A Charge Pump Design with Internal Pumping Capacitor for TFT-LCD Driver IC

A cross-coupled charge pump with internal pumping capacitor, witch is advantages from a point of minimizing TFT-LCD driver IC module, is newly proposed in this paper. By using a NMOS and a PMOS diode connected to boosting node from VIN node, the pumping node is precharged to the same value each pumping node at start pumping operation. Since the lust-stage charge pump is designed differently from the other stage pumps, a back current of pumped charge from charge pumping node to input stage is prevented. As a pumping clock driver is located the font side of pumping capacitor, the driving capacity is improved by reducing a voltage drop of the pumping clock line from parasitic resistor. Finally, a layout area is decreased more compared with conventional cross-coupled charge pump by using a stack-MIM capacitors. A proposed charge pump for TFT-LCD driver IC is designed with $0.13{\mu}m$ triple-well DDI process, fabricated, and tested.

내장형 펌핑 커패시터를 사용한 TFT-LCD 구동 IC용 전하펌프 설계

본 논문에서는 TFT-LCD 구동 IC 모듈의 소형화 측면에서 유리한 DC-DC 변환기 회로인 펌핑 커패시터 내장형 크로스-커플드 전하펌프(Cross-Coupled Charge Pump with Internal Pumping Capacitor) 회로가 새롭게 제안되었다. VGH 및 VGL 전하펌프 각각의 입력단과 전하 펌핑 노드를 연결하는 NMOS 및 PMOS 다이오드를 두어, 초기 동작 시 전하 펌핑 노드를 서로 같은 값으로 프리차지하여 대칭 적으로 전하 펌핑을 하도록 하였다. 그리고 첫 번째 전하 펌프의 구조를 다르게 설계하여 펌핑된 전하가 입력단으로 역류되는 현상을 방지하였다. 또한, 펌핑 클럭 구동 드라이버의 위치를 펌핑 커패시터 바로 앞에 두어 기생 저항으로 인한 펌핑 클럭 라인의 전압강하를 방지하여 구동능력을 향상 시켰다. 마지막으로 내장형 펌핑 커패시터를 Stack-MIM 커패시터를 사용하여 기존의 크로스-커플드 전하펌프 보다 레이아웃 면적을 최소화하였다. 제안된 TFT-LCD 구동 IC 용 전하펌프 회로를 $0.13{\mu}m$ Triple-Well DDI 공정을 사용하여 설계하고, 테스트 칩을 제작하여 검증하였다.