CN107070204A - 一种优化功耗的多电荷泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优化功耗的多电荷泵系统，包括：时钟驱动模块，用于将时钟输入信号分成多路并增加其驱动能力；耦合电容模块，用于将经过时钟驱动模块驱动的时钟的电压变化耦合至可控开关模块的输入端；可控开关模块，用于在多个控制信号的控制下将经过该耦合电容模块传输的多路的时钟电压变化连接至单向传输门模块的时钟输入端；单向传输门模块，用于将经该可控开关模块输出的时钟的交流电压转换为单向直流输出,本发明通过将每个电荷泵具有相同功能和结构的模块电路进行集中，并根据需求大小分配给相应输出电荷泵，降低了对时钟驱动子电路与耦合电容的总需求，达到了降低功耗的目的。

Description

一种优化功耗的多电荷泵系统
技术领域
本发明涉及一种多电荷泵系统，特别是涉及一种优化功耗的多电荷泵系统。
背景技术
图1所示为拥有两个电荷泵PUMP1和PUMP2的多电荷泵系统，其中每一个电荷泵拥有独立的时钟驱动模块BUF1/BUF2、耦合电容C1/C2和单向传输门(TRANSFER GATE)T1/T2，不同电荷泵的时钟驱动模块BUF1/BUF2和耦合电容C1/C2结构相同而大小可能存在不同，但单向传输门(TRANSFER GATE)T1/T2通常结构有所差异，所有电荷泵PUMP1/PUMP2使用同一时钟信号CLK，VOUT1、VOUT2为不同电荷泵的输出。
表1举例该多电荷泵系统在不同应用模式MODE1，MODE2，MODE3下VOUT1和VOUT2各自的负载水平。为了满足两个电荷泵能满足所有模式的负载需求，每个电荷泵的设计指标(SPEC)就需要能分别满足不同模式下的最大负载情况，即VOUT1设计负载＝max{3,1,3}＝3；VOUT2设计负载＝max{1,4,0}＝4，因此，整个系统需要设计达到3+4＝7的设计负载，通常设计负载与驱动时钟和耦合电容正相关，故相应需要3+4＝7单位的时钟驱动模块BUF和耦合电容C，而实际上最大负载模式MODE2时两个电荷泵负载和也仅有5，即只需要5单位的时钟驱动模块BUF和耦合电容C，最小模式MODE3时两个电荷泵负载和只有3，即只需要5单位的时钟驱动模块BUF和耦合电容C，而设计两个电荷泵总的时钟驱动模块BUF和耦合电容C为7单位，造成时钟驱动模块BUF和耦合电容C在某些应用模式的浪费。
表1
MODE1 MODE2 MODE3 SPEC
VOUT1 3 1 3 3
VOUT2 1 4 0 4
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种优化功耗的多电荷泵系统，其可通过将每个电荷泵具有相同功能和结构的模块电路进行集中，并根据需求大小分配给相应输出电荷泵，降低对时钟驱动子电路BUF+耦合电容C的总需求，达到了降低功耗的目的。
为达上述及其它目的，本发明提出一种优化功耗的多电荷泵系统，包括：
时钟驱动模块，用于将时钟输入信号CLK分成多路并增加其驱动能力；
耦合电容模块，用于将经过时钟驱动模块驱动的时钟的电压变化耦合至可控开关模块的输入端；
可控开关模块，用于在多个控制信号的控制下将经过该耦合电容模块传输的多路的时钟电压变化连接至单向传输门模块的时钟输入端；
单向传输门模块，用于将经该可控开关模块输出的时钟的交流电压转换为单向直流输出。
进一步地，该时钟驱动模块包括多个时钟驱动子电路。
进一步地，该时钟输入信号CLK连接至各时钟驱动子电路的输入端，各时钟驱动子电路将时钟输入信号CLK分成多路并增加其驱动能力后输出至该耦合电容模块的输入端。
进一步地，该耦合电容模块包括多个耦合电容。
进一步地，各耦合电容一端分别连接各时钟驱动子电路的输出端，以将各时钟驱动子电路输出的时钟的电压变化耦合至可控开关模块的输入端。
进一步地，该可控开关模块包括多个可控开关，各可控开关的一端连接各耦合电容，另一端连接该单向传输门模块，控制端连接一控制信号。
进一步地，该单向传输门模块包括一个或多个电荷泵。
进一步地，该单向传输门模块包括多个电荷泵，则该单向传输门模块由该多个电荷泵级联构成，上一级电荷泵的输出端连接下一级电荷泵的输入端。
进一步地，该可控开关模块包括多个可控单刀多掷开关，各可控单刀多掷开关的公共端连接各耦合电容，其他端口分别连接至该单向传输门模块的各电荷泵。
进一步地，该电荷泵采用单向传输门结构。
与现有技术相比，本发明一种优化功耗的多电荷泵系统通过多个电荷泵间共享部分电路，其共享电路可以在多个电荷泵间按不同工作模式动态分配，可根据需求大小分配给相应输出电荷泵，降低了对时钟驱动子电路BUF+耦合电容C的总需求，达到了降低功耗的目的。
附图说明
图1为现有技术一种拥有两个电荷泵PUMP1和PUMP2的多电荷泵系统的电路结构示意图；
图2为本发明一种优化功耗的多电荷泵系统的电路结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种优化功耗的多电荷泵系统的电路结构图。如图2所示，本发明一种优化功耗的多电荷泵系统，包括：时钟驱动模块10、耦合电容模块20、可控开关模块30以及单向传输门模块40。
其中，时钟驱动模块10由多个时钟驱动子电路BUF1-BUFN组成，用于将时钟输入信号CLK分成多路并增加其驱动能力；耦合电容模块20由多个电容C1-CN组成，用于将经过时钟驱动模块驱动的时钟的电压变化耦合至可控开关模块30的输入端；可控开关模块30由多个可控开关SW1-SWN组成，用于在控制信号CTRL1-N的控制下将经过耦合电容模块20传输的多路的时钟电压变化连接至单向传输门模块40的时钟输入端；单向传输门模块40，用于将经可控开关模块30输出的时钟的交流电压转换为单向直流输出，单向传输门模块40包括一个或多个电荷泵PUMP，若单向传输门模块40包括多个电荷泵PUMP，则单向传输门模块40由多个电荷泵级联构成，即上一级电荷泵的输出端(如VOUT1)连接下一级电荷泵的输入端(如VIN2)，相应地，可控开关SW1-SWN则为单刀多掷开关SW1-SWN即可，在本发明具体实施例中，以单向传输门模块40包含两级电荷泵(例如电荷泵PUMP1与电荷泵PUMP2)为例，但本发明不以此为限。
在本发明具体实施例中，时钟输入CLK连接至时钟驱动子电路BUF1-BUFN的输入端，时钟驱动子电路BUF1-N的输出端分别连接至耦合电容C1-CN的一端，耦合电容C1-CN的另一端分别连接至可控单刀多掷开关SW1-SWN的输入端，可控单刀多掷开关SW1-N的第一输出端连接至单向传输门PUMP1的时钟输入端，可控单刀多掷开关SW1-SWN的第二输出端连接至单向传输门PUMP2的时钟输入端，控制信号CTRL1-CTRLN分别连接至可控单刀多掷开关SW1-SWN的控制端。
可见，本发明通过多个电荷泵间共享部分电路，其共享电路可以在多个电荷泵间按不同工作模式动态分配，分配方式可以是均等分，例如2M(M＝0,1,2…)倍数划分等，降低了系统的功耗。以两级电荷泵的多电荷泵系统为例，表2举例本发明之多电荷泵系统在不同应用模式MODE1，MODE2，MODE3下VOUT1和VOUT2各自的负载水平。合计如下：
MODE1总负载为3+1＝4；
MODE2总负载为1+4＝5；
MODE3总负载为3+0＝3，
因此，时钟驱动模块10、耦合电容模块20、可控开关模块30的最大总负载为max{MODE1,MODE2,MODE3}＝max{4,5,3}＝5。
并且将5划分为BUF0+C0、BUF1+C1…BUFN+CN等多条并行支路，划分方式可以有多种方式，如均等分，2M(M＝0,1,2…)倍数划分等等，每条支路通过选择开关SW0、SW1…SWN输出至PUMP1或者PUMP2一级TRANSFER GATE。
表2.
MODE1 MODE2 MODE3
VOUT1 3 1 3
VOUT2 1 4 0
Total 4 5 3
对比现有技术，以上述例子来说，总的时钟驱动子电路BUF+耦合电容C可以由原来的7降至5，达到降低功耗的目的。
综上所述，本发明一种优化功耗的多电荷泵系统通过多个电荷泵间共享部分电路，其共享电路可以在多个电荷泵间按不同工作模式动态分配，可根据需求大小分配给相应输出电荷泵，降低了对时钟驱动子电路BUF+耦合电容C的总需求，达到了降低功耗的目的。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种优化功耗的多电荷泵系统，包括：
时钟驱动模块，用于将时钟输入信号分成多路并增加其驱动能力；
耦合电容模块，用于将经过时钟驱动模块驱动的时钟的电压变化耦合至可控开关模块的输入端；
可控开关模块，用于在多个控制信号的控制下将经过该耦合电容模块传输的多路的时钟电压变化连接至单向传输门模块的时钟输入端；
单向传输门模块，用于将经该可控开关模块输出的时钟的交流电压转换为单向直流输出。
2.如权利要求1所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该时钟驱动模块包括多个时钟驱动子电路。
3.如权利要求2所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该时钟输入信号连接至各时钟驱动子电路的输入端，各时钟驱动子电路将时钟输入信号分成多路并增加其驱动能力后输出至该耦合电容模块的输入端。
4.如权利要求3所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该耦合电容模块包括多个耦合电容。
5.如权利要求4所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：各耦合电容一端分别连接各时钟驱动子电路的输出端，以将各时钟驱动子电路输出的时钟的电压变化耦合至可控开关模块的输入端。
6.如权利要求5所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该可控开关模块包括多个可控开关，各可控开关的一端连接各耦合电容，另一端连接该单向传输门模块，控制端连接一控制信号。
7.如权利要求6所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该单向传输门模块包括一个或多个电荷泵。
8.如权利要求7所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该单向传输门模块包括多个电荷泵，则该单向传输门模块由该多个电荷泵级联构成，上一级电荷泵的输出端连接下一级电荷泵的输入端。
9.如权利要求8所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该可控开关模块包括多个可控单刀多掷开关，各可控单刀多掷开关的公共端连接各耦合电容，其他端口分别连接至该单向传输门模块的各电荷泵。
10.如权利要求7所述的一种优化功耗的多电荷泵系统，其特征在于：该电荷泵采用单向传输门结构。
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