CN104734495A - 用于受控反馈电荷泵的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于受控反馈电荷泵的系统和方法。根据各种实施例，一种电路包括电荷泵和反馈电路。电荷泵电路包括第一输入、被配置为接收偏置信号的第二输入、以及被配置为基于第一和第二输入提供电荷泵信号的输出端子。反馈电路包括耦合到电荷泵的输出的第一输入、被配置为耦合到基准信号的第二输入、被配置为启用和禁用反馈电路的使能输入、以及耦合到电荷泵的第一输入的反馈输出。

Description

用于受控反馈电荷泵的系统和方法
技术领域
本发明总体涉及电子电路，并且，在具体实施例中，涉及用于受控反馈电荷泵的系统和方法。
背景技术
电荷泵是将电容器用作能量存储元件以创建较高电压或者较低电压的电压转换器。电荷泵的应用在电源和其它应用中广为传播。具体而言，电荷泵的具体应用包括生成微机电系统(MEMS)麦克风中的偏置电压。
总体而言，电荷泵使用某种形式的开关器件以控制电压到电容器的连接。例如，高电压可以按照两个步骤从低电压得出。在第一步骤中，电容器跨电源连接并且充电到电源电压。在第二步骤中，电路被重新配置，使得电容器与电源串联到负载。忽略泄漏效应，此示例方法高效率地将到负载的电源电压加倍(原始电源和电容器的总和)。可以通过将输出电容器用作滤波器平滑化高电压输出的脉冲性质。开关器件的控制通常由次级开关电路驱动。
在多个其它示例当中，电荷泵经常用于换能器。换能器将信号从一个域转换到其它域并且经常在传感器中使用。日常生活中见到的具有换能器的普通传感器是麦克风，一种将声波转换为电信号的传感器。使用微机械技术产生的特定的换能器系列称为MEMS换能器，例如，诸如MEMS麦克风。
很多MEMS换能器，并且具体而言，MEMS麦克风，经常使用电容性传感技术以便测量感兴趣的物理现象。在这种应用中，使用接口电路将电容传感器的电容改变转换为可使用的电压。在这种电容换能器系统中，换能器灵敏度可能与施加到换能器元件的偏置电压相关。在这种应用中，可以使用电荷泵将偏置电压施加到换能器元件。
发明内容
根据各种实施例，一种电路包括电荷泵和反馈电路。电荷泵电路包括第一输入、被配置为接收偏置信号的第二输入、以及被配置为基于第一输入和第二输入提供电荷泵信号的输出端子。反馈电路包括耦合到电荷泵的输出的第一输入、被配置为耦合到基准信号的第二输入、被配置为启用和禁用反馈电路的使能输入、以及耦合到电荷泵的第一输入的反馈输出。
附图说明
为了更完整地理解本发明，以及其优势，参照了结合附图的以下描述，其中：
图1示出了实施例电荷泵系统的框图；
图2示出了实施例电荷泵系统更详细的框图；
图3示出了具有电荷泵的实施例换能器系统的框图；
图4示出了另一实施例电荷泵系统的框图；
图5a至图5c示出了实施例电荷泵、实施例电荷泵级、以及实施例时钟生成器的电路图；
图6示出了操作中的实施例电荷泵的波形图；
图7示出了实施例MEMS麦克风系统的框图；
图8示出了备选实施例电荷泵系统的更具体的框图；
图9示出了另一实施例电荷泵系统的更具体的框图；以及
图10示出了实施例电荷泵系统的操作方法。
不同附图中的对应的标号和符号通常指代对应的部分，除非另外指示。画出附图以便清楚地说明实施例的相关方面并且不必须按比例画出。
具体实施方式
下文将详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应该领会的是，本文所描述的各种实施例可以在多种特定情境中应用。所讨论的特定实施例仅用于说明制作和使用各种实施例的特定方法，而不应该解释为受限的范围。
关于特定情境下的各种实施例进行描述电荷泵，更具体地，即用于将换能器和MEMS换能器偏压的电荷泵。本文描述的一些实施例包括电荷泵；换能器系统和麦克风系统中的电荷泵；以及用于换能器系统、MEMS换能器系统、以及MEMS麦克风的接口电路。在其它实施例中，各方面还可以应用于包含根据现有技术中已知的任何样式的任何类型的电荷泵和电子电路的其它应用。
根据具体地涉及用于换能器元件的电荷泵系统的一些实施例，例如电荷泵对诸如MEMS麦克风的换能器提供电压偏压。在这种实施例中，换能器的灵敏度与由电荷泵施加的电压偏压直接相关。为了控制换能器的灵敏度，可以使用反馈电路校准电荷泵的输出。此外，偏置电压可以从另一源施加于换能器。包括电压源变化、大信号以及冲击事件(shock event)的各种电路状况可能会破坏电压偏压以及施加于换能器的偏置电压两者并且更改灵敏度。因此，在一些实施例中，偏置电压被耦合到电荷泵，以便改进经由电荷泵施加于换能器的电压偏压的稳定性。在各种实施例中，在某些操作模式期间反馈回路可以被禁用。具体而言，一些换能器可以包括节能或者低功率应用。在这种实施例中，在稳定状态操作期间(即一旦电压泵输出接近稳定状态值)禁用反馈回路可以作用为减少能量消耗。
根据本文所述描述的实施例，电荷泵包括反馈电路并且由偏置电压信号和反馈电路控制。反馈电路被配置为将电荷泵的输出与基准电压信号比较并且在操作模式期间生成用于电荷泵的反馈信号。反馈电路可以在低功率模式期间由使能信号启用或者禁用。在一些实施例中，电荷泵被耦合到诸如MEMS麦克风之类的换能器，并且将偏置电压信号应用于电荷泵和换能器的换能元件两者。
图1示出了包括电荷泵102和反馈回路104的实施例电荷泵系统100。根据各种实施例，电荷泵102接收偏置电压信号VO以及来自反馈回路104的输入。反馈回路104可以接收三个输入信号：输出电压信号VCP、基准电压信号VREF以及使能信号EN。在各种实施例中，电荷泵102基于偏置电压信号VO和来自反馈回路104的输入生成输出电压信号VCP。反馈回路104可以将输出电压信号VCP与VREF比较并且基于比较生成用于电荷泵102的反馈信号。根据一些实施例，使能信号EN可以起到启用和禁用反馈回路104的作用。例如，使能信号EN可以由外部控制器生成，或者，在一些实施例中，使能信号EN可以在反馈回路104内生成，诸如在计数器内。
如将要在下文进一步讨论的那样，在一些特定实施例中，偏置电压信号VO和输出信号VCP的组合等于施加于MEMS麦克风的偏压电压。在一些实施例中，MEMS麦克风的灵敏度与所施加的此偏压电压直接相关。在各种实施例中，向电荷泵102和MEMS麦克风两者提供偏置电压信号VO将引起施加的偏压电压，并且从而引起灵敏度更少地受到偏置电压信号VO的变化的影响。
图2示出了实施例电荷泵系统200的更详细的框图，该电荷泵系统200包括具有电荷泵级202a-202N的电荷泵202以及具有除法器块212、运算放大器214、计数器216以及数模转换器(DAC)218的反馈回路。在其它实施例中，反馈回路可以由其它部件实施，诸如具有比较器的比例-积分-微分(PID)控制电路的另一实施方式。根据各种实施例，电荷泵级202a接收偏置电压VO而电荷泵级202a-202N接收DAC 218的输出。电荷泵级202a-202N的组合输出产生输出电压VCP。反馈元件通过使DAC218的输出偏移来调整输出电压VCP。除法器块212对输出电压VCP进行除法而运算放大器214将输出电压VCP与基准电压VREF进行比较。计数器216响应于运算放大器214的输出以分立步骤递增或者递减，并且DAC 218将数字计数器值转换为用于电荷泵级202a-202N的模拟反馈信号。反馈保持输出电压VCP大约等于VO+N*VREF。电荷泵202可以是任何类型的电荷泵，但是被描绘为具有N个电荷泵级202a-202N的多级电荷泵。如图所示，输出电压信号VCP被馈入除法器块212。输出电压信号VCP还可以称为电荷泵信号VCP。在实施例中，除法器模块212将输出电压信号VCP除以第一值。在特定示例中，第一值等于电荷泵202中级的数目N。
在用输出电压VCP除以第一值之后，该结果可以通过运算放大器与基准电压VREF进行比较，其中运算放大器可以实施为比较器。比较的结果可以被馈入计数器216，计数器216可以基于接收的比较信号将该输出递增或者递减。计数器216的输出可以是数字值，该数字值可以被馈入至DAC 218并且被转换为用于输入至电荷泵级202a-202N的模拟值。
在所示的实施例中，每个电荷泵级202a-202N从反馈回路中的DAC 218接收输入。电荷泵级202a-202N可以实施为任何类型的电荷泵级。如图所示，电荷泵级202a-202N仅是加法的。在稳定状态操作中，或者一旦反馈回路稳定时，DAC 218的输出可以接近基准电压VREF。在这种实施例中，电荷泵级的输出，即输出电压VCP，可以由表达式VCP＝VO+N·VREF给出。在其它实施例中，电荷泵202和电荷泵级202a-202N可以被设计为输出根据现有技术中已知的各种其它表达式的任何电压信号。电荷泵级202a-202N的更具体的实施例将在下文中参照其它图描述。
根据各种实施例，使能信号EN启用和禁用反馈回路。如所示，使能信号EN可以启用或者禁用运算放大器214和计数器216。在一些实施例中，使能信号EN使电源与运算放大器214和计数器216连接或断开连接。在其它实施例中，使能信号EN禁用计数器216中诸如开关之类的操作。使能信号EN可以耦合到反馈回路的任何部分并且起到启用和禁用反馈回路的作用。此外，示出的反馈回路仅是众多可能的示例实施例中的一个示例，因此可以实施任何类型的反馈回路并且使能信号EN起到启用和禁用所使用的任何类型的反馈电路的作用。在某些实施例中，禁用反馈回路可以保存能量。
如图2所示，使能信号EN可以作为控制信号产生于诸如外部控制器之类的另一电路或者块。在其它实施例中，使能信号EN可以产生于反馈回路内。在一个实施例中，使能信号EN如虚线所指示那样产生于计数器216。
图3示出了包括电荷泵302、MEMS麦克风306以及放大器308的实施例换能器系统300。根据各种实施例，电荷泵302接收电压基准信号VREF、偏置电压信号VO以及使能信号EN。这些输入信号和电荷泵302可以根据本文所描述的任何实施例以及参照任何其它图起作用。电荷泵302可以向MEMS麦克风306提供电荷泵信号VCP。在一些实施例中，电荷泵302通过电阻器302和电容器314耦合到MEMS麦克风306，电阻器302和电容器314提供一些对电荷泵信号VCP的滤波。
如所示，MEMS麦克风306包括可转向膜307a以及刚性的背板307b。膜307a和背板307b可以如所示那样连接或者可以翻转并且以相反的方式连接。在各种实施例中，跨MEMS麦克风306施加偏压电压VBIAS。变压电压VBIAS设定MEMS麦克风306的灵敏度，并且在一些实施例中，灵敏度直接与偏压电压VBIAS成比例。在示出的实施例中，偏压电压由VBIAS＝VCP–VO′给出。在一些实施例中，在一些操作模式期间，很小的电流流入或者流出MEMS麦克风306。如此，经过电阻器316的电流很小或者接近零，使得VO′≈VO。例如，在这种实施例中，电流流经MEMS麦克风306的有效电阻可以是约100GΩ。如图所示，放大器308也耦合到MEMS麦克风306和电阻器316。放大器308可以提供输出电压VOUT并且可以具有增益A，诸如单位增益或者任何其它增益值。
在所示的实施例中，偏置电压信号VO和电荷泵信号VCP如上文所述那样设定偏压电压VBIAS。如所示，偏置电压信号VO也耦合到电荷泵302。在一些实施例中，并且如上文所述那样参照电荷泵202，电荷泵302产生与偏置电压信号VO相关的电荷泵信号VCP。在一个实施例中，电荷泵302产生由表达式VCP＝VO+N·VREF(或者其近似)给出的输出。在这种实施例中，偏置电压的表达式可以通过将VCP的表达式代入VBIAS的表达式来确定，得到表达式VBIAS＝VO+N·VREF-VO′(≈VO)＝N·VREF。因此，在各种实施例中，向电荷泵302和MEMS麦克风306两者提供偏置电压信号VO引起所施加的偏压电压VBIAS，并且因此使得灵敏度对偏置电压信号VO不灵敏或者没那么灵敏。
例如，在一些实施例中，对于不同的应用可以对偏置电压VO进行修正(trim)或者更改。在各种实施例中，偏置电压VO在1.6V和3.6V范围内。在备选实施例中，偏置电压VO可以在此范围之外。在一些实施例中，偏置电压VO对放大器308进行偏压。对放大器308进行偏压可以依靠电源电压并且可以被控制以便优化用于放大器308的输入信号摆动的范围。例如，更高的电源电压可以对应于更高的偏置电压VO以及更大的电压摆动，然而更低的电源电压可以对应于更低的偏置电压VO以及更小的电压摆动。因此，在各种实施例中，设定偏置电压VO以便优化输入信号摆动的范围。在这种实施例中，当偏置电压VO被更改时，偏压电压VBIAS保持常数，因为偏置电压VO被供应到放大器308的输入以及电荷泵302的输入两者。因此，偏压电压VBIAS等于N·VREF并且如上文解释的那样对偏置电压VO的改变不灵敏。
图4示出了包括电荷泵402、反馈块404以及时钟生成器410的另一实施例电荷泵系统400的框图。根据各种实施例，电荷泵402在输出处提供偏压电压或者电荷泵信号VCP。在一些实施例中，电荷泵402将电荷泵信号VCP供应到换能器406，该换能器406可以是，例如，MEMS麦克风。在备选实施例中，电荷泵信号VCP连接到除换能器之外的任何器件或者电路。如所示，电荷泵402从控制总线和偏置电压信号VO接收控制输入。在各种实施例中，控制输入确定电荷泵信号VCP，该电荷泵信号可以影响施加到换能器406的偏压电压。
类似于上文所描述的实施例，也可以将电荷泵信号VCP供应到反馈模块404，该反馈模块404可以类似于上文中参照图1到图3所描述的反馈回路。在一些实施例中，将滤波器412插入在电荷泵402和反馈块404之间。滤波器412可以包括电阻性或者电容性部件。在一些实施例中，滤波器412还包括电感性和/或有源部件。在特定实施例中，滤波器412可以是低通滤波器(LPF)或者高通滤波器(HPF)。还可以将滤波器412放置在电荷泵402和换能器406之间。在其它实施例中，可以省略滤波器412。
在各种实施例中，反馈块404接收电荷泵信号VCP并且以泵升电压VPUMP的形式生成反馈信号。反馈块404可以基于电荷泵信号VCP以及电压基准信号VREF生成泵升电压VPUMP。在一些实施例中，电压基准信号VREF可以是目标电压并且在实际电荷泵信号VCP和目标电压VREF之间的差使得VPUMP在幅值上变化。如上文所述，使能信号EN可以起到启用或者禁用反馈模块404的作用并且可以关于反馈块404内部生成或者外部生成。
如所示，时钟生成器410接收泵升电压VPUMP以及时钟信号CLK和时钟使能信号EN_CLK。时钟信号CLK可以是系统时钟并且EN_CLK可以起到启用或者禁用时钟生成器410的作用。根据各种实施例，时钟生成器410生成控制总线上用于控制电荷泵402的开关信号。总体上，开关信号可以操作以施加电源电压、交替极性、以及向电荷泵402中的泵电容器再施加电源电压。在各种实施例中，施加到泵电容器的电源电压的电平，并且因此产生的电荷泵信号VCP由泵升电压VPUMP控制。因此，反馈块404可以操作用于控制泵升电压VPUMP以便升高或者降低施加到泵电容器的电源电压并且因此升高或者降低电荷泵402的输出电压，即电荷泵信号VCP。
图5a到图5c示出了实施例电荷泵502、实施例电荷泵级520、以及实施例时钟生成器510的电路图，该时钟生成器510可以用于实施之前图中的任何电荷泵，诸如，例如，图1中的电荷泵102，以及再例如图4中所示的电荷泵402和时钟生成器410。图5a示出了用于提供大约2V和大约18V之间的升压电压的电荷泵502的顶层原理图。备选地，取决于具体应用，此范围之外的电压也是可能的。在特定实施例中，电荷泵502用于对MEMS麦克风和/或电容传感器进行偏压。如所示，时钟生成器510接收泵升电压VPUMP以及时钟信号CLK和时钟使能信号EN_CLK。
在实施例中，使用迪克森(Dickson)电荷泵结构提供升压输出电压VCP。电荷泵502由耦合到电荷泵级502a、502b、502c、502d、以及502N的泵电容器540、542、544、546以及548形成。在一个实施例中，使用九个功能(functional)二极管块。备选地，取决于要求的升压电压，可以使用任何数目的功能二极管模块。在实施例中，偏置电压信号VO被馈入第一电荷泵级502a。在一些实施例中，偏置电压信号VO可以在馈入第一级之前由放大器(未示出)缓冲。时钟生成器510提供控制信号，该控制信号包括第一泵升电压VP_a、第二泵升电压VP_b、以及驱动泵电容器540、542、544、546以及548和电荷泵级502a、502b、502c、502d、以及502N的开关信号Q1、Q1N、Q2和Q2N。最末电荷泵级502N的输出耦合到输出电荷泵信号VCP。
图5b示出了可以用于实施电荷泵级502a-502N中的任何电荷泵级的实施例电荷泵级520。如所示，电荷泵级520可以具有PMOS器件522、524以及526和输入耦合电容器528和530。PMOS器件522是传输晶体管，该传输晶体管将电荷泵级520的输入IN耦合到电荷泵级520的输出OUT。交叉耦合的晶体管524和526以及输入耦合电容器528和530提供升压时钟，该升压时钟在电荷泵级处于非导通状态期间的时间处关断晶体管522。通过使用电路520，避免了由于晶体管522的阈值电压的低效率。在备选实施例中，pn结晶体管、二极管连接的晶体管、或者其它适合的器件可以用于替代电荷泵级520。
图5c示出了实施例时钟生成器510的示意图，该时钟生成器可以是时钟生成器410或者本文所讨论的任何其它时钟生成器的实施方式，例如，并且该时钟生成器提供用于图5a中的泵电容器540、542、544、546以及548和电荷泵级502a-502N的相控时钟(phased clock)。根据各种实施例，时钟生成器510接收泵升电压VPUMP以及时钟信号CLK和时钟使能信号EN_CLK作为输入。例如，时钟信号CLK可以是高速系统时钟，并且时钟使能信号EN_CLK可以起到启用和禁用用于控制总线(诸如，图4所示的控制总线)的输出控制信号的作用。在示出的实施例中，时钟生成器510包括耦合在一起以便起到时钟分频器作用的D型触发电路(D-FF)550a到550f。也就是说，D-FF 550a-550f起到将时钟信号CLK下分为其它频率以便用作输出上的开关控制信号。在各种实施例中，输出包括上文所述的第一泵升电压VP_a，第二泵升电压VP_b、以及开关信号Q1、Q1N、Q2以及Q2N。如所示，包括AND门、NAND门、以及缓冲器的逻辑门起到将时钟分频器D-FF 550a-500f连接到输出信号的作用。泵升电压VPUMP耦合到电平位移器532和534以便将第一泵升电压VP_a和第二泵升电压VP_b的电平改变到等于泵升电压VPUMP。第一泵升电压VP_a和第二泵升电压VP_b耦合到泵电容器540、542、544、546以及548，并且因此控制电荷泵502的输出电平。
图5a到图5c示出了一个实施例电荷泵、电荷泵级以及时钟生成器；然而，可以使用其它类型的电荷泵、电荷泵级和/或时钟生成器以便实施本文所描述的任何实施例或者其任何组合。
图6示出了操作中的实施例电荷泵的波形图600。下面的图描绘了输出电压信号VCP，诸如参照其它图所描述的电荷泵信号VCP。上边的图描绘了具有电压控制信号VCTRL和基准电压VREF的反馈波形。例如，在一些实施例中，电压控制信号VCTRL可以是诸如图2中的计数器216的输出之类的数字控制信号。基准电压信号VREF可以是目标电压或者参照其它图所描述的基准电压VREF。如所示，当输出电压信号VCP未在稳定状态值处时(该稳定状态值可以等于或者近似等于基准电压信号VREF)，电压控制信号VCTRL可以朝着基准电压信号VREF以分立步骤变化。在电压控制信号VCTRL和输出电压信号VCP超越由基准电压信号VREF示出的稳定状态信号处示出了过冲。在示出的实施例中，电压控制信号VCTRL在基准电压VREF上方稳定。在其它实施例中，电压控制信号VCTRL可以在基准电压VREF处或者低于VREF处稳定。在示出的实施例中，在大约1毫秒内达到稳定状态。在其它实施例中，可以比1毫秒更快或者更慢地达到稳定状态。根据各种实施例，一旦达到稳定状态，生成电压控制信号VCTRL的反馈回路(诸如本文所描述的任何反馈回路)可以关闭以节省能量。然后可以响应于某个输出状况或者在一个设定的时间段之后再次开启反馈回路。因此，可以在操作期间无限期地执行启用反馈回路和禁用反馈回路的重复循环。
图7示出了包括MEMS麦克风706和接口电路760的实施例MEMS麦克风系统的框图。如之前在其它图中所描述的那样，MEMS麦克风706可以包括刚性背板707b和可转向膜707a。可转向膜707a上的入射声波可以使得膜转向，改变膜707a从707b分离的距离，并且，由于电容的对应改变，在第一端子764和第二端子766上生成电压或者电流信号。在本文所描述的实施例的范围内，也可以实施具有其它类型换能器的类似配置。
根据各种实施例，偏置电压VO经过电阻器716供应到放大器708的输出以及第一端子764。在一些实施例中，偏置电压VO可以由低压差线性稳压器(LDO)762a供应。在其它实施例中，偏置电压VO从缩放带隙电压基准电路762b得出。在这种实施例中，带隙电压基准电路可以实施为现有技术中已知的任何类型的带隙电压基准电路。各种实施例可以或者包括LDO 762a或者包括带隙基准762b。电荷泵702可以耦合到第二端子766。在这种实施例中，施加到MEMS麦克风的偏置电压取决于电荷泵702和偏置电压VO。电荷泵702可以接收基准电压VREF。电荷泵702的操作可以类似于本文所描述的任何其它电荷泵并且还可以包括参照其它图描述的任何其它输入。例如，电荷泵702可以被耦合以便接收偏置电压VO，和/或可以被耦合以便测量第一端子764上的电压。电荷泵702还可以包括使能信号(未示出)。在各种实施例中，接口电路760可以被实施为分立部件或者集成电路(IC)。接口电路760和MEMS麦克风706可以被设置在相同半导体裸片上或者形成在单独的半导体裸片上并且耦合在一起。在一些实施例中，MEMS麦克风706和接口电路760附接到相同印刷电路板(PCB)并且封闭在相同封装中。
图8示出了包括类似于参照图2描述的部件的备选实施例电荷泵系统800的更详细框图。电荷泵系统800中部件和电路的操作类似于图2中的电荷泵系统200的操作，除了第一电荷泵级802a不接收偏置电压信号VO。取而代之，第一电荷泵级802a接收DAC 818的输出作为电压输入。根据各种实施例，电荷泵800的操作如上文所述，其中用DAC 818的输出替代了偏置电压信号VO。
图9示出了类似于图2中的电荷泵200，具有增加的时钟生成器910细节的另一示例电荷泵系统900的更详细框图。根据各种实施例，时钟生成器910如参照图5c所描述的那样起作用并且结合如参照图5a和图5b所描述的那样的电荷泵级902a-902N操作。在一些实施例中，时钟生成器910接收来自DAC 918的反馈信号并且生成用于电荷泵级902a-902N的开关信号和电平。基于开关信号和电平，电荷泵级902a到902N输出更高或者更低的电压。取决于用于实施本文所描述实施例的电荷泵902的类型，在一些实施例中可以省略时钟生成器910。根据各种实施例，电荷泵900中的所有部件以本文中参照其它图(诸如，例如，图2和图4)类似描述的方式起作用。如此，本文所作出的任何描述可以应用于图9中的部件。
图10示出了实施例电荷泵系统的操作方法1000，该操作方法包括步骤1002、1004、1006以及1008。根据各种实施例，步骤1002包括向电荷泵提供偏置电压信号VO。步骤1004可以包括向反馈回路提供基准电压信号VREF。基于步骤1002和1004中所提供的信号，步骤1006可以包括用反馈电路调整电荷泵。在这种实施例中，可以使用偏置电压信号VO和基准电压信号VREF两者来确定电荷泵的输出。在一些实施例中，反馈回路和电荷泵两者作为受控系统作用以便基于反馈信号调整电荷泵输出。接着步骤1006，步骤1008可以包括禁用反馈回路。在一些实施例中，一旦达到电荷泵的稳定状态操作，可以禁用反馈电路。稳定状态可以指代在某个容差内的电荷泵稳定性。在各种实施例中，可以禁用反馈回路以便减少功率消耗。此外，可以在某个时间之后或者响应于电路和/或负载状况，再启用反馈回路。在一个实施例中，如果电荷泵输出漂移或者改变超过某个容差，则反馈回路被再启用。在各种实施例中，在控制模式期间启用反馈回路而在滑移(glide)模式期间禁用反馈回路，这些模式可以分别称为第一模式和第二模式。
根据各种实施例，电路包括电荷泵，该电荷泵包括第一输入、被配置为接收偏置信号的第二输入、以及被配置为基于第一输入和第二输入提供电荷泵信号的输出端子。该电路还包括反馈电路，该反馈电路包括耦合到电荷泵输出的第一输入、被配置为耦合到基准信号的第二输入、被配置为启用和禁用反馈电路的使能输入、以及耦合到电荷泵第一输入的反馈输出。
在各种实施例中，偏置信号基于第一端子处的信号。电荷泵和反馈电路被配置为保持输出端子和第一端子之间基本上恒定的电压。电路还包括具有耦合到第一端子的输入的放大器。电路可以包括耦合在第一端子和输出端子之间的第一电路。在一些实施例中，该第一电路包括换能器。该换能器可以是微机电系统(MEMS)换能器。
在各种实施例中，反馈电路还包括比较器，该比较器耦合到反馈电路的第一输入和第二输入并且被配置为确定电荷泵的输出端子出的信号和基准信号之间的差。反馈电路还可以包括计数器，该计数器被配置为基于由比较器确定的差来递增或者递减反馈输出。在这种实施例中，比较器和计数器两者耦合到使能输入。反馈电路还可以包括数模转换器(DAC)，该数模转换器耦合到计数器并且被配置为提供反馈输出，并且反馈电路可以包括除法器，该除法器耦合在反馈电路的第一输出和比较器之间并且被配置为将电荷泵的输出端子处的信号除以数值N。
在各种实施例中，电荷泵包括多个级。在这种实施例中，多个级中的第一级耦合到第一输入，多个级中的最末级耦合到输出端子，并且多个级的每个级耦合到计数器。电荷泵可以被配置为耦合到微机电系统(MEMS)换能器。使能输入可以包括被配置为接收使能信号的使能电路，并且可以操作用于启用和禁用反馈电路。在一些实施例中，使能信号生成于反馈电路内。该电路还可以包括被配置为接收使能信号的使能输入端子。
根据各种实施例，电荷泵包括被配置为接收偏置信号的第一输入端子、被配置为接收基准信号的第二输入端子、被配置为接收电荷泵信号的输出端子、耦合到输出端子和第二输入端子并且被配置为接收控制信号的比较器、耦合到比较器并且配置为接收控制信号的计数器、以及耦合到第一输入端子、计数器、以及输出端子的电荷泵级。
在各种实施例中，电荷泵还包括耦合在计数器和电荷泵级之间的数模转换器(DAC)。电荷泵可以包括多个级，其中多个级中的第一级耦合到第一输入端子、多个级中的最末级耦合到输出端子，并且多个级中的每个级耦合到计数器。电荷泵还可以包括耦合在输出端子和比较器之间的除法器。这种除法器被配置为将输出除以数值N。
在各种实施例中，计数器被配置为提供控制信号。电荷泵还可以包括被配置为接收控制信号的第三输入端子。控制信号可以操作用于禁用和启用比较器和计数器。电荷泵可以被配置为耦合到换能器。在这种实施例中，换能器包括微机电系统(MEMS)麦克风。
根据各种实施例，操作电子电路的方法包括：向电荷泵的输入提供偏置电压；向用于电荷泵的反馈电路提供基准电压；在第一操作模式期间，用反馈电路调整电荷泵的输出；以及在第二操作模式期间，禁用反馈电路。在这种实施例中，偏置电压与换能器元件的电气状态相关。
在各种实施例中，方法还包括向换能器元件的偏压端子提供电荷泵的输出。在这种实施例中，偏置电压与换能器的第一端子处的电压相关，并且调整电荷泵的输出包括保持换能器的偏压端子和换能器的第一端子之间的电压基本上恒定。
在各种实施例中，用反馈电路调整电荷泵的输出包括将基准电压与电荷泵的输出比较以及增加或者减少反馈信号的幅值。在这种实施例中，增加或者减少取决于比较。增加或者减少反馈信号的幅值可以使用计数器执行。用反馈电路校准电荷泵的输出还可以包括将反馈信号从计数器输出处的数字反馈信号转换为施加于电荷泵的模拟反馈信号。用反馈电路调整电荷泵的输出还可以包括在将电荷泵的输出与基准电压对比之前，将该电荷泵的输出除以第一值。在一些实施例中，禁用反馈电路取决于控制信号。在这种实施例中，计数器生成控制信号。
根据各种实施例，电子系统包括被配置为耦合到换能器的第一端子的电荷泵以及被配置为耦合到换能器的第二端子的放大器。电荷泵包括多个电荷泵级以及耦合到多个电荷泵级的最末级的输出以及多个电荷泵级的每个级的反馈电路。在这种实施例中，多个电荷泵级的第一级被配置为接收偏置信号，并且反馈电路被配置为接收控制信号和基准信号。此外，偏置电压被配置为耦合到换能器的第二端子。
在各种实施例中，控制信号可以操作用于启用和禁用反馈电路。反馈电路包括串联耦合的除法器块、比较器、计数器、以及数模转换器(DAC)。控制信号可以在计数器中生成。偏置信号可以由电压参考电路生成。在一些实施例中，偏置信号通过低压差线性稳压器(LDO)生成。在其它实施例中，偏置电压通过缩放带隙电压参考电路生成。电子系统还可以包括换能器，并且换能器可以包括微机电系统(MEMS)麦克风。在其它实施例中，电荷泵被配置为当偏置信号改变时保持换能器的第一端子和换能器的第一端子之间的电压基本上恒定。
本文所描述的各种实施例的优势可以包括改进的换能器灵敏度和稳定性、更低的电压供应变化的灵敏度、更低的能量消耗、独立于MEMS偏置电压选择的偏置电压(VO)、以及容易更改而无MEMS偏置电压变化的输入偏置电压VO。例如，当ASIC被适配到不同电源电压时，或者当调整输入电平以便在高声压等级(SPL)应用中允许更多信号余量(headroom)时，在修正偏置电压的情形下，可以呈现这种优势。
虽然已经参照说明性实施例描述了本发明，但是本描述并不旨在解释为限制意义。说明性实施例以及本发明的其它实施例的各种更改和组合，在参照了本描述之后，对于本领域技术人员将会是显而易见的。因此，所旨在的是，所附权利要求包括任何这种更改或者实施例。

Claims (27)

1.一种电路包括：
电荷泵，包括：
第一输入，
第二输入，被配置为接收偏置信号，以及
输出端子，被配置为基于所述第一输入和所述第二输入提供电荷泵信号；以及
反馈电路，包括：
第一输入，耦合到所述电荷泵的所述输出，
第二输入，被配置为耦合到基准信号，
使能输入，被配置为启用和禁用所述反馈电路，以及
反馈输出，耦合到所述电荷泵的所述第一输入。
2.根据权利要求1所述的电路，其中所述偏置信号基于第一端子处的信号。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述电荷泵和所述反馈电路被配置为在所述输出端子和所述第一端子之间保持基本上恒定的电压。
4.根据权利要求2所述的电路，还包括具有耦合到所述第一端子的输入的放大器。
5.根据权利要求4所述的电路，还包括耦合在所述第一端子和所述输出端子之间的第一电路。
6.根据权利要求5所述的电路，其中所述第一电路包括换能器。
7.根据权利要求6所述的电路，其中所述换能器包括微机电系统(MEMS)换能器。
8.根据权利要求1所述的电路，其中所述反馈电路还包括：
比较器，耦合到所述反馈电路的所述第一输入和所述第二输入并且被配置为确定所述电荷泵的所述输出端子处的信号和所述基准信号之间的差；以及
计数器，被配置为基于由所述比较器确定的所述差递增或者递减所述反馈输出，其中所述比较器和所述计数器两者耦合到所述使能输入。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述反馈电路还包括：
数模转换器(DAC)，耦合到所述计数器并且被配置为提供所述反馈输出；以及
除法器，耦合在所述反馈电路的所述第一输入和所述比较器之间并且被配置为将所述电荷泵的所述输出端子处的所述信号除以数值N。
10.根据权利要求8所述的电路，其中所述电荷泵包括多个级，其中所述多个级的第一级耦合到所述第一输入，所述多个级的最后级耦合到所述输出端子，并且多个级中的每个级耦合到所述计数器。
11.根据权利要求1所述的电路，其中所述使能输入包括使能信号电路，所述使能信号电路被配置为接收使能信号并且可操作用于启用和禁用所述反馈电路。
12.根据权利要求11所述的电路，其中所述使能信号从所述反馈电路内生成。
13.根据权利要求11所述的电路，包括被配置为接收所述使能信号的使能输入端子。
14.一种操作电子电路的方法，所述方法包括：
向电荷泵的输入提供偏置电压，其中所述偏置电压与换能器元件的电气状态相关；
向用于所述电荷泵的反馈电路提供基准电压；
在第一操作模式期间，用所述反馈电路调整所述电荷泵的输出；以及
在第二操作模式期间禁用所述反馈电路。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括向所述换能器元件的偏压端子提供所述电荷泵的所述输出。
16.根据权利要求15所述的方法，其中
所述偏置电压与所述换能器的第一端子处的电压相关；并且
调整所述电荷泵的所述输出包括在所述换能器的所述偏压端子和所述换能器的所述第一端子之间保持基本上恒定的电压。
17.根据权利要求14所述的方法，其中用所述反馈电路调整所述电荷泵的输出包括：
将所述基准电压与所述电荷泵的所述输出进行比较；以及
增加或者减少反馈信号的幅值，其中增加或者减少取决于所述比较。
18.根据权利要求17所述的方法，其中使用计时器执行增加或者减少所述反馈信号的所述幅值。
19.根据权利要求18所述的方法，其中用所述反馈电路调整所述电荷泵的输出还包括将所述反馈信号从所述计时器的输出处的数字反馈信号转换为施加于所述电荷泵的模拟反馈信号。
20.根据权利要求17所述的方法，其中禁用所述反馈电路取决于控制信号。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括在计时器处生成所述控制信号。
22.一种电子系统包括：
电荷泵，被配置为耦合到换能器的第一端子，所述电荷泵包括：
多个电荷泵级，其中所述多个电荷泵级的第一级被配置为接收偏置信号，以及
反馈电路，耦合到所述多个电荷泵级的最末级以及所述多个电荷泵级的每个级，其中所述反馈电路被配置为接收控制信号和基准信号；以及
放大器，被配置为耦合到所述换能器的第二端子，其中所述偏置信号还被配置为耦合到所述换能器的所述第二端子。
23.根据权利要求22所述的电子系统，其中所述控制信号可操作用于启用和禁用所述反馈电路。
24.根据权利要求23所述的电子系统，其中所述反馈电路包括串联耦合的除法器块、比较器、计数器以及数模转换器(DAC)。
25.根据权利要求23所述的电子系统，其中所述偏置信号由电压基准电路生成。
26.根据权利要求22所述的电子系统，还包括所述换能器，其中所述换能器包括微机电系统(MEMS)麦克风。
27.根据权利要求22所述的电子系统，其中所述电荷泵被配置为当所述偏置信号改变时，在所述换能器的所述第一端子和所述换能器的所述第二端子之间保持基本上恒定的电压。
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