專利名稱：具有斜坡率控制的電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容總體上涉及電荷泵，并且，更具體而言，涉及具有斜坡率(ramp rate) 控制的電荷泵。
背景技術(shù)：
因?yàn)橛行Ь幊毯筒脸璧碾妷捍笥陔娫措妷?，因此通常需要電荷泵與非易失性存儲器(NVM) —起使用。一些NVM技術(shù)需要具有受控斜坡率的電荷泵電壓。一般來說，斜坡率或者是由消耗泵所產(chǎn)生的一些電荷的分路電流(shunt current) Ish控制的，如圖1所示。作為選擇，充電電容器的大小被調(diào)整成調(diào)制由泵所產(chǎn)生的電荷量，如圖2所示。在每一種情況下，斜坡率都與平滑電容器(Csm)和負(fù)載電容器Cl的大小及負(fù)載Ild和分路電流 Ish的量值成比例。斜坡率與充電電容器(Cp)和時(shí)鐘頻率成反比。選擇分路電流或者充電電容器大小會由于負(fù)載電容和電流的變化性及總的功耗而復(fù)雜化。那些值將依賴于被編程的位的個(gè)數(shù)；因此，利用現(xiàn)有技術(shù)對用于所有運(yùn)行條件的斜坡率的精確控制是不可能的。通過選擇大的平滑電容器(其壓倒改變負(fù)載電容和電流的效果)，這種情況會稍有緩和，這是以管芯面積和傾斜(ramping)過程中功耗增加為代價(jià)的。在沒有增大平滑電容器的情況下，負(fù)載的增大會急劇減緩斜坡率，如圖3所示模擬中所說明的，圖3比較了兩個(gè)負(fù)載，其中一個(gè)是另外一個(gè)的2. 5倍。對于圖3所示的模擬，泵由具有3V輸入和5V調(diào)節(jié)點(diǎn)的單個(gè)級組成。因此，需要改進(jìn)以上所提出一個(gè)或多個(gè)問題的電荷泵。


本發(fā)明是通過示例來說明的，并且不受附圖限制，在附圖中相同的標(biāo)號指示相似的元件。出于簡化和清晰的目的示出圖中的元件，而不一定需要按比例繪制。圖1是第一種類型的現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵的電路圖；圖2是第二種類型的現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵的電路圖；圖3是示出現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵特性的圖；圖4是控制輸出電壓的斜坡上升的電荷泵的電路圖；圖5是具有附加特征的圖4電荷泵的電路圖；圖6是在圖5的電荷泵中出現(xiàn)的多個(gè)信號的圖；以及圖7是示出現(xiàn)有技術(shù)和圖5的電荷泵的電荷泵特性的圖。
具體實(shí)施例方式一方面，電荷泵具有向數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換器提供輸出的計(jì)數(shù)器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器又把模擬信號提供給比較器。比較器比較D/A轉(zhuǎn)換器的輸出與電荷泵的輸出，以確定輸出是否遵循期望的斜坡率。如果期望較快的斜坡率，則更多的電容加到泵送過程中。如果斜坡率超過了期望的斜坡率，則從泵送過程中減去電容。通過參考附圖和以下描述，這更好理解。
圖4示出了可以獨(dú)立于其負(fù)載來控制其斜坡率的電荷泵。在每個(gè)時(shí)鐘循環(huán)中，它比較泵的輸出值與該循環(huán)的期望的輸出值，并調(diào)整充電電容器的值來增加或減小斜坡率。 圖4示出了電荷泵10，包括增計(jì)數(shù)器12、具有耦合到增計(jì)數(shù)器12的輸出的輸入的D/A轉(zhuǎn)換器14、具有耦合到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出的第一輸入的比較器16、具有耦合到比較器16的輸出的輸入的增/減(U/D)計(jì)數(shù)器18、具有耦合到增/減計(jì)數(shù)器18的輸出的輸入的可變電容器電荷泵20、及耦合到可變電容器電荷泵20的輸出的負(fù)載22?？勺冸娙萜麟姾杀?0的輸出是電荷泵10的輸出，并且耦合到比較器16的第二輸入?？勺冸娙萜麟姾杀?0可以稱為具有可變電容器的泵級。隨著每個(gè)時(shí)鐘增加的增計(jì)數(shù)器12的輸出值被D/A轉(zhuǎn)換器14轉(zhuǎn)換成模擬電壓值， 并且該電壓值被施加到比較器16的第一輸入。計(jì)數(shù)器的輸出值可以稱為計(jì)數(shù)值。由于比較器16的第二輸入連接到泵20的輸出，因此比較器16的輸出將是D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值和泵20的輸出值Vout之間的差的符號。如果泵20的輸出值Vout大于D/A轉(zhuǎn)換器14 的輸出值，則泵20的充電電容的量減小，并且在后續(xù)的時(shí)鐘周期中減小泵20的輸出值Vout 的變化的遞增。如果泵20的輸出值小于D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值DAout，則泵20的充電電容的量增加，并且在后續(xù)的時(shí)鐘周期中增加泵20的輸出值Vout的變化的遞增。由此，泵10 的輸出電壓Vout的斜坡率將由D/A轉(zhuǎn)換器14的LSB大小和增計(jì)數(shù)器12的時(shí)鐘頻率確定。通過用加法器代替增計(jì)數(shù)器12，可以生成其它的斜坡率。在那種情況下，最慢的斜坡率是通過在每個(gè)時(shí)鐘周期加一生成的；而較快的斜坡率是通過在每個(gè)時(shí)鐘周期加較大的值生成的。為了補(bǔ)償較快的斜坡率，泵電容器中的變化也可以通過用加法器/減法器代替增-減計(jì)數(shù)器18來調(diào)整，如圖5所示。圖5示出了具有添加到圖4的電荷泵10的電路的電荷泵30，并且還更詳細(xì)地示出了增計(jì)數(shù)器12和增/減計(jì)數(shù)器18。為了在傾斜過程中檢測泵20的輸出電壓值等于期望的調(diào)節(jié)電壓值的時(shí)間，通過把寄存器32和開關(guān)44添加到 D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入并且將兩個(gè)D觸發(fā)器(DFF) 34和36添加到比較器16的輸出，比較器 16的輸入可以在斜坡率控制電壓值和調(diào)節(jié)電壓值之間復(fù)用。如圖5所示，電荷泵30包括時(shí)鐘邏輯38、邏輯42和RS觸發(fā)器(RSFF)40。增計(jì)數(shù)器12包括寄存器45、加法器46和寄存器48。增/減計(jì)數(shù)器18包括寄存器50、加法器/減法器52和寄存器54。開關(guān)44具有耦合到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入的第一端子、耦合到寄存器 32的輸出的第二端子和耦合到增計(jì)數(shù)器12的輸出的第三端子，該第三端子是寄存器48的輸出。開關(guān)的位置通過時(shí)鐘C4的狀態(tài)控制。加法器46具有耦合到寄存器48的輸出的第一輸入、耦合到寄存器45的輸出的第二輸入和耦合到寄存器48的輸入的輸出。寄存器48 的加載通過時(shí)鐘C4的狀態(tài)控制。加法器/減法器52具有耦合到寄存器M的輸出的第一輸入，寄存器M的輸出也是增/減計(jì)數(shù)器18的輸出，還包括耦合到寄存器50的輸出的第二輸入、耦合到DFF 34的輸出的控制輸入和耦合到寄存器M的輸入的輸出。寄存器討的加載通過時(shí)鐘C4的狀態(tài)控制。寄存器50和45包含用于使增/減計(jì)數(shù)器18遞增和遞減并使增計(jì)數(shù)器12遞增的間隔值。DFF 34具有耦合到比較器16的輸出的數(shù)據(jù)輸入、用于接收時(shí)鐘Cl的時(shí)鐘輸入和連接到加法器/減法器52控制輸入的輸出。DFF 36具有用于接收時(shí)鐘C2的時(shí)鐘輸入、耦合到比較器16的輸出的數(shù)據(jù)輸入及耦合到邏輯42的輸入和RSFF 40 的設(shè)置輸入S的輸出。邏輯42具有連接到DFF 36的輸出的輸入、連接到時(shí)鐘C3的輸入和提供泵時(shí)鐘CP的輸出。電荷泵20具有耦合到邏輯42的輸出(圖5中的CP)的輸入、耦合到增/減計(jì)數(shù)器18的輸出的輸入及耦合到比較器16的第二輸入和負(fù)載22的輸出。RSFF 40具有耦合到DFF 36的輸出的設(shè)置輸入S、耦合到RESET的復(fù)位輸入R及耦合到時(shí)鐘邏輯 38的控制輸入的輸出Rsout。時(shí)鐘邏輯38具有連接到RSFF的輸出Rsout的輸入和連接到主時(shí)鐘CLK的輸入。響應(yīng)于主時(shí)鐘CLK，時(shí)鐘邏輯38提供時(shí)鐘C1、C2、C3和C4。這些時(shí)鐘的關(guān)系在圖6中示出。寄存器32包含用于調(diào)節(jié)的D/A輸入值(圖6中的Vreg)。當(dāng)泵20的輸出被控制到接近期望的泵輸出電壓值(例如編程或擦除NVM所需的電壓值)的值的時(shí)候，調(diào)節(jié)發(fā)生。 如圖6中所示，在調(diào)節(jié)之前的傾斜過程中，D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值DAout在調(diào)節(jié)值和斜坡控制值之間交替變化。在調(diào)節(jié)過程中(圖6中未示出)，D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值DAout等于調(diào)節(jié)電壓值Vreg。在傾斜過程中，響應(yīng)于時(shí)鐘Cl的正邊緣，DFF 34將存儲比較器輸出狀態(tài)；因?yàn)槠溥B接到增/減計(jì)數(shù)器18，所以DFF 34的輸出狀態(tài)將最終確定可變電容電荷泵20 中的電容值。響應(yīng)于圖6中的時(shí)鐘C2的正邊緣，DFF 36將存儲比較器輸出狀態(tài)；因?yàn)槠溥B接到邏輯42，所以DFF 36的輸出狀態(tài)將確定可變電容電荷泵20的有效狀態(tài)。對于斜坡控制，給寄存器45加載一個(gè)間隔值，該間隔值將確定每個(gè)循環(huán)中計(jì)數(shù)器 12的輸出值增加的量。以寄存器45加載“2”和寄存器48加載“O”作為例子，加法器46提供輸出“2”。時(shí)鐘C4的正轉(zhuǎn)變使寄存器48將其輸出改變成“2”，并且，由于寄存器48的輸出耦合到加法器46的輸入，響應(yīng)寄存器48的輸出的變化，加法器46提供輸出“4”。響應(yīng)于時(shí)鐘C4的下一個(gè)正邊緣，寄存器48將其輸出改變成“4”，來匹配由加法器46提供的輸入， 這又使加法器46將其輸出改變成“6”。這個(gè)過程通過時(shí)鐘C4的每個(gè)正邊緣持續(xù)，連續(xù)地把呈現(xiàn)給開關(guān)44的值增加“2”。除增/減計(jì)數(shù)器18既可以增加又可以減小其輸出值之外，在傾斜過程中，增/減計(jì)數(shù)器18的操作類似于增計(jì)數(shù)器12的操作。給寄存器50加載一個(gè)間隔值，該間隔值將確定將被加到可變電容電荷泵20的總電容或者從可變電容電荷泵20的總電容減去的電容遞增量。以寄存器50加載“2”和寄存器M加載“8”作為例子，如果DFF 34的輸出是邏輯電平高，則加法器/減法器52的輸出值將是“10”，而如果DFF 34的輸出是邏輯電平低，則加法器/減法器52的輸出值將是“6”。時(shí)鐘C4的正轉(zhuǎn)變使寄存器M改變其輸出，使得它是與加法器/減法器52的輸出值相同的值。響應(yīng)于寄存器M的輸出的變化，依賴于DFF 34 的輸出的狀態(tài)，加法器/減法器52將把其輸出變成“12”或者“4”。而且，響應(yīng)于寄存器M 的輸出的變化，可變電容電荷泵20將增加或者減去電容。傾斜過程在圖6所示的時(shí)刻t0開始。時(shí)鐘Cl是有效的，并且與主時(shí)鐘CLK對準(zhǔn)， 而其它時(shí)鐘(時(shí)鐘C2、C3和C4)處于邏輯低。寄存器45和50已經(jīng)加載了間隔值，并且寄存器32已經(jīng)加載了調(diào)節(jié)值。由于時(shí)鐘C4處于邏輯低，因此開關(guān)44把增計(jì)數(shù)器12的輸出耦合到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入。D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值等于Vout的第一斜坡階梯目標(biāo)電壓電平。比較器16比較D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值DAout與Vout的值；所產(chǎn)生的兩個(gè)值之間的差的符號在時(shí)鐘Cl的正邊緣加載到DFF 34中。DFF 34的輸出連接到加法器/減法器52 的控制輸入，并且確定加法器/減法器52是配置作為加法器還是減法器；因此加法器/減法器52的輸出是寄存器M和寄存器50中所包含的值的和或者差。當(dāng)DFF 34的輸出指示 Vout的值大于DAout的值時(shí)(這是當(dāng)斜坡率太快并且需要減小時(shí)出現(xiàn)的情況)，加法器/ 減法器52的輸出是兩個(gè)寄存器的差。當(dāng)DFF 34的輸出指示Vout的值小于DAout的值時(shí)(這是當(dāng)斜坡率太慢并且需要增加時(shí)出現(xiàn)的情況)，加法器/減法器52的輸出是兩個(gè)寄存器的和。因?yàn)榧臃ㄆ?減法器52的輸出連接到寄存器M的輸入，所以在時(shí)鐘C4的正邊緣 (圖6中的tl)寄存器M的輸出狀態(tài)改變，以匹配加法器/減法器52的輸出；這種改變造成泵20的電容的適當(dāng)變化。在時(shí)刻tl，如圖6中所示其是時(shí)刻t0之后時(shí)鐘CLK的半個(gè)循環(huán)，時(shí)鐘C4切換狀態(tài)，使得開關(guān)44把寄存器32的輸出連接到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入。作為響應(yīng)，D/A轉(zhuǎn)換器 14的輸出值DAout等于期望的調(diào)節(jié)電壓(圖6中示為Vreg)。D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出DAout 連接到比較器16的輸入，比較器16比較Vreg的值與Vout的值。因?yàn)楸容^器16的輸出連接到DFF 36的輸入，所以DFF 36將在時(shí)鐘C2的下一個(gè)正邊緣(圖6中的t2)存儲比較器 16的輸出狀態(tài)。在Vout的值超過Vreg的值之前，DFF 36的輸出將不改變。因?yàn)镈FF 36 的輸出連接到邏輯42，所以時(shí)鐘C3將不被邏輯42禁止，響應(yīng)時(shí)鐘C3中的變化，CP將繼續(xù)改變，并且泵20的輸出值Vout將繼續(xù)增加，直到Vout的值超過Vreg的值。由于DFF 36 的輸出還連接到RSFF 40的設(shè)置輸入S，因此Rsout的值在Vout的值超過Vreg的值之前將不改變。當(dāng)Rsout改變狀態(tài)時(shí)，時(shí)鐘C4將被禁止，開關(guān)44將持續(xù)地把寄存器32的輸出連接到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入，并且增/減計(jì)數(shù)器的輸出值將不改變。D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入將在增計(jì)數(shù)器12和寄存器32之間交替變化，并且增/減計(jì)數(shù)器18的輸出將變化，直到Vout 的值超過調(diào)節(jié)值Vreg。在時(shí)刻t3，時(shí)鐘C4切換到邏輯低；因此，開關(guān)44把計(jì)數(shù)器12的輸出耦合到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入。由于計(jì)數(shù)器12的輸出值響應(yīng)于時(shí)鐘C4的前一個(gè)正邊緣增加了，因此在圖 6中t3之后的D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值將大于圖6中tl之前的D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值。 如圖6中所示出的，這兩個(gè)輸出值之間的差是Vst印，這個(gè)值與寄存器45中所存儲的值關(guān)聯(lián)。比較器16確定D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值DAout和Vout之間的差的符號；比較器16的輸出狀態(tài)在時(shí)鐘Cl的下一個(gè)正邊緣(圖6中的t4)存儲到DFF 34中。如果Vout的值大于DAout的值，則可變電容電荷泵20中的電容的值過大，因此加法器/減法器從寄存器M 中的值減去寄存器50中的值，并且在C4的下一個(gè)正轉(zhuǎn)變(圖6中的t5)寄存器M中的值減小等于寄存器50中值的量。如果DAout的值大于Vout的值，則電容值過小，因此加法器 /減法器52將寄存器50中的值與寄存器M中的值相加，使得在時(shí)鐘C4的下一個(gè)正轉(zhuǎn)變 (圖6中的t5)，寄存器M中的值增加等于寄存器50中的值的量。泵20通過增加或減小電容的值來響應(yīng)計(jì)數(shù)器18的輸出的變化；當(dāng)泵輸出在圖6中t5出現(xiàn)的時(shí)鐘C3的轉(zhuǎn)變處增加時(shí)，這導(dǎo)致電壓改變值的變化。在圖6的時(shí)刻t5，開關(guān)44再次把寄存器32的輸出耦合到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入。 因此，D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值DAout將再次等于Vreg的值。比較器16再次比較DAout的值與Vout的值；如果Vout的值仍然小于Vreg的值，則響應(yīng)于時(shí)鐘C2的下一個(gè)正邊緣(圖 6中的t6)，DFF 36的輸出將沒有變化，并且因此RSFF或者邏輯42中沒有變化。由于邏輯 42不禁止時(shí)鐘C3，因此泵20的輸出值Vout繼續(xù)響應(yīng)于CP中的變化而增加。在C4的下一個(gè)負(fù)邊緣(圖6中的t7)，開關(guān)44把計(jì)數(shù)器12的輸出連接到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入，其中計(jì)數(shù)器12的輸出已經(jīng)增加了包含在寄存器45中的間隔值。因此，D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出值等于針對傾斜過程中的時(shí)間的下一個(gè)期望的斜坡值。由于D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出連接到比較器16的輸入，因此比較器16的輸出狀態(tài)將變成等于DAout和Vout之間的差的符號。DFF34將在Cl的下一個(gè)正邊緣(圖6中的t8)存儲這個(gè)狀態(tài)。傾斜過程繼續(xù)，直到泵20的輸出值Vout超過調(diào)節(jié)值Vreg的值。當(dāng)Vout的值超過Vreg的值時(shí)，比較器16的輸出將改變狀態(tài)，使得DFF 36的輸出響應(yīng)于時(shí)鐘C2的下一個(gè)正邊緣(圖6中的t6)而改變狀態(tài)。響應(yīng)于DFF 36的輸出的變化，邏輯42禁止時(shí)鐘CP， 使得泵20的輸出Vout不再增加。由于DFF 36的輸出還連接到RSFF 40的設(shè)置輸入S，因此DFF 36的輸出狀態(tài)的變化造成RSFF 40的輸出Rsout的狀態(tài)變化。因?yàn)镽SFF 40的輸出Rsout連接到時(shí)鐘邏輯38的控制輸入，所以Rsout的變化禁止了時(shí)鐘C4，并且開關(guān)44只把寄存器32的輸出連接到D/A轉(zhuǎn)換器14的輸入。因此，D/A轉(zhuǎn)換器14的輸出DAout將只等于Vreg的值，并且比較器16將持續(xù)地比較泵20的輸出值Vout和期望的調(diào)節(jié)電壓Vreg。 如果Vout的值減小到小于Vreg值的值，則比較器16的輸出將改變狀態(tài)，并且DFF 36的輸出狀態(tài)將響應(yīng)于時(shí)鐘C2的正轉(zhuǎn)變而變化。響應(yīng)于DFF 36輸出狀態(tài)的變化，邏輯42將停止禁用時(shí)鐘C3，并且，響應(yīng)于時(shí)鐘C3的變化，在CP值中產(chǎn)生的變化將使泵20的輸出值Vout 增加，直到Vout的值再次超過Vreg的值。只要需要Vout，例如對于編程或者擦除NVM，將 Vout調(diào)節(jié)到大于或者等于Vreg的值的這個(gè)過程就將繼續(xù)。但是，RSFF 40的輸出狀態(tài)將不響應(yīng)于DFF 36的輸出狀態(tài)的任何附加變化。在復(fù)位信號RESET使RSFF 40的輸出Rsout改變狀態(tài)之前，Rsout將不再改變。如圖6中對于時(shí)刻t9、tlO、til、tl2和tl3所示的那樣， 這個(gè)操作繼續(xù)。圖7示出了在多種負(fù)載下現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵的操作和本發(fā)明的操作。最左邊標(biāo)記為“無控制、IX負(fù)載”的軌跡是具有最小負(fù)載的現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵的操作。泵的輸出值在大約2us內(nèi)達(dá)到調(diào)節(jié)值。最右邊標(biāo)記為“無控制、2. 5X負(fù)載”的軌跡是當(dāng)負(fù)載增加到最小負(fù)載的2. 5倍時(shí)現(xiàn)有技術(shù)的電荷泵的操作。泵的輸出值在大約^s內(nèi)達(dá)到調(diào)節(jié)值。對于某些應(yīng)用，最小負(fù)載情況和較大負(fù)載情況之間斜坡率的差是不可接受的。圖7中標(biāo)記為“斜坡控制、IX和2. 5X負(fù)載”的中間軌跡示出了具有最小負(fù)載和2. 5倍負(fù)載的本發(fā)明的操作。由于泵的輸出值的斜坡率對于兩種負(fù)載是相同的，因此它很明顯地優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。到現(xiàn)在為止，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，提供了一種具有第一計(jì)數(shù)器和泵級的電荷泵。第一計(jì)數(shù)器具有用于接收控制信號的控制輸入和用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出，其中第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于控制信號是第一邏輯狀態(tài)而遞增，并且該第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于控制信號是第二邏輯狀態(tài)而遞減。泵級具有可變電容器，該可變電容器具有耦合到第一計(jì)數(shù)器的輸出、用于接收第一計(jì)數(shù)值的控制輸入，其中該可變電容器的電容值響應(yīng)于第一計(jì)數(shù)值變化而變化，并且其中該電容值是用于確定電荷泵輸出處的輸出電壓的斜坡上升率。電荷泵還可以包括具有用于提供第二計(jì)數(shù)值的輸出的第二計(jì)數(shù)器、具有耦合到第二計(jì)數(shù)器的輸出的輸入和用于提供第二計(jì)數(shù)值的模擬表示的輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、以及比較器，其中比較器具有耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的第一輸入、耦合到電荷泵的輸出的第二輸入和用于向第一計(jì)數(shù)器的控制輸入提供控制信號的輸出。電荷泵還可以包括耦合在第二計(jì)數(shù)器的輸出和數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入之間的開關(guān)，該開關(guān)具有用于接收第一時(shí)鐘信號的控制輸入。電荷泵還可以包括用于存儲對應(yīng)于電荷泵的輸出處的期望輸出電壓的數(shù)字值的寄存器，該寄存器具有選擇性地耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入的輸出，其中，響應(yīng)于第一時(shí)鐘信號，該開關(guān)交替地把第二計(jì)數(shù)值和所述數(shù)字值耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。電荷泵還可以包括第一觸發(fā)器和第二觸發(fā)器，其中第一觸發(fā)器具有耦合到比較器的輸出的輸入、耦合到可變電容器的控制輸入的輸出和用于接收第二時(shí)鐘信號的時(shí)鐘輸入，而第二觸發(fā)器具有耦合到比較器的輸出的輸入、耦合到泵級的輸出和用于接收第三時(shí)鐘信號的時(shí)鐘輸入。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第二時(shí)鐘信號和第三時(shí)鐘信號是不重疊的時(shí)鐘信號。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第一觸發(fā)器響應(yīng)于第二時(shí)鐘信號的上升沿而第二觸發(fā)器響應(yīng)于第三時(shí)鐘信號的上升沿。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第一計(jì)數(shù)器包括用于存儲間隔值的、具有輸出的第一寄存器，具有耦合到第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入、控制輸入和輸出的加法器，及具有耦合到加法器的輸出的輸入和耦合到加法器的第二輸入的輸出的第二寄存器。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于電荷泵是在單個(gè)集成電路上實(shí)現(xiàn)的。還描述了包括第一計(jì)數(shù)器的電荷泵，其中第一計(jì)數(shù)器具有用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出。電荷泵還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，該數(shù)模轉(zhuǎn)換器具有耦合到第一計(jì)數(shù)器的輸出的輸入和用于提供第一計(jì)數(shù)值的模擬表示的輸出。電荷泵還包括比較器，該比較器具有耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出。電荷泵還包括第二計(jì)數(shù)器，該第二計(jì)數(shù)器具有耦合到比較器的輸出的輸入和用于提供第二計(jì)數(shù)值的輸出。電荷泵還包括泵級，該泵級具有輸入、耦合到比較器的第二輸入的輸出和可變電容器，該可變電容器的電容值響應(yīng)于第二計(jì)數(shù)值而變化。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第一計(jì)數(shù)器包括具有輸出的第一寄存器，具有耦合到第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出的加法器，及具有耦合到加法器的輸出的輸入和耦合到加法器的第二輸入的輸出的第二寄存器。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第二計(jì)數(shù)器包括具有輸出的第三寄存器，具有耦合到第三寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出的加法器/減法器，及具有耦合到加法器/減法器的輸出的輸入和耦合到加法器/減法器的第二輸入的輸出的第四寄存器。電荷泵還可以包括用于存儲對應(yīng)于泵級的輸出處的期望輸出電壓的數(shù)字值的第五寄存器，其中該數(shù)字值和第一計(jì)數(shù)值交替地提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。電荷泵還可以包括開關(guān)，該開關(guān)用于響應(yīng)于時(shí)鐘信號而交替地把第二寄存器的輸出和第五寄存器的輸出耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。電荷泵還可以包括耦合在比較器的輸出和第二計(jì)數(shù)器的輸入之間的第一邏輯電路。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于電荷泵是在單個(gè)集成電路上實(shí)現(xiàn)的。還描述了包括第一計(jì)數(shù)器的電荷泵，該第一計(jì)數(shù)器具有用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出。電荷泵還包括具有輸入和輸出的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。電荷泵還包括用于存儲對應(yīng)于電荷泵的輸出處的期望輸出電壓的數(shù)字值的第一寄存器。電荷泵還包括開關(guān)，該開關(guān)具有耦合到第一寄存器的輸出的第一端子、耦合到第一計(jì)數(shù)器的輸出的第二端子和耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入的第三端子，其中所述數(shù)字值和第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于時(shí)鐘信號而交替地提供給數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。電荷泵還包括具有耦合到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出的比較器。電荷泵還包括具有耦合到比較器輸出的輸入和用于提供第二計(jì)數(shù)值的輸出的第二計(jì)數(shù)器。電荷泵還包括具有可變電容器的泵級，該可變電容器具有耦合到第二計(jì)數(shù)器的輸出、用來接收第二計(jì)數(shù)值的輸入，該泵級具有耦合到比較器的第二輸入的輸出，該泵級具有耦合到比較器的輸出的時(shí)鐘輸入。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第二計(jì)數(shù)器是增/減計(jì)數(shù)器，其中，響應(yīng)于比較器的輸出是第一邏輯狀態(tài)，增/減計(jì)數(shù)器遞增第二計(jì)數(shù)值，并且，響應(yīng)于比較器的輸出是第二邏輯狀態(tài)，增/減計(jì)數(shù)器遞減第二計(jì)數(shù)值。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第一計(jì)數(shù)器包括具有輸出的第一寄存器，具有耦合到第一寄存器的輸出的第一輸入、 第二輸入和輸出的加法器，及具有耦合到加法器的輸出的輸入和耦合到加法器的第二輸入的輸出的第二寄存器。電荷泵的進(jìn)一步的特征在于第二計(jì)數(shù)器包括具有輸出的第一寄存器，具有耦合到第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出的加法器/減法器，及具有耦合到加法器/減法器的輸出的輸入和耦合到加法器/減法器的第二輸入的輸出的第二寄存器。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置大部分是由本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的電子部件和電路組成的，因此為了理解和認(rèn)識本發(fā)明的基本概念而且為了不模糊或者分散本發(fā)明的教導(dǎo)，電路的細(xì)節(jié)將不以比如上所述的認(rèn)為是需要的程度更具體地解釋。盡管本發(fā)明在此參考特定實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是在不背離如以下權(quán)利要求所述的本發(fā)明范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和變化。例如，時(shí)鐘可以顛倒而且事件可以在下降沿而不是上升沿或者在上升沿和下降沿的任何組合上發(fā)生。相應(yīng)地，說明書和附圖應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是說明性而不是約束性意義的，而且所有這類修改都意圖包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。在此關(guān)于特定實(shí)施方式所述的任何好處、優(yōu)點(diǎn)或者對問題的解決方案都不希望解釋為任何或者全部權(quán)利要求的關(guān)鍵的、必需的或者基本的特征或者要素。如在此所使用的，詞語“耦合”不意圖限制到直接耦合或者機(jī)械耦合。而且，詞語“一”(a)或“一個(gè)”(an)，如同在此所使用的，被定義為一個(gè)或多個(gè)。同樣，諸如“至少一個(gè)”或“一個(gè)或多個(gè)”這樣的引入性短語的使用在權(quán)利要求中不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為暗指由不定冠詞“一” (a)或“一個(gè)”(an)所引入的另一權(quán)利要求的要素將含有該引入的權(quán)利要求要素的任意特定的權(quán)利要求限定于僅含有一個(gè)這樣的要素的發(fā)明，即使當(dāng)同一的權(quán)利要求包括引入性短語“一個(gè)或多個(gè)”或“至少一個(gè)”和例如“一”(a)或“一個(gè)”(an)的不定冠詞時(shí)也是如此。對于定冠詞的使用同樣如此。除非另外規(guī)定，否則例如“第一”和“第二”這樣的詞語被用來任意區(qū)分此類詞語所描述的要素。因而，這些詞語并不一定意指此類要素的時(shí)間先后或其他優(yōu)先級。
1權(quán)利要求
1.一種電荷泵，包括第一計(jì)數(shù)器，具有用于接收控制信號的控制輸入和用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出，其中所述第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于所述控制信號是第一邏輯狀態(tài)而遞增，并且所述第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于所述控制信號是第二邏輯狀態(tài)而遞減；以及泵級，具有可變電容器，所述可變電容器具有耦合到所述第一計(jì)數(shù)器的輸出、用于接收第一計(jì)數(shù)值的控制輸入，其中所述可變電容器的電容值響應(yīng)于第一計(jì)數(shù)值的變化而變化， 并且其中所述電容值用于確定所述電荷泵的輸出處的輸出電壓的斜坡上升率。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷泵，還包括第二計(jì)數(shù)器，具有用于提供第二計(jì)數(shù)值的輸出；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有耦合到所述第二計(jì)數(shù)器的輸出的輸入和用于提供所述第二計(jì)數(shù)值的模擬表示的輸出；以及比較器，具有耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的第一輸入、耦合到所述電荷泵的輸出的第二輸入和用于向所述第一計(jì)數(shù)器的控制輸入提供控制信號的輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的電荷泵，還包括耦合在所述第二計(jì)數(shù)器的輸出和所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入之間的開關(guān)，所述開關(guān)具有用于接收第一時(shí)鐘信號的控制輸入。
4.如權(quán)利要求3所述的電荷泵，還包括寄存器，用于存儲對應(yīng)于所述電荷泵的輸出處的期望輸出電壓的數(shù)字值，所述寄存器具有選擇性地耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入的輸出；其中所述開關(guān)響應(yīng)于所述第一時(shí)鐘信號而交替地將所述第二計(jì)數(shù)值和所述數(shù)字值耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。
5.如權(quán)利要求4所述的電荷泵，還包括第一觸發(fā)器，具有耦合到所述比較器的輸出的輸入、耦合到所述可變電容器的控制輸入的輸出和用于接收第二時(shí)鐘信號的時(shí)鐘輸入；以及第二觸發(fā)器，具有耦合到所述比較器的輸出的輸入、耦合到所述泵級的輸出和用于接收第三時(shí)鐘信號的時(shí)鐘輸入。
6.如權(quán)利要求5所述的電荷泵，其中所述第二時(shí)鐘信號和所述第三時(shí)鐘信號的特征在于它們?yōu)椴恢丿B的時(shí)鐘信號。
7.如權(quán)利要求5所述的電荷泵，其中所述第一觸發(fā)器響應(yīng)于所述第二時(shí)鐘信號的上升沿，而所述第二觸發(fā)器響應(yīng)于所述第三時(shí)鐘信號的上升沿。
8.如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其中所述第一計(jì)數(shù)器包括用于存儲間隔值的第一寄存器，所述第一寄存器具有輸出；加法器，具有耦合到所述第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入、控制輸入和輸出；以及第二寄存器，具有耦合到所述加法器的輸出的輸入和耦合到所述加法器的第二輸入的輸出。
9.如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其中所述電荷泵是在單個(gè)集成電路上實(shí)現(xiàn)的。
10.一種電荷泵，包括第一計(jì)數(shù)器，具有用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出；數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有耦合到所述第一計(jì)數(shù)器的輸出的輸入和用于提供所述第一計(jì)數(shù)值的模擬表示的輸出；比較器，具有耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出； 第二計(jì)數(shù)器，具有耦合到所述比較器的輸出的輸入和用于提供第二計(jì)數(shù)值的輸出；以及泵級，具有輸入、耦合到所述比較器的第二輸入的輸出和可變電容器，所述可變電容器的電容值響應(yīng)于所述第二計(jì)數(shù)值而變化。
11.如權(quán)利要求10所述的電荷泵，其中所述第一計(jì)數(shù)器包括 具有輸出的第一寄存器；加法器，具有耦合到所述第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出；以及第二寄存器，具有耦合到所述加法器的輸出的輸入和耦合到所述加法器的第二輸入的輸出。
12.如權(quán)利要求11所述的電荷泵，其中所述第二計(jì)數(shù)器包括具有輸出的第三寄存器；加法器/減法器，具有耦合到所述第三寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出；以及第四寄存器，具有耦合到所述加法器/減法器的輸出的輸入和耦合到所述加法器/減法器的第二輸入的輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的電荷泵，還包括用于存儲對應(yīng)于所述泵級的輸出處的期望輸出電壓的數(shù)字值的第五寄存器，其中所述數(shù)字值和所述第一計(jì)數(shù)值交替地提供給所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。
14.如權(quán)利要求13所述的電荷泵，還包括開關(guān)，所述開關(guān)用于響應(yīng)于時(shí)鐘信號而交替地把所述第二寄存器的輸出和所述第五寄存器的輸出耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入。
15.如權(quán)利要求10所述的電荷泵，還包括耦合在所述比較器的輸出和所述第二計(jì)數(shù)器的輸入之間的第一邏輯電路。
16.如權(quán)利要求10所述的電荷泵，其中電荷泵是在單個(gè)集成電路上實(shí)現(xiàn)的。
17.一種電荷泵，包括第一計(jì)數(shù)器，具有用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，具有輸入和輸出；第一寄存器，用于存儲對應(yīng)于所述電荷泵的輸出處的期望輸出電壓的數(shù)字值； 開關(guān)，具有耦合到所述第一寄存器的輸出的第一端子、耦合到所述第一計(jì)數(shù)器的輸出的第二端子和耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入的第三端子，其中所述數(shù)字值和第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于時(shí)鐘信號而交替地提供給所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入；比較器，具有耦合到所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出； 第二計(jì)數(shù)器，具有耦合到所述比較器的輸出的輸入和用于提供第二計(jì)數(shù)值的輸出；以及具有可變電容器的泵級，所述可變電容器具有耦合到所述第二計(jì)數(shù)器的輸出、用于接收所述第二計(jì)數(shù)值的輸入，所述泵級具有耦合到所述比較器的第二輸入的輸出，所述泵級具有耦合到所述比較器的輸出的時(shí)鐘輸入。
18.如權(quán)利要求17所述的電荷泵，其中所述第二計(jì)數(shù)器是增/減計(jì)數(shù)器，其中所述增/減計(jì)數(shù)器響應(yīng)于所述比較器的輸出是第一邏輯狀態(tài)而遞增第二計(jì)數(shù)值，并且所述增/減計(jì)數(shù)器響應(yīng)于所述比較器的輸出是第二邏輯狀態(tài)而遞減第二計(jì)數(shù)值。
19.如權(quán)利要求17所述的電荷泵，其中所述第一計(jì)數(shù)器包括 具有輸出的第一寄存器；加法器，具有耦合到所述第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出；以及第二寄存器，具有耦合到所述加法器的輸出的輸入和耦合到所述加法器的第二輸入的輸出。
20.如權(quán)利要求17所述的電荷泵，其中所述第二計(jì)數(shù)器包括具有輸出的第一寄存器；加法器/減法器，具有耦合到所述第一寄存器的輸出的第一輸入、第二輸入和輸出；以及第二寄存器，具有耦合到所述加法器/減法器的輸出的輸入和耦合到所述加法器/減法器的第二輸入的輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有斜坡率控制的電荷泵。電荷泵(30)包括第一計(jì)數(shù)器(18)和泵級(20)。第一計(jì)數(shù)器(18)具有用于接收控制信號的控制輸入和用于提供第一計(jì)數(shù)值的輸出。所述第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于控制信號是第一邏輯狀態(tài)而遞增，并且所述第一計(jì)數(shù)值響應(yīng)于控制信號是第二邏輯狀態(tài)而遞減。泵級(20)具有可變電容器。該可變電容器具有耦合到第一計(jì)數(shù)器的輸出(18)、用于接收第一計(jì)數(shù)值的控制輸入。所述可變電容器的電容值響應(yīng)于第一計(jì)數(shù)值的變化而變化。該電容值用于確定電荷泵(30)輸出處的輸出電壓(Vout)的斜坡上升率。
文檔編號H02M3/07GK102386763SQ201110248478
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者J·C·坎寧安, K·拉曼安, T·D·庫克 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司