CN105896959A - 交错的双输出电荷泵 - Google Patents

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CN105896959A CN201510633447.7A CN201510633447A CN105896959A CN 105896959 A CN105896959 A CN 105896959A CN 201510633447 A CN201510633447 A CN 201510633447A CN 105896959 A CN105896959 A CN 105896959A
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Abstract

根据一些实施方式，一种电荷泵包括：升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容。在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路包括输入节点和升压电压的输出节点，并且所述降压电荷泵电路包括所述输入节点和分压电压的输出节点。在一些实施方式中，所述升压电压包括2xVin，并且所述分压电压包括Vin/2，Vin是所述输入节点处的输入电压。在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。

Description

交错的双输出电荷泵
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月15日提交的发明名称为“INTERLEAVED DUALOUTPUT CHARGE PUMP(交错的双输出电荷泵)”的美国临时申请第62/116,457号、和2015年9月22日提交的发明名称为“INTERLEAVED DUALOUTPUT CHARGE PUMP(交错的双输出电荷泵)”的美国申请第14/861,058号的优先权，特此通过引用而将其每一个的公开内容明确地全部合并于此。
本申请涉及2015年2月15日提交的、发明名称为“DEVICES ANDMETHODS RELATED TO MULTI-MODE POWER MANAGEMENT(与多模式功率管理相关的器件和方法)”的美国临时申请第62/116,458号，特此通过引用而将其公开内容明确地全部合并于此。
技术领域
本申请涉及射频(RF)应用中的电压供电(voltage supply)系统。
背景技术
诸如无线装置之类的便携式装置中的许多电路需要或利用DC/DC功率转换来有效地利用有限的电池供电资源(battery supply resource)。经常，需要或期望超过电池电压的电压，而在其它情况下，利用显著小于电池电压的电压。
传统上，可以利用并联供电电路来输送多个电源输出。然而，这种并联供电电路典型地导致增加的晶片(die)面积、增加的输入/输出(I/O)复杂度、和/或增加的材料清单(BOM)成本。可以利用电荷泵设计来输送升压(boost)和降压(buck)输出电压。传统上，在这种设计中利用独立的电路，每个电路具有其自身的无源部件，导致了I/O和BOM内容的重复。
发明内容
根据多种实施方式，本申请涉及一种电荷泵包括：升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路包括输入节点和升压电压(boosted-voltage)的输出节点。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路包括所述输入节点和分压电压(divided-voltage)的输出节点。
在一些实施方式中，所述升压电压包括2xVin，并且所述分压电压包括Vin/2，Vin是所述输入节点处的输入电压。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关(S1)和第二开关(S2)，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关(S3)，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关(S4)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关(S5)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关(S6)，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
在一些实施方式中，所述开关S1、S2、S3、S4、S5和S6被配置为操作在四个阶段中，以产生所述2xVin输出和所述Vin/2输出。
在一些实施方式中，所述第一阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，所述第二阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6，所述第三阶段包括闭合S1和S3以及断开S2和S4到S6，并且所述第四阶段包括闭合S2和S4以及断开S1、S3、S5和S6。
在一些实施方式中，所述第一阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，所述第二阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6，所述第三阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，并且所述第四阶段包括闭合S2和S4以及断开S1、S3、S5和S6。在一些实施方式中，所述第三阶段包括对所述飞跨电容的部分充电，用于改善电荷储备。
在一些实施方式中，所述第一阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，所述第二阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6，所述第三阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，并且所述第四阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6。在一些实施方式中，所述第四阶段包括对所述飞跨电容的缩短充电，以限制滞后反馈回路中的纹波效应。
在一些实施方式中，本申请涉及一种电压供电系统，包括：升压转换器，被配置为基于电池电压来生成升压电压。所述电压供电系统还包括：电荷泵，具有升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容，所述电荷泵被配置为生成具有幅度2xVbatt和Vbatt/2的输出电压。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路包括输入节点和升压电压的输出节点。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路包括所述输入节点和分压电压的输出节点。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关(S1)和第二开关(S2)，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关(S3)，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关(S4)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关(S5)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关(S6)，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
在一些实施方式中，所述开关S1、S2、S3、S4、S5和S6被配置为操作在四个阶段中，以产生所述2xVbatt输出和所述Vbatt/2输出。
在一些实施方式中，本申请涉及一种射频(RF)模块，包括封装衬底，被配置为容纳多个部件。所述RF模块还包括：功率放大系统，实现在所述封装衬底上，所述功率放大系统包括电压供电系统，所述电压供电系统包括：电荷泵，具有升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容，所述电荷泵被配置为生成具有幅度2xVbatt和Vbatt/2的输出电压，所述数量Vbatt是电池电压。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路包括输入节点和升压电压的输出节点。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路包括所述输入节点和分压电压的输出节点。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关(S1)和第二开关(S2)，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关(S3)，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关(S4)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关(S5)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关(S6)，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
在一些实施方式中，所述开关S1、S2、S3、S4、S5和S6被配置为操作在四个阶段中，以产生所述2xVbatt输出和所述Vbatt/2输出。
根据一些教导，本申请涉及一种射频(RF)装置，包括：收发机，用于生成射频(RF)信号。所述RF装置包括前端模块(FEM)，与所述收发机进行通信，所述FEM包括：功率放大系统，被配置为放大所述RF信号，所述功率放大器系统包括电压供电系统，所述电压供电系统包括：电荷泵，具有升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容，所述电荷泵被配置为生成具有幅度2xVbatt和Vbatt/2的输出电压，所述数量Vbatt是电池电压。所述RF装置还包括：天线，与所述FEM进行通信，所述天线被配置为发射放大后的RF信号。
在一些实施方式中，所述RF装置包括无线装置。在一些实施方式中，所述无线装置是蜂窝电话。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路包括输入节点和升压电压的输出节点。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路包括所述输入节点和分压电压的输出节点。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。在一些实施方式中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
在一些实施方式中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关(S1)和第二开关(S2)，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关(S3)，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关(S4)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关(S5)，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关(S6)，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
在一些实施方式中，所述开关S1、S2、S3、S4、S5和S6被配置为操作在四个阶段中，以产生所述2xVbatt输出和所述Vbatt/2输出。
出于概述本公开的目的，已经在这里描述了本发明的某些方面、优点和新颖特征。应当理解，根据本发明的任何具体实施例，不一定要实现所有这些优点。因而，可以按照实现或优化如在这里教导的一个优点或一组优点的方式来实施或实现本发明，而不需要实现如在这里可以教导或建议的其它优点。
附图说明
为了能够更加详细地理解本申请，可以通过参考各种实施方式的特征来进行更加具体的描述，在附图中图示了所述各种实施方式中的一些实施方式。然而，附图仅仅图示了本申请的更加相关的特征，并因此，不应该被认为是限制性的，这是因为该描述可以导向其它有效特征。
图1是根据一些实施方式的电压供电系统的框图。
图2示出了根据一些实施方式的图1中的电压供电系统的示例应用。
图3A示出了根据一些实施方式的电荷泵倍压器(doubler)电路的示意图。
图3B示出了根据一些实施方式的电荷泵分压器(divider)电路的示意图。
图4是根据一些实施方式的双输出电荷泵电路的示意图。
图5A-5D示出了根据一些实施方式的图4中的双输出电荷泵电路的四个操作阶段的序列。
图6示出了根据一些实施方式的在两个周期的四个操作阶段上图4中的双输出电荷泵电路的飞跨电容器(flying capacitor)中的电荷水平。
图7示出了根据一些实施方式的在两个周期的四个操作阶段上图4中的双输出电荷泵电路的飞跨电容器中的电荷损失水平上的减少。
图8示出了根据一些实施方式的用于图3A和3B的独立电荷泵电路的示例性能曲线图。
图9示出了根据一些实施方式的用于如图5A-5D所操作的双输出电荷泵电路的示例性能曲线图。
图10A-10D示出了根据一些实施方式的可以实现为改善电荷储备(charge preservation)的图4中的双输出电荷泵电路的四个操作阶段的序列。
图11示出了根据一些实施方式的用于如图10A-10D所操作的双输出电荷泵电路的示例性能曲线图。
图12A-12D示出了根据一些实施方式的可以实现为促进第四阶段的选择性操作的图4中的双输出电荷泵电路的四个操作阶段的序列。
图13示出了根据一些实施方式的可以在图12A-12D的示例中实现的时序图的示例。
图14是根据一些实施方式的示例模块的示意图。
图15是根据一些实施方式的示例无线装置的示意图。
根据惯例，在附图中图示的各个特征可以不是按比例绘制的。相应地，为了清楚起见，各个特征的尺寸可以任意地扩大或缩小。另外，一些附图可能并没有描绘出给定系统、方法或装置的所有部件。最后，贯穿说明书和附图，同样的附图标记可以用于表示同样的特征。
具体实施方式
如果有的话，在这里提供的标题仅仅为了方便起见，而不应影响要求保护的发明的范围或含义。
图1示出了具有如在这里描述的一个或多个特征的电压供电系统100的框图。这种系统可以基于输入电压(Vin)来生成多个输出电压(例如，Vout1和Vout2)。
图2示出了其中可以实现图1的电压供电系统100的示例应用。在图2的示例中，这种电压系统可以包括高压(HV)供电系统58(在这里也标记为100)，被配置为向HV功率放大系统70提供多个供电电压信号。与这种HV供电系统相关的示例描述在2015年2月15日提交的、发明名称为“DEVICES AND METHODS RELATED TO MULTI-MODE POWERMANAGEMENT(与多模式功率管理相关的器件和方法)”的第62/116,458号中，特此通过引用而将其公开内容明确地全部合并于此。尽管在这种上下文中描述了电压供电系统(图1中的100)，但是将理解，也可以在其它应用中利用这种电压供电系统的一个或多个特征。
在图2的示例中，HV功率放大系统70可以包括功率放大器组件54，具有一个或多个功率放大器(PA)(例如，60a-60c)。可以将这种PA中的一些或全部配置为以HV模式进行操作。
参考图2，HV功率放大系统70还可以包括偏压系统56。可以将这种系统配置为向功率放大器组件54提供偏压信号，以用于操作(多个)PA。
同样参考图2，HV功率放大系统70还可以包括功率放大器组件54与偏压系统56和HV供电系统100中的任一个或两者之间的接口72。在一些实施例中，这种接口也可以提供HV功率放大系统70与外部系统(未示出)之间的对接功能。
诸如无线装置之类的便携式装置中的许多电路需要或利用DC/DC功率转换来有效地利用有限的电池供电资源。经常，需要或期望超过电池电压的电压，而在其它情况下，利用显著小于电池电压的电压。
传统上，可以利用并联供电电路来输送多个电源输出。然而，这种并联供电电路典型地导致增加的晶片(die)面积、增加的输入/输出(I/O)复杂度、和/或增加的材料清单(BOM)成本。
在这里描述的是与供电系统相关的示例，除了别的之外，该供电系统包括升压电荷泵和降压电荷泵的组合，用于提供多个输出(例如，双输出)。在一些实施例中，这种组合可以被配置为共享公共电路的大部分，由此例如减小I/O复杂度和BOM成本。
在双输出系统的上下文中，要注意，诸如升压输出电压和降压输出电压之类的双输出电压，升压的电流载荷(loading)经常显著地小于降压的电流载荷。可以利用电荷泵设计来输送升压和降压输出电压。传统上，在这种设计中利用独立的电路，每个电路具有其自身的无源部件，导致了I/O和BOM内容的重复。
图3A和3B示出了被配置为提供双输出电压的两个这种独立电路。将这种双输出电压描绘为输入电压的两倍，或2xVin，用于电荷泵倍压器(图3A)；并且描绘为输入电压的一半，或Vin/2，用于电荷泵分压器(图3B)。输入电压Vin例如可以是电池电压(Vbatt)。尽管在这种加倍和减半的示例中进行描述，但是将理解，可以获得与输入相关的其它电压。
在图3A的示例中，电荷泵倍压器电路可以操作在两个阶段中，以生成近似为输入电压Vin两倍的输出(2xVin)。在通过闭合开关S1和S4处的Φ1所表示的第一阶段中，飞跨电容器(CFly)通过在表1A的Φ1部分中所列举的开关配置被充电到近似Vin。在这个时间期间，在上个周期期间被充电了的保持电容器(CHold)放电，以提供输出。在通过闭合开关S2和S3处的Φ2所表示的第二阶段中，保持电容器(CHold)在提供近似2xVin的输出的同时，通过在表1A的Φ2部分中所列举的开关配置被充电，其中充电后的飞跨电容器(CFly)与输入电压Vin串联地布置。
表1A
阶段 S1 S2 S3 S4
Φ1 闭合(closed) 断开 断开 闭合
Φ2 断开(open) 闭合 闭合 断开
在图3B的示例中，电荷泵分压器电路可以在两个阶段中进行操作，以生成近似为输入电压Vin一半的输出(Vin/2)。在通过闭合开关S1和S4处的Φ1所表示的第一阶段中，飞跨电容器(CFly)和保持电容器(CHold)被示出为在输入电压Vin与地之间串联地布置。当S1和S4闭合时，CFly基本上未被充电，而CHold被预先充电，以在它两端产生Vin/2的电压。假设CFly和CHold的电容值相似，则CHold将充电以在它两端产生Vin/2的电压。相应地，输出节点被示出为具有Vin/2的电压。表1B列举了用于前述第一阶段Φ1的开关配置。在通过闭合开关S2和S3处的Φ2所表示的第二阶段中，CFly(现在被充电到Vin/2)和CHold现在电并联在输出阶段与地之间，并且输入电压Vin被断开。相应地，随着CFly和CHold中的任一个或两者通过输出节点放电，可以将输出电压维持在近似Vin/2处。表1B列举了用于前述第二阶段Φ2的开关配置。
表1B
阶段 S1 S2 S3 S4
Φ1 闭合 断开 断开 闭合
Φ2 断开 闭合 闭合 断开
在图3A和3B的示例中，存在用于前述电压加倍和电压减半功能的两个独立电路。相应地，两个电路典型地利用两个独立的飞跨电容器(CFly)和两个独立的保持电容器(CHold)。此外，每个电路包括四个开关；因而，在两个电路之中存在总共8个开关。
在一些实施例中，可以通过单个电路来提供与前述的各独立电路相关联的功能。图4示出了电荷泵电路100的示例，该电荷泵电路100可以被配置和操作为提供电压加倍和电压减半功能两者。再一次地，尽管在加倍和减半的上下文中进行描述，但是将理解，电压增加和电压降低因子可以不同于2。
参考图4，电荷泵电路100可以被配置为接收输入电压Vin(例如，电池电压Vbatt)，并且生成加倍电压输出(2xVin)和减半电压输出(Vin/2)。更具体地，输入电压Vin被示出为提供到输入节点102，该输入节点102通过第一开关S1耦接到节点104。第二开关S2被示出为将输入节点102通过第二开关S2耦接到节点106。将节点104和106被示出为通过飞跨电容器(CFly)进行耦合。节点106被示出为通过第三开关S3耦接到地。
仍然参考图4，节点104被示出为通过第四开关S4耦接到第一输出节点108，并且通过第五开关S5耦接到第二输出节点110。节点106被示出为通过第六开关S6耦接到第二节点110。第一输出节点108被示出为通过第一保持电容器(CHold1)耦合到地，并且第二输出节点110被示出为通过第二保持电容器(CHold2)耦合到地。
在一些实施例中，图4的电荷泵电路100可以操作在四个阶段(Φ1、Φ2、Φ3、Φ4)中，以基于输入电压Vin来生成加倍电压(2xVin)和减半电压(Vin/2)输出两者。图5A-5D示出了这四个阶段的示例，并且表2列举了用于所述四个阶段中每个阶段的开关配置。
表2
阶段 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Φ1 闭合 断开 断开 断开 断开 闭合
Φ2 断开 断开 闭合 断开 闭合 断开
Φ3 闭合 断开 闭合 断开 断开 断开
Φ4 断开 闭合 断开 闭合 断开 断开
在图5A的第一阶段(Φ1)示例中，闭合开关S1和S6通过Φ1来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样通过S1、CFly和S6将输入节点(图4中的102)耦接到第二输出节点(110)(用于Vin/2)可以导致与图3B的示例的第一阶段相似的配置(其中，通过S1、CFly和S4将输入耦接到Vin/2输出)。
在图5B的第二阶段(Φ2)示例中，闭合开关S3和S5通过Φ2来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样通过S3和S5将CFly和CHold2相对于地和第二输出节点(110)(用于Vin/2)进行安排可以导致与图3B的示例的第二阶段相似的配置(其中，CFly和CHold2通过S2和S3相似地安排)。
在图5C的第三阶段(Φ3)示例中，闭合开关S1和S3通过Φ3来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样将CFly安排在输入节点(图4中的102)与地之间、以及隔离CHold1和第一输出节点(108)(用于2xVin)可以导致与图3A的示例的第一阶段相似的配置(其中，CFly通过S1和S4安排在输入节点与地之间，并且输出节点通过断开的S3被隔离)。
在图5D的第四阶段(Φ4)示例中，闭合开关S2和S4通过Φ4来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样将CFly安排在输入节点(图4中的102)与第一输出节点(108)(用于2xVin)之间可以导致与图3A的示例的第二阶段相似的配置(其中，CFly通过S2和S3安排在输入节点与输出节点之间)。
在图5A-5D的示例中，可以重复前述四个阶段的周期，以维持用于2xVin和Vin/2两者的输出。
在图4和5A-5D的示例电荷泵电路100中，可以组合对于电荷泵倍压器电路(例如，图3A)和电荷泵分压器电路(例如，图3B)通常公用的多个电路元件，从而避免电路100中的重复。公共电路元件的这种组合可以产生电路的交错配置(interleaved configuration)，其可以利用总数目减少的电路元件来提供电压加倍和电压减半功能两者。
例如，在图3A和3B的独立电荷泵倍压器和分压器电路中，每个电路都包括四个开关、一个CFly电容器、和一个CHold电容器。相应地，为了提供电压加倍和电压减半功能俩两者，存在八个开关、两个CFly电容器、和两个CHold电容器。在图4和5A-5D的示例配置中，为了提供电压加倍和电压减半功能俩两者，存在六个开关、一个CFly电容器、和两个CHold电容器。因而，可以看出，可以在提供相似电压转换功能的同时，实现两个开关和一个CFly电容器的去除。要注意，CFly电容器典型地具有大电容值；相应地，即使去除一个这种器件(例如，在减少的BOM成本方面)都可以是有利的。
在图5A-5D的示例中，可能出现效率低的电荷循环(charge cycling)。图6示出了用于两个示例周期的四个阶段处的飞跨电容器中的电荷水平。可以看出，当飞跨电容器在Vin/2与2xVin模式之间转变时，会出现显著的电荷损失(例如，在Φ2与Φ3之间转变)。更具体地，当考虑相对高负载的Vin/2模式操作条件和相对轻负载的2xVin模式操作条件时，在阶段3中添加的大量电荷没有完全传递到阶段4中；并且当负载没有消耗掉额外电荷时，损失(loss)于是引入到阶段1中。
图7示出了其中可以减少前述电荷损失的电荷水平。假定第四阶段需要有限的电荷，则可以在第三阶段进行Vin/2充电，而不是完全Vin充电。在这里描述了图4的电荷泵电路如何可以与图5A-5D的示例不同地进行操作的示例。
图8示出了用于图3A和3B的独立电荷泵电路的示例性能曲线图。曲线图121和122示出了当Vin(例如，Vbatt)以200mV的增量从2.5V步进到5.5V时电压对时间的关系。如曲线图121和122所示，存在近似85μs的稳定时间(settling time)。曲线图123示出了用于PA_Vcc纹波(ripple)和V4p5纹波的电压对时间的关系。曲线图124示出了从4.5V的时钟电流对时间的关系。图125示出了用于V4p5和PA_Vcc_out的电压对时间的关系。曲线图126示出了电流对电压的关系。
图9示出了用于如图5A-5D所操作的电荷泵电路的相似示例性能曲线图。曲线图131和132示出了当Vin(例如，Vbatt)以200mV的增量从2.5V步进到5.5V时电压对时间的关系。如曲线图131和132所示，存在近似85μs的稳定时间。曲线图133示出了用于PA_Vcc纹波和V4p5纹波的电压对时间的关系。曲线图134示出了从4.5V的时钟电流对时间的关系。图135示出了用于V4p5和PA_Vcc_out的电压对时间的关系。曲线图136示出了电流对电压的关系。
为了进行比较，并且参考在图8中指示为150的区域，要注意，在图3A和3B的独立电荷泵电路中，存在近似5.2mA的电流耗用(current drain)。参考图9，在指示为154的区域中，可能存在用于图5A-5D的电荷泵电路的增加的电流耗用(例如，7.5mA)。还要注意，如图9的区域152所示，图5A-5D的电荷泵电路可以具有与图3A和3B的独立电荷泵电路相比增加的纹波。
在一些实施例中，图4的电荷泵电路100可以与图5A-5D的示例不同地进行操作，以例如解决前述的电流耗用和纹波效应、以及参考图6和7所描述的电荷损失效应。图10A-10D示出了可以实现为改善电荷储备的四个阶段的序列。表3列举了用于四个阶段中的每个阶段的开关配置。
表3
阶段 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Φ1 闭合 断开 断开 断开 断开 闭合
Φ2 断开 断开 闭合 断开 闭合 断开
Φ3 闭合 断开 断开 断开 断开 闭合
Φ4 断开 闭合 断开 闭合 断开 断开
在图10A的第一阶段(Φ1)示例中，闭合开关S1和S6通过Φ1来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样通过S1、CFly和S6将输入节点(图4中的102)耦接到第二输出节点(110)(用于Vin/2)可以导致与图3B的示例的第一阶段相似的配置(其中，通过S1、CFly和S4将输入耦接到Vin/2输出)。
在图10B的第二阶段(Φ2)示例中，闭合开关S3和S5通过Φ2来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样通过S3和S5将CFly和CHold2相对于地和第二输出节点(110)(用于Vin/2)进行安排可以导致与图3B的示例的第二阶段相似的配置(其中，CFly和CHold2通过S2和S3相似地安排)。
在图10C的第三阶段(Φ3)示例中，闭合开关S1和S6通过Φ3来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样如第一阶段(Φ1)中地重复安排CFly可以导致CFly被充电到Vin/2，而不是完全的Vin，与图7所示的示例相似的。
在图10D的第四阶段(Φ4)示例中，闭合开关S2和S4通过Φ4来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样安排可以导致第一输出节点(108)(用于2xVin)被充电，以产生2xVin的输出。
在图10A-10D的示例中，可以重复前述四个阶段的周期，以维持用于2xVin和Vin/2两者的输出。
图11示出了用于如图10A-10D所操作的电荷泵电路的示例性能曲线图。曲线图141和142示出了当Vin(例如，Vbatt)以200mV的增量从2.5V步进到5.5V时电压对时间的关系。如曲线图141和142所示，存在近似85μs的稳定时间。曲线图143示出了用于PA_Vcc纹波和V4p5纹波的电压对时间的关系。曲线图144示出了从4.5V的时钟电流对时间的关系。图145示出了用于V4p5和PA_Vcc_out的电压对时间的关系。曲线图146示出了电流对电压的关系。参考指示为158的区域，要注意，电流耗用水平近似地回复到与图3A和3B的独立电荷泵电路相关联的水平。参考指示为156的区域，还可以看出，图10A-10D的电荷泵电路产生显著改善的纹波性能。
在一些情况下，可能期望使得高侧轨(high side rail)维持在基本上固定的4.5V输出，直到输入电压超过4.5V为止。在一些实施例中，在高侧轨上使用滞后(hysteretic)反馈可以控制这种输出电压。借助于示例，如果倍压器输出轨降至4.5V以下，则可以执行阶段4。由于倍压器输出轨上的轻负载，所以在阶段4中可能不需要来自阶段3的所有电荷来将该轨增至4.5V的目标以上。
要注意，执行完整的阶段4周期可能引入显著的纹波。可以对阶段4进行分解，使得高侧轨仅仅一直充电到阈值电压，然后恢复回到阶段2配置，以进一步对除以2的低轨(divide-by-2low rail)进行充电。
在一些实施例中，图4的电荷泵电路100可以如图12A-12D的示例所示地进行操作，以促进前述的阶段4的选择性操作。表4列举了用于四个阶段中的每个阶段的开关配置。
表4
阶段 S1 S2 S3 S4 S5 S6
Φ1 闭合 断开 断开 断开 断开 闭合
Φ2 断开 断开 闭合 断开 闭合 断开
Φ3 闭合 断开 断开 断开 断开 闭合
Φ4 断开 断开 闭合 断开 闭合 断开
在图12A-12D的示例中，前三个阶段(Φ1、Φ2、Φ3)可以与图10A-10C的示例相似地进行操作。在图12D的第四阶段(Φ4)示例中，闭合开关S3和S5通过Φ4来指示，并且剩下的开关处于断开状态。这样安排可以促进前述的第四阶段(Φ4)的选择性操作。
在图12A-12D的示例中，可以重复前述四个阶段的周期，以维持用于2xVin和Vin/2两者的输出。
图13示出了可以在图12A-12D的示例中实现的时序图的示例。在图13的时序图中，可以对阶段4进行缩短(truncate)，从而限制在前述滞后反馈中的纹波效应。
图14示出了在一些实施例中，可以在一模块中实现具有如在这里描述的一个或多个特征的电压供电电路(例如，图4、5A-5D、10A-10D、和12A-12D中的100)的一些或所有。这种模块例如可以是前端模块(FEM)。在图14的示例中，射频(RF)模块300可以包括封装衬底302，并且多个部件可以安装在这种封装衬底上。例如，前端功率管理集成电路(FE-PMIC)部件304、功率放大器组件306、匹配部件308、和双工器组件310可以安装和/或实现在封装衬底302上和/或该封装衬底302内。诸如多个表面安装技术(SMT)器件314和天线开关模块(ASM)312之类的其它部件也可以安装在封装衬底302上。尽管将所有的各个部件都描绘为部署在封装衬底302上，但是将理解，可以在一些部件上实现其它部件。在一些实施例中，可以将具有如在这里描述的一个或多个特征的电压供电电路100实现为FE-PMIC部件304的一部分。
在一些实施方式中，具有在这里描述的一个或多个特征的器件和/或电路可以包括在诸如无线装置之类的RF装置中。可以直接地在无线装置、如在这里描述的模块形式、或其一些组合中实现这种器件和/或电路。在一些实施例中，这种无线装置例如可以包括蜂窝电话、智能电话、具有或没有电话功能的手持无线装置、无线平板电脑等。
图15描绘了具有在这里描述的一个或多个有利特征的示例无线装置400。在具有如在这里描述的一个或多个特征的模块的上下文中，可以通过虚线框300来一般地描绘这种模块，并且例如可以将这种模块实现为前端模块(FEM)。
参考图15，功率放大器(PA)420可以从收发机410接收它们相应的RF信号，该收发机410可以按照已知的方式进行配置和操作，以生成要放大和发射的RF信号，并且处理所接收的信号。将收发机410示出为与基带子系统408进行交互，该基带子系统408被配置为提供合适于用户的数据和/或语音信号与合适于收发机410的RF信号之间的转换。收发机410还可以与功率管理部件406进行通信，该功率管理部件406被配置为管理用于操作无线装置400的功率。这种功率管理还可以控制基带子系统408和模块300的操作。
将基带子系统408示出为连接到用户接口402，以进行向用户提供和从用户接收的语音和/或数据的各种输入和输出。基带子系统408还可以连接到存储器404，该存储器404被配置为存储数据和/或指令，以促进无线装置的操作，和/或向用户提供信息的存储。
在示例无线装置400中，将各PA420的输出示出为(经由相应的匹配电路422)进行匹配，并且路由到它们相应的双工器424。可以通过天线开关414将这种放大且滤波后的信号路由到天线416，以用于发射。在一些实施例中，双工器424可以允许使用公共天线(例如，416)来同时地执行发射和接收操作。在图15中，将所接收的信号示出为路由到例如可以包括低噪声放大器(LNA)的“接收(Rx)”路径(未示出)。
在一些实施例中，可以将诸如如在这里描述的双输出供电系统100的电压供电电路实现为模块300的一部分。
多个其它无线装置配置可以利用在这里所描述的一个或多个特征。例如，无线装置不必是多频带装置。在另一示例中，无线装置可以包括诸如分集天线之类的附加天线、和诸如Wi-Fi、蓝牙、和GPS之类的附加连接特征。
除非上下文清楚地另有要求，否则贯穿说明书和权利要求书，要按照与排他性或穷尽性的意义相反的包括性的意义，也就是说，按照“包括但不限于”的意义来阐释术语“包括(comprise)”、“包含(comprising)”等。如在这里一般使用的词语“耦接”是指两个或更多元件可以直接地连接、或者借助于一个或多个中间元件来连接。另外，当在本申请中使用时，术语“在这里”、“上面”、“下面”和相似含义的术语应该是指作为整体的本申请，而不是本申请的任何具体部分。在上下文允许时，使用单数或复数的以上描述中的术语也可以分别包括复数或单数。提及两个或更多项目的列表时的术语“或”，这个术语涵盖该术语的以下解释中的全部：列表中的任何项目、列表中的所有项目、和列表中项目的任何组合。
本发明实施例的以上详细描述不意欲是穷尽性的，或是将本发明限于上面所公开的精确形式。尽管上面出于说明的目的描述了本发明的具体实施例和用于本发明的示例，但是如本领域技术人员将认识到的，在本发明范围内的各种等效修改是可能的。例如，尽管按照给定顺序呈现了处理或块，但是替换的实施例可以执行具有不同顺序的步骤的处理，或采用具有不同顺序的块的系统，并且一些处理或块可以被删除、移动、添加、减去、组合和/或修改。可以按照各种不同的方式来实现这些处理或块中的每一个。同样地，尽管有时将处理或块示出为串行地执行，但是相反地，这些处理或块也可以并行地执行，或者可以在不同时间进行执行。
可以将在这里提供的本发明的教导应用于其他系统，而不必是上述的系统。可以对上述的各个实施例的元素和动作进行组合，以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的一些实施例，但是已经仅仅借助于示例呈现了这些实施例，并且所述实施例不意欲限制本申请的范围。其实，可以按照多种其他形式来实施在这里描述的新颖方法和系统；此外，可以做出在这里描述的方法和系统的形式上的各种省略、替换和改变，而没有脱离本申请的精神。附图和它们的等效物意欲涵盖如将落入本申请的范围和精神内的这种形式或修改。

Claims (22)

1.一种电荷泵，包括：升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容。
2.根据权利要求1的电荷泵，其中，所述升压电荷泵电路包括输入节点和升压电压的输出节点。
3.根据权利要求2的电荷泵，其中，所述降压电荷泵电路包括所述输入节点和分压电压的输出节点。
4.根据权利要求3的电荷泵，其中，所述升压电压包括2xVin，并且所述分压电压包括Vin/2，Vin是所述输入节点处的输入电压。
5.根据权利要求3的电荷泵，其中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。
6.根据权利要求5的电荷泵，其中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
7.根据权利要求6的电荷泵，其中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关S1和第二开关S2，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关S3，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关S4，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关S5，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关S6，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
8.根据权利要求7的电荷泵，其中，所述开关S1、S2、S3、S4、S5和S6被配置为操作在四个阶段中，以产生所述2xVin输出和所述Vin/2输出。
9.根据权利要求8的电荷泵，其中，所述第一阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，所述第二阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6，所述第三阶段包括闭合S1和S3以及断开S2和S4到S6，并且所述第四阶段包括闭合S2和S4以及断开S1、S3、S5和S6。
10.根据权利要求8的电荷泵，其中，所述第一阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，所述第二阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6，所述第三阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，并且所述第四阶段包括闭合S2和S4以及断开S1、S3、S5和S6。
11.根据权利要求10的电荷泵，其中，所述第三阶段包括对所述飞跨电容的部分充电，用于改善电荷储备。
12.根据权利要求8的电荷泵，其中，所述第一阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，所述第二阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6，所述第三阶段包括闭合S1和S6以及断开S2到S5，并且所述第四阶段包括闭合S3和S5以及断开S1、S2、S4和S6。
13.根据权利要求12的电荷泵，其中，所述第四阶段包括对所述飞跨电容的缩短充电，以限制滞后反馈回路中的纹波效应。
14.一种电压供电系统，包括：
升压转换器，被配置为基于电池电压Vbatt来生成升压电压；以及
电荷泵，具有升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容，所述电荷泵被配置为生成包括所述升压和一分压的输出电压。
15.根据权利要求14的电压供电系统，其中，所述升压包括2xVbatt，并且所述分压包括Vbatt/2。
16.根据权利要求14的电压供电系统，其中，所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地。
17.根据权利要求16的电压供电系统，其中，所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
18.根据权利要求17的电压供电系统，其中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关S1和第二开关S2，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关S3，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关S4，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关S5，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关S6，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
19.一种射频RF模块，包括：
封装衬底，被配置为容纳多个部件；以及
功率放大系统，实现在所述封装衬底上，所述功率放大系统包括电压供电系统，所述电压供电系统包括：电荷泵，具有升压电荷泵电路和降压电荷泵电路，其共享公共的飞跨电容，所述电荷泵被配置为生成包括所述升压和一分压。
20.根据权利要求19的电压供电系统，其中，所述升压包括2xVbatt，并且所述分压包括Vbatt/2，所述数量Vbatt是电池电压。
21.根据权利要求19的RF模块，其中：
所述升压电荷泵电路还包括：第一保持电容，用于将所述升压电压的输出节点耦合到地；并且
所述降压电荷泵电路还包括：第二保持电容，用于将所述分压电压的输出节点耦合到地。
22.根据权利要求21的RF模块，其中，所述升压电荷泵电路和所述降压电荷泵电路还包括：第一开关S1和第二开关S2，并联地安排在所述输入节点和所述飞跨电容的相应端之间；第三开关S3，安排在所述飞跨电容的第二端和地之间；第四开关S4，安排在所述飞跨电容的第一端和所述升压电压的输出节点之间；第五开关S5，安排在所述飞跨电容的第一端和所述分压电压的输出节点之间；以及第六开关S6，安排在所述飞跨电容的第二端和所述分压电压的输出节点之间。
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