CN102356536A - 无源差动电压增倍器 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压的技术，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍。在一个方面中，在充电阶段期间，将构成电压增倍器的第一电容器及第二电容器充电到差动输入电压。在与所述充电阶段在时间上不重叠的输出阶段期间，串联叠加所述第一电容器及所述第二电容器以产生所述差动输出电压。将所述第一电容器及所述第二电容器两者耦合到单一共模电压以提供预定义的共模输出电压。本发明描述用于提供两个或两个以上构成电压增倍器以延长所述输出阶段的另外技术。

Description

无源差动电压增倍器
技术领域
本发明涉及电路设计，且更特定来说，本发明涉及无源差动电压增倍器的设计。
背景技术
电压增倍器用以将电路中的电压电平增加到超出可从给定输入电压得到的电压电平。电压增倍器的差动实施方案产生差动输入电压的值的两倍的差动输出电压。在某些实施方案中，当无源地产生差动输出电压时，差动输出电压的共模电平未得以良好界定。
将需要提供一种具有提供良好界定的共模输出电压以及设计简单的优点的无源差动电压增倍器。
发明内容
本发明的一方面提供一种包含差动电压增倍器的设备，所述差动电压增倍器用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍，所述电压增倍器包含至少一个构成电压增倍器(constituent voltage doubler)，所述至少一个构成电压增倍器中的每一者包含：第一电容器，其具有第一端子及第二端子，所述第一电容器的所述第一端子及所述第二端子经配置以在所述构成电压增倍器的充电阶段期间分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压，所述第一电容器的所述第一端子及所述第二端子经进一步配置以在所述构成电压增倍器的输出阶段期间分别耦合到所述第一输出电压及共模电压，所述输出阶段与所述充电阶段在时间上不重叠；及第二电容器，其具有第一端子及第二端子，所述第二电容器的所述第一端子及所述第二端子经配置以在所述充电阶段期间分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压，所述第二电容器的所述第一端子及所述第二端子经进一步配置以在所述输出阶段期间分别耦合到所述共模电压及所述第二输出电压。
本发明的另一方面提供一种用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压的方法，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍，对于至少一个构成电压增倍器中的每一者，所述方法包含：在所述构成电压增倍器的充电阶段期间，将第一电容器的第一端子及第二端子分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压；在所述充电阶段期间，将第二电容器的第一端子及第二端子分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压；在所述构成电压增倍器的输出阶段期间，将所述第一电容器的所述第一端子及所述第二端子分别耦合到所述第一输出电压及共模电压；及在所述输出阶段期间，将所述第二电容器的所述第一端子及所述第二端子分别耦合到所述共模电压及所述第二输出电压。
本发明的又一方面提供一种包含差动电压增倍器的设备，所述差动电压增倍器用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍，所述电压增倍器包含至少一个构成电压增倍器，所述至少一个构成电压增倍器中的每一者包含：第一电容器；第二电容器；用于在所述构成电压增倍器的充电阶段期间将所述第一电容器及所述第二电容器充电到所述差动输入电压的装置；及用于在所述构成电压增倍器的输出阶段期间串联叠加所述第一电容器及所述第二电容器以产生所述差动输出电压的装置，所述差动输出电压具有预规定的共模电压。
附图说明
图1说明差动电压增倍器的功能性。
图2说明根据本发明的构成差动电压增倍器的示范性实施例。
图3说明当ψ1为高且ψ2为低时(即，在构成电压增倍器的“充电”阶段期间)构成电压增倍器的操作。
图4说明当ψ1为低且ψ2为高时(即，在构成电压增倍器的“输出”阶段期间)构成电压增倍器的操作。
图5说明电压增倍器的示范性实施例，其中两个构成电压增倍器并联耦合。
图5A展示时钟信号P1与P2的相位关系。
图6说明根据本发明的方法600的示范性实施例。
具体实施方式
下文结合附加图式所阐述的实施方式既定作为对本发明的示范性实施例的描述，且既定不表示可实践本发明的仅有示范性实施例。贯穿此描述所使用的术语“示范性”意味着“充当实例、例子或说明”，且未必应被解释为比其它示范性实施例优选或有利。实施方式包括特定细节，以用于提供对本发明的示范性实施例的详尽理解的目的。对于所属领域的技术人员将显而易见，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的示范性实施例。在一些例子中，以框图形式展示众所周知的结构及装置，以便避免混淆本文中所呈现的示范性实施例的新颖性。
在本说明书及权利要求书中，应理解，当一元件被称为“连接到”或“耦合到”另一元件时，所述元件可直接连接到或耦合到所述另一元件，或可存在介入元件。相反地，当一元件被称为“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件时，不存在介入元件。
图1说明差动电压增倍器100的功能性。在图1中，将具有电压差ΔV的输入电压In1及In2提供到差动电压增倍器100。差动电压增倍器100产生具有电压差2·ΔV(即，为输入电压差ΔV的两倍)的输出电压Out1及Out2。
图2说明根据本发明的构成差动电压增倍器200的示范性实施例。
增倍器200包括第一电容器C1 220及第二电容器C2 230。电容器C1 220及C2 230的端子选择性地耦合到多个开关。
第一多个开关202、204、206、208由第一信号ψ1控制。当ψ1为高时，对应开关闭合；当ψ1为低时，对应开关断开。
类似地，第二多个开关212、214、216、218由第二信号ψ2控制。当ψ2为高时，对应开关闭合；当ψ2为低时，对应开关断开。在所述示范性实施例中，ψ1及ψ2经选择成使得每一信号为高时的时间间隔相互不重叠，即，当ψ1为高时，则ψ2为低，且当ψ2为高时，则ψ1为低。
图3及图4说明构成电压增倍器200的动态操作。
图3说明当ψ1为高且ψ2为低时(即，在构成电压增倍器200的“充电”阶段期间)的操作。在图3中，开关202、204、206、208闭合，而开关212、214、216、218断开。开关202、204、206、208将两个电容器C1 220及C2 230的端子均耦合到输入电压In1及In2。在一有限充电时间之后，此耦合将每一电容器C1 220及C2 230充电到电压ΔV＝In1-In2。
在示范性实施例中，输入电压In1及In2可由具有电流驱动能力的源来供应。举例来说，输入电压In1及In2可耦合到跨阻抗放大器(TIA)(未图示)的输出。
图4说明当ψ1为低且ψ2为高时(即，在构成电压增倍器200的“输出”阶段期间)的操作。在图4中，开关202、204、206、208断开，而开关212、214、216、218闭合。
开关212将C1 220的一个端子耦合到第一输出电压Out1，而开关214将C1 220的另一端子耦合到直流电压电平VCMO 240。在假定已经将C1 220充电到电压ΔV时，Out1的电压电平为VCMO+ΔV。
类似地，开关218将C1 220的一个端子耦合到第二输出电压Out2，而开关216将C2 230的另一端子耦合到直流电压电平VCMO 240。在假定已经将C2 230充电到电压ΔV时，Out2的电压电平为VCMO-ΔV。因此，在输出阶段期间的净差动输出电压Out1-Out2被视为2·ΔV。
一般所属领域的技术人员应了解，通过在输出阶段期间串联叠加电容器C1 220及C2 230，差动输出电压为差动输入电压的两倍。此外，通过在输出阶段期间将电容器C1220、C2 230的共同端子耦合到固定直流电压电平VCMO 240，差动输出的共模电压电平保持良好界定。
在一示范性实施例中，构成电压增倍器200的经产生的差动输出电压可供应在电压增倍器之后的负载级(loading stage)(未图示)。
应注意，构成电压增倍器200在输出阶段而非充电阶段期间将经增倍的差动输出电压2·ΔV提供到电压Out1及Out2。根据本发明的一方面，可组合两个或两个以上互补的构成电压增倍器，以提供可在构成电压增倍器的多个不重叠输出阶段期间可用的经增倍的差动输出电压，如参看图5进一步所描述。
图5说明电压增倍器500的示范性实施例，其中两个构成电压增倍器200.1及200.2并联耦合。构成电压增倍器200.1及200.2经配置以使得200.1的充电阶段对应于200.2的输出阶段，而200.1的输出阶段对应于200.2的充电阶段。在所展示的示范性实施例中，时钟信号P1及P2分别被提供到构成电压增倍器200.1的ψ1信号输入及ψ2信号输入，且分别被提供到构成电压增倍器200.2的ψ2信号输入及ψ1信号输入。图5A展示时钟信号P1与P2的相位关系。应注意，当P1为高时，P2为低，且当P2为高时，P1为低。
通过提供所展示的两个构成电压增倍器200.1、200.2，电路500产生在两个构成电压增倍器的整个输出阶段可用的经增倍的差动电压输出。一般所属领域的技术人员应了解，在替代示范性实施例中，也可提供两个以上构成电压增倍器。举例来说，在一示范性实施例(未图示)中，三个构成电压增倍器可并联耦合，使得每一构成电压增倍器的输出阶段与其它两个构成电压增倍器的输出阶段不重叠。按照本发明，一般所属领域的技术人员可容易推论出用于在利用两个以上构成电压增倍器的此类替代示范性实施例中驱动每一构成电压增倍器的ψ1及ψ2的时钟信号的适当配置。预期此类替代示范性实施例在本发明的范围内。
图6说明根据本发明的方法600的示范性实施例。应注意，仅出于说明性目的而展示方法600，且不希望将本发明的范围限于所展示的任何特定方法。
在步骤610处，在构成电压增倍器的充电阶段期间，将第一电容器的第一端子及第二端子分别耦合到第一输入电压及第二输入电压。
在步骤620处，在充电阶段期间，将第二电容器的第一端子及第二端子分别耦合到第一输入电压及第二输入电压。
在步骤630处，在构成电压增倍器的输出阶段期间，将第一电容器的第一端子及第二端子分别耦合到第一输出电压及共模电压。
在步骤640处，在输出阶段期间，将第二电容器的第一端子及第二端子分别耦合到共模电压及第二输出电压。
基于本文中所描述的教示，应显而易见，本文中所揭示的一方面可独立于任何其它方面加以实施，且这些方面中的两者或两者以上可以各种方式进行组合。本文中所描述的技术可以硬件、软件、固件或其任何组合加以实施。如果以硬件加以实施，则所述技术可通过使用数字硬件、模拟硬件或其组合实现。如果以软件加以实施，则所述技术可至少部分地通过计算机程序产品实现，所述计算机程序产品包括经存储有一个或一个以上指令或代码的计算机可读媒体。
通过实例而非限制，此类计算机可读媒体可包含例如同步动态随机存取存储器(SDRAM)的RAM、只读存储器(ROM)、非易失性随机存取存储器(NVRAM)、ROM、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、快闪存储器、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用以载运或存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机存取的任何其它有形媒体。
与计算机程序产品的计算机可读媒体相关联的指令或代码可由计算机执行，例如，由一个或一个以上处理器(例如，一个或一个以上数字信号处理器(DSP))、通用微处理器、ASIC、FPGA或其它等效的集成或离散逻辑电路执行。
已描述许多方面及实例。然而，可能存在对这些实例的各种修改，且本文中所呈现的原理同样可应用于其它方面。这些和其它方面是在所附权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种包含差动电压增倍器的设备，所述差动电压增倍器用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍，所述电压增倍器包含至少一个构成电压增倍器，所述至少一个构成电压增倍器中的每一者包含：
第一电容器，其具有第一端子及第二端子，所述第一电容器的所述第一端子及所述第二端子经配置以在所述构成电压增倍器的充电阶段期间分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压，所述第一电容器的所述第一端子及所述第二端子经进一步配置以在所述构成电压增倍器的输出阶段期间分别耦合到所述第一输出电压及共模电压，所述输出阶段与所述充电阶段在时间上不重叠；及
第二电容器，其具有第一端子及第二端子，所述第二电容器的所述第一端子及所述第二端子经配置以在所述充电阶段期间分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压，所述第二电容器的所述第一端子及所述第二端子经进一步配置以在所述输出阶段期间分别耦合到所述共模电压及所述第二输出电压。
2.根据权利要求1所述的设备，每一构成电压增倍器包含多个开关，所述多个开关用于控制在所述充电阶段及所述输出阶段期间所述第一电容器及所述第二电容器的所述端子的所述耦合。
3.根据权利要求1所述的设备，所述电压增倍器包含第一构成电压增倍器及第二构成电压增倍器，所述第一构成电压增倍器的所述输出阶段与所述第二构成电压增倍器的所述输出阶段在时间上不重叠。
4.根据权利要求3所述的设备，所述电压增倍器进一步包含第三构成电压增倍器，所述第三构成电压增倍器的所述输出阶段与所述第一构成电压增倍器及所述第二构成电压增倍器的所述输出阶段在时间上不重叠。
5.一种用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压的方法，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍，对于至少一个构成电压增倍器中的每一者，所述方法包含：
在所述构成电压增倍器的充电阶段期间，将第一电容器的第一端子及第二端子分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压；
在所述充电阶段期间，将第二电容器的第一端子及第二端子分别耦合到所述第一输入电压及所述第二输入电压；
在所述构成电压增倍器的输出阶段期间，将所述第一电容器的所述第一端子及所述第二端子分别耦合到所述第一输出电压及共模电压；及
在所述输出阶段期间，将所述第二电容器的所述第一端子及所述第二端子分别耦合到所述共模电压及所述第二输出电压。
6.根据权利要求5所述的方法，所述至少一个构成电压增倍器包含第一构成电压增倍器及第二构成电压增倍器，所述第一构成电压增倍器的所述输出阶段与所述第二构成电压增倍器的所述输出阶段不重叠。
7.根据权利要求6所述的方法，所述至少一个构成电压增倍器进一步包含第三构成电压增倍器，所述第三构成电压增倍器的所述输出阶段与所述第一电压增倍器及所述第二电压增倍器的所述输出阶段不重叠。
8.一种包含差动电压增倍器的设备，所述差动电压增倍器用于产生在第一输出电压与第二输出电压之间的差动输出电压，所述差动输出电压为在第一输入电压与第二输入电压之间的差动输入电压的两倍，所述电压增倍器包含至少一个构成电压增倍器，所述至少一个构成电压增倍器中的每一者包含：
第一电容器；
第二电容器；
用于在所述构成电压增倍器的充电阶段期间将所述第一电容器及所述第二电容器充电到所述差动输入电压的装置；及
用于在所述构成电压增倍器的输出阶段期间串联叠加所述第一电容器及所述第二电容器以产生所述差动输出电压的装置，所述差动输出电压具有预规定的共模电压。
9.根据权利要求8所述的设备，所述电压增倍器包含第一构成电压增倍器及第二构成电压增倍器，所述第一构成电压增倍器的所述输出阶段与所述第二构成电压增倍器的所述输出阶段在时间上不重叠。
10.根据权利要求9所述的设备，所述电压增倍器进一步包含第三构成电压增倍器，所述第三构成电压增倍器的所述输出阶段与所述第一构成电压增倍器及所述第二构成电压增倍器的所述输出阶段在时间上不重叠。
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