TWI705367B - 適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路 - Google Patents

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張耀光
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Abstract

一種電荷泵電路，包含時脈產生器，產生時脈信號；感測波形產生器，產生感測信號；第一二極體，其陰極電性連接至預設低電壓；第一電容器，其第一板電性耦接時脈信號，其第二板於中間節點處電性連接至第一二極體的陽極；第二二極體，其陰極電性連接至第一電容器的第二板；及第二電容器，其第一板電性耦接感測信號，其第二板於輸出節點處電性連接至第二二極體的陽極。產生於電荷泵期間之時脈信號與產生於觸控感測期間之感測信號係交替產生。

Description

適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路
本發明係有關一種直流轉換器，特別是關於一種適用於觸控顯示整合驅動器(TDDI)的電荷泵電路。
直流轉換器(DC-to-DC converter)係一種將直流電源從一個電壓位準轉換至另一個電壓位準的電子電路。直流轉換器為電源轉換器(power converter)的一種，其功率範圍可以從低功率位準至高功率位準。
電荷泵電路(charge-pump circuit)為直流轉換器的一種，其使用電容器以儲存電荷，用以提高或降低電壓。電荷泵電路一般具簡單的電路結構但具有高效率，通常可達90~95%。
觸控顯示整合驅動器(touch and display driver integration)係為一種積體驅動器，可驅動觸控面板與顯示面板。然而，觸控顯示整合驅動器的電壓範圍通常為32伏特，當使用電荷泵電路時，被驅動的觸控/顯示面板的電壓範圍通常大於40伏特，所以需要使用特別的機制來達成。因此亟需提出一種新穎的電荷泵電路，可適用於觸控顯示整合驅動器但不會犧牲電荷泵電路的高效率。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適用於觸控顯示整合驅動器(TDDI)的電荷泵電路，用以驅動具高電壓範圍的觸控/顯示面板。
根據本發明實施例，電荷泵電路包含時脈產生器、感測波形產生器、第一二極體、第一電容器、第二二極體及第二電容器。時脈產生器產生時脈信號，其振盪於高狀態與低狀態之間，其中高狀態具相關預設高電壓且低狀態具相關預設低電壓。感測波形產生器產生觸控感測用的感測信號。第一二極體之陰極電性連接至預設低電壓。第一電容器之第一板電性耦接時脈信號，其第二板於中間節點處電性連接至第一二極體的陽極。第二二極體之陰極於中間節點處電性連接至第一電容器的第二板。第二電容器之第一板電性耦接感測信號，其第二板於輸出節點處電性連接至第二二極體的陽極。產生於電荷泵期間之時脈信號與產生於觸控感測期間之感測信號係交替產生。
第一圖顯示適用於顯示驅動器的電荷泵電路100的電路圖。電荷泵電路100可包含時脈產生器11，設於顯示驅動器內，用以產生時脈信號(例如圖示的方波)，其振盪於高狀態(具相關預設高電壓VSP)與低狀態(具相關預設低電壓VSN)之間。
電荷泵電路100可包含(外掛)第一二極體D1，設於顯示驅動器外部。第一二極體D1具陰極(例如p-n介面二極體的N側)，電性連接至預設低電壓VSN。電荷泵電路100可包含(外掛)第一電容器C1，具第一板12，電性耦接(時脈產生器11的)時脈信號；及第二板13，於中間節點M處電性連接至第一二極體D1的陽極(例如p-n介面二極體的P側)。
電荷泵電路100可包含(外掛)第二二極體D2，其具陰極，於中間節點M處電性連接至第一電容器C1的第二板13。電荷泵電路100可包含(外掛)第二電容器C2，其具第一板14，電性連接至地(例如0伏特)；及第二板15，於輸出節點VGL處電性連接至第二二極體D2的陽極。
於進行第一階段的操作時，當時脈信號位於高狀態(亦即高電壓VSP)，第一二極體D1為順向偏壓(forward-biased)(或導通)，中間節點M充電至VSN+Vt，其中Vt代表二極體臨界電壓。於第一階段，第二二極體D2為逆向偏壓(reverse-biased)(或關閉)，因而將第二電容器C2與電荷泵電路100的其他電路分離開來。
於進行第二階段的操作時，當時脈信號位於低狀態(亦即低電壓VSN)，第二二極體D2為順向偏壓(或導通)，然而第一二極體D1為逆向偏壓(或關閉)。因此，第二二極體D2串聯於第一電容器C1與時脈信號。藉此，輸出節點VGL充電至2VSN-VSP+Vt，然而中間節點M充電至2VSN-VSP。在一例子中，若預設高電壓VSP為6伏特，預設低電壓VSN為-6伏特且二極體臨界電壓Vt為0.7伏特，則輸出節點VGL充電至-17.3伏特。根據上述，電荷泵電路100可提供較顯示驅動器更大的電壓範圍。
第二圖顯示本發明實施例之適用於觸控顯示整合驅動器(TDDI)的電荷泵電路200的電路圖。電荷泵電路200類似於第一圖之電荷泵電路100的架構，可包含時脈產生器11(設於觸控顯示整合驅動器內)、(外掛)第一二極體D1、(外掛)第二二極體D2、(外掛)第一電容器C1及(外掛)第二電容器C2，其細節不再贅述。
根據本實施例的特徵之一，電荷泵電路200可更包含感測波形產生器21，設於觸控顯示整合驅動器內，用以產生觸控感測用的感測(驅動)信號(例如圖示的三角波)，其振盪於地(例如0伏特)與預設負電壓(例如-5伏特)之間。根據本實施例的另一特徵，第二電容器C2的第一板14電性耦接感測信號，而非如第一圖耦接至地。
根據本實施例的又一特徵，(時脈產生器11的)時脈信號與(感測波形產生器21的)感測信號係分時(time-sharing)產生。其中，時脈信號產生於電荷泵(或顯示)期間，接著於觸控感測期間產生感測信號。換句話說，感測信號與時脈信號係交替產生。
於進行電荷泵期間的第一階段的操作時，當時脈信號位於高狀態(亦即高電壓VSP)，第一二極體D1為順向偏壓(或導通)，中間節點M充電至VSN+Vt，其中Vt代表二極體臨界電壓。於第一階段，第二二極體D2為逆向偏壓(或關閉)，因而將第二電容器C2與電荷泵電路100的其他電路分離開來。
於進行電荷泵期間的第二階段的操作時，當時脈信號位於低狀態(亦即低電壓VSN)，第二二極體D2為順向偏壓(或導通)，然而第一二極體D1為逆向偏壓(或關閉)。因此，第二二極體D2串聯於第一電容器C1與時脈信號。藉此，輸出節點VGL充電至2VSN-VSP+Vt，然而中間節點M充電至2VSN-VSP。
於觸控感測期間，第二二極體D2為順向偏壓(或導通)，然而第一二極體D1為逆向偏壓(或關閉)。輸出節點VGL從電荷泵期間的輸出電壓2VSN-VSP+Vt，依感測信號(例如圖示的三角波)更向下充電(使其具更負電壓)，因而產生比2VSN-VSP+Vt更負的電壓。根據上述，電荷泵電路200所提供的電壓範圍(例如大於40伏特)遠大於觸控顯示整合驅動器(TDDI)之電壓範圍(例如小於32伏特)。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100:電荷泵電路
11:時脈產生器
12:第一板
13:第二板
14:第一板
15:第二板
200:電荷泵電路
21:感測波形產生器
C1:第一電容器
C2:第二電容器
D1:第一二極體
D2:第二二極體
M:中間節點
VGL:輸出節點
VSP:預設高電壓
VSN:預設低電壓
Vt:二極體臨界電壓
第一圖顯示適用於顯示驅動器的電荷泵電路的電路圖。 第二圖顯示本發明實施例之適用於觸控顯示整合驅動器(TDDI)的電荷泵電路的電路圖。
200:電荷泵電路
11:時脈產生器
12:第一板
13:第二板
14:第一板
15:第二板
21:感測波形產生器
C1:第一電容器
C2:第二電容器
D1:第一二極體
D2:第二二極體
M:中間節點
VGL:輸出節點
VSP:預設高電壓
VSN:預設低電壓
Vt:二極體臨界電壓

Claims (13)

  1. 一種電荷泵電路，包含：一時脈產生器，產生一時脈信號，其振盪於高狀態與低狀態之間，其中該高狀態具相關預設高電壓且該低狀態具相關預設低電壓；一感測波形產生器，產生觸控感測用的一感測信號；一第一二極體，其陰極電性連接至該預設低電壓；一第一電容器，其第一板電性耦接該時脈信號，其第二板於中間節點處電性連接至該第一二極體的陽極；一第二二極體，其陰極於該中間節點處電性連接至該第一電容器的第二板；及一第二電容器，其第一板電性耦接該感測信號，其第二板於輸出節點處電性連接至該第二二極體的陽極；其中產生於電荷泵期間之該時脈信號與產生於觸控感測期間之該感測信號係交替產生；其中於進行電荷泵期間的第一階段的操作時，當該時脈信號位於高狀態，該第一二極體為順向偏壓然而該第二二極體為逆向偏壓，因此該中間節點充電至VSN+Vt，其中VSN代表該預設低電壓且Vt代表二極體臨界電壓。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之電荷泵電路，其中該感測信號振盪於地與預設負電壓之間。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之電荷泵電路，其中於進行電荷泵期間的第二階段的操作時，當該時脈信號位於低狀態，該第二二極體為順向偏壓然而該第一二極體為逆向偏壓，因此該輸出節點充電至2VSN-VSP+Vt，且該中間節點充電至2VSN-VSP，其中VSP代表該預設高電壓。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述之電荷泵電路，其中於觸控感測期間，該第二二極體為順向偏壓然而該第一二極體為逆向偏壓，因此依該感測信號將該輸出節點從2VSN-VSP+Vt更向下充電。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之電荷泵電路，其中該時脈產生器與該感測波形產生器設於一觸控顯示整合驅動器內，且該電荷泵電路所提供的電壓範圍大於該觸控顯示整合驅動器之電壓範圍。
  6. 一種適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路，包含：一第一二極體，其陰極電性連接至預設低電壓；一第一電容器，其第一板電性耦接一時脈信號，振盪於高狀態與低狀態之間，其中該高狀態具相關預設高電壓且該低狀態具相關預設低電壓，該第一電容器之第二板於中間節點處電性連接至該第一二極體的陽極；一第二二極體，其陰極於該中間節點處電性連接至該第一電容器的第二板；及一第二電容器，其第一板電性耦接觸控感測用的一感測信號，其第二板於輸出節點處電性連接至該第二二極體的陽極；其中產生於電荷泵期間之該時脈信號與產生於觸控感測期間之該感測信號係交替產生；其中於進行電荷泵期間的第一階段的操作時，當該時脈信號位於高狀態，該第一二極體為順向偏壓然而該第二二極體為逆向偏壓，因此該中間節點充電至VSN+Vt，其中VSN代表該預設低電壓且Vt代表二極體臨界電壓。
  7. 根據申請專利範圍第6項所述適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路，其中該感測信號振盪於地與預設負電壓之間。
  8. 根據申請專利範圍第6項所述適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路，其中於進行電荷泵期間的第二階段的操作時，當該時脈信號位於低狀態，該第二二極體為順向偏壓然而該第一二極體為逆向偏壓，因此該輸出節點充電至2VSN-VSP+Vt，且該中間節點充電至2VSN-VSP，其中VSP代表該預設高電壓。
  9. 根據申請專利範圍第8項所述適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路，其中於觸控感測期間，該第二二極體為順向偏壓然而該第一二極體為逆向偏壓，因此依該感測信號將該輸出節點從2VSN-VSP+Vt更向下充電。
  10. 根據申請專利範圍第6項所述適用於觸控顯示整合驅動器的電荷泵電路，其中該時脈信號係由設在觸控顯示整合驅動器內的時脈產生器所產生，該感測信號係由設在該觸控顯示整合驅動器內的感測波形產生器所產生，且該電荷泵電路所提供的電壓範圍大於該觸控顯示整合驅動器之電壓範圍。
  11. 一種電荷泵電路，包含：一時脈產生器，產生一時脈信號，其振盪於高狀態與低狀態之間，其中該高狀態具相關預設高電壓且該低狀態具相關預設低電壓；一第一二極體，其陰極電性連接至該預設低電壓；一第一電容器，其第一板電性耦接該時脈信號，其第二板於中間節點處電性連接至該第一二極體的陽極；一第二二極體，其陰極於該中間節點處電性連接至該第一電容器的第二板；及一第二電容器，其第一板電性連接至地，其第二板於輸出節點處電性連接至該第二二極體的陽極； 其中於進行第一階段的操作時，當該時脈信號位於高狀態，該第一二極體為順向偏壓然而該第二二極體為逆向偏壓，因此該中間節點充電至VSN+Vt，其中VSN代表該預設低電壓且Vt代表二極體臨界電壓。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之電荷泵電路，其中於進行第二階段的操作時，當該時脈信號位於低狀態，該第二二極體為順向偏壓然而該第一二極體為逆向偏壓，因此該輸出節點充電至2VSN-VSP+Vt，且該中間節點充電至2VSN-VSP，其中VSP代表該預設高電壓。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述之電荷泵電路，其中該時脈產生器設於一顯示驅動器內，且該電荷泵電路所提供的電壓範圍大於該顯示驅動器之電壓範圍。
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