[发明专利]自适应电荷泵

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月27日提交的美国临时申请S/N 61/479,733的权益，该申请的全部内容出于所有意图和目的通过引用结合于此。

附图简述

参考以下描述以及附图将能更好地理解本发明的益处、特征以及优点，在附图中：

图1是包括向负载提供经调节的输出电压的DC-DC开关电压调节器的电子设备的框图；

图2是包括根据一个实施例实现的正自适应电荷泵的IC的简化框图；

图3是包括根据一个实施例实现的负自适应电荷泵的IC的简化框图；

图4是根据一个实施例的图2的正自适应电荷泵的示意性框图；

图5是描绘各节点的电压与时间的关系的时序图，用于示出图4的正自适应电荷泵的操作；

图6是根据一个实施例的图4的控制器的示意图；

图7是对于VP从VTH之下的最小电平VMIN增加到最大电平VLIM的情况，VP、G和VCTL与时间的关系图，用于示出利用图6所示的控制器的图4的正自适应电荷泵的操作；

图8是根据一个实施例的图3的负自适应电荷泵的示意性框图；以及

图9是对于VP从VTH之下的最小电平VMIN增加到最大电平VLIM的情况，VP、VO和VCTL与时间的关系简化图，用于示出图8的负自适应电荷泵的操作。

详细描述

给出以下描述以使本领域技术人员能在特定应用及其需求的背景下作出和利用所提供的本发明。然而，优选实施例的多种修改对本领域技术人员将会是明显的，而且可将本文所限定的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明不旨在局限于本文中示出和描述的特定实施例，而应给予与本文中披露的原理和新颖特征一致的最宽范围。

通常期望在宽范围的电源电压上操作互补金属氧化物半导体(CMOS)集成电路(IC)。例如，CMOS芯片可接收范围大概从1.8伏(V)的最小电平至5.5V的最大或极限电压电平的供电电压，其中上限电压范围(例如，5.5V)由用于制造IC的工艺的电压极限来确定。通常在源电压范围的较低电平处，期望比输入供电电压所能提供的更大的操作电压范围。当期望比所提供的源电压更大的电压电平或电压范围时，将电荷泵等并入IC设计以增加总的可用供电电压。

例如，在期望增加诸如放大器等器件的动态操作范围的情况下，完成供电电压范围的增加。电荷泵可用于将正电压干线充电至高于正供电电压的电压电平。在例如提供单个正电源干线但期望低于接地的操作的情况下，完成该操作，在这种情况下，电荷泵生成负供电干线。负供电干线通常处于低于接地的电位，且在大小上略小于所提供的干线电压。

利用通常使用的电荷泵配置，正/负干线电压以所提供的正干线电压增加的相同速率变得更正/负。当内部生成的正干线电压和外部施加的接地或基准电平之间的总电压范围达到工艺允许的最大值时，出现这种实际极限。或者或另外，当内部生成的负干线电压和外部施加的正干线电压之间的总电压范围达到工艺允许的最大值时，出现实际极限。

期望电荷泵生成的电压大小减小的速率与外部施加的电压增加超过工艺极限点的速率相同，以便确保内部生成的电压干线与供电电压的任一个或两个之间的总供电电压范围不超过工艺极限。修改现有的电荷泵电路以实现该目的的手段是本公开内容的主题。

图1是包括提供经调节的输出电压VOUT的DC-DC开关电压调节器107(另外还称为转换器或电源等)的电子设备100的框图。示出电子设备100包括电池101，它将电池电压VBAT提供给电压选择(VSEL)电路105的一个输入，电压选择(VSEL)电路105的另一个输入从功率适配器103接收DC电压(VDC)。功率适配器103从诸如交流(AC)源(未示出)之类的外部电源接收AC或DC电压，并将所接收的电压转换成VDC电压。如果电池101是可充电的，则功率适配器103可包括用于对电池101进行充电的电池充电器，或者可包括单独的电池充电器(未示出)。VSEL电路105将输入电压VIN提供给电压调节器107的输入。电压调节器107具有提供输出电压VOUT的输出，其用于向负载LD提供源电压。