電荷泵電路、集成電路、電子設(shè)備及相關(guān)方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例是關(guān)于一種電荷栗電路、用于該電荷栗電路的集成電路、電子設(shè)備以及相關(guān)方法，尤其是關(guān)于一種應(yīng)用該電荷栗電路來關(guān)斷晶體管器件的負(fù)電壓產(chǎn)生電路。
【【背景技術(shù)】】
[0002]在無線電頻率(射頻，RF)開關(guān)領(lǐng)±或，例如射頻絕緣體上硅結(jié)構(gòu)(silicon-on-1nsulator，SOI)開關(guān)領(lǐng)域中，通常需要應(yīng)用一負(fù)電壓來禁能(關(guān)掉)運(yùn)行在一大RF擺幅下的SOI開關(guān)。負(fù)電壓的產(chǎn)生允許RF開關(guān)設(shè)計(jì)者避免使用隔直流電容器。該負(fù)電壓通常使用一電荷栗電路來予以產(chǎn)生，該電荷栗電路則需要一振蕩器來產(chǎn)生電荷栗時(shí)鐘信號(hào)。耦接至電荷栗電路的振蕩器通常會(huì)呈現(xiàn)較低的電流消耗，以及通常需要設(shè)計(jì)為具有一最小可能的突波電流(spur current)以避免無線電應(yīng)用中的雜散信號(hào)。
[0003]負(fù)電壓的產(chǎn)生需要一種能夠?qū)⑿盘?hào)從正常的正電壓域轉(zhuǎn)換至負(fù)電壓域，同時(shí)又能滿足可靠性需求的機(jī)制。因此，一電壓電平位移機(jī)制得以應(yīng)用。
[0004]開關(guān)電容式電壓變換器電路是公知的使用電容器來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換以及電壓轉(zhuǎn)換的電路。開關(guān)電容式電壓轉(zhuǎn)換器電路的一種已知的形式為電壓反相器。因此，電荷栗的第一電容器在轉(zhuǎn)換周期的第一個(gè)半周期內(nèi)被充電至輸入電壓，而在轉(zhuǎn)換周期的第二個(gè)半周期內(nèi)，該電壓被反相并被應(yīng)用至第二電容器及負(fù)載中。輸出電壓與輸入電壓的極性相反，以及平均輸入電流幾乎與輸出電流相等。開關(guān)頻率的大小對(duì)所需的外部電容器的尺寸產(chǎn)生影響，越高的開關(guān)頻率允許使用越小尺寸的外部電容器。
[0005]請(qǐng)參見圖1，圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種低噪聲、反相電荷栗電路100的結(jié)構(gòu)示意圖。該電荷栗電路100可同時(shí)支持預(yù)設(shè)輸出電壓102(-4.1V)和可調(diào)輸出電壓104(-0.5V至_4.1V)。一外部正控制電壓106被使用以用于設(shè)置負(fù)輸出電壓。該電荷栗電路100用于偏置砷化嫁場效應(yīng)晶體管(Gallium Arsenide Field Effect Transistor，GaAs FET)器件，例如蜂窩手持機(jī)中的各功率放大器模塊。
[0006]一輸入電壓(Vin)首先經(jīng)由電容式電荷栗108在預(yù)設(shè)負(fù)輸出電壓102 (-4.1V)處被反相為一負(fù)電壓。接著經(jīng)由一內(nèi)部線性調(diào)節(jié)器112進(jìn)行調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生輸出電壓104。該最小輸出電壓(即負(fù)性最大的輸出電壓V.)可通過反相正電壓與后調(diào)節(jié)器的壓差電壓相加予以得到。
[0007]但是，上述現(xiàn)有的負(fù)電壓產(chǎn)生電路存在一個(gè)或多個(gè)的缺陷?，F(xiàn)有的負(fù)電壓產(chǎn)生電路用于得到一固定的負(fù)電壓或一可調(diào)電壓。一些現(xiàn)有的負(fù)電壓產(chǎn)生電路可用于產(chǎn)生可調(diào)負(fù)電壓，但是需控制運(yùn)作在負(fù)電源電壓域。這種實(shí)現(xiàn)方式存在一定的缺陷，其會(huì)增加由負(fù)電源電壓產(chǎn)生的電流，從而降低總效率以及增加與負(fù)電壓的產(chǎn)生相關(guān)的突波的電壓電平。而可取的是，該方式會(huì)降低或最小化負(fù)電壓產(chǎn)生電路的啟動(dòng)時(shí)間。
[0008]因此，亟需一種解決方法能夠在使用NMOS開關(guān)設(shè)備的前提下產(chǎn)生負(fù)電壓，且最好這種技術(shù)是可編程的以及能夠使用現(xiàn)有的電荷栗技術(shù)?！?br/>【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0009]有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的之一在于提供一種電荷栗電路、包含該電荷栗電路的電子設(shè)備，以及相關(guān)的方法，以解決上述問題。
[0010]一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電荷栗電路，用于產(chǎn)生一負(fù)電壓，該電荷栗電路包含:開關(guān)電容式電壓變換器電路，用于接收至少一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并產(chǎn)生所述負(fù)電壓；調(diào)節(jié)控制回路，用于提供從所述開關(guān)電容式電壓變換器電路的輸出端至所述開關(guān)電容式電壓變換器電路的電源電壓輸入端的反饋路徑，其中該調(diào)節(jié)控制回路中包含濾波器，用于對(duì)所述負(fù)電壓進(jìn)行濾波；以及輸出端，用于輸出濾波后的負(fù)電壓。
[0011 ] 另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電子設(shè)備，包含上述的電荷栗電路。
[0012]再一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種集成電路，包含用于產(chǎn)生負(fù)電壓的電荷栗電路，所述電荷栗電路包含:開關(guān)電容式電壓變換器電路，用于接收至少一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并產(chǎn)生所述負(fù)電壓；調(diào)節(jié)控制回路，用于提供從所述開關(guān)電容式電壓變換器電路的輸出端至所述開關(guān)電容式電壓變換器電路的電源電壓輸入端的反饋路徑，其中該調(diào)節(jié)控制回路中包含濾波器，用于對(duì)所述負(fù)電壓進(jìn)行濾波；以及輸出端，用于輸出濾波后的負(fù)電壓。
[0013]又一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種使用電荷栗電路產(chǎn)生負(fù)電壓的方法，所述電荷栗電路包含開關(guān)電容式電壓變換器電路，所述方法包含:提供至少一時(shí)鐘信號(hào)以輸入至所述開關(guān)電容式電壓變換器電路；通過所述開關(guān)電容式電壓變換器電路產(chǎn)生所述負(fù)電壓；對(duì)所述負(fù)電壓進(jìn)行濾波；輸出濾波后的負(fù)電壓；以及反饋所述濾波后的負(fù)電壓至所述開關(guān)電容式電壓變換器電路的電源電壓輸入端，從而形成所述電荷栗的一調(diào)節(jié)控制回路。
[0014]本發(fā)明實(shí)施例的電荷栗電路、包含該電荷栗電路的電子設(shè)備，以及相關(guān)的方法，用于產(chǎn)生一負(fù)電壓，通過將濾波特性引入至電荷栗電路的反饋路徑中，以對(duì)電荷栗電路的開關(guān)電容式電壓變換器產(chǎn)生的負(fù)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，可以移除由該開關(guān)電容式電壓變換器的時(shí)鐘信號(hào)所帶來的時(shí)鐘諧波和突刺。
【【附圖說明】】
[0015]圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中一種低噪聲、反相電荷栗電路100的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2所示為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電子設(shè)備200的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3所示為本發(fā)明一實(shí)施例的電荷栗的兩相時(shí)鐘產(chǎn)生器電路的電路示意圖；
[0018]圖4為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的負(fù)電壓產(chǎn)生電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5所示為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的使用電荷栗電路產(chǎn)生調(diào)節(jié)負(fù)電壓的方法流程圖 500 ；
[0020]圖6所示為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的使用電荷栗電路產(chǎn)生調(diào)節(jié)負(fù)電壓的方法流程圖600。
【【具體實(shí)施方式】】
[0021]在說明書及后續(xù)的權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來指稱特定的元件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，制造商可能會(huì)用不同的名詞來稱呼同樣的元件。本說明書及后續(xù)的權(quán)利要求并不以名稱的差異來作為區(qū)分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區(qū)分的準(zhǔn)貝1J。在通篇說明書及后續(xù)的權(quán)利要求項(xiàng)當(dāng)中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應(yīng)解釋成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一詞在本文中應(yīng)解釋為包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接于該第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例是關(guān)于一電路，該電路具有雜波過濾特性但是其濾波器設(shè)置在調(diào)節(jié)控制回路中。本發(fā)明實(shí)施例依據(jù)一負(fù)電壓產(chǎn)生電路來進(jìn)行描述。本發(fā)明實(shí)施例同時(shí)還描述圍繞在該負(fù)電壓產(chǎn)生電路周邊的一些輔助電路和/或其他優(yōu)化實(shí)施例，例如電平位移電路。同時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例還描述一可編程的輸出電壓，以及其中該電路還包含濾波特性以將雜散發(fā)射、尤其是射頻頻率中的雜散發(fā)射降至最低，同時(shí)估測以改善啟動(dòng)時(shí)間。
[0023]請(qǐng)參見圖2，圖2所示為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的電子設(shè)備200的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該電子設(shè)備200包含一集成電路201，該集成電路201適用于一(高功率)RF開關(guān)電路。在本實(shí)施例中，該電子設(shè)備200包含一振蕩器202。該振蕩器202可操作地耦接于一兩相時(shí)鐘產(chǎn)生器204，該兩相時(shí)鐘產(chǎn)生器204可用于根據(jù)輸入振蕩信號(hào)203產(chǎn)生兩相時(shí)鐘信號(hào)205 (具有多個(gè)反相位)。該兩相時(shí)鐘信號(hào)205用于驅(qū)動(dòng)一負(fù)電壓產(chǎn)生器電路，該負(fù)電壓產(chǎn)生器電路在本實(shí)施例中具體為一開關(guān)電容式電壓變換器206。該開關(guān)電容式電壓變換器206產(chǎn)生一負(fù)電壓Vi3ff (在本實(shí)施例中，V-為-1.5V至-3V)。在本實(shí)施例中，該振蕩器202以及開關(guān)電容式電壓變換器206還可以耦接至一控制器208，該控制器208用于控制振蕩器202及開關(guān)電容式電壓變換器206的運(yùn)作。
[0024]于本發(fā)明實(shí)施例中，該負(fù)電壓產(chǎn)生器電路還可以包含一電平位移電路。該電平位移電路用于對(duì)提供至負(fù)電壓產(chǎn)生器電路的一電壓電平(例如Vdd 224，其電壓值范圍為2-3V)進(jìn)行位移操作，以產(chǎn)生一包含負(fù)電壓的輸出電壓。該負(fù)電壓可以來自開關(guān)電容式電壓變換器206，并輸出至一輸出節(jié)點(diǎn)222，以及該負(fù)電壓中包含一直流(DC)電壓，其電壓值范圍為-1.5V至-3V。該負(fù)電壓接著被提供至多個(gè)串聯(lián)的高功率RF開關(guān)(圖中未示出)，例如SOI開關(guān)。在此方式下，若需要的話，該多個(gè)串聯(lián)的高功率RF開關(guān)可以選擇性地在該足夠大的負(fù)電壓的控制下得以關(guān)閉。
[0025]但是，根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例，一濾波器212，例如一輸出低通濾波器，嵌入在輸出調(diào)節(jié)回路中。在此實(shí)施例中，該濾波器212用于對(duì)開關(guān)電容式電壓變換器206產(chǎn)生的負(fù)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，例如移除由用于控制該開關(guān)電容式電壓變換器206的時(shí)鐘信號(hào)所產(chǎn)生的時(shí)鐘諧波及突刺。在一些實(shí)施例中，該濾波器為低通濾波器，且優(yōu)選地為一多階濾波器，而在現(xiàn)有的電荷栗電路中，濾波器通常并不會(huì)包含在輸出路徑中，其原因在于該濾波特性會(huì)在調(diào)節(jié)反饋回路中增加相位偏移，從而會(huì)帶來不穩(wěn)定性的風(fēng)險(xiǎn)。因此，在輸出電壓調(diào)節(jié)操作的濾波效率以及穩(wěn)定性維持兩者之間需要達(dá)到一種折中。在本發(fā)明一些實(shí)施例中，上述高階濾波器212基于阻容式組件。增加該濾波器的階數(shù)可改善負(fù)輸出電壓中不想要的高頻成分的濾波特性。同時(shí)使用該高階濾波器可幫助開啟速度在高頻下得到給定的減緩。