充電泵系統和方法
【專利說明】充電泵系統和方法
[0001]優先權要求
[0002]本申請要求于2013年3月15日提交的美國臨時專利申請序號61/794，268的權益，該申請的全部內容通過引證結合于此。
技術領域
[0003]在本文中公開的主題總體上涉及電壓倍增器的配置和操作。更具體而言，在本文中公開的主題涉及操作用于將電容器充電為比電壓電源相對更高的電位的充電栗的配置和操作。
【背景技術】
[0004]在電源電壓較低的配置中，充電栗用于生成期望的高電壓輸出。具體而言，例如，充電栗可以用于驅動高值MEM電容開關，以便在天線調諧器內使用。在這種配置中，即使充電栗與由這種天線調諧器傳達的低振幅射頻(RF)信號電氣隔離，充電栗的高次諧波也可以耦合到RF路徑內，并且降低在接收模式中針對低功率RF信號的信噪比。具體而言，例如，在栗電源(Vdd)、接地線以及襯底內的電流尖峰可以在可以與敏感電路耦合的電源線和襯底上生成寄生效應、泄露以及噪音。為了解決這種問題，最佳實踐隔離可以有用，但是還重要的是，從根本上盡可能減小諧波的尺寸。
【發明內容】
[0005]根據本公開，提供了充電栗系統及其操作方法。一方面，提供一種用于將電荷輸送給初級電路節點的方法。所述方法可以包括啟動多個串聯的充電栗級的至少子集的連續充電模式，所述多個串聯的充電栗級在電源電壓節點與所述初級電路節點之間連接，對于給定的時鐘信號的每N個周期，所述連續充電模式可以啟動一次，其中，N是選自大于或等于I的數值范圍的可調節的整數值。
[0006]另一方面，提供了用于充電栗的配置。充電栗可以包括:模式發生裝置，其與時鐘信號發生器通信；至少一個充電信號發生器，其與模式發生裝置通信；以及多個串聯的充電栗級，其連接在電源電壓節點與初級電路節點之間。所述模式發生裝置可以被配置為基于由所述時鐘信號發生器供應的雙相時鐘信號，生成模式化時鐘信號，并且所述模式化時鐘信號可以包括所述雙相時鐘信號的周期的可選擇性調節的子集。所述多個充電栗級中的每個可以與所述至少一個充電信號發生器通信，其中，所述至少一個充電信號發生器被配置為在連續充電模式中通過所述多個充電栗級的至少子集，選擇性驅動電荷。
[0007]雖然在上文中陳述了本文中公開的主題的一些方面，并且這些方面完全或部分由目前公開的主題實現，但是在結合在下文中最佳描述的附圖進行時，隨著描述的進展，其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0008]從以下詳細描述中，更容易理解本主題的特征和優點，應結合僅僅通過解釋性和非限制性實例提供的附圖讀取所述詳細描述，并且其中:
[0009]圖1A和IB是根據目前公開的主題的實施方式的在一個示例性操作模式中的充電栗的不意圖；
[0010]圖2A是根據目前公開的主題的實施方式的在一個示例性操作模式中的充電栗的示意圖；
[0011]圖2B是根據在圖2A中顯示的示例性操作模式的充電栗的連續充電模式的間歇性啟動的圖示；
[0012]圖3A是根據目前公開的主題的實施方式的在一個示例性操作模式中的充電栗的示意圖；
[0013]圖3B是根據在圖3A中顯示的示例性操作模式的充電栗的連續充電模式的間歇性啟動的圖示；
[0014]圖4是根據目前公開的主題的實施方式的由根據各種示例性操作模式操作的充電栗隨著時間生成的噪聲的示圖；
[0015]圖5是根據目前公開的主題的實施方式的根據各種示例性操作模式的充電栗輸出的示圖；
[0016]圖6是根據目前公開的主題的實施方式的根據各種示例性操作模式的充電栗電流轉換效率的示圖；
[0017]圖7是根據目前公開的主題的實施方式的充電栗的側視圖；
[0018]圖8是根據目前公開的主題的實施方式的充電栗和充電信號發生器的示意圖；以及
[0019]圖9是根據目前公開的主題的實施方式的充電栗控制系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]本主題涉及充電栗系統以及方法，其降低了在充電栗的電源和接地線內的電流尖峰，同時依然保持高電壓輸出的相同值。標準的Dickson型充電栗使用由二極管串鏈接的多級電容器。雙相時鐘信號使電荷在電容器之間通過從而通過二極管串，以便可以僅僅單向流動，并且電荷在二極管串的端部保持電容器內聚集。可以選擇栗級的數量，以生成從充電栗中期望的電壓升高的量。例如，可以基于在期望的高電壓輸出與充電栗的電壓電源Vdd之間的差值，選擇栗級的數量。因此，栗級的數量對于任何給定的應用通常是固定的。
[0021]例如，充電栗設計的一個配置可以包括偶數個栗級，一半數量的栗級在每個上升的時鐘邊緣上與時鐘信號同步地驅動為較高，并且另一半在下降的時鐘邊緣上與時鐘信號同步地驅動為較高。如圖1A和IB中所示，例如，概括表示為100的充電栗的一個示例性配置可以具有多個二極管IlOa到1101，其在電源電壓節點與初級電路節點之間的以串聯的方式連接。為了在二極管鏈的兩端驅動電荷，多個栗級電容器112a到1121均連接至二極管IlOa到1101中相應的一個的陰極端，以形成每個充電栗級，并且多個驅動器120ab、120cd、120ef、120gh、120ij以及120kl控制栗級電容器112a到1121的充電(即，驅動器120ab親合至栗級電容器112a和112b等)。
[0022]以下公開涉及包含所示的這12個充電栗級的充電栗100 ( S卩，二極管IlOa-1lOl和栗級電容器112a-1121的組合)，但是本領域的技術人員會認識到，在本文中公開的主題可以廣泛地適用于具有任意數量的栗級(即，更大或更少數量的二極管和/或栗級電容器)的充電栗100的配置。與栗級的特定數量無關，保持電容器150可以連接至初級電路節點，以便充電栗100的運行將保持電容器150充電至期望的高電壓輸出。
[0023]在圖1A和IB所示的操作模式中，在充電栗100的每隔一級的栗級兩端驅動電荷，所述充電栗在電壓電源、接地線以及襯底中生成電流尖峰。此外，本領域的技術人員會認識到，在電源線和襯底上的噪聲可以與敏感電路耦合。因此，期望盡可能減少開關活動的量，但是栗級的數量不能降低，同時實現從電壓電源Vdd到期望的高電壓輸出的相同電壓提升。同樣，由于在每個時鐘邊緣上都具有相同的活動而與時鐘周期無關，所以改變時鐘頻率并未提供解決的方案。所有發生改變的是時鐘諧波的頻率分布，而不是它們的振幅(除了諧波的任何頻譜整形以外，這是因為有限帶寬造成更高諧波的振幅更可能降低)。而且，改變栗級電容器112a到1121的尺寸，可以實現減小電流并且因此增大輸出電阻，但是這樣做，會阻止充電栗實現傳統設計可能具有的相同充電率。
[0024]結果，在本文中描述的系統和方法允許操作人員修改為充電栗100生成時鐘的方式，使得與將所有栗級連續地與時鐘信號同步地驅動不同，充電栗100的操作可以選擇性改變，以便在任何時候，僅僅將充電栗級的子集與時鐘信號同步地驅動。具體而言，對于給定的時鐘信號(例如，重疊的或非重疊的時鐘信號)，可以生成模式化時鐘信號，這個模式化時鐘信號包括給定時鐘信號的周期的可選擇性調節的子集。可以將模式化時鐘信號傳輸給與多個充電栗級中的每個通信連接的至少一個充電信號發生器，其中所述多個充電栗級因此可以根據模式化時鐘信號啟動多個充電栗級的連續充電模式。換言之，操作人員可以選擇性調整輸入N的值，其中，對于給定的時鐘信號的每N個周期(例如，雙相時鐘信號的每兩個脈沖)，在充電栗100中啟動連續充電模式。然而，即便對充電栗100的操作進行這種修改，時鐘相位依然可以設置為使電荷通過脈動的方式沿著二極管IlOa到1101的鏈條通過。即，電荷可以被反復驅動通過下一個連序的充電栗級(例如，多個串聯的充電栗級中，更接近初級電路節點連接的相鄰的一個充電栗級)，通過整個充電栗100。
[0025]例如，其中，在k等于充電栗級的數量的情況下，N可以選擇為使得充電栗級數k可以被N整除，其中，連續充電模式可以通過充電栗100均勻地傳播。可替換地，N可以選擇為使得充電級數k不可以被N整除。這種配置中，連續充電模式可以通過部分充電栗而終止，或者連續充電模式可以啟動多次，使得其在最后一個充電栗級上結束。而且，連續充電模式可以在最接近電源電壓節點連接的多個串聯的充電栗級中的第一個啟動(例如，通過給第一栗級電容器112a充電)，或者可以在電源電壓節點與初級電路節點之間連接的多個串聯的充電栗級中的任一個上啟動。
[0026]在任何操作模式中，充電栗100依然可以被配置為允許電荷通過每個充電栗級連續傳播，但是對于越來越大的數N的值，“脈動”可以控制為以所選擇的頻率啟動。
[0027]例如，圖1A和IB示出了第一限制性情況，其中，充電栗100大體上以傳統的操作模式操作，在該模式中，在給定的時鐘周期期間，對栗級電容器112a到112