电荷泵系统、设备和方法技术方案

本主题涉及电荷泵设备、系统和方法，其中多个串联连接的电荷泵级被连接在电源电压节点和主电路节点之间，以及放电电路被连接到多个电荷泵级，其中放电电路被配置为选择性地从所述主电路节点移除电荷。

Charge pump system, equipment and method

This topic relates to charge pump devices, systems, and methods, wherein a plurality of charge pump stages connected in series are connected between a power supply voltage node and a main circuit node, and a discharge circuit is connected to a plurality of charge pump stages, wherein the discharge circuit is configured to selectively remove charge from the main circuit node.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电荷泵系统、设备和方法优先权声明本申请要求2017年2月16日提交的美国临时专利申请序列号62/460,003的权益，通过引用将其公开内容整体并入本文。
本文公开的主题总体上涉及电荷泵。更具体地，本文公开的主题涉及用于将电容器充电到比电压源相对更高的电位的电荷泵的配置和操作。
技术介绍
电荷泵用于在电源电压相对低的配置下生成所期望的高电压输出。然而，即使在这种高电压输出将是有利的情况下，与电荷泵相关联的各种问题阻止它们替换其他的高电压源。例如，对接地的寄生效应、电荷泵元件(例如，泵级、控制电路、保持电容器)所需的空间和充电时间都可被视为对某些电路是有害的。出于这些原因中的许多原因，尽管具有从相对低的电源电压生成高电压输出的能力，但电荷泵的适用性已经受到限制。
技术实现思路
根据本公开，提供了电荷泵设备、系统和方法。在一个方面，提供一种电荷泵，其中多个串联连接的电荷泵级被连接在电源电压节点和主电路节点之间；以及放电电路被连接到所述多个电荷泵级，其中所述放电电路被配置为选择性地从所述主电路节点移除电荷。在另一方面，一种用于在主电路节点处调节电荷的方法包括：选择性地驱动被连接在电源电压节点和主电路节点之间的多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷；以及通过被连接到所述多个电荷泵级的放电电路选择性地从所述主电路节点移除电荷。在另一方面，根据本主题的一种微电子机械系统(MEMS)设备包括：至少一个固定电极；可移动的梁，其包括与所述至少一个固定电极存在间隔的并且相对于所述至少一个固定电极能够移动的至少一个可移动电极；多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和主电路节点之间，其中，所述主电路节点连接到所述至少一个可移动电极或至少一个固定电极中的一个；以及被连接到所述多个电荷泵级的放电电路，其中所述放电电路被配置为选择性地从所述主电路节点移除电荷。尽管上文已经陈述了本文公开的主题的一些方面，并且这些方面全部或部分地由当前公开的主题来实现，但是当结合附图进行描述时，其他方面将变得明显，如下文最佳描述的。附图说明通过下面的详细描述将更容易地理解本主题的特征和优点，该详细描述应该结合仅通过解释性和非限制性示例所给出的附图来阅读，并且在附图中：图1是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵的示意图；图2是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵的示意图；图3是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵的示意图；图4是示出了根据当前公开的主题的实施例的电荷泵的主电路节点处的电压的曲线图；图5是根据当前公开的主题的实施例的由电荷泵驱动的微电子机械设备的侧视图；以及图6是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵控制系统的示意性表示。具体实施方式本主题提供电荷泵设备、系统和方法。在一个方面，本主题提供一种电荷泵，其既将与主电路节点进行通信的电容器或其他元件充电到比电压源相对更高的电位，又在没有任何形式的高电压开关的情况下抽空高电压电荷。参考图1中所示的一个示例配置，总体上被标记为100的电荷泵可包括被连接在电源电压节点101和主电路节点102之间的多个串联连接的电荷泵级105-1至105-n(即，一个泵级的电压输出是后续泵级的电压输入)。在一些实施例中，例如，电荷泵100可以是迪克森型电荷泵，其中电荷泵级105-1至105-n包括由二极管串所链接的多级电容器。如本文所使用的，术语“二极管”并不旨在限于半导体二极管，而是总体上用于指代主要在一个方向上传导电流的任何双端电子元件(即，偏置相关的)，包括模仿二极管的MOSFET电路。在这样的布置中，通过(例如，由时钟驱动器电路106所提供的)两相时钟经由二极管串在电容器之间传递电荷，使得电荷只能以一种方式流动，并且电荷在主电路节点102处的串的末端累积(buildup)。可以选择级数以生成电荷泵100所期望的电压递升量。例如，可以基于主电路节点102处所期望的高电压输出和电源电压节点101处的电荷泵的电压供应之间的差异来选择级数。因此，对于任何给定的应用，级数通常是固定的。例如，用于电荷泵设计的一种配置可以包括偶数个级，其中一半在每个上升时钟沿上被时钟控制为高，并且另一半在下降时钟沿上被时钟控制为高。在一些实施例中，电荷泵级105-1至105-n包括在电源电压节点101和主电路节点102之间以串联布置方式连接的多个二极管。为了驱动跨越二极管链的电荷，电荷泵级105-1至105-n还包括多个泵级电容器，每个泵级电容器连接到相关联的二极管中的相应一个的阴极端子以形成每个电荷泵级，并且时钟驱动器电路106控制泵级电容器的充电。尽管这里讨论了电荷泵100的配置的一个示例，但是本领域普通技术人员将认识到，可以按照在多个电荷泵级105-1至105-n的各级之间驱动电荷的各种其他配置中的任何一种来提供电荷泵100。然而，除了与传统电荷泵配置类似的这种结构之外，在一些实施例中，电荷泵100还包括总体上被标记为110的放电电路，其被连接到多个电荷泵级105-1至105-n，其中放电电路110被配置成选择性地从主电路节点102移除电荷。在一些实施例中，放电电路110可包括多个放电电路元件115-1至115-n，每个放电电路元件115-1至115-n与电荷泵级105-1至105-n中各自的一个进行通信。在一些实施例中，例如，放电电路元件115-1至115-n可以是在主电路节点102和基准(reference)103(例如，地)之间以级联阵列方式布置的多个晶体管，其中多个晶体管中的每个晶体管被连接到多个电荷泵级105-1至105-n中的一个。在一些实施例中，放电电路元件115-1至115-n可以被提供为场效应晶体管(FET)“跟随器”，其将整个堆叠级联到逻辑电平，其中每个FET的栅极被插入在泵级105-1至105-n中的每个之间。这种配置可以与电荷泵级105-1至105-n的设计进行集成。例如，在一些实施例中，可以使用晶体管来实现电荷泵级105-1至105-n的“二极管”，可以在电荷泵上升期间按照典型方式来操作晶体管。然而，当希望在主电路节点102处减少电荷时，可以在瞬态基础上操作晶体管以短路并去除高电压。在一些实施例中，可以将串的高电压末端处的晶体管驱动器的馈电制成具有低电压触发的级联。在一些实施例中，可以通过门控低FET来控制用于放电电路110的这种配置。参考图2中所示的示例配置，电荷泵100包括16个电荷泵级105-1至105-16的堆叠。放电电路元件115-1至115-16以晶体管116-1至116-16(例如，NFET跟随器)的形式连接到相关联的电荷泵级105-1至105-16中的每个，其与随后和之前的泵级进行级联。当将主电路节点102放电到基准103时，这个电路产生过电压的情况。为了实现这种放电，可以操作短路开关118以触发从主电路节点102移除电荷。在一些实施例中，诸如在图2中，尽管在其它实施例中，晶体管116-1的栅极(即，最接近基准103的多个晶体管116-1至1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电荷泵，包括：/n多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和主电路节点之间；以及/n被连接到多个电荷泵级的放电电路，其中所述放电电路被配置为选择性地从所述主电路节点移除电荷。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170216 US 62/460,0031.一种电荷泵，包括：
多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和主电路节点之间；以及
被连接到多个电荷泵级的放电电路，其中所述放电电路被配置为选择性地从所述主电路节点移除电荷。


2.根据权利要求1所述的电荷泵，其中每个电荷泵级包括：绝缘体上硅(SOI)设备。


3.根据权利要求1所述的电荷泵，其中所述放电电路包括：
在所述主电路节点和基准之间以级联阵列方式布置的多个晶体管，其中所述多个晶体管中的每个连接到所述多个电荷泵级中的一个；以及
连接在所述多个晶体管和所述基准之间的短路开关。


4.根据权利要求3所述的电荷泵，其中所述多个晶体管中的每个包括：绝缘体上硅(SOI)设备。


5.根据权利要求3所述的电荷泵，其中所述放电电路包括：连接在所述多个晶体管中的每个的漏极和栅极之间的二极管。


6.根据权利要求3所述的电荷泵，其中所述短路开关包括：所述多个晶体管中最靠近所述基准的一个晶体管的栅极。


7.根据权利要求1所述的电荷泵，包括与所述串联连接的电荷泵级进行通信的时钟驱动器电路。


8.根据权利要求1所述的电荷泵，包括：电压测量设备，其被配置为测量所述主电路节点处的当前电荷状态；
其中，所述电压测量设备与所述多个电荷泵级中的一个进行通信连接；以及
其中，所述电压测量设备被配置为从在所述多个电荷泵级中的一个处所获得的电压测量值来推断所述主电路节点处的当前电荷状态。


9.一种用于在主电路节点处调节电荷的方法，所述方法包括：
选择性地驱动被连接在电源电压节点和主电路节点之间的多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷；以及
通过被连接到多个电荷泵级的放电电路而选择性地从所述主电路节点移除电荷。


10.根据权利要求9所述的方法，其中每个电荷泵级包括：绝缘体上硅(SOI)设备。


11.根据权利要求9所述的方法，其中，选择性地驱动多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷包括：从时钟驱动器电路接收控制输入。


12.根据权利要求9所述的方法，其中选择性地移除电荷包括：控制在所述主电路节点和基准之间以级联阵列方式布置的多个晶体管，其中所述多个晶体管中的每个连接到所述多个电荷泵级中的一个。


13.根据权利要求12所述的方法，其中选择性地移除电荷包括：控制连接在所述多个晶体管中的每个的漏极和栅极之间的二极管。


14.根据权利要求9所述的方法，其中，选择性地驱动多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷包括：
通过从在所述多个电荷泵级中的一个处所获得的电压测量值推断当前电荷状态，来测量所述主电路节点处的当前电荷状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·齐姆利希，文森特·张，
申请(专利权)人：维斯普瑞公司，
类型：发明
国别省市：美国;US