號CLKD2並輸出降升壓狀態請求訊號BB_RQST。需說明的是，時脈相關訊號CLKD2為二分之一的時脈訊號CLK，但不以此為限。
Figure 02_image007
Figure 02_image008
第一反相器INV3係用以將升壓狀態請求訊號BST_RQST轉變為反相升壓狀態請求訊號BST_RQST。第二反相器INV4係用以將降升壓狀態請求訊號BB_RQST轉變為反相降升壓狀態請求訊號BB_RQST。
Figure 02_image009
第一D型正反器DFF1係用以接收反相升壓狀態請求訊號BST_RQST及輸入電壓VIN並分別輸出第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX及第一反相時間多工輸出訊號NCTR_TMUX。
Figure 02_image010
Figure 02_image011
此外，第一D型正反器DFF1還接收第四反或閘NOR4所提供的輸入訊號RN1，且第四反或閘NOR4分別接收降升壓狀態請求訊號BB_RQST與反相致能訊號EN，並據以產生輸入訊號RN1給第一D型正反器DFF1。需說明的是，反相致能訊號EN為致能訊號EN的反相訊號。
Figure 02_image012
Figure 02_image013
第二D型正反器DFF2係用以接收反相降升壓狀態請求訊號BB_RQST及輸入電壓VIN並分別輸出第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX及第二反相時間多工輸出訊號PCTR_TMUX。
Figure 02_image011
此外，第二D型正反器DFF2還接收第五反或閘NOR5所提供的輸入訊號RN2，且第五反或閘NOR5分別接收升壓狀態請求訊號BST_RQST與反相致能訊號EN，並據以產生輸入訊號RN2給第二D型正反BST_RQST與反相致能訊號EN，並據以產生輸入訊號RN2給第二D型正反器DFF2。
第三反或閘NOR3係用以接收第一反相時間多工輸出訊號
Figure 108108899-A0305-02-0015-2
及升壓狀態請求訊號BST_RQST並輸出另一第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX2。
反及閘NAND1係用以接收第二反相時間多工輸出訊號
Figure 108108899-A0305-02-0015-3
及反相降升壓狀態請求訊號BB_RQST並輸出另一第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX2。
或閘OR3係用以接收另一第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX2及反相致能訊號
Figure 108108899-A0305-02-0015-7
並輸出第一反相輸出訊號NCTR。及閘AND1係用以接收另一第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX2及致能訊號EN並輸出第二反相輸出訊號PCTR。
於實際應用中，直流-直流轉換系統還包含單電感雙極性輸出直流-直流轉換器。時間多工電路8可透過兩反相器(例如圖2中之反相器INV1~INV2)耦接單電感雙極性輸出直流-直流轉換器(例如圖2中之單電感雙極性輸出直流-直流轉換器1)。兩反相器可分別將時間多工電路8輸出的第一反相輸出訊號NCTR及第二反相輸出訊號PCTR轉變為開關控制訊號VGN及開關控制訊號VGP後輸出至單電感雙極性輸出直流-直流轉換器。
如圖2所示，單電感雙極性輸出直流-直流轉換器1可包含N型電晶體SN、P型電晶體SP及電感L1。P型電晶體SP耦接於輸入電壓VIN與電感L1之間且N型電晶體SN耦接於電感L1與接地端之間。N型電晶體SN之閘極受控於開關控制訊號VGN且P型電晶體SP之閘極受控於開關控制訊號 VGP。
當升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準時，代表高位準輸出電壓VGH未達預設值，直流-直流轉換系統即會進入升壓狀態中之第一相(PH A)。當降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於高位準時，代表低位準輸出電壓VGL未達預設值，直流-直流轉換系統即會進入降升壓狀態中之第一相(PH A)。
第一D型正反器DFF1輸出的第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX可被升壓狀態請求訊號BST_RQST之後緣觸發而變為高位準；當致能訊號EN處於低位準或降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於高位準時，亦即輸入訊號RN1處於低位準時，第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX會被重設至低位準。
第二D型正反器DFF2輸出的第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX可被降升壓狀態請求訊號BB_RQST之後緣觸發而變為低位準；當致能訊號EN處於低位準或升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準時，亦即輸入訊號RN2處於低位準時，第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX會被重設至高位準。
反及閘NAND1輸出的另一第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX2可為第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX或降升壓狀態請求訊號BB_RQST，詳見圖10及其相關說明。第三反或閘NOR3輸出的另一第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX2可為第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX及升壓狀態請求訊號BST_RQST之和，詳見圖11及其相關說明。
需說明的是，如圖9的下半部所示，本發明的時間多工電路8可具有五種操作狀態ST，包含：
(1)第一操作狀態BST：為對應於高位準輸出電壓VGH之升壓狀態(Boost State)；
(2)第二操作狀態BB：為對應於低位準輸出電壓VGL之降升壓狀態(Buck-Boost State)；
(3)第三操作狀態IDLE_BST：當時脈相關訊號CLKD2處於高位準且升壓狀態請求訊號BST_RQST處於低位準時，代表處於閒置狀態下，故仍維持前一個操作狀態不變，以減少功耗；
(4)第四操作狀態IDLE_BB：當時脈相關訊號CLKD2處於低位準且降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於低位準時，代表處於閒置狀態下，故仍維持前一個操作狀態不變；以及
(5)第五操作狀態PD：為電源關閉狀態(Power Down State)。
如圖9的上半部所示，於時間0至T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST有一段時間處於高位準而降升壓狀態請求訊號BB_RQST則一直處於低位準，因此，時間多工電路8於時間0至T期間的操作狀態ST應為第一操作狀態BST。在升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準的那段時間內，時間多工電路8係操作於第一操作狀態BST的第一相(PH A)。當升壓狀態請求訊號BST_RQST變為低位準時，時間多工電路8從第一操作狀態BST的第一相(PH A)切換至第二相(PH B)。
於時間T至2T期間，降升壓狀態請求訊號BB_RQST有一段時間處於高位準而升壓狀態請求訊號BST_RQST則一直處於低位準，因此，時間多工電路8於時間T至2T期間的操作狀態ST應為第二操作狀態BB。在降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於高位準的那段時間內，時間多工電路8係操作於第一操作狀態BST的第一相(PH A)。當降升壓狀態請求訊號BB_RQST變為低位準時，時間多工電路8從第一操作狀態BST的第一相(PH A)切換至第三相(PH C)。
於時間2T至3T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST有一段時間處於高位準而降升壓狀態請求訊號BB_RQST則一直處於低位準，因此，時間多工電路8於時間2T至3T期間的操作狀態ST應為第一操作狀態BST。在升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準的那段時間內，時間多工電路8係操作於第一操作狀態BST的第一相(PH A)。當升壓狀態請求訊號BST_RQST變為低位準時，時間多工電路8從第一操作狀態BST的第一相(PH A)切換至第二相(PH B)。
於時間3T至4T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST與降升壓狀態請求訊號BB_RQST均一直處於低位準，且時脈相關訊號CLKD2處於低位準，代表此段期間係處於降升壓閒置狀態，因此，時間多工電路8於時間3T至4T期間的操作狀態ST應為第四操作狀態IDLE_BB，故於時間3T至4T期間仍維持前面的操作狀態不變，亦即操作於第二相(PH B)。
於時間4T至5T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST與降升壓狀態請求訊號BB_RQST均一直處於低位準，且時脈相關訊號CLKD2處於高位準，代表此段期間係處於升壓閒置狀態，因此，時間多工電路8於時間4T至5T期間的操作狀態ST應為第三操作狀態IDLE_BST，故於時間4T至5T期間仍維持前面的操作狀態不變，亦即操作於第二相(PH B)。
於時間5T至6T期間，降升壓狀態請求訊號BB_RQST有一段時間處於高位準而升壓狀態請求訊號BST_RQST則一直處於低位準，因此，時間多工電路8於時間5T至6T期間的操作狀態ST應為第二操作狀態BB。在降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於高位準的那段時間內，時間多工電路8係操作於第一操作狀態BST的第一相(PH A)。當降升壓狀態請求訊號BB_RQST變為低位準時，時間多工電路8從第一操作狀態BST的第一相(PH A)切換至第三相(PH C)。
於時間6T至7T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST與降升壓狀態請求訊號BB_RQST均一直處於低位準，且時脈相關訊號CLKD2處於高位準，代表此段期間係處於升壓閒置狀態，因此，時間多工電路8於時間6T至7T期間的操作狀態ST應為第三操作狀態IDLE_BST，故於時間6T至7T期間仍維持前面的操作狀態不變，亦即操作於第三相(PH C)。
於時間7T至8T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST與降升壓狀態請求訊號BB_RQST均一直處於低位準，且時脈相關訊號CLKD2處於低位準，代表此段期間係處於降升壓閒置狀態，因此，時間多工電路8於時間7T至8T期間的操作狀態ST應為第四操作狀態IDLE_BB，故於時間7T至8T期間仍維持前面的操作狀態不變，亦即操作於第三相(PH C)。
於時間8T至9T期間，升壓狀態請求訊號BST_RQST有一段時間處於高位準而降升壓狀態請求訊號BB_RQST則一直處於低位準，因此，時間多工電路8於時間8T至9T期間的操作狀態ST應為第一操作狀態BST。在升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準的那段時間內，時間多工電路8係操作於第一操作狀態BST的第一相(PH A)。當升壓狀態請求訊號BST_RQST變為低位準時，時間多工電路8從第一操作狀態BST的第一相(PH A)切換至第二相(PH B)。
然而，在時間8T’時，原本一直維持於高位準的致能訊號EN忽然變為低位準，因此，從時間8T’至9T期間，時間多工電路8會操作於第五操作狀態PD，亦即電源關閉狀態。
接著，請參照圖10，圖10係繪示在時間多工電路8操作於不同操作狀態下之各訊號的時序圖。
如圖10所示，於此實施例中，當時間多工電路8操作於第三操作狀態IDLE_BST或第四操作狀態IDLE_BB時，開關控制訊號VGP及VGN均會停止動作，使得時間多工電路8維持操作於前一相不變，藉以減少不必要的功耗。
第一D型正反器DFF1輸出的第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX可被升壓狀態請求訊號BST_RQST之後緣觸發而變為高位準；當降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於高位準時，第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX會被重設至低位準。第二D型正反器DFF2輸出的第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX可被降升壓狀態請求訊號BB_RQST之後緣觸發而變為低位準；當升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準時，第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX會被重設至高位準。
此外，需說明的是，反及閘NAND1輸出的另一第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX2可為第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX或降升壓狀態請求訊號BB_RQST。舉例而言，如圖10所示，另一第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX2於大部分時間均與第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX一致，僅有在要進入第二操作狀態BB時，亦即虛線圈起處，另一第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX2會與降升壓狀態請求訊號BB_RQST一致。
接著，請參照圖11，圖11係繪示在時間多工電路8操作於不同操作狀態下之各訊號的時序圖。
如圖11所示，於此實施例中，當時間多工電路8操作於第三操作狀態IDLE_BST或第四操作狀態IDLE_BB時，開關控制訊號VGP及VGN均會停止動作，使得時間多工電路8維持操作於前一相不變，藉以減少不必要的功耗。
第一D型正反器DFF1輸出的第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX可被升壓狀態請求訊號BST_RQST之後緣觸發而變為高位準；當降升壓狀態請求訊號BB_RQST處於高位準時，第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX會被重設至低位準。第二D型正反器DFF2輸出的第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX可被降升壓狀態請求訊號BB_RQST之後緣觸發而變為低位準；當升壓狀態請求訊號BST_RQST處於高位準時，第二時間多工輸出訊號PCTR_TMUX會被重設至高位準。
此外，需說明的是，第三反或閘NOR3輸出的另一第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX2可為第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX或第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX與升壓狀態請求訊號BST_RQST之差。舉例而言，如圖11所示，另一第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX2於大部分時間均與第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX一致，僅有在要進入第一操作狀態BST時，亦即虛線圈起處，另一第一時間多工輸出訊號 NCTR_TMUX2會等於第一時間多工輸出訊號NCTR_TMUX減去升壓狀態請求訊號BST_RQST。
相較於先前技術，本發明所提出之應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路在升壓閒置狀態或降升壓閒置狀態下會維持操作於前一相不變，藉以避免開關控制訊號在升壓閒置狀態或降升壓閒置狀態下有變化，故可省去不必要的功耗，達到良好的省電效果，可適用於顯示裝置中之顯示驅動器的電源管理。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
1:單電感雙極性輸出直流-直流轉換器
VGP、VGN:開關控制訊號
SP:P型電晶體
SN:N型電晶體
L1:電感
C1~C2:電容
D1~D2:二極體
LXN、LXP:節點
VGL:低位準輸出電壓
VGH:高位準輸出電壓
2:單電感雙極性輸出直流-直流轉換系統
EA1~EA2:誤差放大器
R1~R4:分壓電阻
22:脈寬調變訊號產生器
24:時間多工器
26:電流感測器
INV1~INV2:反相器
VCS<1：0>:電流感測訊號
VCS<1>、VCS<0>:電流感測訊號
VEA1~VEA2:誤差放大訊號
VREFN、VREFP:參考電壓
VREF:參考電壓
FBN、FBP:回饋訊號
CMP1~CMP2:比較器
VRAMP1~VRAMP2:斜波訊號
VSAW1~VSAW2:鋸齒波
TA1~TA6、TB1~TB6:時間
IL:電感電流
H:高位準
L:低位準
PH1、PH A:第一相
PH2、PH B:第二相
PH3、PH C:第三相
vfp、vfn:二極體的跨壓
ST:操作狀態
PH:操作相
DCM:非連續導通模式
on:導通
BST:第一操作狀態(升壓狀態)
BB:第二操作狀態(降升壓狀態)
IDLE_BST:第三操作狀態
IDLE_BB:第四操作狀態
PD:電源關閉狀態
T~9T、8T’:時間
8:時間多工電路
VPWM1:第一脈寬調變訊號
VPWM2:第二脈寬調變訊號
NCTR:第一反相輸出訊號
PCTR:第二反相輸出訊號
NOR1:第一反或閘
CLK:時脈訊號
Figure 108108899-A0305-02-0024-4
:反相時脈相關訊號
BST_RQST:升壓狀態請求訊號
NOR2:第二反或閘
CLKD2:時脈相關訊號
BB_RQST:降升壓狀態請求訊號
INV3:第一反相器
Figure 108108899-A0305-02-0025-8
:反相升壓狀態請求訊號
INV4:第二反相器
Figure 108108899-A0305-02-0025-9
:反相降升壓狀態請求訊號
DFF1:第一D型正反器
VIN:輸入電壓
NCTR_TMUX:第一時間多工輸出訊號
Figure 108108899-A0305-02-0025-10
:第一反相時間多工輸出訊號
DFF2:第二D型正反器
PCTR_TMUX:第二時間多工輸出訊號
Figure 108108899-A0305-02-0025-12
:第二反相時間多工輸出訊號
NOR3:第三反或閘
DFF1:第一D型正反器
NCTR_TMUX2:另一第一時間多工輸出訊號
NAND1:反及閘
PCTR_TMUX2:另一第二時間多工輸出訊號
OR3:或閘
Figure 108108899-A0305-02-0025-11
:反相致能訊號
AND1:及閘
EN:致能訊號
INV5~INV6:反相器
NOR4~NOR5:第四反或閘~第五反或閘
RN1~RN2:輸入訊號
ENC:狀態進入條件
EX:狀態結束條件
A、B、C:操作相
TRIG:後緣觸發
本發明所附圖式說明如下： 圖1係繪示傳統的單電感雙極性輸出直流-直流轉換器的示意圖。 圖2係繪示傳統的單電感雙極性輸出直流-直流轉換系統的示意圖。 圖3係繪示圖2中之脈寬調變訊號產生器之一實施例。 圖4係繪示根據斜波訊號與誤差放大訊號產生脈寬調變訊號的時序圖。 圖5A至圖5C係分別繪示單電感雙極性輸出直流-直流轉換器之三種操作相的示意圖。 圖6係繪示單電感雙極性輸出直流-直流轉換器採用分時多工控制的時序圖。 圖7係繪示在升壓閒置狀態或降升壓閒置狀態下，開關控制訊號仍會動作的時序圖。 圖8係繪示根據本發明之一具體實施例中之應用於直流-直流轉換系統之時間多工電路的示意圖。 圖9的上半部係繪示在時間多工電路操作於不同操作狀態下之各訊號的時序圖；圖9的下半部係繪示時間多工電路具有的五種操作狀態相對應的進入條件、結束條件及操作相的示意圖。 圖10係繪示在時間多工電路操作於不同操作狀態下之各訊號的時序圖。 圖11係繪示在時間多工電路操作於不同操作狀態下之各訊號的時序圖。
8‧‧‧時間多工電路
VPWM1‧‧‧第一脈寬調變訊號
VPWM2‧‧‧第二脈寬調變訊號
NCTR‧‧‧第一反相輸出訊號
PCTR‧‧‧第二反相輸出訊號
NOR1‧‧‧第一反或閘
CLK‧‧‧時脈訊號
Figure 108108899-A0304-11-0001-1
‧‧‧反相時脈相關訊號
BST_RQST‧‧‧升壓狀態請求訊號
NOR2‧‧‧第二反或閘
CLKD2‧‧‧時脈相關訊號
BB_RQST‧‧‧降升壓狀態請求訊號
INV3‧‧‧第一反相器
Figure 108108899-A0304-11-0002-2
‧‧‧反相升壓狀態請求訊號
INV4‧‧‧第二反相器
Figure 108108899-A0304-11-0002-3
‧‧‧反相降升壓狀態請求訊號
DFF1‧‧‧第一D型正反器
VIN‧‧‧輸入電壓
NCTR_TMUX‧‧‧第一時間多工輸出訊號
Figure 108108899-A0304-11-0002-4
‧‧‧第一反相時間多工輸出訊號
DFF2‧‧‧第二D型正反器
PCTR_TMUX‧‧‧第二時間多工輸出訊號
Figure 108108899-A0304-11-0002-5
‧‧‧第二反相時間多工輸出訊號
NOR3‧‧‧第三反或閘
DFF1‧‧‧第一D型正反器
NCTR_TMUX2‧‧‧另一第一時間多工輸出訊號
NAND1‧‧‧反及閘
PCTR_TMUX2‧‧‧另一第二時間多工輸出訊號
OR3‧‧‧或閘
Figure 108108899-A0304-11-0002-6
‧‧‧反相致能訊號
AND1‧‧‧及閘
EN‧‧‧致能訊號
INV5~INV6‧‧‧反相器
NOR4~NOR5‧‧‧反或閘
RN1~RN2‧‧‧輸入訊號

Claims (15)

  1. 一種時間多工電路，應用於一直流-直流轉換系統，用以接收一第一脈寬調變訊號及一第二脈寬調變訊號並輸出一第一反相輸出訊號及一第二反相輸出訊號，該時間多工電路包含： 一第一反或閘，用以接收該第一脈寬調變訊號、一時脈訊號及一反相時脈相關訊號並輸出一升壓狀態請求訊號； 一第二反或閘，用以接收該第二脈寬調變訊號、該時脈訊號及一時脈相關訊號並輸出一降升壓狀態請求訊號； 一第一反相器，耦接該第一反或閘，用以將該升壓狀態請求訊號轉變為一反相升壓狀態請求訊號； 一第二反相器，耦接該第二反或閘，用以將該降升壓狀態請求訊號轉變為一反相降升壓狀態請求訊號； 一第一D型正反器，耦接該第一反相器，用以接收該反相升壓狀態請求訊號及一輸入電壓並分別輸出一第一時間多工輸出訊號及一第一反相時間多工輸出訊號； 一第二D型正反器，耦接該第二反相器，用以接收該反相降升壓狀態請求訊號及該輸入電壓並分別輸出一第二時間多工輸出訊號及一第二反相時間多工輸出訊號； 一第三反或閘，耦接該第一D型正反器，用以接收該第一反相時間多工輸出訊號及該升壓狀態請求訊號並輸出另一第一時間多工輸出訊號； 一反及閘，耦接該第二D型正反器，用以接收該第二反相時間多工輸出訊號及該反相降升壓狀態請求訊號並輸出另一第二時間多工輸出訊號； 一或閘，耦接該第三反或閘，用以接收該另一第一時間多工輸出訊號及一反相致能訊號並輸出該第一反相輸出訊號；以及 一及閘，耦接該反及閘，用以接收該另一第二時間多工輸出訊號及一致能訊號並輸出該第二反相輸出訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該直流-直流轉換系統為一單電感雙極性輸出(Single-Inductor Dual-Output, SIDO)直流-直流轉換系統，用以輸出一高位準輸出電壓及一低位準輸出電壓，其中該高位準輸出電壓為正電壓且該低位準輸出電壓為負電壓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之時間多工電路，其中該直流-直流轉換系統還包含一單電感雙極性輸出直流-直流轉換器，該時間多工電路透過兩反相器耦接該單電感雙極性輸出直流-直流轉換器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之時間多工電路，其中該兩反相器分別將該時間多工電路輸出的該第一反相輸出訊號及該第二反相輸出訊號轉變為一第一開關控制訊號及一第二開關控制訊號後輸出至該單電感雙極性輸出直流-直流轉換器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之時間多工電路，其中該單電感雙極性輸出直流-直流轉換器包含一N型電晶體、一P型電晶體及一電感，該P型電晶體耦接於該輸入電壓與該電感之間且該N型電晶體耦接於該電感與接地端之間，該N型電晶體之閘極受控於該第一開關控制訊號且該P型電晶體之閘極受控於該第二開關控制訊號。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之時間多工電路，其中當該升壓狀態請求訊號處於高位準時，該高位準輸出電壓未達預設值，該直流-直流轉換系統進入一升壓狀態中之一第一相。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之時間多工電路，其中當該降升壓狀態請求訊號處於高位準時，該低位準輸出電壓未達預設值，該直流-直流轉換系統進入一降升壓狀態中之一第一相。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該第一D型正反器輸出的該第一時間多工輸出訊號係被該升壓狀態請求訊號之後緣觸發而變為高位準；當該致能訊號處於低位準或該降升壓狀態請求訊號處於高位準時，該第一時間多工輸出訊號會被重設至低位準。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該第二D型正反器輸出的該第二時間多工輸出訊號係被該降升壓狀態請求訊號之後緣觸發而變為低位準；當該致能訊號處於低位準或該升壓狀態請求訊號處於高位準時，該第二時間多工輸出訊號會被重設至高位準。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該第三反或閘輸出的該另一第一時間多工輸出訊號為該第一時間多工輸出訊號或該第一時間多工輸出訊號與該升壓狀態請求訊號之差。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該反及閘輸出的該另一第二時間多工輸出訊號為該第一時間多工輸出訊號或該升壓狀態請求訊號。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之時間多工電路，其中該時間多工電路具有五種操作狀態，包含： 一第一操作狀態，為對應於該高位準輸出電壓之一升壓狀態； 一第二操作狀態，為對應於該低位準輸出電壓之一降升壓狀態； 一第三操作狀態，當該時脈相關訊號處於高位準且該升壓狀態請求訊號處於低位準時，維持前一個操作狀態不變； 一第四操作狀態，當該時脈相關訊號處於低位準且該降升壓狀態請求訊號處於低位準時，維持前一個操作狀態不變；以及 一第五操作狀態，為一電源關閉狀態。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該時脈相關訊號為二分之一的該時脈訊號。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該反相時脈相關訊號為二分之一的該時脈訊號的反相訊號。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之時間多工電路，其中該反相致能訊號為該致能訊號的反相訊號。
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