(57)【要約】本発明は、増大された電流能力により改善された電圧変換器に関するものである。電圧変換器の構造はソフトウェアによって構成され得る。従来技術では、プログラム可能な電荷ポンプは、復号論理により使用されないステージが単に短絡回路であるように構成されていた。本発明によれば、第１のポンピングステージの電流能力を増大させるためにこれらのステージが用いられる。特に、結果は、追加の部品を要することなく、同じ領域内において、１０％ないし１５％の提案された電荷ポンプ装置の電流能力の増大である。
2005523678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を出力電圧に変換し、複数のカスケード状の電圧増倍器及び前記複数の電圧増倍器を制御する制御回路を有する電圧変換器であって、
前記制御回路が、前記複数の電圧増倍器から選択される少なくとも１つの第１の電圧増倍器をアクティブにし、前記第１の電圧増倍器と同様に前記第１の電圧増倍器よりも前において前記カスケード内に位置する少なくとも１つの他の電圧増倍器をスイッチングするスイッチング手段を有することを特徴とする電圧変換器。
【請求項２】
スイッチングがアクティブ及び／又はディスエーブルにすることを有することを特徴とする請求項１記載の電圧変換器。
【請求項３】
前記第１の電圧増倍器が、せいぜい第２の又はより高い順序のステージにおいて同じく前記カスケード内に位置する幾つかのアクティブにされた電圧増倍器の１つであり、特に、前記カスケードの終端においてステージのシーケンス内に位置する幾つかのアクティブにされた電圧増倍器の１つであることを特徴とする請求項１又は２記載の電圧変換器。
【請求項４】
前記他の電圧増倍器が、前記カスケードの前記第１の又はより高い順序のステージに位置する幾つかの他の電圧増倍器の１つであり、特に、前記カスケードの始端においてステージのシーケンス内に位置する幾つかの他の電圧増倍器の１つであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項５】
前記複数の電圧増倍器の少なくとも１つが電荷ポンプにより形成されたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項６】
前記電荷ポンプが、電荷蓄積素子、特にキャパシタと、スイッチ、特にＭＯＳ電界効果トランジスタスイッチと、ドライバ、特にボトムプレートドライバとを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項７】
前記電圧増倍器の１つ又はそれ以上が少なくとも１つのクロック入力部を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項８】
前記制御回路が、前記電圧増倍器を制御するよう前記電圧増倍器にクロック信号を供給するために前記クロック入力部に接続されたことを特徴とする請求項７記載の電圧変換器。
【請求項９】
前記スイッチング手段がプログラム可能な論理装置であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項１０】
前記出力電圧及び／又は前記入力電圧の関数として前記スイッチング手段を動作させるプログラミング手段により特徴付けられる請求項９記載の電圧変換器。
【請求項１１】
前記プログラミング手段が、不十分な入力電圧の場合に１つ又はそれ以上の第１の電圧増倍器の幾つかをアクティブにすることが可能なソフトウェアのコード部を有することを特徴とする請求項９又は１０記載の電圧変換器。
【請求項１２】
前記プログラミング手段が、十分な入力電圧の場合に前記複数の電圧増倍器から選択される幾つかの電圧増倍器をディスエーブルにするソフトウェアのコード部を有することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項１３】
前記プログラミング手段は、前記アクティブにされた第１の電圧増倍器と同様に前記他の電圧増倍器をスイッチングするためにディスエーブルにされた電圧増倍器から１つ又はそれ以上の他の電圧増倍器の幾つかを選択することが可能なソフトウェアのコード部を有することを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の電圧変換器。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の電圧変換器を有する駆動回路であって、特に表示装置用の駆動回路。
【請求項１５】
０．１ｍＡないし１０ｍＡの電流負荷の下で動作する請求項１４記載の駆動回路。
【請求項１６】
複数のカスケード状の電圧増倍器を有する電圧変換器により入力電圧を出力電圧に変換する方法であって、
前記複数の電圧増倍器から選択された少なくとも１つの第１の電圧増倍器がアクティブにされ、前記第１の電圧増倍器よりも前において前記カスケード内に位置する少なくとも１つの他の電圧増倍器が前記第１の電圧増倍器と同様にスイッチングされることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力電圧を出力電圧に変換し、複数のカスケード状の電圧増倍器及び上記複数の電圧増倍器を制御する制御回路を有する電圧変換器に関する。また、本発明は、そのような電圧増倍器を有する駆動回路に導く。
【背景技術】
【０００２】
電荷ポンプ装置又は電圧増倍器を有する他の装置のような電圧変換器は、アプリケーションに対して利用可能な供給電圧よりも高い電圧を生成するために用いられる。電圧変換器は、一種のカスケードにおいて各ステージに配された幾つかの電圧増倍器を有し得る。第１のステージの電荷蓄積素子は、第１のステージを駆動するドライバのスイッチングのイベントと同時に充電される。この場合、第１のステージの他のスイッチング素子は開いた位置にある。その後、上記他のスイッチング素子は、次のステージに電荷が供給されるように閉じられる。次のステージの電化蓄積素子は、次のステージを駆動するドライバのスイッチングのイベントと同時に充電される。このように、第１のステージに蓄積された電荷が、１つ又はそれ以上のその後のステージに送られ、そのような後のステージの電荷に加えられ、より高い電圧が生成されてアプリケーションの装置に供給される。
【０００３】
電荷ポンプを用いることの利点は、一般に追加のバイパススイッチが不要であり、そのような種類の電圧変換器はかなり簡単に構成され得ることである。電荷ポンプは、幾つかのステージのカスケードにより構成され、各ステージは少なくとも１つのスイッチ又はダイオードと、通常はキャパシタとして実現される電荷蓄積素子と、ドライバとを含んでいる。上記ドライバは、電荷蓄積素子を支配し、周期的な信号又はフェーズにより動作し得る。
【０００４】
電圧変換器は、固体回路のＩＥＥＥの雑誌における発表（vol. SC-11, No.3, June 1976, pages 374-378）から知られている。この発表では、電圧変換器の出力電圧は、ＮＭＯＳ集積回路のアプリケーションにおいて高い供給電圧を提供するために貢献している。また、電圧変換器は、駆動方式により必要とされるバイアス電圧を生成するためのアプリケーションとして液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のドライバにおいて用いられ得る。更に他の用途は、フラッシュメモリに書き込むのに必要な高い電圧の生成である。
【０００５】
ＬＣＤを駆動するＩＣに用いられる電圧変換器の基本的な構成は、電圧が供給されるアプリケーションに対してプログラム可能である。序文において述べられたような電圧変換器は、適切な数の選択された電圧増倍器がアクティブにされることを可能にする。すなわち、比較的低い出力電圧が望まれる場合にはアクティブな電圧増倍器の数は比較的小さく、比較的高い出力電圧が望まれる場合にはアクティブな電圧増倍器の数は比較的大きい。このように、不要に大きい数のアクティブな電圧増倍器が回避され、それにより電圧変換器の低出力の効率（efficiency）が回避される。非アクティブな、すなわちディスエーブルである電圧増倍器は、スイッチを用いてバイパスされるか又はアクティブな電圧増倍器と並列に分流されるべきである。幾つかのタイプの電圧増倍器は、非アクティブな動作モードである場合に、対応する電圧増倍器をバイパスするために電圧増倍器内部のスイッチが用いられることを可能にする。
【０００６】
ＬＣＤモジュールは、移動電話及び電子手帳、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ等のような他のハンディタイプのツールに大きな用途を見出している。アナログブロックに関して利用可能な供給電圧は２．８Ｖであり、ＬＣＤグラフィックディスプレイは６Ｖないし１６Ｖの電圧で駆動され、供給電圧の広い範囲内において動作可能であるべきでもある。出力電圧の範囲は、アプリケーションのそれぞれの種類に対して要求される。
【０００７】
しかしながらＬＣＤを駆動する集積回路（ＩＣ）においては、今日、傾向は、特に電話、ＰＤＡ等のような移動端末に関して、一層増大する解像度及びカラーディスプレイを開発する方に向かっている。これらのディスプレイは、ＬＣＤ駆動ＩＣにより生成されなければならない２０Ｖに近い電圧において大きな電流を必要とする。実際のＬＣＤ駆動ＩＣでは、電荷蓄積素子の充電能力の量、特にキャパシタの値は制限され、必要な電流の量は増大している。実現可能な電圧及び必要な電流は妥協されるが、依然として増大された電流能力に関する要求は概してより激しくなってきている。特に、増大する大きな電流は通常小さなキャパシタからもたらされ、電荷の移動による電圧降下は一層大きい。この大きな電圧降下が電圧変換器の全てのステージにより増大し、性能を劣化させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これが本発明の始まりであり、その目的は、改善された電流能力が実現されるべき入力電圧を出力電圧に変換する装置及び方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
装置に関して、上記目的は、入力電圧を出力電圧に変換し、複数のカスケード状の電圧増倍器及び上記複数の電圧増倍器を制御する制御回路を有する電圧変換器であって、本発明によれば、上記制御回路が、上記複数の電圧増倍器から選択される少なくとも１つの第１の電圧増倍器をアクティブにし、上記第１の電圧増倍器と同様に上記第１の電圧増倍器よりも前において上記カスケード内に位置する少なくとも１つの他の電圧増倍器をスイッチングするスイッチング手段を有する請求項１記載の電圧変換器により解決される。
【００１０】
また、装置に関して、上記目的は、本発明の電圧変換器を有する駆動回路であり。特に表示装置用の駆動回路である請求項１４記載の駆動回路により解決される。
【００１１】
方法に関して、上記目的は、複数のカスケード状の電圧増倍器を有する電圧変換器により入力電圧を出力電圧に変換する方法であって、本発明によれば、上記複数の電圧増倍器から選択された少なくとも１つの第１の電圧増倍器がアクティブにされ、上記第１の電圧増倍器よりも前において上記カスケード内に位置する少なくとも１つの他の電圧増倍器が上記第１の電圧増倍器と同様にスイッチングされる方法により解決される。
【００１２】
提案された本発明は電圧変換器又は駆動回路の電流能力を更に増大させる要求から生じており、特に、電圧変換器の全てのステージが電圧を増大させるために用いられるわけではない場合の上記要求から生じている。本発明は、従来用いられなかった増倍器及び／又は増倍器の電荷蓄積素子が単に受動的な役割を果たすことを実現する。これらは、単にデカップリング又はバッファリング素子のようである。本発明のアイディアによれば、これらは、スイッチング手段により与えられるようなスイッチングがなされた際に、複数の電圧増倍器から選択される第１の電圧増倍器の強度を高めるために用いられる。特に、電圧増倍器として電荷ポンプを用いると、電荷ポンプの全てのステージが電荷をポンピングするために用いられるわけではない場合に、使用されないキャパシタはもはやデカップリング又はバッファリングキャパシタにおいて受動的な役割を果たさないが、ボトムプレートドライバと協働して第１のポンピングステージの強度を高めるために用いられる。
【００１３】
本発明の主な利点のように、専ら論理回路を変化させることにより第１及び他の電圧増倍器が同様にスイッチングされ得る。有利なことに、アナログ部品の領域又は数は増大しないことが予測される。ステージ数及び供給電圧に依存して、１０％ないし１５％の電流能力の増大が達成され得る。
【００１４】
更に、本発明の発展した構成は、従属請求項において概説されている。
【００１５】
スイッチングは、アクティブ及び／又はディスエーブルにすることを有する。アクティブにするために、対応するステージは供給電圧Ｖｄｄの電位にスイッチングされることが好ましい。その場合、増倍器はアクティブモードにある。ディスエーブルにするために、対応するステージはグランド電圧にスイッチングされ得る。その場合、増倍器はパッシブモードにある。
【００１６】
上記第１の電圧増倍器は、せいぜい第２の又はより高い順序（order）のステージにおいて同じく上記カスケード内に位置する幾つかのアクティブにされた電圧増倍器の１つであり、特に、上記カスケードの終端においてステージのシーケンス内に位置する幾つかのアクティブにされた電圧増倍器の１つであることが有利である。
【００１７】
上記他の電圧増倍器は、上記カスケードの第１の又はより高い順序のステージに位置する幾つかの他の電圧増倍器の１つであり、特に、上記カスケードの始端においてステージのシーケンス内に位置する幾つかの他の電圧増倍器の１つであることが有利である。
【００１８】
上記複数の電圧増倍器の少なくとも１つは、電荷ポンプにより形成されていることが好ましい。
【００１９】
そのような電荷ポンプは、電荷蓄積素子、特にキャパシタと、スイッチ、特にＭＯＳ電界効果トランジスタスイッチ（ＦＥＴ）と、ドライバ、特にボトムプレートドライバとを有する。  上記電荷蓄積素子は、オンチップ又はオフチップであり得る。
【００２０】
また、上記電圧増倍器の１つ又はそれ以上は、少なくとも１つのクロック入力部を有し得る。上記制御回路は、上記電圧増倍器を制御するよう電圧増倍器にクロック信号を供給するために上記クロック入力部に接続されていることが好ましい。
【００２１】
好ましい構成では、上記電圧変換器はプログラム可能である。特に、スイッチング手段がプログラム可能な論理装置である。そのような論理装置は、出力電圧及び／又は入力電圧の関数として上記スイッチング手段を動作させるプログラミング手段により有利に駆動される。この場合、電圧変換器の増倍率は実際のアプリケーションに有利に合わせられる。特に、変換器の全てのステージが用いられるべきである場合に、最大の可能な電圧よりも低い出力電圧を生成するために変換器の全てのステージは用いられない。
【００２２】
特に、上記プログラミング手段は、実際のアプリケーションに対して不十分な入力電圧の場合に１つ又はそれ以上の第１の電圧増倍器の幾つかをアクティブにすることが可能な、すなわち対応する増倍器がアクティブな動作モードに保持されるソフトウェアのコード部を有する。また、上記プログラミング手段は、実際のアプリケーションに対して十分な入力電圧の場合に前記複数の電圧増倍器から選択される幾つかの電圧増倍器をディスエーブルにする、すなわち対応する増倍器がディスエーブル又はパッシブ動作モードに保持されるソフトウェアのコード部を有し得る。特に、この特定の状況に関して、上記プログラミング手段は、上記アクティブにされた第１の電圧増倍器と同様に上記他の電圧増倍器をスイッチングするためにディスエーブルにされた電圧増倍器から１つ又はそれ以上の他の電圧増倍器の幾つかを選択することが可能なソフトウェアのコード部を有することが好ましい。
【００２３】
有利なことに、再設定可能な（re-configurable）電圧変換器は上記方策又はその組み合わせの１つを構成する。
【００２４】
提案されているような電圧変換器及び／又は駆動回路は、０．１ｍＡないし１０ｍＡの電流負荷の下で有利に動作する。
【００２５】
本発明の好ましい実施の形態が、添付の図面を参照して詳細な説明において以下に説明される。これらは、好ましい実施の形態の詳細な説明に関連して及び従来技術と比較して、提案される概念を明確にするために例を示すという意味がある。考えられる好ましい実施の形態が図示及び説明されるが、勿論、本発明の精神から逸脱することなく形及び細部における種々の改善及び変更が容易になされ得ることを理解されたい。従って、本発明は図示され、説明される通りの形及び細部に限定されるものではなく、本明細書に開示された及び特許請求の範囲に記載されているような本発明全体に満たないものでもない。また、本発明を開示する説明、図面及び特許請求の範囲に記載されている特徴は、本発明に関して不可欠であり、単独で又は組み合わせて考えられ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
好ましい電圧変換器の実施の形態が、図１に示されているようなプログラム可能な電荷ポンプに関して説明される。プログラム可能な電荷ポンプ１はステージのシリーズＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘを有しており、各ステージは、電荷蓄積素子としてのキャパシタＣｓｔａｇｅ、スイッチＳｗ１・・・ＳｗＮ、ＳｗＮ＋１・・・ＳｗｍａｘとしてのＭＯＳＦＥＴ及びスイッチング手段としてのボトムプレートドライバ（図示せず）をそれぞれ含んでいる。各対応する電荷ポンプＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘは、例えば図に示されているように電圧Ｖｄｄ及びクロック入力信号を受け取る入力部Ｉ１・・・ＩＮ、ＩＮ＋１・・・Ｉｍａｘを備えたバッファＢＦ１・・・ＢＦＮ、ＢＦＮ＋１・・・ＢＦｍａｘを更に有している。入力電圧Ｖｄｄは、入力端子ＩＰとグランド端子ＧＮＤとの間において電圧源により生成され、電荷ポンプ装置１に供給される。各ステージはカスケードに１つずつ接続されている。全てのステージで、１つの入力供給電圧Ｖｄｄが増大され得る。これは、出力電流のない理想的な状況に関して当てはまる。クロックも、幾つかのフェーズで順応して生成され得る。上記概説された理想的な状況は、内部損失が存在するために修正されなければならない。上記内部損失は、主に「オン」位置にある場合のスイッチ抵抗による放散（dissipated）電流及び１つ又はそれ以上のボトムプレートドライバによるものである。単数又は複数のボトムプレートドライバは、電荷ポンプＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘ、特にスイッチＳｗ１・・・ＳｗＮ、ＳｗＮ＋１・・・Ｓｗｍａｘのそれぞれをアクティブにすることができる。ドライバは、適切なやり方で電荷ポンプＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘのそれぞれに接続されている場合、例えば入力端子ＩＰ，Ｉ１・・・ＩＮ、ＩＮ＋１・・・Ｉｍａｘ及びスイッチＳｗ１・・・ＳｗＮ、ＳｗＮ＋１・・・Ｓｗｍａｘを動作させることにより動作可能である。電荷ポンプが動作され得る状態は、図１及び図２にそれぞれ示されている。キャパシタＣｂｕｆｆｅｒを有する出力ステージでは、出力端子ＩＯとグランド端子ＧＮＤとの間において出力電圧Ｖｏｕｔが生成される。
【００２７】
図１の各ステージＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘ及びそのサイズは構造的に同一である。しかしながら、これは最適なケースではなく、専ら短い設計時間という利点を伴って単純な設計を実現するために選択されている。更に発展した電圧変換器の実施の形態は、異なるやり方で設計されることが好ましい。特に、電圧ブースタの入力部に近いステージＳ１，Ｓ２・・・ＳＮは、出力部に近いステージＳＮ，ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘよりも頑丈なレイアウトを有する。
【００２８】
従来の電荷ポンプに対する上記好ましい電荷ポンプの実施の形態の改善点が以下に説明される。
【００２９】
単一のクロックサイクルにおいて、電荷は、通常ステージＮのキャパシタから次のステージＮ＋１のキャパシタに移動する。クロックサイクルの初めにおいて、ステージＮ＋１のキャパシタは完全には放電されていない。実際には、前のサイクルにおいて得られた電荷Ｑの全てが１つのサイクル内で次のステージＮ＋２に移動するわけではない。一般に、Ｑ＝Ｉｌｏａｄ／２ｆ（式中、ｆはクロック周波数である。）の量が移動する。これは、ΔＵ＝Ｑ／Ｃ＝Ｉ／２ｆＣの電圧差に対応する。キャパシタが同じＩｌｏａｄに対して大きな容量Ｃを有する場合、この電流による電圧降下ΔＵは小さな容量のキャパシタの電圧降下よりも小さく、これは後半の式から得られる。しかしながら、実際のＬＣＤ駆動ＩＣでは、キャパシタの値が制限され、従って、電流の量がますます大きくなっている。通常、電流は１ｍＡ及びそれよりも大きいオーダ−である。そのような電圧降下が各ステージ１・・・Ｎに対して仮定されなければならない。従って、１００％の効率Ｉｌｏａｄ＝Ｉｓｕｐｐｌｙ／Ｎの仮定も有効である。その結果、実現される電圧及び電流は妥協され、これは各アプリケーションに関してなされなければならない。
【００３０】
電荷ポンプの第１のステージは負荷として次のステージを経験するので、これは、一連のステージＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘの初めのステージＳ１にアプローチする際に大きな電流能力の要求がますます激しくなることを意味する。特に、大きな電流が小さなキャパシタＣｓｔａｇｅから得られる場合、電荷の移動による電圧降下ΔＵも同様に大きい。概説されたように、この電荷の電圧降下は次のステージＮ＋１の期間により増大し、従来の電圧変換器の一例のように従来の電荷ポンプの性能を劣化させる。
【００３１】
そのような問題を取り除くために、以下に概説されるように増倍率がプログラム化される。
【００３２】
Ｖｏｕｔ＝Ｎｍａｘ×Ｖｄｄであると仮定すると、（Ｎｍａｘ−Ｎ）のスイッチＳｗを導通状態に設定し、それに対応してボトムプレートドライバを永久的にグランドＧＮＤに設定することにより専らＶｏｕｔ＝Ｎｍａｘ×Ｖｄｄを引き起こすように選択する。この場合、図２ａの第１のアクティブな電荷ポンプはカスケードにおける第１のポンプではなく、カスケードにおける任意の、例えばステージＳＮ＋１の電荷ポンプであり得る。これは、アクティブな電荷ポンプの前に位置する対応する電荷ポンプは、図１において「０」により示されているようにディスエーブルであることを意味する。このように、第（Ｎｍａｘ−Ｎ）のステージはディスエーブルである。装置全体の機能の中で、ディスエーブルであるステージは、通常、単に入力供給電圧Ｖｄｄに対するフィルタリング素子の役割を果たすか、又は入力供給電圧Ｖｄｄにより永久的に充電される電荷タンクとして役割を果たす。実際には、これは電荷ポンプ装置の性能に関してある利点を有している。しかしながら、それは、ディスエーブルであるステージがデカップリング素子又はポンピングステージの前の「電荷タンク」としてのみ用いられ、従って受動的な役割しか果たさないという欠点も有している。
【００３３】
図２ｂに示されている好ましい実施の形態によれば、これらのディスエーブルであるステージが使用され、実際には電荷ポンプ装置１の電流能力の増大をもたらす。簡単に言うと、この好ましい実施の形態は、「ディスエーブルである」ステージをより効果的に用いる手段を導入している。
【００３４】
一例として、より短い時間で所望の出力電圧を実現するため及び電荷ポンプにより供給される電流を増大させるために図２ｂに示されている第１のアクティブなポンピングステージＡを強化する（reinforce）やり方を以下に説明する。
【００３５】
第１のポンピングステージＡの強化は、「ディスエーブルである」ステージ、例えばステージＳ１・・・ＳＮを効果的に「使用する」基本原理を示すために専ら図２ｂ及び図２ｃに関連して説明され、実際のアプリケーションの要求に従って一般化され得る。
【００３６】
図２ａは、第１のステージがボトムプレートドライバによりグランド電圧にされた状態を示している。
【００３７】
図２ｂに好ましい実施の形態１ｂが示されている。論理装置が、第１のアクティブなポンピングステージＡに関してと同様に、Ｖｄｄ（アクティブ）とグランド（ディスエーブル）との間において第１のステージ１ｓｔをスイッチングするコマンドをボトムプレートドライバに与える。図２ｂにおける第１のアクティブなポンピングステージＡは、実際にはカスケードに位置する第２のステージ又はせいぜいより高いステージＳＮ＋１である。図２ｂの回路１ｂは、図２ｃにおける１ｃに相当し、２つのボトムプレートドライバが並列に接続されているので、入力ステージＡ＝Ａ´は２×Ｃｓｔａｇｅの容量を有し、Ａ´の等価抵抗はＲｄ／２であることが直ちに明らかである。その結果、電荷の移動の終わりにおいて第２のステージＡ＝Ａ´に蓄積される電荷は、図２ａに示されているような従来の電荷ポンプ装置の回路の電荷よりも多い。
【００３８】
図２ａ及び図２ｂにおいて添付されているグラフＧａ，Ｇｂは、図２ａ及び図２ｂの回路１ａ，１ｂにそれぞれ対応している。これらのグラフから、第２のステージＡにおいて、ステージＢに送られるキャパシタに移動する電荷は、図２ｂの好ましい実施の形態１ｂでは図２ａの従来の回路１ａのＱ＝Ｉｌｏａｄ／４ｆではなくＱ＝Ｉｌｏａｄ／３ｆであることが明らかである。
【００３９】
図２ｂにおいて１ｓｔにより示されている種類の２つのステージが利用可能であり、ディスエーブルにされ、概説したようにこれらの両方が第１のアクティブなステージＡに加えられると仮定すると、１サイクルにおいて移動すべき電荷は３Ｉｌｏａｄ／８ｆであることが、勿論理解されるべきである。上記好ましい実施の形態によれば、ディスエーブルにされ得る任意の数の利用可能なステージが第１のアクティブなステージＡに加えられ得る。
【００４０】
明らかに、電荷ポンプの出力キャパシティＣｂｕｆｆｅｒが重く負荷される場合に、本実施の形態はその影響を軽減する効果がある。上記改善点は、幾つかの実験において考察された。特に、改善点の作用が５つのステージ、すなわち６つの電荷ポンプを有する電荷ポンプ装置を用いてシミュレートされ、１ｓｔステージは図２ｂにおいて概説されたように単にカスケードにおけるステージ２又はそれよりも高いステージの等価容量を増大させるために用いられた。シミュレーションの結果は、好ましい実施の形態１ｂが、図２ａの従来の装置１ａにより必要な８クロックサイクルと比較して、７クロックサイクル内で同じ電圧を実現することが可能であることを実証した。１サイクル少ないことが好ましい実施の形態により必要とされる。図２ａの従来技術の手法と単にカスケードの第１のステージを改善する図２ｂ及び図２ｃの好ましい実施の形態の概説された手法とを用いて同じ電圧を実現するために必要とされる負荷電流Ｉｌｏａｄに関して、改善は電流能力において１２．５％に達すると考えられる。その結果、従来技術の電荷ポンプは同じ電圧に対して１２．５％少ない電流を与える。言い換えれば、従来の装置は、負荷により吸収される電流の大きなピークから回復するために１２．５％多くの時間を要する。
【００４１】
この改善は、上述した例が（Ｎｓｔａｇｅｓ＋１）×Ｖｄｄを実現するために任意の負荷電流及び任意の損失を考慮に入れることなく概説されたという事実を考えると非常に効果的である。しかしながら、通常は充電時に負荷電流が存在するので、一般に実現される電圧はより低い。負荷条件の下で電圧を得るために、通常、ポンプはカスケードにおける増大された数のステージにより非常に大きく（over-dimension）されなければならない。従って、入力電圧の範囲は、通常理論上よりも大きくなければならない。目標の出力電圧Ｖｏｕｔを最も効率的に実現するために、アクティブなステージの数がアプリケーションの違いに対応するようにプログラムされ得る。十分な入力電圧Ｖｄｄが存在する場合、ソフトウェアにより１つ又は２つのステージがディスエーブルにされる。これらのステージが第１のキャパシタの値を増大させるように該ステージを動作させることにより、増大した電流能力から利益を得ることもできる。提案された概念は、多かれ少なかれボトムプレートドライバに関するデコーダ論理を単に変化させることにより達成され得るので、実際には、これは、領域が全く無駄にされることなく実現される。そのようなデコーダは、他の装置に比べて低電圧であり、小さいものである。通常、上記デコーダは幾つかの論理ゲートのみを有する。
【００４２】
提案された方式を実現するために、電荷ポンプ装置１の幾つかのアイテムに関してのみ変更されなければならない。カスケードにおけるステージＳ１・・・ＳＮ、ＳＮ＋１・・・Ｓｍａｘのボトムプレートドライバを制御する論理は、図２ｂの好ましい実施の形態を用いて提案されたように変更されなければならない。提案された電荷ポンプ装置の結果として、好ましい実施の形態における第２のポンピングステージのキャパシタＡの電圧は、図２ａ及び図２ｂにおいて概説されたような従来の装置の電圧と異なる。実際には、負荷Ｖｄｄ及び目標電圧Ｖｏｕｔの上記概説された条件の下において、提案された概念は、上述された量の電流効率の増加を得るための単に１つにすぎない。
【００４３】
以上のことをまとめると、提案された概念は、再設定可能な電荷ポンプのソフトウェアの構成を実現することを可能にする。この利点は、（Ｎｓｔａｇｅｓ＋１）よりも小さい所望の増倍率であるべき電流能力の増大である。
【００４４】
改善された電荷ポンプのアプリケーションの分野は、グレースケール又はカラーディスプレイ用の任意のドライバであり得る。図３に概要が示されているように、そのようなディスプレイ１１は、ＬＣＤ若しくは高分子（poly）ＬＥＤ技術のための任意のディスプレイ又は０．１ｍＡないし１０ｍＡの電流負荷の下で動作する電圧ブースタを必要とする任意の他のアプリケーションであり得る。駆動回路１２の好ましい実施の形態は、ＬＣＤセル１４及び提案されているような追加の表示ドライバ１２と共に構築される表示モジュール１１の一部であり得る。上記ＩＣ１２は、ガラス上に実装されることが好ましい。そのような表示駆動ＩＣは、ＴＣＰ又はフォイルに接続され得る（１５，１５ａ）。好ましい電圧変換器の実施の形態としての電荷ポンプ１２ａは、図３の例示されている、好ましい駆動回路の実施の形態としてのドライバＩＣ１２の一部である。この電荷ポンプは、ＬＣＤセル１４を駆動するために必要な高い電圧を供給する。上記表示モジュールは、例えば図３に示されている移動電話及びＰＤＡような小型の携帯用の装置１０において構築され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】模式的な電荷ポンプの構造を示している。
【図２ａ】従来技術の電荷ポンプのスイッチング方式の模式的な図を示している。
【図２ｂ】好ましい実施の形態に係る電荷ポンプのスイッチング方式を示している。
【図２ｃ】図２ｂの提案された実施の形態の等価回路を示している。
【図３】好ましい電荷ポンプを含む駆動回路を有する好ましい表示装置の実施の形態を示している。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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