本公开内容描述的发明专利技术是一种基本电荷再循环门（７０），该基本电荷再循环门（７０）包括预充电节点（７５）、输出充电网络（７８）、输出预充电与空传播网络（７７）、评估网络（７６）、第一时变电源ＴＶＳ０、第二时变电源ＴＶＳ２及保持电路（７９）。此外，本公开内容描述的发明专利技术还是一种时变电源（１３０），该时变电源（１３０）包括共振器电路（１３１）、振幅与功率检查电路（１３５）、一个或多个过冲及一个下冲电压箝（１１０５和１１２）、激励电路（１３７）和（１３６）及电流监视电路（１３８）和（１３９）。此外，本发明专利技术还包括利用振幅与功率检查电路（１３５）、电容器组（１３２）和（１３４）及电感器分接头选择控制器（１３３）进行频率自调谐。振幅自调谐是由振幅采样与比较电路（１４４）提供的。此外，还提供了相移控制电路（１５０）。而且，还提供了用于功率管理的分布式控制开关电路（１６０）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及利用电源进行电荷再循环。更具体而言，本公开内容涉及利用时 变电源对1-of-N NDL门进行电荷再循环。
技术介绍
电荷再循环和绝热充电是两种可以用来减少集成电路所耗散的能量的电路技术。 这些技术在对大电容性负载进行充电和放电时或者充电以循环方式执行时特别有用。传统的充电集成电路所耗散的全部能量中的一大部分是电路中电容性信号节点充电和放电 的结果。可以通过考察如图1中所例示的简单CMOS逆变器来理解这种影响。首先，跨电容器18的电压是零，没有能量存储在该电容器中。输入信号12使P沟 道MOSFET 14截止，并使电容器18接地的N沟道MOSFET 16导通。当该给电容器18充电 时，P沟道MOSFET 14导通，以便允许电流从电源流到电容器18中。一旦P沟道MOSFET 14 导通，电路就可以被建模成如图2所例示的简单RC电路20，图2示出了电源22给电阻器 24和电容器26供电。该RC电路令电阻器24的值作为MOSFET的“导通”电阻。电路中所耗散的能量是电流i (t)流经电阻器24的结果并由下式给出 流经电阻器24的电流与流经电容器26的电流相同，由下式给出 结合等式1和2并求解所得表达式，可以看到电阻中所耗散的能量是1/2CV2。重 要的是需要注意由于是利用恒定电压充电，因此通过电阻器的耗散独立于电阻器的值。将电容器充电到电源电势所需的电荷等于CV。这暗示从电源迁移的总能量是 CV20然而，电荷是通过电阻器R输送的，并且如以上所指示的，通过电阻器耗散掉的能量是 1/2CV2。因此，从电源迁移的能量的一半作为热量在电阻器中耗散掉了，另一半给负载充当负载放电时，S卩，N沟道MOSFET导通并将电容器放电到地，发生类似的现象且另 一 1/2CV2在N沟道MOSFET的电阻中耗散掉了。在传统的情况下，信号节点电容的充电和放电都导致1/2CV2的耗散。源自电源的 所有能量最终都转换成电阻中的热量。绝热充电在热力学中，当过程不将热传输到工作流体时，该过程称为绝热的。这个概念可以 扩展到电子学中，尤其是扩展到集成电路中信号节点的充电中。如果信号节点可以不在电 阻中耗散能量地充电或者放电，则该充电过程是绝热的。为了实现绝热的充电过程，需要更精确控制电容性负载如何随时间充电。这可以 通过利用时变电源来实现，该时变电源开始为零，然后随时间朝期望的电源电压斜线变化， 如图3中所例示的。线性的电压斜线变化提供了恒定的电流，并将跨电阻的电压限制到任 意小的电平。电阻器中所耗散的能量由下式给出 根据等式3很显然的是，对于这种充电场景，电阻器中所耗散的能量是时变电源 周期的函数。增加周期导致更少的耗散能量，并且，在T>>RC的情况下，耗散接近零。利 用减小的电压斜线变化，负载电容可以以绝热方式放电，这将导致用于所耗散能量的相同 表达式。当绝热充电和放电一起使用时，所耗散能量的减少是惊人的。参考图4，考虑电路 40中电容性负载已经在时刻tQ放电到地的情况。对于这个例子，假定电压源42就象存储 了 CV2能量的能量贮存器41，而电容器46就象空的能量贮存器48，电路40具有电阻器44。在图5中，当电容性负载充电时，1/2CV2输送到能量贮存器58，即电容器56。根 据等式3，另一 RC/TCV2已经从电源贮存器51迁移并作为热量在电阻器54中耗散。因此， 与整个电源贮存器都变空的传统的充电情况相比，总共(1/2+RC/T) CV2从电源贮存器51迁 移。与电源贮存器完全耗尽的传统的充电情况相比，当负载放电时，随着能量返回到电源贮 存器51，另一 RC/TCV2在电阻器54中耗散，从而留下总共CV2-2RC/TCV2在电源51中。在T >> RC的限制情况下，电路在电阻器中不耗散能量，且从电源汲取以给电容器充电的电荷 在电容器放电时返回到电源。一般的电源由于通常通过分路阻抗耗散到地，所以不能够处理在绝热放电过程中 返回的电荷。这种限制使得绝热放电过程不比传统的放电方法更有效。为了利用返回的能 量，有必要使用用于时变电源的共振源，这是由于该共振源能够回收返回的电荷、存储该电 荷并使其可用于后续的时钟周期。
技术实现思路
本公开内容描述的专利技术是一种基本电荷再循环门70，该基本电荷再循环门70包 括预充电节点75 ；耦接到信号输出72的输出充电网络78 ；输出预充电与空传播网络77 ；具 有信号输入71的评估网络76，该评估网络76耦接到所述预充电节点75，并耦接到所述输 出充电网络78和所述输出预充电与空传播网络77 ；耦接到所述预充电节点75和所述输出 充电网络78的第一时变电源TVSO ；耦接到所述评估网络76的第二时变电源TVS2 ；及耦接 到所述信号输出72和所述评估网络76的保持电路79。此外，本公开内容描述的专利技术还是一种时变电源130，该时变电源130包括共振器 电路131、振幅与功率检查电路135、一个或多个过冲电压箝1105及一个下冲电压箝112、激 励电路137和136、及电流监视电路138和139。此外，本专利技术还包括利用振幅与功率检查 电路135、电容器组132和134及电感器分接头选择器133进行频率自调谐。振幅自调谐是 由振幅采样与比较电路144提供的。而且，还提供了相位偏移控制电路150。而且，还提供 了用于功率管理的分布式控制开关电路160。附图说明为了进一步帮助理解本专利技术，附图有助于例示本专利技术的特定特征，以下是对附图 的简要描述图1例示了简单的CMOS逆变器。图2例示了简单RC电路的电建模。图3例示了时变电源随时间的电压。图4例示了时变电源的电模型的初始电路状态。图5例示了在电容器充电后时变电源的电路状态。图6例示了示例性1 of N NDL门。图7公开了基本电荷再循环NDL门的实施例。图8例示了简单的电感电路。图9例示了简单LC电路到四个相位的扩展。图10例示了单独时钟控制的2N2P LC激励电路的实施例。图11公开了具有过冲和下冲电压箝的激励电路的实施例。图12公开了具有用于频率自调谐的电容器组的时变电源的实施例。图13公开了具有可调节电感的时变电源的实施例。图14公开了具有振幅自调谐的时变电源的实施例。图15公开了用于时变电源的实施例的相移系统。图16公开了利用分布式控制开关的时变电源的实施例。具体实施例方式本公开内容描述了用于利用时变电源对1 of N NDL门进行电荷再循环的方法与 装置。为了提供对本专利技术的透彻理解，本公开内容描述了多个特定的细节。本领域技术人 员将认识到，可以在没有这些特定细节的情况下来实践本专利技术。此外，为了不模糊所公开的 专利技术，本公开内容没有具体描述有些众所周知的项。基本充电再循环NDL门为了利用以上所述的绝热充电与放电过程，两种电路技术是必需的。这些技术中 的第一种是逻辑门本身。为了能够使用以上所述的充电与放电过程，已经开发出了几种不同的逻辑家族。 这些家族中的每一个都有从需要完全差分逻辑到低噪声裕量的缺陷。从1-of-N NDL拓扑 结构导出的新逻辑家族解决了这些问题并提供了鲁棒的电路解决方案。l-of-Ν拓扑结构 是 Intrinsity 公司所拥有的FAST14 1-of-N Domino Logic (多米诺逻辑)本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基本电荷再循环门，包括：预充电节点；输出充电网络，其耦接到信号输出；输出预充电与空传播网络，其耦接到所述信号输出；评估网络，其具有信号输入，该评估网络耦接到所述预充电节点，并耦接到所述输出充电网络和所述输出预充电与空传播网络；第一时变电源，其耦接到所述预充电节点和所述输出充电网络；第二时变电源，其耦接到所述评估网络；及保持电路，其耦接到所述信号输出和所述评估网络。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：M拉纳斯，M塞尼根，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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