專利名稱：采用脈寬調制技術的感應升壓泵的調節(jié)器設計的制作方法
技術領域：
一般來說，本發(fā)明涉及直流(DC)電壓升壓電路，具體地說，涉及一種DC電壓升壓電路，其中包括分解電路，用于產生升壓電路的控制信號，該信號通過升壓電路的輸出電壓進行脈寬調制。
背景技術：
許多應用都需要能夠將輸入電源DC電壓提升到用于指定操作的較高DC電壓的電路。電壓提升的原因在于通常只有標準化的電源電壓可用于對電子電路供電。但是存在一些情況，其中的電路需要高于可從相關電源獲取的電壓。這種電路的一個實例是電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)，在本領域通常稱作“閃速存儲器”。
閃速存儲器一般包括存儲單元陣列，每一個存儲單元通常存儲一位數(shù)字信息。存儲單元通常只是場效應晶體管(FET)，其中包括保存對應于一位數(shù)字信息的電荷(本文中稱作“位電荷”)的浮柵。更具體地說，存儲單元FET包括漏極、柵極和源極，其中，柵極包括控制柵，用于實現(xiàn)存儲單元上的讀、寫及擦除操作；以及浮柵，用于存儲數(shù)字信息的位電荷。除了這些柵極之外，某些存儲單元還包括擦除柵，用于從浮柵中除去位電荷，從而擦除該存儲單元。
數(shù)字信息的位電荷的寫入(即編程)通常涉及從FET溝道通過薄的柵極氧化物穿透到或注入浮柵的電子。隧道效應或熱電子注入一般需要較高能量使電子穿過柵極氧化層。同樣，在擦除步驟中電子離開浮柵需要較高能量使電子穿過柵極氧化層或位于擦除柵和浮柵之間的氧化層。寫入和擦除這兩種操作的高能量源通常是較高的電壓源，它高于用于存儲控制操作的電源電壓。例如，寫入和讀取操作所需的電壓可能約為六(6)伏，而用于存儲控制常規(guī)操作的電壓可能約為1.5伏。
例如，在典型的閃速存儲器電路中，大部分電路操作需要約為1.5伏的電壓。因此，閃速存儲器電路的電源設計包括1.5伏電源。不過，為了產生用于寫入及擦除操作的較高電壓，使用了DC電壓升壓電路，它采用常規(guī)的1.5伏電源電壓，并將它提升到大約六伏，以便執(zhí)行這些較高電壓操作。但一般來說，DC電壓升壓電路可將任何輸入電壓轉換為任何所需的輸出電壓。
這種DC電壓升壓電路的一個實例是電容器電荷泵電路，其中包括多個級聯(lián)的級，每一級均包含一個開關和一個電容器。級聯(lián)中的前一級向將輸入電壓提升到較高輸出電壓的下一級提供電荷。不過，由于各級之間傳輸電荷所引起的損耗以及每個電容器上引起的損耗，因此這種類型的升壓電路通常是低效的。包括電容器電荷泵電路的DC電壓升壓電路的效率約為百分之五(5)至百分之十一(11)。
因此，需要一種DC電壓升壓電路，它在將較低輸入電壓轉換到較高輸入電壓方面具有提高的效率。本發(fā)明的新的DC電壓升壓電路滿足了這種需要，如下面所述。本發(fā)明的DC電壓升壓電路可用于閃速存儲器、靜態(tài)及動態(tài)隨機存取存儲器(RAM)應用中，或者其它任何可能與或者可能不與存儲應用有關的應用中?？偟膩碚f，需要一種從輸入電壓產生輸出電壓的DC電壓升壓電路。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個示范DC電壓升壓電路的示意方框圖；圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個產生多個輸出電壓的示范DC電壓升壓電路的示意方框圖；圖4說明根據(jù)本發(fā)明的另一個產生多個輸出電壓的示范DC電壓升壓電路的示意方框圖；圖5A說明結合了根據(jù)本發(fā)明的DC電壓升壓電路的一個示范集成電路的俯視圖；圖5B說明結合了根據(jù)本發(fā)明的DC電壓升壓電路的另一個示范集成電路的俯視圖；圖6說明根據(jù)本發(fā)明的一個示范電子部件的方框圖；圖7A說明根據(jù)本發(fā)明的升壓泵的一個示范調節(jié)電路的示意方框圖；圖7B說明圖7A所示脈寬調制器的脈寬調制過程中所涉及的波形；圖8A說明根據(jù)本發(fā)明的升壓泵的另一個示范調節(jié)電路的示意方框圖；圖8B說明圖8A所示脈寬調制器的脈寬調制過程中所涉及的波形；圖9A說明根據(jù)本發(fā)明的升壓泵的另一個示范調節(jié)電路的示意方框圖；圖9B說明圖9A所示脈寬調制器的脈寬調制過程中所涉及的二進制真值表；以及圖9C說明圖9A所示脈寬調制器的脈寬調制過程中所涉及的波形。
發(fā)明的詳細描述

圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一個示范存儲電路100的方框圖。存儲電路100包括DC電壓升壓電路101、存儲操作電路106以及一個或多個存儲陣列130。DC電壓升壓電路101包括電荷泵102和泵控制器104。存儲操作電路106包括讀解碼器112、寫/擦除解碼器114以及存儲控制器116。
在操作中，DC電壓升壓電路101的電荷泵102接收較低的電源電壓(Vcc)，并產生用于執(zhí)行讀、寫、擦除以及存儲控制器操作的電壓。這些電壓分別經過線路122、124及126耦合到存儲操作電路106的讀解碼器112、寫/擦除解碼器114以及存儲控制器116。泵控制器104調節(jié)提供給存儲操作電路的電壓，使它們基本保持在所需的恒定電壓上。提供給寫/擦除解碼器114的電壓通常高于電源電壓Vcc(如1伏)，以便產生寫入及擦除操作。例如，這個電壓可以約為六(6)伏。而用于讀取及存儲控制操作的電壓則低得多，例如約為1.5伏。
DC電壓升壓電路101以及本文所述的其它所有DC電壓升壓電路均不必限制于閃速存儲器應用。本文所述的DC電壓升壓電路可用于其它應用中，其中包括靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)以及其它存儲器應用。實際上，本文所述的DC電壓升壓電路不必限制于存儲器應用，而是可用于其它需要不同于輸入電壓的輸出電壓的任何應用中，其中包括諸如個人數(shù)字助理(PDA)、膝上型計算機、設備之類的無線、便攜式計算裝置。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明的一個示范DC電壓升壓電路200的示意方框圖。DC電壓升壓電路200包括感應元件210、包含開關FET T1和二極管D1的電荷泵激勵電路212以及輸出充電電容器C2。DC電壓升壓電路200還包括調節(jié)電路222和電平移動器220。DC電壓升壓電路200還可包括電容器C1，位于Vcc和地之間，用于濾除噪聲、分支和/或其它存在于電源電壓Vcc中的不必要信號；以及FET T2，位于Vcc和升壓電路200的輸出之間，保證輸出在足夠的電壓上，以便在啟動時激勵電平移動器。
在操作中，振蕩控制信號施加到開關晶體管T1的柵極上，使晶體管T1定期通斷。晶體管T1的接通使電流從Vcc經感應電荷泵210流動，然后再經晶體管T1流入地。感應電荷泵210存儲經過感應元件的電流所形成的能量。當振蕩控制信號使晶體管T1斷開時，晶體管T1的漏極上電壓達到峰值，通過二極管D1傳送給輸出電容器C2。電壓(即電荷)向輸出電容器C2的傳送提高了DC升壓變換器的輸出電壓。
這樣，控制信號的每個周期都使額外的電荷包傳送給輸出電容器C2。二極管D1防止這些電荷在晶體管T1的下一個接通周期經晶體管T1回流。通過連續(xù)循環(huán)控制信號，電荷的聚集出現(xiàn)在輸出電容器C2中，直到升壓電路200的輸出上出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)電壓。穩(wěn)態(tài)電壓取決于控制信號的特征，包括其頻率和占空度。
DC電壓升壓電路200的輸出施加到調節(jié)電路222上。調節(jié)電路222擴大用于激勵開關晶體管T1的控制信號，以便在升壓電路200的輸出上保持所需的基本恒定電壓。調節(jié)電路222可按照許多方式執(zhí)行這個操作，其中包括通過產生頻率調制控制信號或脈寬調制控制信號的方式。在最佳實施例中，脈寬調制控制信號是根據(jù)以下詳細說明的各種調節(jié)電路來產生的。調制控制信號發(fā)送給電平移動器220，以便提高調制控制信號電壓，使它能夠使晶體管T1處于通和斷狀態(tài)。通過采用電平移動器220來提高對晶體管T1的激勵，晶體管T1可制作得更小，從而節(jié)省了開模不動產。
這種情況針對產生頻率調制控制信號的調節(jié)電路的控制操作。如果升壓電路200的輸出電壓下降到低于所需的電平，調節(jié)電路222則檢測這種降低。對檢測輸出電壓的降低作出響應，調節(jié)電路222提高調制信號的頻率，以便提高傳遞給輸出電容器C2的電荷的速率。這個作用提高了升壓電路200的輸出上的電壓，以便補償輸出電壓中的初始壓降。另一方面，如果升壓電路200的輸出電壓上升到超過了所需電平，調節(jié)電路222則檢測這種上升，并相應的降低調制信號的頻率，以便降低傳遞給輸出電容器C2的電荷的速率。這個作用降低了升壓電路200的輸出上的電壓，以便補償輸出電壓中的初始上升。
這種情況針對產生脈寬調制控制信號的調節(jié)電路的控制操作。如果升壓電路200的輸出電壓下降到低于所需的電平，調節(jié)電路222則檢測這種降低。對檢測輸出電壓的降低作出響應，調節(jié)電路222增加調制信號的占空度，以便增加傳遞給輸出電容器C2的電荷包大小。這個作用提高了升壓電路200的輸出上的電壓，以便補償輸出電壓中的初始壓降。另一方面，如果升壓電路200的輸出電壓上升到超過了所需電平，調節(jié)電路222則檢測這種上升，并相應的減少調制信號的占空度，以便減少傳遞給輸出電容器C2的電荷包大小。這個作用降低了升壓電路200的輸出上的電壓，以便補償輸出電壓中的初始上升。
已經確定，如果脈寬調制控制信號的占空度約為75％，DC電壓升壓電路200則最有效地工作。如果占空度遠低于75％，則由于允許電流經過電感器的時間更短，因而使較少的能量存儲在電感器中。如果占空度遠高于75％，則沒有足夠的時間使所存儲的能量傳送給輸出電容器。對于控制信號的最佳占空度，DC電壓升壓電路200能夠獲得約為70％的效率，它大大高于先有技術升壓電路中所見到的5％至11％的效率。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個產生多個輸出電壓的示范DC電壓升壓電路300的示意方框圖。升壓電路300包括第一升壓電路，用于產生第一輸出電壓(即輸出1，例如6伏)，其中包含開關晶體管T1、二極管D1、輸出電容器C2、晶體管T2以及調節(jié)電路322。升壓電路300還包括第二升壓電路，用于產生第二輸出電壓(即輸出2，例如1.55伏)，其中包含開關晶體管T2、開關344、二極管D2、輸出電容器C3、調節(jié)電路342以及電平移動器340。另外，升壓電路300還包括感應電荷泵310和電容器C1，它們?yōu)榈谝缓偷诙龎弘娐匪灿谩?br> 第一和第二升壓電路以類似于以上參照圖2所示DC升壓電路200所述的方式進行工作。開關344提供給較低的電壓升壓電路，以便在晶體管T1接通時隔離輸出2。也就是說，開關344在晶體管T1接通時是斷開的。另外，晶體管T2在晶體管T1斷開的時間內是接通的。
圖4說明根據(jù)本發(fā)明的另一個產生多個輸出電壓的示范DC電壓升壓電路400的示意方框圖。升壓電路400包括第一升壓電路，用于產生第一輸出電壓(即輸出1，例如6伏)，其中包含二極管D1、輸出電容器C1、晶體管T2以及調節(jié)電路422。升壓電路400還包括第二升壓電路，用于產生第二輸出電壓(即輸出2，例如1.55伏)，其中包含開關444、二極管D2、輸出電容器C2以及調節(jié)電路442。另外，升壓電路400還包括輸入電容器C、感應電荷泵L、開關晶體管T1以及時鐘邏輯462，它們?yōu)榈谝缓偷诙龎弘娐匪灿谩?br> 第一和第二升壓電路以類似于以上參照圖2所示DC升壓電路200所述的方式進行工作。6伏調節(jié)電路422和1.55伏調節(jié)電路442的輸出提供給時鐘邏輯462。時鐘邏輯462產生時分復用控制信號，其中包含在不同時隙來自調節(jié)電路422和442的兩個脈寬調制控制信號。時分復用控制信號激勵公共開關晶體管T1。時鐘邏輯462還可包括電平移動器，它采用輸出1上的電壓，以便提高對開關晶體管T1的激勵，從而使開關晶體管T1能夠制作得更小，如上所述。
在操作中，在時分復用控制信號的第一相位期間，輸出1調節(jié)電路422所產生的脈寬調制控制信號激勵開關晶體管T1，以便在輸出1上產生所需的電壓(例如6伏)。同樣在時分復用控制信號的第一相位，開關444斷開，從而隔開較低電壓輸出2與晶體管T1上所產生的較高電壓。在時分復用控制信號的第二相位期間，輸出2調節(jié)電路442所產生的脈寬調制控制信號激勵開關晶體管T1，以便在輸出2上產生所需的電壓(例如1.55伏)。同樣在時分復用控制信號的第二相位，開關444接通，以便將感應泵和開關晶體管T1與輸出2連接。
調節(jié)電路422和442接收時鐘Clk2，以便從中產生其相應的脈寬調制控制信號。由于開關444僅在脈寬調制信號的一個周期內接通，并在其它周期內斷開，因此能夠采用具有Clk2一半頻率的時鐘Clk1來定時。同樣，由于時鐘邏輯462必需在兩個脈寬調制信號之間切換，因此也能夠采用時鐘Clk1來定時。
圖5A說明結合了根據(jù)本發(fā)明的DC電壓升壓電路500的示范集成電路500的俯視圖。集成電路500包括集成電路封裝502，其中包含多條用于與外部電路連接的引線。集成電路500還包括集成電路芯片506，它位于集成電路封裝502的封裝內邊框504內。本例中的芯片506結合了上述DC升壓電路510的一部分。多個有線結合或其它適當?shù)倪B接方法將芯片電路與封裝引線電連接。上述DC升壓電路的輸入電容器512、電感器514和/或輸出電容器516位于封裝內邊框504內芯片506的外部。這些元件可放在封裝內邊框504內芯片506的一側附近，如圖5A所示，或者也可放在芯片506的頂部。多個有線結合或其它適當?shù)倪B接方式將DC升壓電路的輸入電容器512、電感器514和/或輸出電容器516與升壓電路510的其余部分電連接。
將DC升壓電路的輸入電容器512、電感器514和/或輸出電容器516結合在集成電路封裝500中、但在芯片506的外部的方式有若干優(yōu)點。首先，芯片大小的極大節(jié)省是芯片504外部的這三個元件512、514以及516結合的結果。其次，通過結合芯片506外部的電感器514，可實現(xiàn)DC電壓升壓電路的效率的極大提高。原因在于外部電感器514可采用具有能實現(xiàn)較高電感及較高載流能力的三維導電螺線的磁性基片來制作。這兩個特征改善了DC升壓電路的效率。第三，通過將輸入電容器512、電感器514和/或輸出電容器516結合在封裝502內，DC升壓電路本身包含在集成電路封裝502內，不需要到這些元件的外部連接。
圖5B說明結合了根據(jù)本發(fā)明的DC電壓升壓電路的另一個示范集成電路550的俯視圖。集成電路550與集成電路500(圖5A)相似之處在于它包括集成電路封裝552以及集成電路芯片556，其中包含位于封裝552的內框554內的DC電壓升壓電路560的一部分。集成電路550與集成電路500的不同之處在于輸入電容器、電感器以及輸出電容器中至少兩個可結合到集成基片558中，而不是將它們作為如圖5A所示的三個分立元件。這個特征可使集成電路550的安裝極為便利，并可能大大降低制作成本和時間。
圖6說明根據(jù)本發(fā)明的一個示范電子部件600的方框圖。電子部件600可以是任何電子部件，例如包括集成電路、電路板、模塊和/或子模塊，其中包括多個電路、如電路1-3(602、604及606)，每個電路都在該部件中執(zhí)行特定任務。電路1-3(602、604及606)需要專門的電源電壓來工作，例如5伏用于電路1(602)，3伏用于電路2(604)，1伏用于電路3(606)。電子部件600還包括多個DC電壓升壓電路，例如DC電壓升壓電路1-3(608、610及612)，用于分別向電路1-3(602、604及606)提供適當?shù)碾娫措妷狠敵?-3(如5伏、3伏及1伏)。DC電壓升壓1-3(608、610及612)接收公共輸入電壓，用于產生其相應的輸出1-3。
電子部件600的優(yōu)點在于該部件的輸入電壓可以改變，但通過采用根據(jù)本發(fā)明的DC電壓升壓電路1-3(608、610及612)，將該部件的各個電路1-3的適當電壓基本保持恒定。例如，輸入電壓可在最低1伏至最高3伏之間變化。這種變化可能是由于電池在低功率狀態(tài)下運行，或者由于諸如線路變化等其它因素。雖然電子部件600的輸入電壓可能變化，但DC電壓升壓電路1-3(608、610及612)仍將加給相應電路1-3(602、604及606)的電源電壓輸出1-3保持基本恒定，以便于這些電路的正確操作。
圖7A說明根據(jù)本發(fā)明的感應升壓泵702的一個示范調節(jié)電路700的示意方框圖。調節(jié)電路700接收升壓泵702的輸出電壓，并提供脈寬調制控制信號，用于驅動升壓泵702的開關晶體管，如以上參照DC電壓升壓電路200、300及400所述。在本示范實施例中，調節(jié)電路700包括分壓器704，包含電阻器R1和R2；差分放大器706；第一比較器708；復用器710；鋸齒波發(fā)生器714；脈寬調制器716；第二比較器718；反相器720；“與”門722；以及高電壓電平移動器724。
在操作中，升壓泵702的輸出電壓施加到分壓器704上，以便產生較低比例的反饋電壓Vf。反饋電壓Vf施加到差分放大器706上，以便產生與電壓Vf和基準電壓ref12之差成比例的調制電壓refbias。電壓refbias用作脈寬調制器716的調制信號?；鶞孰妷簉ef12設置升壓泵的輸出電壓。
調制電壓refbias施加到第一比較器708上，用于與另一個基準電壓ref675進行比較。第一比較器708產生復用器710的輸入選擇信號compoutl。如果調制電壓refbias高于基準電壓ref675，選擇信號compoutl則使復用器710輸出調制電壓refbias。另一方面，如果調制電壓refbias低于基準電壓ref675，選擇信號compoutl則使復用器710輸出電壓ref675，用作調制信號。這確保了施加到脈寬調制器716上的調制信號不會低于脈寬調制器716的閾值電壓。
來自復用器710的調制信號refbias與鋸齒波發(fā)生器714所產生的三角波信號一起加到脈寬調制器716上。鋸齒波發(fā)生器714主要對矩形波時鐘信號進行積分，以便產生三角波信號。脈寬調制器716是一種比較器，它將調制信號refbias與三角波信號進行比較。脈寬調制器716的輸出是脈沖調制信號Pwm，它通過與升壓器輸出電壓成比例變化的調制信號refbias進行調制。
圖7B說明根據(jù)本發(fā)明的調節(jié)電路700的脈寬調制過程中所涉及的波形。所示波形是對鋸齒波發(fā)生器714的時鐘輸入、疊加了三個示例調制信號refbias的電壓電平的三角波形以及與三個示例調制信號電平對應的相應輸出脈沖調制信號。
如上所述，矩形波時鐘信號由鋸齒波發(fā)生器714進行積分，以便形成圖7B所示的三角波形。三角波形加到脈寬調制比較器716的正輸入端，調制信號refbias加到比較器716的負輸入端。如果在三角波形的任何時刻的電壓大于調制信號refbias，比較器716則產生基本恒定的較高電壓。另一方面，如果在三角波形的任何時刻的電壓小于調制信號refbias，則比較器716產生基本恒定的較低電壓，最好是接近于零(0)伏。
這樣，如圖7B所示，調制電壓refbias越高，脈寬調制信號Pwm的脈寬就越窄。相反，調制電壓refbias越低，脈寬調制信號Pwm的脈寬就越寬。這樣，調制信號Pwm的占空度通過隨升壓器輸出電壓變化的調制信號refbias進行調制。因此，當升壓器輸出電壓下降時，脈沖調制信號的占空度增加。這個作用使開關晶體管“接通”更長時間，使更多能量傳遞給升壓器702的輸出電容器。這提高了升壓器輸出電壓，以便補償其初始壓降。相反，當升壓器輸出電壓上升時，脈沖調制信號的占空度減小。這個作用使下拉晶體管“接通”更短時間，使較少的能量被傳遞給升壓器702的輸出電容器。這降低了升壓器輸出電壓，以便補償其初始上升。
再參照圖7A，來自脈寬調制器716的脈寬調制信號Pwm加到“與”門722的輸入端。第二比較器718將調制電壓refbias與基準電壓ref12進行比較，并且在基準電壓ref12大于調制電壓refbias時，通過反相器720產生“與”門722的啟用信號?；蛘呦喾矗谡{制電壓refbias大于基準電壓ref12時，產生“與”門722的禁用信號。這就在調制電壓refbias大于基準電壓ref12時禁用調節(jié)電路700。這樣做是防止升壓輸出電壓在所有過程偏離及溫度角上比所需升壓電壓(如6伏)高出150毫伏。脈寬調制電壓refbias加到高電壓電平移動器724上(當“與”門722啟用時)，以便將它提高到所需電平，從而驅動升壓泵702的開關晶體管。電平移動器724采用升壓器輸出電壓來完成這個操作。
圖8A說明根據(jù)本發(fā)明、可用于調節(jié)感應升壓泵802的輸出電壓的另一個示范調節(jié)電路800的示意方框圖。調節(jié)電路800接收升壓泵802的輸出電壓，并提供脈寬調制控制信號，用于驅動升壓泵802的開關晶體管，如以上參照DC電壓升壓電路200、300及400所述。在本示范實施例中，調節(jié)電路800包括分壓器804、偏置發(fā)生器806、鋸齒波發(fā)生器808、脈寬調制比較器810以及高電壓電平移動器812。鋸齒波發(fā)生器808又包括傳輸門814、電容器816、反相器818以及晶體管820。
在操作中，升壓泵802的輸出電壓加到分壓器804上，產生較低比例的反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb加到屬于低增益差分放大器的偏置發(fā)生器806上。偏置發(fā)生器806產生隨反饋電壓Vfb和基準電壓Ref1之差而變化的互補正輸出(pbias)和負輸出(nbias)?；鶞孰妷簉ef1用來將升壓泵802的輸出設置為所需的電壓電平。
互補正輸出(pbias)和負輸出(nbias)分別加到傳輸門814的p器件和n器件的柵極上。具有大約75％的占空度的時鐘信號加到傳輸門814上。傳輸門814與電容器816配合工作，以便將時鐘信號積分而形成鋸齒波形Ramp。鋸齒波形Ramp的上升時間與傳輸門814導通的程度成反比地變化，它是升壓泵802的輸出電壓的函數(shù)。反相器818與晶體管820配合，在時鐘呈低電平時對電容器816放電。
鋸齒波形Ramp加到脈寬調制比較器810的正輸入端。比較器810將鋸齒波Ramp與基本恒定的基準電壓Ref2進行比較。根據(jù)比較器810所進行的比較，比較器810產生具有與升壓泵802的輸出電壓成反比地變化的占空度的脈沖調制控制信號Pwm_clk。脈沖調制控制信號驅動升壓泵802的開關晶體管。
圖8B說明根據(jù)本發(fā)明的調節(jié)電路800的脈寬調制過程中所涉及的波形。所示波形是對鋸齒波發(fā)生器808的時鐘輸入、與疊加了基本恒定的基準電壓Ref2的升壓泵的三個不同輸出電壓相對應的三個鋸齒波形Ramp以及所產生的脈寬調制控制信號Pwm_clk。由于鋸齒波形Ramp加到比較器的正輸入端，而基準電壓Ref2加到比較器810的負輸入端，因此，比較器810在鋸齒波形Ramp大于基準電壓Ref2時產生較高的輸出電壓，而在鋸齒波形Ramp低于基準電壓Ref2時產生較低的輸出電壓。
這樣，如圖8B所示，脈沖調制信號的脈寬是鋸齒波形Ramp大于基準電壓Ref2的時間的函數(shù)。由于鋸齒波形Ramp的坡度與升壓泵802的輸出電壓成反比地變化，所以升壓輸出電壓越高，鋸齒波形Ramp高于基準電壓Ref2的時間就越少，因而所產生的脈沖調制信號的脈寬也就越小。相反，升壓輸出電壓越低，鋸齒波形Ramp高于基準電壓Ref2的時間就越多，因而脈沖調制信號的脈寬也就越大。這樣，脈寬調制信號的占空度與升壓輸出電壓成反比地變化。
脈寬調制信號Pwm_clk加到高電壓電平移動器上，以便將脈沖調制信號電壓提高到足夠的電平以驅動升壓泵802的開關晶體管。脈寬調制信號Pwm_clk調節(jié)升壓泵802，使它產生所需的基本恒定輸出電壓。調節(jié)如下所述。當升壓器輸出電壓下降時，脈沖調制信號Pwm_clk的占空度增加。這個作用使開關晶體管“接通”更長時間，使更多能量被傳遞給升壓器802的輸出電容器。這提高升壓器輸出電壓，以便補償其初始壓降。相反，當升壓器輸出電壓上升時，脈沖調制信號Pwm_clk的占空度減小。這個作用使開關晶體管“接通”更短時間，使較少的能量被傳遞給升壓器802的輸出電容器。這降低升壓器輸出電壓，以便補償其初始上升。
圖9A說明根據(jù)本發(fā)明、可用于調節(jié)感應升壓泵902的輸出電壓的另一個示范調節(jié)電路900的示意方框圖。調節(jié)電路900接收升壓泵902的輸出電壓，并提供脈寬調制控制信號，用于驅動升壓泵902的開關晶體管，如以上參照DC升壓電路200、300及400所述。在本示范實施例中，調節(jié)電路900包括分壓器904、比較器906、3位計數(shù)器908、邏輯電路910以及高電壓電平移動器912。
在操作中，升壓泵902的輸出電壓加到分壓器904上，以便產生較低比例的反饋電壓Vfb。反饋電壓Vfb加到比較器906的正輸入端。比較器906將反饋電壓Vfb與基準電壓Ref進行比較，并在反饋電壓Vfb高于基準電壓Ref時產生較高的電壓，而在反饋電壓Vfb低于基準電壓Ref時產生較低的電壓。基準電壓Ref用來將升壓泵902的輸出設置為所需的電壓電平。
比較器輸出加到3位計數(shù)器908的復位輸入端。時鐘信號驅動3位計數(shù)器908從二進制0到二進制7反復計數(shù)，并在輸出位0、1、2(位2是該計數(shù)的最低有效位，位0是最高有效位)上產生計數(shù)。計數(shù)器輸出加到邏輯電路上，根據(jù)圖9B所示的真值表產生脈寬調制信號pwm_clk。也就是說，它對計數(shù)1-6產生高電平，而對計數(shù)0和7則產生低電平。
圖9C說明根據(jù)本發(fā)明的調節(jié)電路900的脈寬調制過程中所涉及的波形。計數(shù)從二進制0到二進制7周期性地循環(huán)。時鐘使3位計數(shù)器908按照時鐘的每個脈沖(前沿或后沿)增加計數(shù)。由邏輯電路910產生的脈寬調制信號對于二進制輸入1-6是高電平，而對于二進制輸入0和7則是低電平。加到3位計數(shù)器的復位輸入端的信號使計數(shù)器在復位信號是高電平時產生計數(shù)0，從而使脈沖調制信號pwm_clk變?yōu)榈碗娖?，或者說在復位信號保持高電平時保持低電平。脈沖調制信號pwm_clk加到高電壓電平移動器912上，將其功率提高到所需電平，從而驅動升壓泵902的開關晶體管。
升壓泵902的調節(jié)如下所述地進行。在輸出電壓基本處于所需的輸出電壓的常規(guī)操作中，復位信號保持低電平，也就是說，反饋電壓Vfb低于基準電壓Ref。由于已經確定升壓泵902在大約75％的占空度上最有效地工作，因此，僅3位計數(shù)器的循環(huán)便產生具有75％的占空度的脈沖調制信號pwm_clk。這是因為當計數(shù)器從二進制0至二進制7循環(huán)時有6個高電平狀態(tài)和兩個低電平狀態(tài)(參見圖9B)。如果升壓器輸出電壓提升到高于所需的輸出電壓，反饋電壓Vfb則提升到高于基準電壓Ref，從而使比較器906產生高復位信號。高復位信號使計數(shù)器908復位，這又過早地使脈沖調制信號變低。這減小了脈沖調制信號pwm_clk的占空度，從而使輸出升壓器電壓下降，以便補償其初始上升。
所述調節(jié)電路可用來調節(jié)本文所述的感應DC升壓電路的輸出電壓。另外，它們還可用來調節(jié)其它DC升壓電路的輸出電壓，例如前面所述的電容電荷泵升壓電路。
在以上說明中，參照特定實施例對本發(fā)明進行描述。但是顯然，只要不背離本發(fā)明的廣義精神及范圍，可進行各種修改和變更。因此，詳細說明和附圖應看作是說明性的而不是限定性的。
權利要求
1.一種直流電壓升壓電路，它包括升壓泵，用于響應輸入直流電壓和脈寬調制控制信號而產生直流輸出電壓；以及調節(jié)電路，用于產生所述脈寬調制控制信號，所述脈寬調制控制信號的占空度與所述直流輸出電壓成反比地變化。
2.如權利要求1所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，用于產生三角波形；以及比較器，用于通過將所述三角波形與隨所述直流輸出電壓成反比地變化的調制電壓進行比較，產生所述脈寬調制控制信號。
3.如權利要求2所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括門電路，用于在所述輸出電壓超過預定閾值時，阻止向所述升壓泵傳送所述脈寬調制控制信號。
4.如權利要求2所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括復用器，用于在所述輸出電壓高于預定閾值時向所述比較器選擇輸出所述調制電壓，或者在所述輸出電壓低于所述預定閾值時向所述比較器選擇輸出基本恒定的電壓。
5.如權利要求1所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括電壓電平移動器，用于提高所述脈寬調制控制信號的電壓電平。
6.如權利要求1所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，用于產生鋸齒波形，所述鋸齒波形的上升時間與所述輸出電壓成反比地變化；以及比較器，用于通過將所述鋸齒波形與基本恒定的電壓進行比較，產生所述脈寬調制控制信號。
7.如權利要求6所述的直流電壓升壓電路，其特征在于包括積分器，用于對基本上為矩形波形的時鐘進行積分而形成所述鋸齒波形。
8.如權利要求7所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述積分器包括可變電阻器，其電阻隨所述輸出電壓而變化；以及積分電容器。
9.如權利要求8所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述可變電阻器包括傳輸門。
10.如權利要求8所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路還包括放電晶體管，用于在時鐘變?yōu)榈碗娖綍r將積分電容器放電。
11.如權利要求1所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括計數(shù)器，用于產生計數(shù)，所述計數(shù)在小數(shù)和大數(shù)之間依次循環(huán)，其中所述計數(shù)響應所述輸出電壓的變化而復位；邏輯電路，用于根據(jù)所述計數(shù)產生所述脈寬調制控制信號。
12.如權利要求11所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括比較器，用于在所述輸出電壓超過預定電平時產生復位信號來使所述計數(shù)器復位。
13.一種感應電壓升壓電路，它包括感應升壓泵，用于響應輸入感應電壓和脈寬調制控制信號而產生輸出電壓；以及調節(jié)電路，用于產生所述脈寬調制控制信號，所述脈寬調制控制信號的占空度與所述輸出電壓成反比地變化。
14.如權利要求13所述的感應電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，用于產生三角波形；以及比較器，用于通過將所述三角波形與隨所述感應輸出電壓成比例變化的調制電壓進行比較，產生所述脈寬調制控制信號。
15.如權利要求14所述的感應電壓升壓電路，其特征在于還包括門電路，用于在所述輸出電壓超過預定閾值時，阻止向所述升壓泵傳送所述脈寬調制控制信號。
16.如權利要求14所述的感應電壓升壓電路，其特征在于還包括復用器，用于在所述輸出電壓高于預定閾值時向所述比較器選擇輸出所述調制電壓，或者在所述輸出電壓低于所述預定閾值時向所述比較器選擇輸出基本恒定的電壓。
17.如權利要求13所述的感應電壓升壓電路，其特征在于還包括電壓電平移動器，用于提高所述脈寬調制控制信號的電壓電平。
18.如權利要求13所述的感應電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，用于產生鋸齒波形，所述鋸齒波形的上升時間與所述輸出電壓成反比地變化；以及比較器，用于通過將所述鋸齒波形與基本恒定的電壓進行比較，產生所述脈寬調制控制信號。
19.如權利要求18所述的感應電壓升壓電路，其特征在于包括積分器，用于對基本上為矩形波形的時鐘進行積分，從而形成所述鋸齒波形。
20.如權利要求19所述的感應電壓升壓電路，其特征在于，所述積分器包括可變電阻器，其電阻與所述輸出電壓成反比地變化；以及積分電容器。
21.如權利要求20所述的感應電壓升壓電路，其特征在于，所述可變電阻器包括傳輸門。
22.如權利要求20所述的感應電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路還包括放電晶體管，用于在時鐘變?yōu)榈碗娖綍r將所述積分電容器放電。
23.如權利要求13所述的感應電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括計數(shù)器，用于產生計數(shù)，所述計數(shù)在小數(shù)和大數(shù)之間依次循環(huán)，其中所述計數(shù)響應所述輸出電壓的變化而復位；邏輯電路，用于根據(jù)所述計數(shù)產生所述脈寬調制控制信號。
24.如權利要求23所述的感應電壓升壓電路，其特征在于還包括比較器，用于在所述輸出電壓超過預定電平時產生復位信號來使所述計數(shù)器復位。
25.一種直流電壓升壓電路，它包括感應元件；開關器件，響應脈寬調制控制信號，采用輸入電壓來定期使電流流經所述感應元件，其中所述感應元件在每次電流經過其中時存儲有限量的能量；電容元件，將存儲在所述感應元件中的多個所述有限能量以輸出電壓的形式累積；以及調節(jié)電路，產生所述脈寬調制控制信號，該信號的占空度與所述輸出電壓成反比地變化。
26.如權利要求25所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，產生三角波形；以及比較器，通過將所述三角波形與隨所述直流輸出電壓成反比地變化的調制電壓進行比較，產生所述脈寬調制控制信號。
27.如權利要求26所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括門電路，用于在所述輸出電壓超過預定閾值時，阻止向所述升壓泵傳送所述脈寬調制控制信號。
28.如權利要求26所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括復用器，用于在所述輸出電壓高于預定閾值時向所述比較器選擇輸出所述調制電壓，或者在所述輸出電壓低于所述預定閾值時向所述比較器選擇輸出基本恒定的電壓。
29.如權利要求25所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括電壓電平移動器，用于提高所述脈寬調制控制信號的電壓電平。
30.如權利要求25所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，用于產生鋸齒波形，其上升時間與所述輸出電壓成反比地變化；以及比較器，用于通過將所述鋸齒波形與基本恒定的電壓進行比較，產生所述脈寬調制控制信號。
31.如權利要求30所述的直流電壓升壓電路，其特征在于包括積分器，用于對基本上為矩形波形的時鐘進行積分，從而形成所述鋸齒波形。
32.如權利要求3 1所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述積分器包括可變電阻器，其電阻隨所述輸出電壓而變化；以及積分電容器。
33.如權利要求32所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述可變電阻器包括傳輸門。
34.如權利要求32所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路還包括放電晶體管，用于在時鐘變?yōu)榈碗娖綍r對所述積分電容器放電。
35.如權利要求25所述的直流電壓升壓電路，其特征在于，所述調節(jié)電路包括計數(shù)器，用于產生計數(shù)，所述計數(shù)在小數(shù)和大數(shù)之間依次循環(huán)，其中所述計數(shù)響應所述輸出電壓的變化而復位；以及邏輯電路，用于根據(jù)所述計數(shù)產生所述脈寬調制控制信號。
36.如權利要求35所述的直流電壓升壓電路，其特征在于還包括比較器，用于在所述輸出電壓超過預定電平時產生復位信號來使所述計數(shù)器復位。
37.一種方法，它包括對輸出電壓進行抽樣；以及產生以與所述輸出電壓成反比地變化的占空度循環(huán)的控制信號，其中所述控制信號調節(jié)所述輸出電壓。
38.如權利要求37所述的方法，其特征在于，所述產生所述控制信號包括將隨所述輸出電壓變化的電壓與三角波形進行比較。
39.如權利要求37所述的方法，其特征在于，所述產生所述控制信號包括調制鋸齒波形的上升時間，并將所述調制的鋸齒波形與基本恒定的電壓進行比較。
40.如權利要求37所述的方法，其特征在于，所述產生包括產生計數(shù)，所述計數(shù)在小數(shù)和大數(shù)之間循環(huán)；以及在所述輸出電壓超過閾值電壓時將所述計數(shù)復位。
全文摘要
DC電壓升壓電路包括調節(jié)電路，產生脈寬調制控制信號，用于調節(jié)DC電壓升壓電路的輸出。公開了調節(jié)電路的各種實施例。在一個實施例中，調節(jié)電路包括用于產生三角波形的波形發(fā)生器；以及比較器，用于通過將三角波形與隨升壓器輸出電壓成比例變化的電壓進行比較來產生脈寬調制控制信號。在另一實施例中，調節(jié)電路包括波形發(fā)生器，用于產生鋸齒波形，其上升時間與升壓器輸出電壓相反地變化；以及比較器，用于通過將調制的鋸齒波形與基本恒定的電壓進行比較來產生脈寬調制控制信號。在另一實施例中，調節(jié)電路包括計數(shù)器，用于產生計數(shù)，該計數(shù)響應時鐘信號依次循環(huán)，其中響應升壓器輸出電壓的變化而將計數(shù)器復位；以及邏輯電路，用于根據(jù)計數(shù)產生脈寬調制控制信號。
文檔編號G11C16/30GK1449566SQ01814603
公開日2003年10月15日 申請日期2001年6月1日 優(yōu)先權日2000年6月30日
發(fā)明者J·雅萬尼法爾德, P·瓦利姆貝 申請人:英特爾公司