无死锁的电源电路制造技术

脉冲发生器（１１）从低电源电压（ＶＤＤ）产生脉冲串（ＣＫ９１－ＣＫ９３），并给电平移位器（１２）和辅助电平移位器（１４）提供该脉冲串，使脉冲串（ＣＫ１－ＣＫ３）和高电源电压（ＶＬＣＤ）一样高。把和脉冲串（ＣＫ１－ＣＫ３）同相位的辅助脉冲串（ＣＫ２１－ＣＫ２３）提供给并联在升压电容（３０）和储能电容（３１／３２／３３）之间的第一开关电路（１０）和第二开关电路（２０）；分别在升压电容和储能电容之间有选择地传输电荷，以将低电源电压（ＶＤＤ）提升到高电源电压（ＶＬＣＤ）；在由于不期望的高电源电压（ＶＬＣＤ）电位降低使电平移位器（１２）死锁时，第二开关电路（２０）使升压电容（３０）连续提升低电源电压（ＶＤＤ），以使电平移位器（１２）从死锁状态中立即恢复正常。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电源电路，尤其涉及如提高电电源电位的升压器这样的电源电路。便携式电话的重要技术目标是低的功率消耗。现在微型计算机系统中其他元件的供电是1.5V，高电源电压要从1.5V提升。附图说明图1说明现有技术升压器的电路结构。尽管是从1.5V的低电源电压VDD开始提升至上述的电压范围的高电源电压VLCD，为简单起见，在以下的说明中假定高电源电压VLCD为3V。现有技术升压器主要包括脉冲发生器11、电平移位器12和电荷泵电路93。低电源电压VDD提供给脉冲发生器11和电荷泵电路93。脉冲发生器11与电平移位器12连接，并给电平移位器12的输入节点提供脉冲串CK91-K93，脉冲串CK91-K93的电位值和低电源电压VDD的电位同样高。但是脉冲串CK91-K93的相位各不相同(见图2)，在脉冲串CK91下降后脉冲串CK92上升，而在脉冲串CK92下降后下一个脉冲串CK93上升，在脉冲串CK93下降后脉冲串CK91上升。因此，脉冲串CK91-CK93永远不会互相重叠。电平移位器12的输出节点与电荷泵电路93的控制节点连接，电荷泵电路93的输出节点和电平移位器12的另外一个输入节点连接。在电平移位器12提供的脉冲串CK1-CK3的控制下，电荷泵电路93把低电源电压VDD提升至高电源电压VLCD，高电源电压VLCD被提供给驱动电路(未示出)，并被反馈给电平移位器12。如图2所示，电平移位器12将脉冲串CK91-CK93的电平从1.5V变为3V，并产生脉冲串CK1-CK3，脉冲串CK1-CK3的相位也互不相同，并永远不会重叠。图3说明电荷泵电路93的电路结构。电荷泵电路93包括调节器40、开关单元41、开关场效应晶体管101-106和电容器30-33。将低电源电压VDD提供给调节器40和开关单元41，调节器40根据低电源电压VDD产生一个恒定电压。在这种情况下该恒定电压是1V。开关场效应晶体管101-106构成开关网络，且电容器30-33有选择地通过开关网络接入。在升压操作开始时开关单元41导通，这样电容器33被充电至低电源电压VDD。分别将脉冲串CK1-CK3提供给开关场效应晶体管101-106的栅极，当脉冲串CK1-CK3上升至高电平时，相对应的开关场效应晶体管101-106导通，并在源极结点和漏极结点之间转换电位值，对应于脉冲串CK1-CK3的下降开关场效应晶体管101-106关断。因此，开关场效应晶体管101-106根据脉冲串CK1-CK3在导通和关断状态之间转换，致使电容30-33接通和断开，并通过升压操作产生高电压VCL1、VCL2和VCL3。以下对升压操作进行详细说明。图4说明开关场效应晶体管101-106。用N-沟道增强性场效应晶体管52代表各开关场效应晶体管101-106。N-沟道增强性场效应晶体管52有栅极G、漏结点D和源结点S。脉冲串CK1、CK2或CK3提供给栅极G，电压线A和B分别和漏极结点D和源极结点S连接。当脉冲串CK1使N-沟道增强性场效应晶体管52在源极结点S和漏极结点D之间产生导电沟道时，电压线B和电压线A电接通，电压线B上的电位值通过导电沟道被传送到电压线A。当脉冲串CK1、CK2或CK3撤销源极结点S和漏极结点D之间的导电沟道时，电压线A和电压线B被电隔离。因此，把N-沟道增强性场效应晶体管52用作一个开关。以下说明电路的操作情况。在充电操作之前开关单元41是打开的，电容32、33处于地电平，调节器40输出电压为1V的电平，并将该输出电压提供给电容31的上电极。电容31、32和33上电极的电位标示为“VLC1”、“VLC2”和“VLC3”。首先开关单元41导通，然后低电源电压VDD通过开关单元41传递到电容33的上电极，将电容33的上电极充电至低电源电压VDD(见图5)。低电压值VDD被反馈到电平移位器12，开关场效应晶体管101-106仍然关断，且调节器40的输出电压保持在1V。当升压操作启动时，开关单元41断开，脉冲串CK1变为高电平。接着开关场效应晶体管101-102导通，开关场效应晶体管101-102将地电平和调节器40的输出电压传递到电容30的下电极b和上电极a。结果如图5所示电容器31上电极的电平向1V提升。脉冲串CK1变低，开关场效应晶体管101-102关断。因此调节器40的输出电压储存入电容30。脉冲串CK2上升为高电平，接着开关场效应晶体管103-104导通，调节器40的输出电压经开关场效应晶体管103传递，并且调节器40将下电极b的电压从地点电位提升到它的输出电压。然后提升上电极a的电位值，且提升的电压经开关场效应晶体管104传递给电容32的上电极，电容32开始将电位值VCL2提高到提升的电位值。脉冲串CK2下降，并且开关场效应晶体管103-104关断。因此提升的电位值储存入电容32。时钟串CK3变为高电平，开关场效应晶体管105-106导通。提升的电平经开关场效应晶体管105从电容32的上电极传递给电容30的下电极b，再一次提升电容30上电极a的电位值。被再度提升的电位值经开关场效应晶体管106从电容30上电极a传递给电容33上电极，电容33上电极从低电源电压VDD上升到被再度提升后的电位值。上电极的电位值即被再度提升后的电位值被反馈回电平移位器12，电平移位器12提高脉冲串CK1-CK3的高电平。脉冲串CK3变低，开关场效应晶体管105和106关断。然后被再度提升电位值被储存入电容33中。重复上述的升压操作，如图5所示，电位值VLC1、VLC2、VLC3被逐渐地提高，最后电位值VLC1、VLC2、VLC3达到1V、2V和3V。但是，在现有技术的升压器中的问题是稳定性很差。电平移位器12根据脉冲串CK91-CK93产生脉冲串CK1-CK3，并将脉冲串CK1-CK3的高电平调节到静止的提升的电平值，即VLC3和VLCD。但是，如果电位值VLC3不应有地下降到临界值以下，电平移位器12停止产生脉冲串CK1-CK3并进入死锁状态，例如临界值为1.2V。图6说明了死锁状态，在前80μs电位值变得低于临界值，并且在电平移位器12中发生死锁。尽管将脉冲串CK91-CK93连续不断地提供给电平移位器12，电平移位器12还是停止了脉冲串CK1-CK3的产生。死锁现象的原因之一是供电电源线上的外部噪声对高电源电压的影响，另一个原因是电容33的电荷泄漏。如果升压操作在达到稳定输出值1V之前开始，则发生死锁。原因是在脉冲串CK3上升时，将低电源电压VDD从电容33上电极经开关场效应晶体管106放电。当死锁发生时，现有技术的升压器重新启动升压操作，在这种情况下，现有技术的升压器是和液晶显示屏的驱动电路结合在一起的，所以液晶显示屏不能产生画面和字符图像。如上所述，制造商主要致力于在由较低的电源电压VLCD驱动的液晶显示单元上，电源电压VLCD越低，与临界值的差距就越小，即，在电平移位器12中非常容易发生死锁现象。另外，如果制造商使电源电压VLCD和临界值之间的差距很大，其还面临着液晶显示单元功率消耗大的问题。为达到本专利技术的目的，本专利技术建议在电荷泵电路中给主开关电路平行地设置一个辅助开关电路，用根据辅助脉冲串组产生的高电源电压使电平移位器从死锁状态中恢复正常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电源电路，用于根据第二电压（ＶＤＤ）产生第一电压（ＶＬＣＤ），所述第二电压比所述第一电压更稳定，其特征在于包括：脉冲串源（１１），产生第一多相位脉冲信号（ＣＫ９１－ＣＫ９３）；电平移位器（１２），和所述脉冲串源（１１）连接，被提 供有所述第一电压（ＶＬＣＤ），并且根据所述第一多相位脉冲信号（ＣＫ９１－ＣＫ９３）产生在第一电平和第二电平之间变化的第二多相位脉冲信号（ＣＫ１－ＣＫ３），所述第二电平近似等于所述第一电压；电荷泵电路（１３），其被提供有所述第二电压（ＶＤ Ｄ），其包括升压电容（３０），多个储能电容（３１／３２／３３）和连接在所述升压电容（３０）和所述储能电容（３１／３２／３３）之间的第一开关电路（１０），电荷泵电路（１３）响应所述第二多相位脉冲信号（ＣＫ１－ＣＫ３），以有选择地将所述升压电容（３０）和所述储能电容（３１／３２／３３）接通，使得根据所述第二电压（ＶＤＤ）产生所述第一电压（ＶＬＣＤ），其特征在于，进一步包括：延时电路（１４），和所述脉冲串源（１１）连接，引入时间延迟以产生和所述第二多相位脉冲信号（ＣＫ１－ＣＫ３ ）同相位的第三多相位脉冲信号（ＣＫ２１－ＣＫ２３），还在于：所述电荷泵电路（１３）进一步包括在所述升压电容（３０）和所述储能电容（３１／３２／３３）之间与所述开关电路（１０）并联的第二开关电路（２０），其响应所述第三多相位脉冲信号（ＣＫ ２１／ＣＫ２２／ＣＫ２３），以将所述升压电容（３０）分别和所述储能电容（３１／３２／３３）接通。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：胜泽光幸，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]