[发明专利]电压产生器和产生电压的方法

说明书

背景技术

在现代集成电路（IC）设计中，通常需要产生高于可用供电电压（V_DD）或低于接地的电压电平。为此目的，由电荷泵构建电压产生器。电荷泵通常将电容器预充电至可用供电电压V_DD，随后将电容器的低电势侧推至V_DD或将其高电势板推至GDN以在输出接点（2*V_DD或-V_DD）上形成升高电压。在实践应用中，具有相同大小的多个电荷泵单元通常耦合至输出节点以满足将导致升高电压消耗的估计负载电流。这些电荷泵单元通常由单个时钟源控制。当电荷泵按时钟速率将电荷注入至输出节点及当负载装置从输出节点汲取电流时，输出节点上的电压可包括“纹波”效应。

在时钟电荷泵设计中，电压纹波可具有基于时钟源的基频和与下列方程成比例的量值：

I_LOAD*T_CLK/C_LOAD,               (Eq.1)

其中I_LOAD表示来自输出节点的漏极电流，C_LOAD表示负载装置的电容且T_CLK表示驱动时钟的周期。在特定应用中，大的电压纹波可导致芯片故障或显著降低电路性能。对于高性能应用，例如，通常必须将大的去耦电容器添加至电荷泵输出端的输出以减小纹波。有时，需要线性低压降调节器来进一步减小纹波。但是，存在与这些技术相关的成本：大的去耦电容器可消耗大量芯片面积且与线性调节器相关的压降可使其不适用于特定低压应用。减小纹波的另一方式可以是缩短时钟周期，但是存在对选择时钟频率的许多其它限制，其使着这种方法不太实用。

让与本发明受让人的美国专利申请案s.n.13/214,904（其公开并入本文中）描述环形振荡器或延迟线的多个时钟级驱动各自电荷泵的方案。每个电荷泵的跃迁因与延迟线中的每个元件相关的延迟而与其它电荷泵偏移。因此，对于相同数量N个电荷泵，电压降速率可减小达N/2。另一个好处是电压纹波的基频是时钟频率的N/2倍且其不仅受环形振荡器的倒相器对的内在延迟的限制。这种方案与单时钟相位驱动方案相比产生纹波减小的显著改进。但是，设计不受限于延迟链中的单位延迟且对于一些应用而言可能不充分。

因此，发明者察觉在本技术中需要进一步减小多级电荷泵电压产生器中的纹波效应。

附图说明

图1是根据本发明的实施方案的电压产生器的功能方块图。

图2是图示根据本发明的实施方案的延迟流水线及相位控制级之间的关系的简化方块图。

图3图示根据本发明的另一个实施方案的电压产生器。

图4图示根据本发明的又一个实施方案的电压产生器。

图5图示根据本发明的另一个实施方案的电压产生器。

图6图示根据本发明的又一个实施方案的电压产生器。

图7是根据本发明的实施方案的电荷泵的电路图。

具体实施方式

本发明的实施方案提供一种电压产生器，其包括多个电荷泵、多组延迟流水线和相位控制器。延迟流水线可彼此类似地构造并且可具有预定数量的延迟级。给定各具有N级的M个延迟流水线，可能存在各具有耦合至各自级或各自流水线的触发输入的M*N个电荷泵。相位控制器可包括在延迟流水线之间互连以在延迟级的输出之间引致定时偏移的多个相位控制级。与其中已在由流水线的延迟架构定义的单位延迟内触发单个电荷泵的单流水线设计相比，本设计可导致M个电荷泵在相同单位延迟内触发但彼此偏移。以此方式，电压产生器可减小现有技术的纹波效应。

替代实施方案可提供一种电压产生器，其包括预定数量的电荷泵、具有预定数量的延迟级的延迟流水线和相位控制器。在这种替代设计中，流水线的延迟级之间的中间节点可耦合至电荷泵的子集的触发输入。相位控制器可具有分别耦合在延迟流水线的中间节点之间的多个相位控制级和相位控制级的中间节点可耦合至电荷泵的另一个子集的触发输入。再次，与其中已在由流水线的延迟架构定义的单位延迟内触发单个电荷泵的单流水线设计相比，本设计可导致一对电荷泵在相同单位延迟内触发但彼此偏移。以此方式，电压产生器可减小现有技术的纹波效应。