具有负载驱动的时钟频率管理的电荷泵制造技术

本公开的各实施例涉及具有负载驱动的时钟频率管理的电荷泵。电荷泵电路具有负载驱动的时钟频率管理。电荷泵电路包括：CCO，其生成具有总体上与反馈电流成比例的频率的CCO输出信号；以及电荷泵，其由CCO输出信号操作并升压电源电压，以在耦合到负载的输出处产生电荷泵输出电压。电流感测电路感测由负载汲取的负载电流，并且如果负载电流的幅度在低负载电流阈值和高负载电流之间，则并生成具有根据所感测的负载电流而变化的幅度的反馈电流。如果所感测的负载电流的幅度不在低负载电流阈值和高负载电流阈值之间，则反馈电流的幅度不随所感测的负载电流而变化。

【技术实现步骤摘要】
具有负载驱动的时钟频率管理的电荷泵
本申请涉及电荷泵的领域，尤其涉及利用负载电流作为反馈来调节电荷泵电路内的振荡器的电荷泵电路。
技术介绍
电荷泵通常用于模拟电子电路中，以在不使用电感器的情况下升压或反转电压。典型的电荷泵利用由振荡器生成的时钟信号操作的开关电容器。这样的电荷泵在升压或电压反转的目标上是有效的。但是，在某些(或大多数)情况下，电荷泵的输出提供给可变负载，这意味着负载在不同的时间消耗不同的电流量。如所解释的，由于电荷泵使用电容器来提供升高的电压，因此应当理解，随着电流由电荷泵输送，由这些电容器存储的电荷被耗尽。因此，当电荷泵输送足够的电流时，电荷泵输出的电压将下降。由于用于操作电荷泵的振荡器的频率部分地确定电容器的再充电速度，可以理解，尽管负载汲取电流，为了使电荷泵的输出电压保持在恒定水平，振荡器工作的频率必须足够高。一种解决方案是简单地将振荡器的频率设置在足够高的恒定频率处，以使在最坏情况操作的情景下，对电容器进行足够快速的充电，以使电荷泵输出的电压保持在恒定的水平处，而与由负载汲取的电流无关。但是，这样做的缺点是，当负载没有汲取太多电流时，由于电荷泵内的开关而造成的损耗很高。另一种解决方案是在脉冲跳跃模式中操作振荡器，在该模式下，当需要负载电流时启用振荡器，并且否则禁用振荡器。当负载没有汲取太多电流时，这足以减少泵的损失。但是，这样做的缺点是脉冲跳跃会引入不希望的谐波，当使用电荷泵驱动镇流晶体管作为电源时，这是特别不希望的。因此，需要电荷泵
的进一步发展。>
技术实现思路
本文公开了一种包括电流控制器振荡器(CCO)的电路，该电流控制器振荡器被配置为在具有总体上与反馈电流成比例的频率的CCO输出处生成CCO输出信号。电荷泵电路由CCO输出信号操作，并配置为升压电源电压以在输出处产生电荷泵输出电压，并且该输出耦合到负载。电流感测电路被配置为感测由负载汲取的负载电流，并且如果负载电流的幅度在低负载电流阈值和高负载电流阈值之间，则生成具有根据所感测的负载电流变化的幅度的反馈电流。注意，如果所感测的负载电流的幅度不在低负载电流阈值和高负载电流阈值之间，则电流感测电路不会生成具有根据所感测的负载电流而变化的幅度的反馈电流。本文还公开了一种方法实施例。该方法涉及使用基于来自电流控制振荡器(CCO)的输出信号进行操作的电荷泵，将电源电压升压至提供给负载的电荷泵输出电压。该方法还包括感测由于电荷泵输出电压而流入负载的负载电流，并且如果负载电流的幅度在低负载电流阈值和高负载电流阈值之间，则生成总体上与负载电流成比例的反馈电流。该方法还包括根据反馈电流来调节来自CCO的输出信号的频率。请注意，输出信号的频率与反馈电流成比例。附图说明图1A是根据本公开的一个实施例的利用电荷泵电路来驱动负载的电子设备的框图。图1B是图1A的电子设备的示意图，其示出了电荷泵电路的细节。图1C是根据本公开的实施例的利用诸如图1A至图1B的电荷泵电路以驱动镇流晶体管的电子设备的一个实施例的框图。图2A是根据本公开的实施例的利用电荷泵电路的另一实施例以驱动负载的电子设备的框图。图2B是图2A的电子设备的示意图，其示出了电荷泵电路的细节。图2C是图2A的电子设备的示意图，其示出了电荷泵电路的另一实施例的细节。图2D是根据本公开的一个实施例的利用诸如图2A-2C的电荷泵电路以驱动镇流器晶体管的电子设备的一个实施例的框图。图3是诸如可以在图1A-1C和图2A-2D中使用的电流控制振荡器的示意图。图4是示出针对图1A-1C和图2A-2D的电流控制振荡器输出信号的负载电流对频率的曲线图。图5是示出图2C的电荷泵电路的实际反馈电流特性对负载电流的曲线图。图6是示出图2C的电荷泵电路的负载电源特性的曲线图。具体实施方式以下公开内容使本领域技术人员能够制造和使用本文公开的技术方案。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文描述的一般原理可以应用于除以上详述的实施例和应用之外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示出的实施例，而是应被赋予与本文公开或建议的原理和特征一致的最宽范围。注意，在该详细描述部分中，将部件描述为“耦合”，这意味着这些部件可以直接电连接而无需中间部件，也可以通过其他部件连接。首先参考图1A公开的是电子设备50，其包括电荷泵电路100以将电源电压VCC升压到被施加到负载60的电荷泵输出电压VHCP。负载60汲取负载电流ILOAD。电流传感器99感测负载电流ILOAD并生成代表负载电流ILOAD的反馈电流IFBK(例如，其具有根据负载电流ILOAD而变化的幅度，例如与负载电流成比例)。电流控制器振荡器(CCO)54接收反馈电流IFBK并生成CCO输出信号OUTcco，其具有根据接收到的反馈电流IFBK(例如，近似成比例、成比例、直接成比例、或与之有其他关系)的频率。因此，随着反馈电流IFBK的幅度增加，CCO输出信号OUTcco的频率增加。通常，电荷泵100包括驱动器和整流器。驱动器可以是生成矩形信号的任何开关电路，并且整流器可以是以正确相位换向的任何电路，以用于将泵浦电荷(pumpedcharge)递送到其输出电容中。在图1B中示出了用于电子设备50的电荷泵100的一种示例性结构的更多细节。但是应当理解，可以使用满足以上给出的一般描述的任何电荷泵。在此，反相器51和55接收CCO输出信号OUTcco作为输入。反相器51将输出提供给反相器53。电容器C1将反相器53的输出耦合到节点N1。电容器C2将反相器55的输出耦合到节点N4。电容器C3耦合在电源节点VCC和节点N2之间。桥式整流器由二极管D1-D4形成。二极管D1具有耦合到节点N1的其阳极，以及耦合到节点N2的其阴极。二极管D2具有耦合到节点N1的其阴极和耦合到节点N3的其阳极。二极管D3具有耦合到节点N3的其阳极和耦合到节点N4的其阴极。二极管D4具有耦合到节点N4的其阳极和耦合到节点N2的其阴极。现在将描述电荷泵100的操作。在本说明书中，假设“高”是指VCC的电压，而“低”是指接地，尽管应理解在某些应用中可以使用其他值。为了便于解释节点和电容器的电压，将忽略二极管的电压降，但应理解，由于跨二极管D1-D4的电压降，实际电压值将小于所陈述的电压值。考虑启动条件，其中C1和C2均未充电，并假定CCO输出信号OUTcco为低。这导致反相器53的输出变低并且反相器55的输出变高。由于反相器53的输出为低并且电容器C1尚未充电，因此节点N1将变为低，二极管D2将被VCC正向偏置，并且电容器C1将充电至VCC。此时，由于反相器55的输出为高，并且电容器C2尚未充电，因此二极管D3将不会正向偏置，因此电容器C2不会充电。当CCO输出信号OUTcco转变为高时，反相器53的输出将变为高，而反相器55的输出将变为低。由于反相器53的输出为高，因此反相器53的输出上的电势与电容器C1中存储的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电路，包括：/n电流控制器振荡器CCO，配置为在CCO输出处生成具有总体上与反馈电流成比例的频率的CCO输出信号；/n电荷泵电路，由CCO输出信号操作并被配置为升高电源电压以在输出端产生电荷泵输出电压，其中所述输出被耦合到负载；和/n电流感测电路，配置为感测由所述负载汲取的负载电流，并且如果所述负载电流的幅度在低负载电流阈值和高负载电流阈值之间，则生成具有根据所感测的所述负载电流而变化的幅度的所述反馈电流。/n

【技术特征摘要】
20190314 US 16/353,1221.一种电路，包括：
电流控制器振荡器CCO，配置为在CCO输出处生成具有总体上与反馈电流成比例的频率的CCO输出信号；
电荷泵电路，由CCO输出信号操作并被配置为升高电源电压以在输出端产生电荷泵输出电压，其中所述输出被耦合到负载；和
电流感测电路，配置为感测由所述负载汲取的负载电流，并且如果所述负载电流的幅度在低负载电流阈值和高负载电流阈值之间，则生成具有根据所感测的所述负载电流而变化的幅度的所述反馈电流。


2.根据权利要求1所述的电路，其中如果所感测的所述负载电流的幅度不在所述低负载电流阈值与所述高负载电流阈值之间，则所述电流感测电路生成不具有根据所感测的所述负载电流而变化的幅度的所述反馈电流。


3.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流感测电路包括：
第一电阻器，直接电连接在第二节点和所述输出之间；
二极管耦合的晶体管，直接电串联在所述第二节点和所述输出之间；和
p沟道晶体管，具有直接电连接到所述第二节点的源极和直接电连接到所述CCO的漏极。


4.根据权利要求3所述的电路，其中所述p沟道晶体管的所述漏极以不间断的方式被直接电连接到所述CCO，而没有中间部件，使得所述反馈电流直接从所述输出流到所述CCO中。


5.根据权利要求1所述的电路，其中所述电流感测电路包括：
第一电阻器，直接电连接在第二节点和所述输出之间；
二极管，直接电连接在所述第二节点和所述输出之间；
第二电阻器，具有直接电连接至所述第二节点的第一端子；
第一p沟道晶体管，具有直接电连接到所述第二电阻器的第二端子的源极、直接电连接到所述CCO的漏极、以及栅极；和
第二p沟道晶体管，具有直接电连接到所述输出的源极、直接电连接到参考电流源以从其接收参考电流的漏极、以及直接电耦合到所述第一p沟道晶体管的所述栅极和所述第二p沟道晶体管的所述漏极的栅极；
其中所述第一p沟道晶体管在其漏极处生成所述反馈电流。


6.根据权利要求5所述的电路，其中所述第一p沟道晶体管的所述漏极以不间断的方式被直接电连接到所述CCO，而没有中间部件，使得所述反馈电流直接从所述输出流到所述CCO中。


7.根据权利要求1所述的电路，其中如果所感测的所述负载电流低于所述低负载电流阈值，则所述电流感测电路生成总体上恒定的所述反馈电流。


8.根据权利要求1所述的电路，其中如果所感测的所述负载电流高于所述高负载电流阈值，则所述电流感测电路生成渐进上升的所述反馈电流。


9.根据权利要求1所述的电路，其中所述负载是功率晶体管的栅极，并且所述电荷泵输出电压用于对所述功率晶体管的栅极充电，并且其中一旦所述功率晶体管处于线性操作模式，则所述CCO输出信号的与所述反馈电流成比例的所述频率用于降低CCO输出信号的所述频率。


10.根据权利要求1所述的电路，其中所述电荷泵电路包括：
第一电容器、第二电容器和第三电容器；
第一反相器和第二反相器，串联耦合在所述CCO输出和所述第一电容器的第一极板之间；
第三反相器，耦合在所述CCO输出和所述第二电容器的第一极之间；和
桥式整流器，包括：
第一二极管，具有耦合到第一节点的阳极和耦合到第二节点的阴极；
第二二极管，具有耦合到所述第一节点的阴极和耦合到第三节点的阳极；
第三二极管，具有耦合到所述第三节点的阳极和耦合到第四节点的阴极；和
第四二极管，具有耦合到所述第四节点的阳极和耦合到所述第二节点的阴极；
其中所述第一电容器的第二极板被耦合到所述第一节点；
其中所述第二电容器的第二极板被耦合到所述第四节点；和
其中所述第三电容器具有耦合到所述电源电压和所述第三节点的第一极板和耦合到所述输出和所述第二节点的第二极板。


11.根据权利要求1所述的电路，其中所述电荷泵电路缺少开关。


12.根据权利要求1所述的电路，其中所述CCO不在脉冲跳跃模式中操作。


13.一种方法，包括：
使用基于来自电流控制振荡器CCO的输出信号而操作的电荷泵，将电源电压升压至提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·皮特伊，
申请(专利权)人：意法设计与应用股份有限公司，
类型：发明
国别省市：捷克;CZ