專利名稱：電荷泵啟動電路與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種啟動電路，特別是指一種以電荷泵方式來控制啟 動晶體管，以達(dá)成啟動功能的啟動電路，以及與該電荷啟動電路相關(guān)的方法。
技術(shù)背景從電壓源供應(yīng)電壓至集成電路芯片的電源電路時，經(jīng)常需要使用 到啟動電路。啟動電路的目的是提供啟始偏壓，直到電源電路能夠正 常工作為止。之后，理想的話，啟動電路應(yīng)當(dāng)功成身退，不再耗用任 何電源。其簡單示意圖如圖1所示，由于在電路的啟動階段，電源電路200本身尚無電源，因此必須提供一個啟動電路10，以對電容器C 進(jìn)行充電，直到節(jié)點Vbias處的電壓到達(dá)默認(rèn)值，能夠啟動電源電路為 止。當(dāng)電源電路啟動之后，即可自行工作(例如通過別的路徑從電壓 源100取得電力、并轉(zhuǎn)換成芯片所需的直流低壓Vdd，其詳細(xì)內(nèi)容為 本技術(shù)領(lǐng)域者所熟知，在此不予贅示)。上述啟動電路IO，現(xiàn)有技術(shù)中對此最簡單的作法如圖2所示。由 于啟動電路10，應(yīng)該只消粍很少的電流，故最簡單的作法是提供一個 大電阻20。電阻20將電壓源IOO而來的電壓轉(zhuǎn)換成低電流，并對電容 器C進(jìn)行充電，直到節(jié)點Vbias處的電壓到達(dá)默認(rèn)值。而節(jié)點Vbias 處的電壓，舉例而言，可供驅(qū)動一個在電源電路200內(nèi)的脈寬調(diào)變電 路12,由該脈寬調(diào)變電路12來控制電源電路200的工作(其詳細(xì)內(nèi)容 亦為本技術(shù)領(lǐng)域者所熟知，故在此不予贅示)。在圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中，由于電壓源100所提供的電壓經(jīng)常相 當(dāng)高，故電阻20必須相當(dāng)大，才能達(dá)成限流的功能。但如此一來，造成電阻20在芯片內(nèi)所占面積過大、且會產(chǎn)生大量的熱。此外，此種設(shè)計，并無自動關(guān)閉啟動電路的機制；耗電與熱的問題，不但相當(dāng)嚴(yán)重， 且在電源電路啟動之后，還會持續(xù)。因此，此種設(shè)計雖然簡單，但并 不理想。另一種現(xiàn)有技術(shù)的作法揭示于美國專利第5,285,369號中。該案之 電路相當(dāng)復(fù)雜，經(jīng)簡化后其概念大致如圖3所示，是利用金氧半場效 晶體管(以下簡稱MOSFET)中寄生接面晶體管的特性，將MOSFET 84 分解視為包含一個接面場效晶體管(以下簡稱晶體管)86與一個 MOSFET88。晶體管86為耗乏型晶體管，本身具有限流的功能，且由 于其耗乏型之特性，在柵極接地的電路設(shè)計下，將常態(tài)維持為導(dǎo)通狀 態(tài)(normally ON)。該案從晶體管86與MOSFET 88之間的節(jié)點取出 電流，使用該電流來啟動一個控制電路14，此控制電路14一方面對電 容器C進(jìn)行充電， 一方面可在節(jié)點Vbias處的電壓到達(dá)默認(rèn)值時，發(fā) 出控制信號，關(guān)閉MOSFET 88，以切斷由MOSFET 84和控制電路14 所構(gòu)成的整體啟動電路。上述圖3所示的現(xiàn)有技術(shù)，雖能達(dá)成自動關(guān)閉啟動電路的功能， 且電路所產(chǎn)生的熱遠(yuǎn)較圖2電路為低，但詳細(xì)參酌該案可知，其控制 電路14的結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，并不能令人滿意。因此，在美國專利第5,477,175號中，揭示另一種電路結(jié)構(gòu)，其設(shè) 計即較圖3所示電路為簡單。如圖4所示，在該案中，是直接從耗乏 型晶體管101與MOSFET 102間的節(jié)點取出電流，并使用一個電阻器 103來將電流轉(zhuǎn)換成電壓，以控制MOSFET 102的柵極，使其導(dǎo)通。當(dāng) 電源電路200啟動后，可通過控制節(jié)點113，使開關(guān)晶體管109導(dǎo)通， 即可將MOSFET 102的柵極電壓拉低，使MOSFET 102關(guān)閉。上述圖4所示的電路，其復(fù)雜度雖較美國專利第5,285,369號現(xiàn)有 技術(shù)己有大幅改善，但未臻完全理想。首先，該案在電源電路200啟動后，為求關(guān)閉MOSFET102，必須使開關(guān)晶體管109導(dǎo)通，因此仍會 構(gòu)成一條自耗乏型晶體管101—電阻器103 —開關(guān)晶體管109的粍電路 徑。此外，耗乏型晶體管IOI本身具有「本體效應(yīng)」(body effect),當(dāng) 其提供電流至電阻器103使MOSFET 102的柵極電壓升高時，耗乏型 晶體管101本身的源極電壓也會升高，使本體效應(yīng)劣化，因而減低耗 乏型晶體管101的電流。甚至，耗乏型晶體管101可能會完全關(guān)閉。有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種較佳之 啟動電路，而得以解決前述耗電和本體效應(yīng)的困擾。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目的在于提供一種以電荷泵方式來控制啟動晶體 管，以達(dá)成啟動功能的啟動電路。本發(fā)明的第二目的在于提供一種相關(guān)的啟動方法。為達(dá)上述之目的，在本發(fā)明的其中一個實施例中，提供了一種電 荷泵啟動電路，包含 一個啟動晶體管，其一端與一電壓源電連接， 另一端與一電壓節(jié)點電連接；以及一個電荷泵電路，其輸入與該電壓 節(jié)點電連接，輸出與該啟動晶體管的柵極電連接。前述實施例中，當(dāng)電壓節(jié)點之電壓到達(dá)一預(yù)定電壓后，可將啟動 晶體管的柵極接地，并使電荷泵電路停止操作。根據(jù)本發(fā)明的又另一個實施例，也提供了一種啟動方法，可自一 電壓源提供電壓給一電源電路，該啟動方法包含提供一個耗乏型晶 體管，電連接在所述電壓源與一電壓節(jié)點之間；使該耗乏型晶體管導(dǎo) 通；以及隨著該耗乏型晶體管之源極電壓升高，也對應(yīng)地使其柵極電 壓升高，使該耗乏型晶體管的柵極對源極跨壓不降低。上述實施例中，當(dāng)電壓節(jié)點之電壓到達(dá)一預(yù)定電壓后，可將耗乏 型晶體管的柵極接地，并不再根據(jù)耗乏型晶體管的源極電壓而升高耗 乏型晶體管的柵極電壓。
總之，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，至少有以下優(yōu)點(l)不使用電 阻，故無散熱與大幅耗電的問題；(2)不需要使用復(fù)雜的高壓元件；(3) 解決了耗乏型晶體管的本體效應(yīng)問題。因此，本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)更為 進(jìn)步。
以下將通過具體實施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明之目的、 技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達(dá)成之功效。


圖1為啟動電路的概念說明圖。
圖2為現(xiàn)有技術(shù)中，以電阻器來構(gòu)成啟動電路的示意電路圖。
圖3為示意電路圖，說明現(xiàn)有技術(shù)啟動電路的一例。 圖4為示意電路圖，說明現(xiàn)有技術(shù)啟動電路的另一例。 圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的示意電路圖。
圖中符號說明
10啟動電路
12脈寬調(diào)變電路
14控制電路
20電阻器
50啟動電路
51耗乏型晶體管
55電荷泵電路
57控制節(jié)點
59開關(guān)晶體管
84金氧半場效晶體管86接面場效晶體管
88金氧半場效晶體管
100電壓源
101接面場效晶體管
102金氧半場效晶體管
103電阻器
109開關(guān)晶體管
113控制節(jié)點
200電源電路
300啟動電路
C 電容器
Vbias節(jié)點
Vdd直流電壓
具體實施例方式
請參考圖5，其中以示意電路圖的方式顯示本發(fā)明的一個實施例。 本實施例中，在電壓源100與電源電路200間的啟動電路50，包含有 一個啟動晶體管51，此啟動晶體管為耗乏型晶體管； 一個電荷泵電路 55;和一個開關(guān)晶體管59。圖標(biāo)中，耗乏型晶體管51為MOSFET，但 也可以是其它型式的晶體管，例如JEFT。
如圖所示，耗乏型晶體管51的柵極由電荷泵電路55的輸出所控 制。于電路啟始階段，節(jié)點Vbias處的電壓為零，電荷泵電路55的輸 出也為零，故耗乏型晶體管51導(dǎo)通。當(dāng)節(jié)點Vbias處的電壓逐漸上升 時，耗乏型晶體管51的本體效應(yīng)開始劣化，但由于電荷泵電路55的 作用，使其輸出較輸入為高，且輸出與輸入間具有函數(shù)關(guān)系，因此當(dāng) 節(jié)點Vbias處的電壓逐漸上升時，耗乏型晶體管51的柵極電壓也相對 上升，使耗乏型晶體管51的柵極對源極跨壓也增加，消除了本體效應(yīng) 所造成的影響。當(dāng)電容器C上的跨壓到達(dá)默認(rèn)值后，電源電路200啟動，此時可
通過電源電路200所產(chǎn)生的電流，控制節(jié)點57，使開關(guān)晶體管59導(dǎo)通， 以將耗乏型晶體管51的柵極電壓拉低，而將晶體管51關(guān)閉。此時電 荷泵電路55的操作也相應(yīng)關(guān)閉，故啟動電路50中不再有任何電流耗 損，可較現(xiàn)有技術(shù)更為省電。
至于電荷泵電路55的具體結(jié)構(gòu)，則并非本案重點，可有各種實施 方式，熟悉本技術(shù)者當(dāng)可在本發(fā)明的教導(dǎo)下自行思及。
以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，以上所述，僅為了使熟悉 本技術(shù)者易于了解本發(fā)明的內(nèi)容而已，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范 圍。例如，在所示各電路元件之間，可插入不影響電路主要功能的其 它元件，例如開關(guān)等。故凡依本發(fā)明之概念與精神所為之均等變化或 修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵啟動電路，包含一個啟動晶體管，其一端與一電壓源電連接，另一端與一電壓節(jié)點電連接；以及一個電荷泵電路，其輸入與該電壓節(jié)點電連接，輸出與該啟動晶體管的柵極電連接。
2. 如權(quán)利要求l所述的電荷泵啟動電路，其中該啟動晶體管為耗 乏型晶體管。
3. 如權(quán)利要求l所述的電荷泵啟動電路，其中該啟動晶體管的柵 極另經(jīng)一開關(guān)晶體管而電性接地。
4. 如權(quán)利要求l所述的具有電荷泵啟動電路，其中該電壓節(jié)點與 一電源電路電連接。
5. 如權(quán)利要求l所述的電荷泵啟動電路，其中當(dāng)該電壓節(jié)點之電 壓到達(dá)一預(yù)定電壓后，該電荷泵電路停止操作。
6. —種啟動方法，可自一電壓源提供電壓給一電源電路，該啟動 方法包含提供一個耗乏型晶體管，電連接在所述電壓源與一電壓節(jié)點之間； 使該耗乏型晶體管導(dǎo)通；以及隨著該耗乏型晶體管之源極電壓升高，也對應(yīng)地使其柵極電壓升 高，使該耗乏型晶體管的柵極對源極跨壓不降低。
7. 如權(quán)利要求6所述的啟動方法，其中使該耗乏型晶體管的柵極 對源極跨壓不降低的步驟，包括提供一個電荷泵電路，其輸入與該 耗乏型晶體管之源極電連接，輸出與該耗乏型晶體管的柵極電連接。
8. 如權(quán)利要求6所述的啟動方法，還包含當(dāng)該電壓節(jié)點之電壓 到達(dá)一預(yù)定電壓后，將該耗乏型晶體管的柵極電壓拉低。
9. 如權(quán)利要求8所述的啟動方法，其中將該耗乏型晶體管的柵極電壓拉低的步驟，包括使該耗乏型晶體管的柵極電性接地。
10. 如權(quán)利要求6所述的啟動方法，還包含當(dāng)該電壓節(jié)點之電 壓到達(dá)一預(yù)定電壓后，使該電荷泵電路停止操作。
全文摘要
本發(fā)明提出一種電荷泵啟動電路，包含一個啟動晶體管，其一端與一電壓源電連接，另一端與一電壓節(jié)點電連接；以及一個電荷泵電路，其輸入與該電壓節(jié)點電連接，輸出與該啟動晶體管的柵極電連接。本發(fā)明至少有以下優(yōu)點(1)不使用電阻，故無散熱與大幅耗電的問題；(2)不需要使用復(fù)雜的高壓元件；(3)解決了耗乏型晶體管的本體效應(yīng)問題。
文檔編號H02M3/04GK101291108SQ20071009665
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者周宏哲, 莊朝炫, 戴良彬, 范振炫 申請人:立锜科技股份有限公司