專利名稱：用分段開關調節(jié)dc/dc轉換器的數字環(huán)路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及電源，更具地說，涉及開關電容器電荷泵電源，用于產生不同于電源電壓的穩(wěn)定輸出電壓。
背景技術：
未穩(wěn)壓的開關電容器DC/DC轉換器包括一個開關陣列。圖1A示出了現有轉換器拓撲。該轉換器使用一個快速電容器和四個開關。圖1B示出了另一現有拓撲，它有兩個快速電容器和九個開關。
圖2示出等效于該開關陣列的三端子器件。通過將TOP、MID和BOT端子與輸入、輸出和地連接成各種組合，就可產生升壓、降壓和反相拓撲。
圖3示出了2∶1降壓電荷泵。使用兩階段非重疊時鐘來驅動開關。在階段1，即充電階段，開關S1和S3接通。所以，快速電容器C1通過TOP端子連接到輸入電源電壓并被充電。在階段2，即泵激階段，快速電容器C1通過MID端子連接到輸出。在此泵激階段，快速電容器C1的電荷被轉移到輸出電容器Cout。
可用各種方法調節(jié)電荷泵。在滯后控制方法中，電荷泵以滯后模式運行。滯后方法可包括脈沖跳越、脈沖頻率調制或“起停式”過程。電荷泵將輸出電壓控制到一個電壓窗口。如果輸出達到窗口的上閾值，則電路的振蕩器被禁止，且電源開關斷開，直到輸出電壓降到低于下閾值的值為止。此時振蕩器再次被啟動，且開關被接通。該方法可實現高效率，特別是在輕負載的情況下。但它會產生高的電流尖峰和輸出中的大脈動。
控制電荷泵的另一種方法稱為線性或模擬控制，或Rdson調制。線性控制的電荷泵以基本恒定的頻率工作。通過對接通開關電阻的模擬調制，即連續(xù)調制，來調節(jié)電荷泵。這種線性控制方法能產生低噪聲。
圖4示出具有線性控制環(huán)路1的電荷泵。將在稍后對線性控制環(huán)路1作更詳細說明。一般來說，線性控制環(huán)路1包括電荷泵15，它具有TOP、MID和BOT端子，輸出端子27連接到MID端子。線性控制環(huán)路還包括連接到輸出端子27的電阻分壓器49。由分壓器49產生的反饋電壓接回運算放大器即opamp 42，該放大器將反饋電壓與參考電壓進行比較，并在其輸出端產生誤差信號。所產生的誤差信號連接到傳輸晶體管47，該晶體管連接在電源和電荷泵15的輸入TOP端子之間。
圖4中電荷泵的一些方面如下。傳輸晶體管47通常較大，并占據了寶貴的管芯面積。而且，在泵激階段，電荷從快速電容器C1到輸出電容器Cout的流動速率不受控制。所以，輸出電壓的脈動不受控制，且可能相當大。而且，環(huán)路穩(wěn)定性限制了外部輸出電容器及其等效串聯電阻的選擇。電荷泵的瞬態(tài)性能由控制環(huán)路帶寬限制，而不能令人滿意。最后，與調諧開關陣列的通/斷相關聯的動態(tài)損耗可能很高。

發(fā)明內容
簡要概括地說，本發(fā)明的實施例包括含有開關陣列的功率控制電路，該開關陣列包括開關、快速電容器以及輸出電壓端子，以提供輸出電壓。在一些實施例中，開關中至少有一個是分段開關。功率控制電路還包括連接到輸出電壓端子的反饋環(huán)路以及連接到反饋環(huán)路和開關陣列的電壓調節(jié)器塊。電壓調節(jié)器塊調節(jié)輸出電壓。
在功率控制電路的一些實施例中，電壓調節(jié)器塊是數字電壓調節(jié)器塊。數字實施例包括A/D轉換器、編碼器、算術/邏輯單元和門邏輯。
功率控制電路的一些實施例不使用傳輸晶體管，從而節(jié)省管芯面積。
本發(fā)明的一些實施例包括一種方法，其中電荷泵工作在兩階段周期中，包括充電階段和泵激階段。有些實施例在這兩階段都控制功率控制電路，從而減少了輸出電壓脈動。


為了對本發(fā)明以及其特性和優(yōu)點有更全面的理解，現參閱結合附圖所作的以下說明。
圖1A和1B示出開關陣列。
圖2示出三端子電荷泵。
圖3示出電荷泵。
圖4示出線性控制環(huán)路。
圖5示出按照本發(fā)明實施例的功率控制電路的框圖。
圖6示出按照本發(fā)明實施例的數字功率控制電路的框圖。
圖7示出按照本發(fā)明實施例的數字功率控制電路的電路圖。
圖8A和B示出按照本發(fā)明實施例的開關陣列工作的兩個階段。
具體實施例方式
參閱圖1-8可最好地理解本發(fā)明的實施例和它們的優(yōu)點。相同的編號用于各圖中相同或相應的部件。
先結合圖4的模擬功率控制電路1說明功率控制電路的結構和工作。然后結合圖5-8說明按照本發(fā)明實施例的各種功率控制電路2。
在功率控制電路1中，輸出電壓V_out的調節(jié)是通過將V_DD電源電壓連接到電壓調節(jié)器塊36以模擬方式實現的。在功率控制電路1中，電壓調節(jié)器塊36調節(jié)到達開關陣列15的那部分V_DD電源電壓。
電壓調節(jié)器塊36包括參考電壓源40，提供預定義的參考電壓V_ref。在一些實施例中，參考電壓V_ref值可在大約0.5V到20V的范圍內。電壓調節(jié)器塊36還包括放大器42，它連接到參考電壓源40和反饋環(huán)路33。放大器42配置成感測由參考電壓源40提供的參考電壓V_ref和由反饋環(huán)路33提供的反饋電壓V_fb之間的差。放大器42產生誤差信號V_err，表示V_ref較大還是V_fb較大。V_err被連接到傳輸晶體管47。在目前的功率控制電路中，傳輸晶體管47是MOS-FET晶體管。
放大器42連接到傳輸晶體管47的柵極。V_DD電源電壓連接到傳輸晶體管47的源極。傳輸晶體管47的漏極連接到開關陣列15。其它實施例用不同的連接實現調節(jié)功能。
根據參考電壓V_ref較高還是反饋電壓V_fb較高，放大器42的V_err誤差電壓增加或降低傳輸晶體管47的柵極電壓。相應地，傳輸晶體管47呈現較高或較低的電導。傳輸晶體管47的電導控制有多大部分電源電壓V_DD到達開關陣列15。這是電壓調節(jié)器塊36調節(jié)輸出電壓端子27的輸出電壓V_out的一種機制。
傳輸晶體管47連接到開關陣列15。在功率控制電路1中，開關陣列15包括四個開關S1…S4。開關S1…S4串聯在TOP和BOT端子之間。
輸出端子27連接到位于開關S2和S3之間的MID節(jié)點。在功率控制電路1中至少有兩個電容器?？焖匐娙萜鰿1連接到開關S1和S2之間的節(jié)點以及開關S3和S4之間的節(jié)點。輸出電容器C_out連接在輸出端子27和地之間。外部負載R_load連接在輸出端子27和地之間。
輸出端子27還連接到分壓器49。在功率控制電路1中，分壓器49包括兩個電阻器R1和R2。反饋環(huán)路33連接在電阻器R1和R2之間，并感測反饋電壓V_fb。對于這兩個電阻分壓器來說，反饋電壓V_fb是輸出電壓V_out的一部分V_fb＝R1/(R1+R2)*V_out該V_fb反饋電壓接回電壓調節(jié)器塊36中的放大器42。如上所述，V_fb反饋電壓由電壓調節(jié)器塊36用于控制傳輸晶體管47。
在功率控制電路1中，電壓調節(jié)器塊36控制傳輸晶體管47，以調節(jié)連接到開關陣列15的那部分電源電壓。傳輸晶體管通常占用大的管芯面積，因此要求電源芯片的總面積也要大。在有些功率控制電路中，傳輸晶體管可占用多達10％的芯片面積。作為比較，數字邏輯晶體管可僅占傳輸晶體管面積的1/1000。而且，現代光刻技術更適于電路的形成，其中各種電路元件具有可比較的尺寸。最后，當傳輸晶體管的柵極電壓僅部分打開導電通道時，傳輸晶體管的電導仍比其完全導電值低得多。為此，傳輸晶體管耗散了由電壓源提供的大部分功率。所以，具有傳輸晶體管的功率控制電路由于發(fā)熱而損失了相當一部分功率，故而工作效率不高。
圖5示出按照本發(fā)明一個實施例的功率控制電路2的框圖。功率控制電路2包括開關陣列15。在有些實施例中，開關陣列15包括n個開關SW1…SWn、快速電容器C1以及輸出電壓端子27。在功率控制電路2的一些實施例中，開關SW1…SWn中至少有一個是分段開關，含有多于一個開關分段。開關陣列15也稱為電荷泵開關陣列。
功率控制電路2還包括反饋環(huán)路33，連接到輸出電壓端子27和電壓調節(jié)器塊36。電壓調節(jié)器塊36也連接到開關陣列15。電壓調節(jié)器塊36的功能包括調節(jié)輸出電壓端子27上的輸出電壓V_out。
圖6示出按照本發(fā)明一個實施例的功率控制電路2。在此實施例中，兩個開關SW1和SW2是分段的。功率控制電路2不包括傳輸晶體管，因此避免了上述有關傳輸晶體管尺寸較大的方面。在功率控制電路2中，電壓調節(jié)器塊36通過控制分段開關SW1和SW2的分段SW1-1…SW1-m和SW2-1…SW2-m來調節(jié)輸出電壓V_out。
電壓調節(jié)器塊36是數字電壓調節(jié)器塊。電壓調節(jié)器塊36包括A/D轉換器52。A/D轉換器52具有與其連接的參考電壓源40的參考電壓V_ref，以及由反饋環(huán)路33提供的反饋電壓V_fb。A/D轉換器52感測參考電壓V_ref和反饋電壓V_fb之間的差。A/D轉換器52產生代表V_ref較大還是V_fb較大的誤差電壓V_err。
A/D轉換器52連接到編碼器55。編碼器55接收誤差電壓V_err，并產生數字誤差電壓V_err，d來表示V_err。在有些實施例中，數字誤差電壓為n比特長。編碼器55將數字誤差電壓V_err，d連接到加減法器59。而且，對應于電路前一周期門信號的m比特采樣保持信號也連接到加減法器59，如下所述。對應于V_fb較大還是V_ref較大，加減法器59將n比特的數字誤差電壓V_err，d和m比特的采樣保持門信號相加或相減。在功率控制電路2的實施例中，m大于n。
數字加/減信號連接到門邏輯63。門邏輯63還連接到振蕩器67。振蕩器67能夠產生具有基本固定周期的周期性信號。門邏輯63根據它從加減法器59和振蕩器67接收的輸入產生門信號。該門信號也稱為開關控制信號。
門信號連接到開關陣列15。門信號控制開關分段SW1-1…SW1-m、SW2-1…SW2-m以及開關SW3和SW4。在其它實施例中，其它開關，例如SW3和SW4，可以是分段的。在有些實施例中，多于兩個開關是分段的。在有些實施例中，采用多于四個開關。下面將參閱圖7說明開關陣列15的一些細節(jié)，然后將完成對圖6的說明。
圖7示出一個實施例，其中開關分段包括開關分段組。在此實施例中，開關SW1和SW2是分段的，而SW3和SW4不分段。在其它實施例中，其它開關或它們的組合可以是分段的。
開關SW1分段成6個開關分段SW1-1…SW1-6，且開關SW2也分段成6個開關分段，表示為SW2-1…SW2-6。開關分段可包括開關分段組。在有些實施例中，開關分段組包括類似的各個開關分段，其中隨后標記的開關分段組中的開關分段數以2的乘方彼此相關。舉例來說，開關分段SW1-1可以是一個開關分段組，它含有20個基本相同的MOS-FET，并聯在第一共享干線71和第二共享干線73之間。在此實施例中，開關分段組SW1-2含有40個基本相同的MOS-FET，開關分段組SW1-3含有80個基本相同的MOS-FET，開關分段組SW1-4含有160個基本相同的MOS-FET，開關分段組SW1-5含有320個基本相同的MOS-FET，而開關分段組SW1-6含有640個基本相同的MOS-FET。在此實施例中，隨后開關分段組中的MOS-FET數之比以2的升冪彼此相關。一般來說，在具有m個開關分段且在開關分段SW1-1中有20個MOS-FET的實施例中，開關分段SW1-m含有20*2(m-1)個MOS-FET。在有些實施例中，開關分段組SW1-1…SW1-6中MOS-FET的面積按照二進制序列根據分數1/2、1/4、1/8、1/16、1/32和1/64改變。在其它實施例中，這些分數可遵循任何其它序列。
在本實施例中，在遞增標記的開關分段組SW2-1…SW2-6中的MOS-FET數為30、60、120、240、480和960。隨后開關分段組的數也是以2的升冪彼此相關。
在其它實施例中，開關分段組SW1-1可包括任何數量的MOS-FET。在有些實施例中，具有增加數量MOS-FET的開關分段組不依次排列和標記。在有些實施例中，開關分段組數按某些公式而不是按2的升冪彼此相關。
開關分段受門信號控制，該門信號由連接到它們柵極的門邏輯63產生。如圖所示，開關分段SW1-1…SW1-6接收來自門邏輯63的各個門信號UFS1…UFS6(用于“上部分開關”)，而開關分段SW2-1…SW2-6接收各個門信號LFS1…LFS6(用于“下部分開關”)。
在其它實施例中，開關分段是單個MOS-FET，但較高標記的MOS-FET的尺寸在增加。在這些實施例中，有些具有逐漸增大尺寸的MOS-FET，它們不是順序標記的。
在一些實施例中，開關分段的大小是針對最小峰值儲備和最重負荷的情況選擇的。電流尖峰、輸出脈動以及動態(tài)損耗的程度都與開關的大小成比例。所以，使用數個較小開關分段的實施例降低了電流尖峰、輸出脈動以及動態(tài)損耗。
再參閱圖6，開關分段SW1-1…SW1-m各具有至少兩個端子。每個開關分段SW1-1…SW1-m的一個端子連接到第一共享干線71，每個開關分段SW1-1…SW1-m的另一端子連接到第二共享干線73。第一共享干線71包括第一開關節(jié)點72，其輸出節(jié)點為TOP，第二共享干線73包括第二開關節(jié)點74，其輸出節(jié)點為CAP+。開關分段SW2-1…SW2-m各具有至少兩個端子。每個開關分段SW2-1…SW2-m的一個端子連接到第二共享干線73，每個開關分段SW2-1…SW2-m的另一端子連接到第三共享干線75。第三共享干線包括第三開關節(jié)點76，具有輸出節(jié)點MID。在其它實施例中，其它開關被分段。在這些實施例中，SW1連接在第一開關節(jié)點72和第二開關節(jié)點74之間，且SW2連接在第二開關節(jié)點74和第三開關節(jié)點76之間。
在此實施例中，第三開關SW3不分段。第三開關SW3連接在第三共享干線75或第三開關節(jié)點76和第四開關節(jié)點78之間。第四開關節(jié)點78具有輸出節(jié)點CAP-。第四開關SW4連接在第四開關節(jié)點78和第五開關節(jié)點80之間，具有輸出節(jié)點BOT。在其它實施例中，第三開關SW3和第四開關SW4可以分段。
快速電容器C1連接在第二開關節(jié)點74和第四開關節(jié)點78之間。輸出端子27，提供輸出電壓V_out，連接到輸出節(jié)點MID。輸出端子27連接到輸出電容器C_out，并可連接到負載R_load。最后，輸出端子27還連接到分壓器49。在本實施例中，分壓器49包括兩個電阻器R1和R2，但在其它實施例中可采用其它分壓器電路。反饋環(huán)路33連接到電阻器R1和R2之間的節(jié)點。反饋環(huán)路33感測輸出電壓V_out中的[R1/(R1+R2)]部分，并將感測的電壓反饋到A/D轉換器52。
工作時，功率控制電路2的一些實施例的作用如下。功率控制電路2產生輸出電壓V_out，它基本上等于某預定電壓。但輸出電壓V_out可能偏離該預定電壓，例如，因為電源電壓V_DD或負載有變化。為補償這種電壓偏差，一部分輸出電壓V_out由分壓器49產生，并由反饋環(huán)路33反饋到A/D轉換器52，作為反饋電壓V_fb。A/D轉換器52感測V_fb，并將其與參考電壓V_ref進行比較。A/D轉換器52產生誤差電壓V_err，表示V_fb和V_ref哪個更大。誤差電壓V_err連接到編碼器55。編碼器55從V_err誤差電壓中產生n比特的數字誤差信號V_err，d。V_err，d表示V_fb較大還是V_ref較大。
在一些實施例中，輸出電壓V_out的精確度大約為±3％。這就設定了反饋電壓V_fb的范圍。如果參考電壓V_ref是1V，則反饋電壓V_fb在±20mV(或±2％)的范圍內。如果反饋電壓V_fb比參考電壓V_ref高20mV，則將m比特的門信號設為“低”，它就斷開了開關分段SW1-1…SW1-m。如果反饋電壓V_fb比參考電壓V_ref低20mV，則將m比特的門信號設為“高”，它就接通了開關分段SW1-1…SW1-m。A/D轉換器52中所用的比較器通常具有大約2mV的輸入偏置電壓。如果將A/D轉換器52的最低有效位(LSB)設為3mV，則4比特的A/D轉換器足以覆蓋±20mV的范圍。
V_err，d數字誤差信號被接入加減法器59。而且，在一個周期中，將前一周期的m比特門信號，換言之即采樣保持門信號，也通過鏈路連接到加減法器59中。為作響應，加減法器59通過將當前周期的n比特數字誤差信號V_err，d加到前一周期的采樣保持門信號上，來產生當前周期的加減信號。
加減法器59的m比特加減信號連接到門邏輯63。振蕩器67的振蕩信號也連接到門邏輯63。振蕩器67提供周期時鐘信號，以使功率控制電路2中各種塊的工作同步。門邏輯63按照振蕩器67的周期產生門信號。門信號根據加減信號產生，而該加減信號是根據反饋電壓V_fb較大還是參考電壓V_ref較大以及根據采樣保持信號來確定的，如上所述。根據哪個電壓較大，門信號增加或減少接通的開關分段數。電壓V_fb或V_ref之間的差越大，在已接通的開關分段組中加上或減去的開關分段數越多。在有些實施例中，電壓差越大，在已接通的開關分段組中加上或減去的所標記的開關分段越高。
門信號連接到開關陣列15中。門信號控制開關分段SW1-1…SW1-m以及SW2-1…SW2-m的通/斷狀態(tài)。在開關分段SW1-1…SW1-m以及SW2-1…SW2-m是MOS-FET的實施例中，門信號控制MOS-FET的柵極電壓。柵極電壓的改變轉變?yōu)镸OS-FET的通/斷狀態(tài)的改變。開關分段SW1-1…SW1-m相互并聯。門信號控制哪些開關分段應接通，從而控制在輸出端子27產生輸出電壓V_out的那部分電源電壓V_DD。因此，改變接通的開關分段數的門信號就控制了輸出電壓V_out。
接下來，結合圖8A-B說明開關陣列15的工作。整個功率控制電路2的工作隨后結合圖6加以說明。
圖8A-B示出了開關陣列15的工作實例。先用簡化的體系結構，即開關不分段，來解釋其工作?？焖匐娙萜鰿1也稱為CFly。
類似于較早的實施例，在開關陣列15中，第一開關SW1連接在第一開關節(jié)點72和第二開關節(jié)點74之間，第二開關SW2連接在第二開關節(jié)點74和第三開關節(jié)點76之間，第三開關SW3連接在第三開關節(jié)點76和第四開關節(jié)點78之間，且第四開關SW4連接在第四開關節(jié)點78和第五開關節(jié)點80之間。第五開關節(jié)點80接地。
快速電容器CFly連接在第二開關節(jié)點74和第四開關節(jié)點78之間。輸出電容器C_out連接在第三開關節(jié)點76和第五開關節(jié)點80之間。輸出端子27和負載電阻R_load連接在第三開關節(jié)點76和地之間。
圖8A示出了開關陣列15工作的充電階段或步驟。在此充電階段中，開關SW1和SW3接通，而開關SW2和SW4斷開?？焖匐娙萜鰿Fly與輸出電容器C_out和負載電阻器R_out電連接。在此充電階段，電源電壓V_DD使快速電容器CFly充電。
圖8B示出泵激階段或步驟。在此泵激階段，開關SW1和SW3斷開，而開關SW2和SW4接通。所以，電容器CFly和C_out都和電壓源斷開。在此階段，快速電容器CFly通過將其電荷轉移到輸出電容器C_out而放電。在快速電容器CFly大致等于C_out的實施例中，兩個電容器都在負載電阻R_load上放電。在此泵激階段，電容器的電壓從大約為V_DD一半的V_out初始值開始下降。但如果振蕩器67的周期比由C_out和R_load形成的RC電路的時間常數足夠短，則電壓衰減就可保持足夠小，將輸出電壓V_out的脈動降到所需水平。
在示范實例中，開關SW1在周期i的階段1(充電階段)中接通，而開關SW2在同一周期i的階段2(泵激階段)中接通。在階段1結束以前，采樣并保持開關SW1的m比特門信號，直到階段2。開關SW1的采樣m比特門信號通過鏈路連接到m比特加減法器59。來自A/D轉換器52的n比特數字誤差信號V_err，d也連接到m比特加減法器59。在m比特加減法器59中，在開關SW1的m比特門信號中加上/減去n比特數字誤差信號。所得到的m比特信號通過門邏輯63產生開關SW1的更新的m比特門信號，并將用于周期(i+1)的階段1。開關SW1的門信號在周期i的階段1即將結束時被采樣，在周期i的階段2被處理，并用于周期(i+1)的階段1。開關SW2的門信號在周期i的階段2結束前被采樣，在周期(i+1)的階段1被處理，并用于周期(i+1)的階段2。
A/D轉換器52產生的n比特數字誤差信號具有一個符號位。符號位的高或低決定了在采樣保持m比特門信號中加上或減去數字誤差信號的其它(n-1)比特。
通常，n小于或等于m-1。在有些情況下，沒有負載時m比特門信號的位全是0，而在滿負載時m比特信號的位全是1。在n＝m-1的一些實施例中，(m-1)比特數字誤差信號具有1符號位，在此情況為高。這個高符號位使數字誤差信號的其余(m-2)比特加到m比特門信號上。要用4個時鐘周期使m比特門信號從全0變?yōu)槿?。
最后，參閱圖6的數字實施例說明功率控制電路2工作的附加方面?？赡軙r，將與圖4中描述的模擬電路作比較參考。
在圖4的模擬電路工作期間，電荷流動僅在充電階段受控制。在圖6的數字實施例中，電荷流動在充電階段和泵激階段都受控制。
而且，在圖4的模擬電路工作期間，快速電容器C1可在電壓比輸出電壓V_out高得多時放電。這種電壓差通常產生高電平噪聲。在圖6的數字實施例中，快速電容器C1僅部分連接到輸出電壓V_out。所以，快速電容器C1的放電通常產生低電平噪聲。
此外，圖4的模擬電路由于有限的環(huán)路帶寬而具有較差的線路和負載瞬態(tài)響應。而且，由于開關陣列15的全部開關被接通和斷開，因此動態(tài)損耗很高。
在圖6的數字實施例中，由于數字控制環(huán)路的高帶寬，線路和負載瞬態(tài)響應很快。而且，由于只有部分開關分段被接通，因此動態(tài)損耗很低。
雖然已詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但應理解，在不背離由所附權利要求書定義的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進行各種改變、替換或更改。也就是說，在本申請中包括的討論旨在作為一個基本說明。應理解，該具體討論不可能明示所有可能的實施例，許多備選方案是隱含的。其也不會完全解釋本發(fā)明的一般性質，不會明示每種特征或元件如何實際上代表更廣泛的功能或大量備選或等效元件。再者，這些也都隱含地包括在本公開之內。當以面向裝置的術語說明本發(fā)明時，該裝置的每個元件隱含地實現一種功能。本說明和術語都不應限制權利要求書的范圍。
權利要求
一種功率控制電路，包括開關陣列，包括開關；快速電容器；以及輸出電壓端子，能夠提供輸出電壓；反饋環(huán)路，連接到所述輸出電壓端子；以及電壓調節(jié)器塊，連接到所述反饋環(huán)路和所述開關陣列，所述電壓調節(jié)器塊配置成調節(jié)所述輸出電壓，其中所述開關中至少一個是分段開關，包括多于一個開關分段。1.如權利要求1所述的控制電路，其中分段開關的所述開關分段包括第一和第二端子，其中所述開關分段的第一端子連接到第一共享干線；以及所述開關分段的第二端子連接到第二共享干線。
2.如權利要求1所述的控制電路，其中所述開關分段具有打開和閉合開關狀態(tài)，其中當在第一共享干線和第二共享干線之間的閉合開關分段數增加時，在第一和第二共享干線之間的電導增加。
3.如權利要求1所述的控制電路，其中分段開關的所述開關分段組織成開關分段組，其中可標記所述開關分段組，以使所述開關分段組中的開關分段數以2的升冪彼此相關。
4.如權利要求1所述的控制電路，其中所述開關分段包括晶體管，其中所述晶體管選自雙極結晶體管和MOS-FET的組。
5.如權利要求1所述的控制電路，其中第一開關連接在第一開關節(jié)點和第二開關節(jié)點之間；第二開關連接在第二開關節(jié)點和第三開關節(jié)點之間；第三開關連接在第三開關節(jié)點和第四開關節(jié)點之間；以及第四開關連接在第四開關節(jié)點和第五開關節(jié)點之間；其中第一和第三開關能夠呈現第一開關狀態(tài)，且第二和第四開關能夠呈現第二開關狀態(tài)，其中第一和第二開關狀態(tài)是相反的。
6.如權利要求5所述的控制電路，其中所述快速電容器連接在第二開關節(jié)點和第四開關節(jié)點之間。
7.如權利要求5所述的控制電路，包括輸出電壓端子，連接到第一、第三和第五開關節(jié)點之一；以及輸出電容器，連接到所述輸出電壓端子。
8.如權利要求1所述的控制電路，其中所述電壓調節(jié)器塊是數字電壓調節(jié)器塊。如權利要求8所述的控制電路，其中所述數字電壓調節(jié)器塊配置成調節(jié)至少一個分段開關的所述開關分段中的至少一個。
9.如權利要求8所述的控制電路，所述數字電壓調節(jié)器塊包括模數轉換器；以及編碼器，連接到所述模數轉換器，配置成從參考電壓和由所述反饋環(huán)路提供的反饋電壓之差中產生數字誤差信號。
10.如權利要求9所述的控制電路，所述數字電壓調節(jié)器塊包括加減法器，所述加減法器配置成接收來自所述編碼器的所述數字誤差信號。
11.如權利要求10所述的控制電路，其中所述加減法器配置成接收采樣保持門信號，并對所接收的數字誤差信號和所述采樣保持門信號執(zhí)行算術運算。
12.如權利要求11所述的控制電路，所述數字電壓調節(jié)器塊包括門邏輯，配置成接收由所述加減法器產生的信號；根據從所述加減法器接收的所述信號產生門控制信號；以及將所產生的門控制信號連接到分段開關中。
13.如權利要求12所述的控制電路，其中所述開關分段具有打開和閉合開關狀態(tài)；以及閉合開關分段數由所接收的門控制信號控制。
14.如權利要求12所述的控制電路，包括至少一個所述分段開關和所述加減法器之間的鏈路，所述鏈路配置成在振蕩器周期中將前一振蕩器周期的門信號反饋到所述加減法器，從而產生采樣保持信號。
15.如權利要求1所述的控制電路，其中所述控制電路配置成以恒定頻率工作。
16.一種功率控制電路，包括電壓源；開關陣列，配置成接收來自所述電壓源的電源電壓，包括開關；至少一個電容器；以及輸出電壓端子；反饋環(huán)路，連接到所述輸出電壓端子；以及數字電壓調節(jié)器塊，連接到所述反饋環(huán)路、所述電壓源以及所述開關陣列，所述數字電壓調節(jié)器塊配置成通過數字調節(jié)信號來調節(jié)所述電源電壓。
17.如權利要求16所述的控制電路，所述開關包括分段開關，其中所述數字電壓調節(jié)器塊調節(jié)所述分段開關。
18.一種功率控制電路，包括開關陣列，包括開關；快速電容器；以及輸出電壓端子，能夠提供輸出電壓；反饋環(huán)路，連接到所述輸出電壓端子；以及電壓調節(jié)器塊，連接到所述反饋環(huán)路和所述開關陣列，所述電壓調節(jié)器塊配置成調節(jié)所述輸出電壓，其中所述功率控制電路可工作在充電和泵激階段；以及所述輸出電壓的脈動在所述充電和所述泵激階段都被控制。
19.一種功率控制電路，包括電壓源；開關陣列，配置成接收來自所述電壓源的電源電壓，包括開關；至少一個電容器；以及輸出電壓端子；反饋環(huán)路，連接到所述輸出電壓端子；以及電壓調節(jié)器塊，連接到所述反饋環(huán)路、所述電壓源和所述開關陣列，所述電壓調節(jié)器塊配置成調節(jié)所述電源電壓，其中所述功率控制電路不包括傳輸晶體管。
20.一種控制功率控制電路的輸出電壓的方法，所述方法包括在所述功率控制電路的輸出電壓端子產生輸出電壓；通過反饋環(huán)路將所述輸出電壓反饋到電壓調節(jié)器塊來產生反饋電壓；以及根據所述反饋電壓，由所述電壓調節(jié)器塊控制開關陣列的至少一個分段開關來調節(jié)所述輸出電壓。
21.如權利要求20所述的方法，其中調節(jié)所述輸出電壓包括由模數轉換器以及所連接的編碼器從參考電壓和所述反饋電壓之差中產生數字誤差信號。
22.如權利要求21所述的方法，其中調節(jié)所述輸出電壓包括通過由加減法器對所述數字誤差信號和采樣保持門信號執(zhí)行算術運算，產生加減法器信號。
23.如權利要求22所述的方法，其中調節(jié)所述輸出電壓包括由門邏輯根據所述加減法器信號產生門控制信號；以及將所述門控制信號連接到所述開關陣列中。
24.如權利要求23所述的方法，其中調節(jié)所述輸出電壓包括由所述門控制信號控制所述開關陣列的閉合開關分段數，其中所述開關分段具有打開和閉合開關狀態(tài)。
25.一種控制功率控制電路的輸出電壓的方法，所述方法包括由電壓源向開關陣列提供電源電壓；在輸出電壓端子產生輸出電壓；通過反饋環(huán)路將所述輸出電壓反饋到數字電壓調節(jié)器塊，產生反饋電壓；以及根據所述反饋電壓，由所述數字電壓調節(jié)器塊數字地控制所述開關陣列的至少一個開關來調節(jié)所述輸出電壓。
26.如權利要求25所述的方法，其中所述開關中至少一個包括至少一個分段開關。
27.一種控制功率控制電路的輸出電壓的方法，所述方法包括提供功率控制電路，包括開關陣列，包括開關；快速電容器；以及輸出電壓端子，能夠提供輸出電壓；反饋環(huán)路，連接到所述輸出電壓端子；以及電壓調節(jié)器塊，連接到所述反饋環(huán)路和所述開關陣列，所述電壓調節(jié)器塊配置成調節(jié)所述輸出電壓；使所述功率控制電路工作在充電和泵激階段；以及在所述充電和所述泵激階段都控制所述輸出電壓的脈動。
全文摘要
提供了一種含有開關陣列的功率控制電路，開關陣列包括分段開關、快速電容器、輸出電壓端子、反饋環(huán)路以及數字電壓調節(jié)器塊。數字電壓調節(jié)器塊包括A/D轉換器、編碼器、加減法器以及門邏輯。這些功率控制電路不包括傳輸晶體管。還提供了一種方法，其中功率控制電路的電荷泵工作在兩個階段的周期中，包括充電階段和泵激階段。功率控制電路在這兩個階段都受控制，從而減少輸出電壓脈動。
文檔編號H02M3/07GK1906833SQ200480041134
公開日2007年1月31日 申請日期2004年12月3日 優(yōu)先權日2003年12月3日
發(fā)明者J·S·曾, S·科蒂卡拉普迪, L·博格延 申請人:美國快捷半導體有限公司