專利名稱：電荷泵啟動電路與方法
技術領域：
本發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，以達成啟動功能的啟動電路，以及與該電荷啟動電路相關的方法。
技術背景從電壓源供應電壓至集成電路芯片的電源電路時，經常需要使用 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，啟動電路應當功成身退，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 進行充電，直到節點Vbias處的電壓到達默認值，能夠啟動電源電路為 止。當電源電路啟動之后，即可自行工作(例如通過別的路徑從電壓 源100取得電力、并轉換成芯片所需的直流低壓Vdd，其詳細內容為 本技術領域者所熟知，在此不予贅示)。上述啟動電路IO，現有技術中對此最簡單的作法如圖2所示。由 于啟動電路10，應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而來的電壓轉換成低電流，并對電容 器C進行充電，直到節點Vbias處的電壓到達默認值。而節點Vbias 處的電壓，舉例而言，可供驅動一個在電源電路200內的脈寬調變電 路12,由該脈寬調變電路12來控制電源電路200的工作(其詳細內容 亦為本技術領域者所熟知，故在此不予贅示)。在圖2所示的現有技術中，由于電壓源100所提供的電壓經常相 當高，故電阻20必須相當大，才能達成限流的功能。但如此一來，造成電阻20在芯片內所占面積過大、且會產生大量的熱。此外，此種設計，并無自動關閉啟動電路的機制；耗電與熱的問題，不但相當嚴重， 且在電源電路啟動之后，還會持續。因此，此種設計雖然簡單，但并 不理想。另一種現有技術的作法揭示于美國專利第5,285,369號中。該案之 電路相當復雜，經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計下，將常態維持為導通狀 態(normally ON)。該案從晶體管86與MOSFET 88之間的節點取出 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進行充電， 一方面可在節點Vbias處的電壓到達默認值時，發 出控制信號，關閉MOSFET 88，以切斷由MOSFET 84和控制電路14 所構成的整體啟動電路。上述圖3所示的現有技術，雖能達成自動關閉啟動電路的功能， 且電路所產生的熱遠較圖2電路為低，但詳細參酌該案可知，其控制 電路14的結構過于復雜，并不能令人滿意。因此，在美國專利第5,477,175號中，揭示另一種電路結構，其設 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間的節點取出電流，并使用一個電阻器 103來將電流轉換成電壓，以控制MOSFET 102的柵極，使其導通。當 電源電路200啟動后，可通過控制節點113，使開關晶體管109導通， 即可將MOSFET 102的柵極電壓拉低，使MOSFET 102關閉。上述圖4所示的電路，其復雜度雖較美國專利第5,285,369號現有 技術己有大幅改善，但未臻完全理想。首先，該案在電源電路200啟動后，為求關閉MOSFET102，必須使開關晶體管109導通，因此仍會 構成一條自耗乏型晶體管101—電阻器103 —開關晶體管109的粍電路 徑。此外，耗乏型晶體管IOI本身具有「本體效應」(body effect),當 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可能會完全關閉。有鑒于此，本發明即針對上述現有技術之不足，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的困擾。發明內容本發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，以達成啟動功能的啟動電路。本發明的第二目的在于提供一種相關的啟動方法。為達上述之目的，在本發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， 另一端與一電壓節點電連接；以及一個電荷泵電路，其輸入與該電壓 節點電連接，輸出與該啟動晶體管的柵極電連接。前述實施例中，當電壓節點之電壓到達一預定電壓后，可將啟動 晶體管的柵極接地，并使電荷泵電路停止操作。根據本發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點之間；使該耗乏型晶體管導 通；以及隨著該耗乏型晶體管之源極電壓升高，也對應地使其柵極電 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，當電壓節點之電壓到達一預定電壓后，可將耗乏 型晶體管的柵極接地，并不再根據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，本發明與現有技術相比較，至少有以下優點(l)不使用電 阻，故無散熱與大幅耗電的問題；(2)不需要使用復雜的高壓元件；(3) 解決了耗乏型晶體管的本體效應問題。因此，本發明較現有技術更為 進步。
以下將通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發明之目的、 技術內容、特點及其所達成之功效。
圖1為啟動電路的概念說明圖。
圖2為現有技術中，以電阻器來構成啟動電路的示意電路圖。
圖3為示意電路圖，說明現有技術啟動電路的一例。 圖4為示意電路圖，說明現有技術啟動電路的另一例。 圖5為根據本發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控制節點
59開關晶體管
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開關晶體管
113控制節點
200電源電路
300啟動電路
C 電容器
Vbias節點
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;和一個開關晶體管59。圖標中，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導通。當節點Vbias處的電壓逐漸上升 時，耗乏型晶體管51的本體效應開始劣化，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關系，因此當 節點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 所造成的影響。當電容器C上的跨壓到達默認值后，電源電路200啟動，此時可
通過電源電路200所產生的電流，控制節點57，使開關晶體管59導通， 以將耗乏型晶體管51的柵極電壓拉低，而將晶體管51關閉。此時電 荷泵電路55的操作也相應關閉，故啟動電路50中不再有任何電流耗 損，可較現有技術更為省電。
至于電荷泵電路55的具體結構，則并非本案重點，可有各種實施 方式，熟悉本技術者當可在本發明的教導下自行思及。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，以上所述，僅為了使熟悉 本技術者易于了解本發明的內容而已，并非用來限定本發明的權利范 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，例如開關等。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或 修飾，均應包括于本發明的權利要求保護范圍內。
權利要求
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，另一端與一電壓節點電連接；以及一個電荷泵電路，其輸入與該電壓節點電連接，輸出與該啟動晶體管的柵極電連接。
2. 如權利要求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 極另經一開關晶體管而電性接地。
4. 如權利要求l所述的具有電荷泵啟動電路，其中該電壓節點與 一電源電路電連接。
5. 如權利要求l所述的電荷泵啟動電路，其中當該電壓節點之電 壓到達一預定電壓后，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點之間； 使該耗乏型晶體管導通；以及隨著該耗乏型晶體管之源極電壓升高，也對應地使其柵極電壓升 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. 如權利要求6所述的啟動方法，還包含當該電壓節點之電壓 到達一預定電壓后，將該耗乏型晶體管的柵極電壓拉低。
9. 如權利要求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. 如權利要求6所述的啟動方法，還包含當該電壓節點之電 壓到達一預定電壓后，使該電荷泵電路停止操作。
全文摘要
本發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，另一端與一電壓節點電連接；以及一個電荷泵電路，其輸入與該電壓節點電連接，輸出與該啟動晶體管的柵極電連接。本發明至少有以下優點(1)不使用電阻，故無散熱與大幅耗電的問題；(2)不需要使用復雜的高壓元件；(3)解決了耗乏型晶體管的本體效應問題。
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 優先權日2007年4月19日
發明者周宏哲, 莊朝炫, 戴良彬, 范振炫 申請人:立锜科技股份有限公司