CN110022059B - 电子装置及其操作方法 - Google Patents

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    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
    • H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps

Abstract

本申请案涉及一种电子装置及其操作方法。电子装置包含：时钟升压器，其包含倍增器电容器，所述时钟升压器经配置以对所述倍增器电容器预充电且提供大于输入电压的升压中间电压；次级升压器，其包含升压器电容器，所述次级升压器经配置以使用存储在所述倍增器电容器上的电压来生成大于所述升压中间电压的级输出；及连接开关，其连接到所述时钟升压器及所述次级升压器，所述连接开关经配置以在直接充电持续时间期间电连接所述倍增器电容器及所述升压器电容器，以便作为存储在所述倍增器电容器上的所述电压的替代或补充，使用来自输入电压电源的次级源电流对所述升压器电容器充电。

Description

电子装置及其操作方法
相关申请案
本申请案包含与Michele Piccardi同时申请的标题为“具有输出电压升压器机构的电子装置(ELECTRONIC DEVICE WITH AN OUTPUT VOLTAGE BOOSTER MECHANISM)”的美国专利申请案相关的主题。相关申请案转让给美光科技公司(Micron Technology,Inc.)且由案卷号10829-9246.US00标识。本申请案的主题以引用方式并入本文中。
本申请案包含与Michele Piccardi同时申请的标题为“具有电荷再循环机构的电子装置(ELECTRONIC DEVICE WITH A CHARGE RECYCLING MECHANISM)”的美国专利申请案相关的主题。相关申请案转让给美光科技公司且由案卷号10829-9247.US00标识。本申请案的主题以引用方式并入本文中。
技术领域
所揭示实施例涉及电子装置，且特定来说涉及具有充电机构的半导体装置。
背景技术
电子装置(例如半导体装置、存储器芯片、微处理器芯片及成像器芯片)可包含电荷泵(例如，用作电源的DC到DC转换器)以产生不同于(例如，高于或低于)可用源电压(例如，‘Vdd’)的电压。电荷泵可包含经组织以提供从传入源电压升压或降压的输出电压的组件(例如，二极管、开关、比较器、电容器、电阻器或其组合)。
一些电荷泵可包含呈单元或级布置的组件(例如，使得单元之间的连接或单元的相对布置可经重新配置以调节电荷泵的一或多个容量)。图1A说明电子装置101中的单级电荷泵。在预充电阶段，可使用传入电压(例如，‘Vin’)对单级中的能量存储结构(例如，一或多个电容器，表示为‘Cp’)充电。如图1B中所说明，电荷存储结构可(例如，使用一或多个继电器或开关)从与用于预充电阶段的电压电源的并联连接重新配置为与用于升压阶段的电压电源串联连接。因此，所得输出(例如，‘Vout’)可比传入电压电平(例如，‘Vin’)高(例如，‘2Vin’)。
如图1C中所说明，输出电压可用来驱动负载。升压输出可连接到电负载。负载可汲取电流(例如，如表示为“Iload”)及/或驱动负载电容(例如，如由电容“Cload”表示)。因而，在负载连接到电荷泵时，输出电压(例如，“Vout”)可根据泵容量下降。在提供输出电压时，存储在一或多个能量存储结构(例如，电容器)上的电荷可在充电循环期间路由到接地且接着从零电压再充电。
发明内容
一方面，本申请案提供一种电子装置，所述电子装置包括：时钟升压器，其包含倍增器电容器，所述时钟升压器经配置以对所述倍增器电容器预充电且提供大于输入电压的升压中间电压；次级升压器，其包含升压器电容器，所述次级升压器经配置以使用存储在所述倍增器电容器上的电压来生成大于所述升压中间电压的级输出；及连接开关，其连接到所述时钟升压器及所述次级升压器，所述连接开关经配置以在直接充电持续时间期间电连接所述倍增器电容器及所述升压器电容器，以便作为存储在所述倍增器电容器上的所述电压的替代或补充，使用来自输入电压电源的次级源电流对所述升压器电容器充电。
另一方面，本申请案提供一种操作电子装置的方法，所述方法包括：在直接充电持续时间开始时闭合连接开关，所述连接开关经配置以将时钟倍增器连接到次级升压器，其中所述次级升压器经配置以生成级输出电压；在所述直接充电持续时间开始时闭合源开关以使用输入电压对所述次级升压器直接充电；及在所述直接充电持续时间期间使时钟信号保持处于低状态，其中：所述时钟信号经配置以对时钟倍增器内的倍增器电容器充电，且所述倍增器电容器通过所述源开关连接到所述输入电压。
另一方面，本申请案提供一种操作包含时钟倍增器及次级升压器的电荷泵的方法，所述方法包括：对所述次级升压器中的升压器电容器放电，所述次级升压器经配置以生成级输出电压；在对所述升压器电容器放电之后，基于来自输入源的次级源电流对所述升压器电容器充电；对所述时钟倍增器中的倍增器电容器充电以提供升压中间电压；及基于所述升压中间电压对所述升压器电容器充电以生成所述级输出电压。
附图说明
图1A到C是包含充电机构的电子装置的框图。
图2是根据本技术的实施例的包含充电机构的电子装置的框图。
图3是根据本技术的实施例的电子装置的实例电路图。
图4是根据本技术的实施例的电子装置的进一步实例电路图。
图5是根据本技术的实施例的电子装置的实例定时图。
图6是说明根据本技术的实施例的操作电子装置的实例方法的流程图。
图7是说明根据本技术的实施例的制造电子装置的实例方法的流程图。
图8是根据本技术的实施例的包含电子装置的系统的示意图。
具体实施方式
本文中所揭示的技术涉及电子装置(例如，半导体级装置、模拟电路组件组等)、具有电子装置的系统及用于关联其中的电荷泵及/或电压升压器机构(例如，倍增升压电荷泵)操作电子装置的相关方法。电子装置可在每一级中包含用于初始升压输入电压的时钟升压器(例如，2阶段NMOS时钟倍增器)、用于路由初始升压电压的切换模块及用于使用初始升压电压进一步升压输入电压的次级升压器。电子装置可操作其中的电路以利用来自输入源的能量而非仅使用来自时钟升压器的电荷来操作次级升压器(例如，以对其中的电容器充电)。在直接充电持续时间期间(例如，在再循环及/或放电持续时间之后)，例如在充电阶段之前，电子装置可将次级升压器连接到输入电源(例如，通过时钟升压器)而非在充电阶段开始时连接及利用时钟升压器(例如，在无输入来自输入电源的情况下)。除利用来自时钟倍增器的升压中间电压之外，电子装置还可利用输入电源来生成级输出电压，其具有高于来自输入电源的能量的系统/装置成本。
图2是根据本技术的实施例的包含充电机构的电子装置200(例如，多级电荷泵)的框图。电子装置200(例如，半导体装置、集成电路、晶片或硅级装置、一组数字及/或模拟电路等)可包含电荷泵(例如，用作使用各种不同内部配置、布置或电连接来提供输出电压(“Vout”)的电源的DC到DC转换器，包含用来存储能量的一或多个电容器)。电荷泵可包含串联连接的多个充电级202(例如，经配置以产生大于输入的电压的电路、装置、组件等的单元)。
充电级202中的每一者(例如，倍增升压电荷泵中的每一者)可包含时钟升压器204(例如，输出升压器，例如时钟倍增器)、次级升压器206(例如，较高电压升压器电路，例如Favrat升压器)及切换模块208(例如，系统或一组开关及电连接)。时钟升压器204可通过切换模块208电耦合到次级升压器206。例如，来自时钟升压器204的升压中间电压210(例如，大于源输入电压(例如‘Vdd’)及/或从源输入电压(例如‘Vdd’)升压的中间电压，例如‘2Vdd’)可通过切换模块208路由且提供为次级升压器206处的输入。次级升压器206可使用来自时钟升压器204的升压中间电压210来进一步增加先前级输入电压212(例如，第一级的‘Vdd’或来自后续级的前一次级升压器的级输出电压214)。由升压级输入电压产生的级输出电压214可作为输入电压提供给后续级(例如，作为级输入提供给次级升压器的后续实例或作为输出提供给负载)。
在一些实施例中，切换模块208可包含多个切换路径，包含一或多个开关(例如，各者包含一或多个NMOS晶体管的并行路径)、一或多个互补开关(例如，一或多个PMOS晶体管)或其组合。例如，切换模块208可包含在一端上连接到时钟升压器204的第一PMOS晶体管222及在相对端的第一NMOS晶体管224、次级升压器206或其组合。切换模块208可进一步包含在一端上连接到时钟升压器204的第二PMOS晶体管226及在相对端的第二NMOS晶体管228、次级升压器206或其组合。
充电级202包含时钟升压器204及切换模块208(例如，用于提供大于输入电压的电压，例如‘2Vdd’)与用来提供增加的充电效率的次级升压器206。与传统开关泵相比，图2中所说明的电荷泵可减少产生相同目标电压及对应电阻所必需的级数(即，表示为‘N’)(例如，减少达例如1.1倍或更大倍数，包含2.0倍或更大)。例如，电子装置200的最大电压及对应电阻值可表示为：
Figure BDA0001908111680000041
Rout＝N/2(fclk·Cp) 等式(2)。
图3是根据本技术的实施例的电子装置300的实例电路图。电子装置300可包含时钟倍增器302(例如，类似于图2的时钟升压器204)、次级升压器304(例如，类似于图2的次级升压器206)及切换模块306(例如，类似于图2的切换模块208)。
在一些实施例中，时钟倍增器302可包含在一个节点上连接到源开关324且在相对节点上连接到倍增器充电开关326的倍增器电容器322。在与倍增器电容器322相对的节点上，源开关324可连接到电源(例如，以存取输入电压386，表示为‘Vdd’)，且倍增器充电开关326可连接到用来生成图2的升压中间电压210的周期性信号。
在一些实施例中，切换模块306可包含用于控制时钟倍增器302与次级升压器304之间的电连接的连接开关342。在闭合或接通时，连接开关342可(例如，基于通过连接开关342将倍增器电容器322直接连接到升压器电容器362)连接时钟倍增器302及次级升压器304以将升压输出提供给次级升压器304。在断开或切断时，连接开关342可将时钟倍增器302及次级升压器304电隔离。
切换模块306可进一步包含连接开关342与次级升压器304之间的放电开关344，放电开关344经配置以将来自次级升压器304的能量放电到接地。放电开关344通常可与连接开关342互补地操作。例如，对于放电操作，放电开关344可在连接开关342(例如，基于断开或切断)将时钟倍增器302与次级升压器304隔离时(例如，基于闭合或接通)将次级升压器304连接到接地。对于充电或升压操作，放电开关344可在连接开关342(例如，基于闭合或接通)连接时钟倍增器302及次级升压器304时(例如，基于断开或切断)将次级升压器与接地隔离。
另外，为了对次级升压器304充电(例如，以生成级输出214)，切换模块306及/或时钟倍增器302可进行操作以除使用来自倍增器电容器322的能量之外还使用输入电压386以(例如，基于将升压器电容器362连接到输入电源)对升压器电容器362充电。因此，次级升压器304可使用比通过预充电过程存储在倍增器电容器322中的能量更有效/可用(例如，基于来自具有更大可用性/容量的输入电源的能量)的能量源。
例如，次级升压器304可在生成级输出电流(例如，表示为‘I4’且对应于级输出214)时使用级输入电流(例如，表示为‘I1’)。此外，次级升压器304可(例如，基于通过连接开关342传递或共享预充电电压382)使用从倍增器电容器322到升压器电容器362的升压中间电流392(表示为“I2”)来生成最终升压输出。
电子装置300可进一步使用来自输入电源的输入源电流394(例如，对应于输入电压386)来生成级输出电流/级输出214。例如，时钟倍增器302可(例如，基于通过源开关324将倍增器电容器322直接连接到输入电压386)使用输入源电流394对倍增器电容器322预充电。又例如，电子装置300可使用次级源电流396(例如，输入源电流394的子组)对升压器电容器362充电。电子装置300可闭合连接开关342(例如，同时源开关324闭合且放电开关344断开)以使用输入电压386对升压器电容器362直接充电。
图4是根据本技术的实施例的电子装置400的进一步实例电路图。电子装置400(例如，利用主控-从属配置的倍增升压电荷泵)可包含具有主控控制器404及从属升压器406的时钟升压器402(例如，类似于图3的时钟倍增器302)。主控控制器404可经配置以操作从属升压器406(例如，以控制充电操作)，且从属升压器406可经配置以驱动负载(例如，次级升压器304)。例如，主控控制器404可包含连接到一或多个控制器电容器416(例如，类似于图3的倍增器电容器322但是用于控制操作而非充电/驱动操作)的一或多个控制器开关412(例如，类似于图3的源开关324但是用于控制操作而非充电/驱动操作)。控制器电容器416可进一步连接到控制器开关412的栅极，且可基于时钟主控信号434(例如，表示为‘CLK_MSTR’及表示CLK_MSTR的相反或互补信号的‘！CLK_MSTR’)进行操作。
从属升压器406可包含连接到驱动器电容器424(例如，类似于倍增器电容器322但是用于充电/驱动操作而非控制操作)的驱动器开关422(例如，类似于源开关324但是用于充电/驱动操作而非控制操作)。例如，驱动器开关422的栅极可连接到控制器开关412中的一者及/或控制器电容器416中的一者。可基于时钟信号432(例如，表示为‘CLK’(未展示)或表示‘CLK’的相反或互补信号的‘！CLK’)控制驱动器电容器424。驱动器电容器424可进一步具有大于控制器电容器416的电容(例如，基于10倍或更大倍数，例如以基于控制器电容器416进行控制及基于驱动器电容器424驱动负载)。
从属升压器406可通过图3的切换模块306连接到次级升压器304。例如，从属升压器406可直接连接到切换模块306中的模块第一开关426(例如，图3的连接开关342，其可实施为PMOS晶体管，例如图2的第一PMOS 222、图2的第二PMOS 226等)。模块第一开关426可将驱动器电容器424连接到升压器电容器362(例如，以对中间节点电压384充电及/或使用于预充电过程的升压器电容器362上的电荷再循环)。
切换模块306可进一步包含用于对中间节点电压384放电的模块第二开关428(例如，图3的放电开关344，其可实施为NMOS晶体管，例如图2的第一NMOS 224、图2的第二NMOS等)。模块第二开关428可将升压器电容器362连接到接地或低电位/电压节点。切换模块306可包含模块第一开关426及/或模块第二开关428而非简单逆变器。
切换模块306可基于模块第一信号436、模块第二信号438或其组合操作开关。模块第一信号436可操作模块第一开关426且模块第二信号438可操作模块第二开关428。例如，模块第一信号436可(例如，基于接通开关)连接模块第一开关426进行充电/驱动过程(例如，由时钟主控信号434及/或时钟信号432中的一或多者的上升或下降沿触发)。模块第一信号436可连接模块第一开关426以将次级源电流396路由到升压器电容器362进行充电/驱动过程(例如，在对升压器电容器362放电之后、在直接充电持续时间期间、在预充电过程的同时或之前或其组合。模块第二信号438可连接模块第二开关428进行放电过程。
出于说明性目的，图3及图4中展示具有时钟倍增器302及次级升压器304的一个路径/电路组的电子装置。然而，应理解，可使电路成镜像(例如，一组对应于时钟信号中的一者及/或时钟主控信号中的一者且镜像组对应于另一或互补/否定形式的时钟信号)。
同样出于说明性目的，用于升压及/或时钟倍增器电容器的非理想接地损耗(例如，对应于电容器实施方案，例如用于CMOS实施方案的残余衬底电容)已被展示为表示接地电容的虚线。本文中所论述的直接充电操作(例如，作为升压中间电流392的替代或补充，使用次级源电流396对升压器电容器362充电)可补偿时钟倍增器电容器及/或次级升压器电容器中的非理想损耗。
图5是根据本技术的实施例的电子装置(例如，图2的电子装置200、图3的电子装置300、图4的电子装置400等)的实例定时图500。实例定时图500可说明输入信号(例如，时钟信号432(时钟信号，例如用来对如图4中所说明的驱动器电容器424充电的CLK，及否定信号)、时钟主控信号434(例如，时钟主控信号及否定主控信号，诸如用来控制如图4中所说明的图4的从属升压器406或其一部分的！CLK_MSTR)、表示为‘CLK_P’的模块第一信号436、表示为‘CLK_N’的模块第二信号438或其组合)之间的实例关系(例如，时间关系)。实例定时图500可用于操作图3的时钟倍增器302(例如，图4的主控控制器404及/或图4的时钟升压器402的图4的从属升压器406)、图3的切换模块306、图4中所说明的其一部分或其组合。
输入信号的定时可基于直接充电持续时间502(例如，作为升压中间电流392的替代或补充，使用次级源电流396对图3的升压器电容器362直接充电的持续时间)、连续充电持续时间504(例如，使用升压中间电流392对升压器电容器362充电的持续时间)。连续充电持续时间504可紧随直接充电持续时间502之后。在一些实施例中，直接充电持续时间502可为持续0.1ns或更长的持续时间。
输入信号可保持图3的连接开关342(例如，图4的模块第一开关426)闭合或操作图3的连接开关342(例如，图4的模块第一开关426)，同时将驱动器电容器424的底板拉低及/或控制驱动器电容器424的驱动器开关422的控制电容器的底板为高(例如，同时驱动器开关422的栅极电压也为高)。例如，时钟信号432(例如，时钟信号及否定信号两者)在直接充电持续时间502期间可为低以将驱动器电容器的下板拉低。时钟主控信号434(例如，主控时钟信号及否定主控信号两者)可在直接充电持续时间502期间保持处于其信号状态。用于控制从属升压器406(或其一部分)的时钟主控信号可在直接充电持续时间502期间保持为高。参考图4及图5，！CLK_MSTR信号(例如，用于控制连接到驱动器电容器424的驱动器开关422)可在直接充电持续时间502期间保持为高，而时钟信号432(例如，CLK及！CLK两者)保持为低。因此，驱动器开关422的栅极电压(例如，“Vg”)可为高。
同样在直接充电持续时间502期间，模块第一信号436可为低(例如，对于PMOS，具有等于直接充电持续时间502的脉冲宽度的负脉冲)以连接模块第一开关426。图3的源开关324(例如，驱动器开关422)可在直接充电持续时间502开始时闭合。因此，次级源电流396可路由到升压器电容器362以对升压器电容器362充电且增加中间节点电压384(例如，在放电过程之后，其中放电开关344(例如模块第二开关428)基于模块第二信号438而接通)。
在直接充电持续时间502之后，电子装置可在连续充电持续时间504期间对升压器电容器362进一步充电(例如，以将升压中间电流392路由到升压器电容器362以对升压器电容器362进一步充电)。在直接充电持续时间502之后且贯穿连续充电持续时间504，电子装置可保持模块第一开关426闭合。在一些实施例中，在直接充电持续时间502之后且贯穿连续充电持续时间504，电子装置可基于维持模块第一信号436来保持模块第一开关426闭合(例如，处于PMOS连接开关的低信号电平)。
在一些实施例中，电子装置可基于模块第一开关426的端子处的电压电平而保持模块第一开关426闭合(例如，不维持模块第一信号436，例如通过将模块第一信号436恢复回为PMOS连接开关的高电平)。例如，模块第一开关426的漏极可连接到升压器电容器362，且由此连接到存储在升压器电容器362上的中间节点电压384(例如，基于次级源电流396充电到2Vdd)。在直接充电持续时间502之后，电子装置可将模块第一信号436返回为先前电平(例如，在直接充电持续时间502之前处于PMOS连接开关的高信号电平)，且模块第一开关426可基于模块第一开关426的源极与漏极(例如，源极作用)之间的电压差保持连接(例如，漏极/升压器电容器362处的Vdd与通过源开关324的源极/输入源处的2Vdd)。
同样在直接充电持续时间502结束时及/或在连续充电持续时间504开始时，时钟信号432中的一者(例如，连接到对应倍增器电容器的时钟信号，例如如图4中所说明的CLK)可变高以对倍增器电容器322(例如，驱动器电容器424)预充电。此外，对应时钟主控信号(例如，连接到且控制源开关324/驱动器开关422的时钟主控信号，例如图4中所说明的！CLK_MSTR)可在直接充电持续时间502之后及/或在持续充电持续时间504开始时变低。因此，输入源可与升压器电容器362隔离(例如，对应于断开源开关324/驱动器开关422的时钟主控信号434)，且可基于倍增器电容器322/驱动器电容器424及时钟信号432对升压器电容器362充电。
通过作为升压中间电流392的替代或补充而使用次级源电流396，使用输入源对升压器电容器362充电(例如，基于保持源开关324闭合且在连续充电持续时间504期间进一步闭合连接开关342)提供增加的电流效率。因此，使用次级源电流对升压器电容器362充电降低时钟倍增器302/时钟升压器402(例如，较低电压升压器装置)的过应力。
图6是说明根据本技术的实施例的操作电子装置的实例方法600的流程图。方法600可用于操作图2的电子装置200、图3的电子装置300、图4的电子装置400、其中的一部分或其组合。
在框602，电子装置(例如，电荷泵，例如倍增升压电荷泵)可基于对第一电容器(例如，图3的倍增器电容器322、图4的驱动器电容器424等)起始(例如，使用图2的时钟升压器204、图3的时钟倍增器302、图4的时钟升压器402、状态机或控制器电路等)放电操作。电子装置可例如在信号周期/循环结束时(例如，在图2的次级升压器206及/或图3的次级升压器304处生成图2的级输出214之后)或在直接充电持续时间502之前对图3的升压器电容器362放电。
在一些实施例中，例如由框621表示，电子装置可将电荷从次级升压器304(例如，从第一电容器，例如升压器电容器362)再循环到时钟倍增器302(例如，到第二电容器，例如倍增器电容器322或驱动器电容器424)。例如，电子装置可例如通过将控制信号驱动为低且维持时钟主控信号(例如，维持对应时钟主控信号为低)及/或通过控制开关操作(例如，闭合图3的连接开关342及/或断开图3的放电开关344)来控制充电信号。
为了放电，在框622，电子装置可断开连接开关(例如，连接开关342，例如图4的模块第一开关426)。电子装置可将次级升压器304与时钟倍增器302隔离(例如，还将升压器电容器362与输入电源、图4的时钟信号432及/或图4的时钟主控信号434电隔离)。
同样为了放电，在框624，电子装置可闭合放电开关(例如，放电开关344，例如模块第二开关428)。电子装置可将次级升压器304(例如，在断开连接开关之后)连接到接地或具有低于升压器电容器362的电压电平的节点。因此，电子装置可通过放电开关放电或去除存储在升压器电容器362中的电荷/能量。
在框604，电子装置可利用输入源对第一电容器充电。电子装置可将输入源(例如，图3的输入电压386)电连接到升压器电容器362，设置充电信号等。因此，在对升压器电容器362放电之后，电子装置可基于来自输入源的图3的次级源电流396对升压器电容器362充电。
为了对第一电容器充电，在框642，电子装置可设置充电信号。在直接充电持续时间502开始时及/或期间，电子装置可将时钟信号432驱动为低及/或使时钟主控信号434维持处于前一电平。例如，电子装置可维持用来对对应驱动电容器充电的充电信号(例如，如图4中所说明处于低状态/电平的CLK信号)且在直接充电持续时间502期间将互补信号(例如，！CLK信号)驱动为低。又例如，电子装置可在直接充电持续时间502期间维持时钟主控信号434(例如，经配置以控制对应驱动器开关的信号，例如图4中处于高的！CLK_MSTR信号)。
同样为了对第一电容器充电，在框644，电子装置可操作一或多个开关以利用输入源对第一电容器充电。在直接充电持续时间502开始时及/或期间(例如，在放电之后)，电子装置可(例如，基于使时钟主控信号434维持处于对应状态，例如如上文所论述的高状态)保持图3的源开关324闭合。同样在直接充电持续时间502开始时及/或期间，电子装置可例如基于对应于连接开关342的控制节点处的电压(例如，栅极电压)控制图4的模块第一信号436(例如，将信号驱动为低以控制PMOS开关)来闭合连接开关342(例如，模块第一开关426)。
因此，电子装置可通过源开关324及连接开关342将第一电容器(例如，升压器电容器362)直接连接到输入源。类似地，电子装置可在直接充电持续时间502期间通过源开关324将第二电容器(例如，将倍增器电容器322)直接连接到输入源。例如在框646，电子装置可通过直接连接、直接使用输入电压386(例如，使用输入源电流394(包含次级源电流396)对升压器电容器362充电)对第一电容器、第二电容器或其组合充电。例如，电子装置可将升压器电容器362、倍增器电容器322或其组合充电到与输入电压(例如，Vdd)相同的电压。
在框606，电子装置可在直接充电持续时间502之后(例如，在连续充电持续时间504期间)利用或使用第二电容器对第一电容器充电。例如，电子装置可基于存储在倍增器电容器322上的电荷对升压器电容器362进一步充电。又例如，电子装置可基于更新或调节一或多个开关、控制或恢复充电信号或其组合来对升压器电容器362进一步充电。
为了对第一电容器进一步充电，在框662，电子装置可更新一或多个开关。例如，电子装置可断开源开关324且将倍增器电容器322与输入源隔离以(例如，使用充电信号，例如时钟信号432)在倍增器电容器322处生成比输入电压386高或大(例如，2Vdd)的图2的升压中间电压210。可根据控制信号(例如，时钟主控信号434及源开关324的栅极电压的对应变化)操作源开关324。
又例如，电子装置可保持连接开关342闭合(例如，以将升压器电容器362直接连接到倍增器电容器322)。在一些实施例中，在直接充电持续时间502之后且贯穿连续充电持续时间504，电子装置可基于维持模块第一信号436或控制节点处的对应电压(例如，将PMOS开关的栅极电压保持为低，例如图4中所说明)来保持连接开关342(例如，模块第一开关426)闭合。在一些实施例中，电子装置可基于其输入及输出端子处的电压(例如，依赖于源极作用而不依赖于模块第一信号436)保持连接开关342。电子装置可切换模块第一信号436的状态且将连接开关342的控制节点处的电压恢复为直接充电持续时间之前的状态(例如，将PMOS开关的栅极电压返回到高状态，例如图4中所说明)。连接开关342可基于连接开关342的源极与漏极之间的电压差而保持闭合(例如，漏极/升压器电容器362处的Vdd及通过源开关324的源极/输入源处的2Vdd)。
在框664，电子装置可恢复充电信号(例如，时钟信号432中的一或多者、时钟主控信号434中的一或多者等)。例如，在直接充电持续时间502结束时及/或在连续充电持续时间504开始时，电子装置可将时钟信号432中的一者(例如，如图4中所说明的CLK信号)转换为高电平以升压存储在倍增器电容器322(例如，驱动器电容器424)上的电荷。又例如，电子装置可转换时钟主控信号434(包含驱动控制时钟主控信号(例如，如图4中所说明的！CLK_MSTR信号)为低以断开源开关324(例如，驱动器开关422)。
根据充电信号及开关操作，电子装置可使用倍增器电容器322处的升压中间电压210对升压器电容器362进一步充电。时钟信号的上升可在倍增器电容器322处提供大于输入电压386的升压中间电压210。对应电荷可通过连接开关342从倍增器电容器322传递到升压器电容器362(例如，升压中间电流392)。存储在升压器电容器362处的电荷可对应地增加以生成级输出电压214。
一旦升压器电容器362生成/提供级输出电压214，电子装置就可(例如，在固定持续时间之后，例如在循环或周期结束时)对第一电容器放电，例如由循环回到框602所说明。电子装置可利用互补或镜像电路(图3及图4中未展示)来重复上文所描述的过程以生成/维持级输出电压214。
作为升压中间电流392的替代或补充，使用次级源电流396对升压器电容器362充电为电子装置提供增加的效率。在可用性及存取电流所必需的时间/过程量方面，来自输入电源的电流可比来自倍增器电容器322的电流更便宜。因而，使用次级源电流396对升压器电容器362充电可降低操作成本且提高电子装置的操作效率。此外，电子装置可使用次级源电流396对寄生电容器充电或补偿电容器接地损耗(例如，图3及图4中被说明为以虚线展示的电容器，例如在一些实施例中对应于由Favrat级引起的损失)。
图7是说明根据本技术的实施例的制造电子装置的实例方法700的流程图。方法700可用于制造图2的电子装置200、图3的电子装置300、图4的电子装置400、其中的一部分或其组合。
在框702，可提供用于电荷泵的电路(例如，图2的电子装置200、图3的电子装置300、图4的电子装置400、其中的一部分或其组合)。提供电路可包含(例如，基于晶片级过程在硅晶片上)形成电路，连接或组装电路组件，或其组合。
在框722，提供电路可进一步包含提供开关，例如图3的源开关324(图4的驱动器开关422)、图3的连接开关342(例如，图4的模块第一开关426)、图3的放电开关344(例如，图4的模块第二开关428)或其组合。连接开关342可在升压器电容器362的一侧/一个节点上直接连接到时钟倍增器/升压器(例如，其中的第一电容器)且在相对侧/节点上直接连接到次级升压器。源开关324可在一侧/一个节点上直接连接到输入电源且直接连接到图3的连接开关342及倍增器电容器322(例如，图4的驱动器电容器424)。
在框704，可配置电路以进行信号定时。例如，可(例如，基于硅级处理或连接电路组件)连接或制造电路以实施信号定时(例如，如图5中所说明)。又例如，可加载固件或软件以结合电路实施信号定时。
在框742，配置电路可包含配置充电信号。例如，可配置状态机或控制器电路，或可加载固件/软件以控制图4的时钟信号432、图4的时钟主控信号434或其组合。又例如，电路可具备用于生成周期性信号(例如，用于时钟类型信号)的电路以实施时钟信号432、时钟主控信号434或其组合的电路。可相对于或为了实施图5的直接充电持续时间502而配置充电信号(例如，以将时钟信号432保持为低及/或在紧随时钟信号432的上升沿之前的直接充电持续时间502期间维持时钟主控信号434)。
在框744，配置电路可包含配置开关定时。例如，可配置状态机或控制器电路，或可加载固件/软件以控制图4的模块第一信号436、图4的模块第二信号438或其组合。模块第一信号436可经配置以在直接充电持续时间502期间连接或闭合图4的模块第一开关426或图3的连接开关342。在一些实施例中，模块第一信号436可经配置以在直接充电持续时间502之后恢复为先前电平/状态。模块第二信号438可经配置以在直接充电持续时间502之前断开或关断图4的模块第二开关428或图3的放电开关344。
图8是根据本技术的实施例的包含电子装置的系统的示意图。具有上文参考图1到7所描述的特征的半导体装置中的任一者可并入无数更大及/或更复杂系统中的任一者中，其代表性实例是图8中示意性地展示的系统890。系统890可包含处理器892、存储器894(例如，SRAM、DRAM、闪速存储器及/或其它存储器装置)、输入/输出装置896，及/或其它子系统或组件898。上文参考图1到7所描述的半导体组合件、装置及装置封装可包含在图8中所展示的元件中的任一者中。所得系统890可经配置以执行各种合适计算、处理、存储、感测、成像及/或其它功能中的任一者。因此，系统890的代表性实例包含但不限于计算机及/或其它数据处理器，例如台式计算机、膝上型计算机、因特网设备、手持型装置(例如，掌上型计算机、可穿戴计算机、蜂窝或移动电话、个人数字助理、音乐播放器等)、平板计算机、多处理器系统、基于处理器或可编程的消费性电子产品、网络计算机及小型计算机。系统890的额外代表性实例包含灯、相机、车辆等。关于这些及其它实例，系统890可容纳在单个单元中或分布在多个互连单元上，例如通过通信网络。因此，系统890的组件可包含本地及/或远程存储器存储装置以及各种合适计算机可读媒体中的任一者。
从前文将明白，本文中已出于说明目的描述本技术的特定实施例，但是在不脱离本发明的情况下可进行各种修改。另外，可在其它实施例中组合或消除特定实施例的上下文中所描述的本发明的某些方面。此外，虽然已在那些实施例的上下文中描述与某些实施例相关联的优点，但是其它实施例也可展现此些优点。并非所有实施例必需展现此些优点以落入本发明的范围内。因此，本发明及相关联技术可涵盖本文中未明确展示或描述的其它实施例。

Claims (25)

1.一种电子装置，其包括：
时钟升压器，其包含驱动器开关和倍增器电容器，所述时钟升压器经配置以在直接充电持续时间期间对所述倍增器电容器预充电且提供大于输入电压的升压中间电压，其中对所述倍增器电容器预充电包含操作所述驱动器开关以将所述倍增器电容器连接到输入电压电源；
次级升压器，其包含升压器电容器，所述次级升压器经配置以使用存储在所述倍增器电容器上的电压来生成大于所述升压中间电压的级输出；及
连接开关，其连接到所述时钟升压器及所述次级升压器，所述连接开关经配置以在所述直接充电持续时间期间电连接所述倍增器电容器及所述升压器电容器，以便在对所述倍增器电容器预充电之前或同时，使用来自所述输入电压电源的次级源电流对所述升压器电容器充电。
2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述时钟升压器进一步包含：
从属升压器，其包含所述倍增器电容器，且经配置以为所述次级升压器提供电荷；及
主控控制器，其直接连接到所述从属升压器，且经配置以控制把控所述倍增器电容器的充电的所述驱动器开关。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其进一步包括控制电路，所述控制电路经配置以：
控制时钟信号，所述时钟信号连接到与所述连接开关相对的所述倍增器电容器，且经配置以对所述倍增器电容器充电，其中所述时钟信号在所述直接充电持续时间期间处于低状态；及
控制时钟主控信号，所述时钟主控信号连接到所述主控控制器中的控制器电容器且与所述输入电压相对地连接，且经配置以对所述控制器电容器充电以控制所述从属升压器，其中所述时钟主控信号在所述直接充电持续时间期间处于高状态。
4.根据权利要求2所述的电子装置，其进一步包括控制电路，所述控制电路经配置以在所述直接充电持续时间期间控制模块信号以闭合所述连接开关。
5.根据权利要求4所述的电子装置，其中：
所述控制电路经配置以在所述直接充电持续时间之后将所述模块信号恢复为先前状态；且
所述连接开关经配置以基于所述连接开关的输入及输出处的电压电平而非所述模块信号在所述直接充电持续时间之后保持闭合。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其进一步包括放电开关，所述放电开关连接到所述次级升压器，且经配置以从所述升压器电容器释放在再循环持续时间之后剩余的电荷。
7.根据权利要求6所述的电子装置，其中所述连接开关及所述放电开关用于替换所述时钟升压器与所述次级升压器之间的一或多个逆变器。
8.根据权利要求7所述的电子装置，其中所述连接开关及所述放电开关彼此互补。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中所述连接开关及所述放电开关包含PMOS晶体管及NMOS晶体管。
10.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述次级升压器是Favrat升压器。
11.一种操作电子装置的方法，其包括：
在直接充电持续时间开始时闭合连接开关，所述连接开关经配置以将时钟倍增器连接到次级升压器，其中所述次级升压器经配置以生成级输出电压；
在所述直接充电持续时间开始时闭合源开关以使用输入电压对所述次级升压器直接充电；及
在所述直接充电持续时间期间使时钟信号保持处于低状态，其中：
所述时钟信号经配置以对时钟倍增器内的倍增器电容器充电，且
所述倍增器电容器通过所述源开关连接到所述输入电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其中：
所述时钟信号经配置以对所述时钟倍增器的从属升压器中包含的所述倍增器电容器充电；且
进一步包括：
在所述直接充电持续时间期间维持时钟主控信号，其中所述时钟主控信号经配置以操作主控控制器，所述主控控制器经配置以控制所述从属升压器而不直接促成对所述倍增器电容器充电。
13.根据权利要求12所述的方法，其中维持所述时钟主控信号包含将所述时钟主控信号维持于用于在所述时钟信号处于所述低状态时闭合所述源开关的状态。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括在所述直接充电持续时间之后将所述时钟主控信号驱动为所述低状态以操作包含NMOS装置的所述源开关。
15.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
在所述直接充电持续时间之后将所述时钟信号驱动为高状态以升压所述倍增器电容器的电位；及
基于所述倍增器电容器对所述次级升压器充电。
16.根据权利要求11所述的方法，其中：
闭合所述连接开关包含在通过放电开关释放存储在所述次级升压器中的电荷之后闭合所述连接开关；且
进一步包括：
在所述直接充电持续时间之前断开所述放电开关以将所述次级升压器中的升压器电容器与具有低于所述升压器电容器的电压电平的节点隔离。
17.根据权利要求11所述的方法，其中闭合所述连接开关包含利用模块信号控制所述连接开关的控制节点处的电压。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在所述直接充电持续时间之后保持所述连接开关闭合以使用所述倍增器电容器对所述次级升压器进一步充电。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
在所述直接充电持续时间之后将所述控制节点处的电压恢复为先前状态；且
其中：
在所述直接充电持续时间之后保持所述连接开关闭合包含基于所述连接开关的输入及输出端子处的电压而保持所述连接开关闭合。
20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括在所述直接充电持续时间之后维持所述控制节点处的所述电压以保持所述连接开关闭合。
21.一种操作包含时钟倍增器及次级升压器的电荷泵的方法，所述方法包括：
对所述次级升压器中的升压器电容器放电，所述次级升压器经配置以生成级输出电压；
根据时钟主控信号和时钟信号对所述时钟倍增器中的倍增器电容器充电以提供升压中间电压，其中对所述倍增器电容器充电包含使用来自输入源的电流对所述倍增器电容器预充电；
在对所述升压器电容器放电之后且在对所述倍增器电容器预充电之前或同时，根据所述时钟主控信号使用来自所述输入源的次级源电流对所述升压器电容器充电；及
基于所述升压中间电压对所述升压器电容器充电以生成所述级输出电压。
22.根据权利要求21所述的方法，其中基于所述次级源电流对所述升压器电容器充电包含：
闭合所述时钟倍增器中的源开关以将所述输入源直接连接到所述倍增器电容器、所述升压器电容器或其组合；及
在直接充电持续时间期间闭合连接开关，其中所述连接开关通过所述源开关将所述升压器电容器直接连接到所述输入源，其中所述直接充电持续时间在对所述升压器电容器放电之后发生且在对所述倍增器电容器充电的同时或之前发生。
23.根据权利要求22所述的方法，其中基于所述次级源电流对所述升压器电容器充电包含在所述直接充电持续时间期间将时钟信号、否定信号或其组合驱动为低，其中所述时钟信号及所述否定信号用于对所述倍增器电容器充电。
24.根据权利要求22所述的方法，其中：
对所述倍增器电容器充电包含：
对从属升压器中包含的所述倍增器电容器充电，及
使用主控控制器控制所述倍增器电容器的所述充电，所述主控控制器基于时钟主控信号、否定主控信号或其组合进行操作；及
基于所述次级源电流对所述升压器电容器充电包含在所述直接充电持续时间期间维持所述时钟主控信号、所述否定主控信号或其组合。
25.根据权利要求24所述的方法，其中维持所述时钟主控信号、所述否定主控信号或其组合包含使所述时钟主控信号或所述否定主控信号维持处于高状态，所述时钟主控信号或所述否定主控信号直接控制所述倍增器电容器的所述充电。
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