CN110463001B - 电荷泵系统、设备和方法 - Google Patents

电荷泵系统、设备和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110463001B
CN110463001B CN201880012099.3A CN201880012099A CN110463001B CN 110463001 B CN110463001 B CN 110463001B CN 201880012099 A CN201880012099 A CN 201880012099A CN 110463001 B CN110463001 B CN 110463001B
Authority
CN
China
Prior art keywords
charge
series
pump stages
charge pump
stages
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880012099.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110463001A (zh
Inventor
亚瑟·S·莫里斯
文森特·张
大卫·齐姆利克
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AAC Technologies Pte Ltd
Original Assignee
Wispry Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wispry Inc filed Critical Wispry Inc
Publication of CN110463001A publication Critical patent/CN110463001A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110463001B publication Critical patent/CN110463001B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B5/00—Devices comprising elements which are movable in relation to each other, e.g. comprising slidable or rotatable elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/008—MEMS characterised by an electronic circuit specially adapted for controlling or driving the same
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/04—Networks or arrays of similar microstructural devices
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/205—Substrate bias-voltage generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
    • B81B2207/05—Arrays
    • B81B2207/053—Arrays of movable structures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • 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
    • H02M3/071—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 adapted to generate a negative voltage output from a positive voltage source

Abstract

本主题涉及电荷泵设备、系统和方法，其中，第一多个串联连接的电荷泵级被连接在电源电压节点和第一电路节点之间，其中，第一多个电荷泵级可操作用于在第一电路节点处产生第一电荷，第一电荷具有第一极性；以及，第二多个串联连接的电荷泵级被连接在电源电压节点和第二电路节点之间，其中第二多个电荷泵级可操作用于在第二电路节点处产生第二电荷，第二电荷具有第二极性。

Description

电荷泵系统、设备和方法
优先权声明
本申请要求2017年2月16日提交的美国临时专利申请序列号62/460,003的权益，通过引用将其公开内容整体并入本文。
技术领域
此处公开的主题总体上涉及电荷泵。更具体地，此处公开的主题涉及用于将电容器充电到比电压源相对更高的电位的电荷泵的配置和操作。
背景技术
电荷泵用于在电源电压相对低的配置下生成所期望的高电压输出。然而，即使在这种高电压输出将是有利的情况下，与电荷泵相关联的各种问题阻止它们替换其他的高电压源。例如，对接地的寄生效应、电荷泵元件(例如，泵级、控制电路、保持电容器)所需的空间和充电时间都可被视为对某些电路是有害的。出于这些原因中的许多原因，尽管具有从相对低的电源电压生成高电压输出的能力，但电荷泵的适用性已经受到限制。
发明内容
根据本公开，提供了电荷泵设备、系统和方法。在一个方面，提供了一种电荷泵，其中，第一多个串联连接的电荷泵级被连接在电源电压节点和第一电路节点之间，其中，第一多个电荷泵级可操作用于用于在第一电路节点处产生第一电荷，第一电荷具有第一极性；并且第二多个串联连接的电荷泵级被连接在电源电压节点和第二电路节点之间，其中第二多个电荷泵级可操作用于用于在第二电路节点处产生第二电荷，第二电荷具有第二极性。
在另一方面，一种用于调节电路中的电荷的方法，包括：选择性地激活连接在电源电压节点和第一电路节点之间的第一多个串联连接的电荷泵级，以驱动第一多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷，其中，第一多个电荷泵级可操作用于用于在第一电路节点处产生第一电荷，第一电荷具有第一极性；以及选择性地激活连接在电源电压节点和第二电路节点之间的第二多个串联连接的电荷泵级，以驱动第二多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷，其中，第二多个电荷泵级可操作用于用于在第二电路节点处产生第二电荷，第二电荷具有第二极性。
在另一方面，微电子机械系统(MEMS)设备包括：至少一个固定电极；第一多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和至少一个固定电极之间；可移动的梁，包括与至少一个固定电极存在间隔的至少一个可移动电极；以及第二多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和至少一个可移动电极之间。在这种配置中，第一多个串联连接的电荷泵级和第二多个串联连接的电荷泵级是可选择性地操作的，以用于在至少一个固定电极和至少一个可移动电极之间生成所期望的静电力。
尽管上文已经陈述了本文公开的主题的一些方面，并且这些方面全部或部分地由当前公开的主题来实现，但是当结合附图进行描述时，其他方面将变得明显，如下文最佳描述的。
附图说明
通过下面的详细描述将更容易地理解本主题的特征和优点，该详细描述应该结合仅通过解释性和非限制性示例所给出的附图来阅读，并且在附图中：
图1是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵系统的示意性表示；
图2是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵系统的电路图；
图3是示出了根据当前公开的主题的实施例的取决于多个电荷泵元件的操作状态的电荷泵系统的输出电压的一系列曲线图；
图4是根据当前公开的主题的实施例的被配置为驱动微电子机械系统(MEMS)设备的电荷泵系统的示意图；
图5是示出了根据当前公开的主题的实施例的电荷泵系统的差分驱动波形的曲线图；以及
图6是根据当前公开的主题的实施例的电荷泵控制系统的示意性表示。
具体实施方式
本主题提供电荷泵系统、设备和方法。在一个方面，本主题提供一种电荷泵，其包括：两个独立控制的电荷泵部分。参考图1中所示的实施例，例如，总体上被标记为100的电荷泵系统可包括：总体上被标记为110的第一电荷泵，其包括连接在电源电压节点104和第一电路节点116之间的第一多个串联连接的电荷泵级112-1至112-n。第一多个电荷泵级112-1至112-n可操作用于用于在第一电路节点116处产生第一电荷。此外，电荷泵系统100还包括：总体上被标记为120的第二电荷泵，其包括连接在电源电压节点104和第二电路节点126之间的第二多个串联连接的电荷泵级122-1至122-n。第二多个电荷泵级122-1至122-n可操作用于用于在第二电路节点126处产生第二电荷。
在一些实施例中，例如，第一电荷泵110和第二电荷泵120中的每一个可以是本技术中已知的各种电荷泵设计(例如，迪克森型电荷泵、交叉耦合的开关电容器电路)中的任意一种。在任何布置中，在第一电荷泵110和第二电荷泵120中每一个的各级之间通过两相时钟传递电荷，使得电荷只能以一种方式流动，并且电荷在第一和第二电路节点116和126处的串的末端建立。可以选择级数以生成第一和第二电荷泵110和120中的每一个所期望的升压量。例如，可以基于第一电路节点116处所期望的高电压输出和电源电压节点104处的电荷泵电压供应之间的差异来选择级数。因此，对于任何给定的应用，级数通常是固定的。
例如，用于电荷泵设计的一种配置可以包括偶数个级，其中一半在每个上升时钟沿上被时钟控制为高，并且另一半在下降时钟沿上被时钟控制为高。在一些实施例中，电荷泵系统100包括单时钟驱动器电路130，其与第一多个串联连接的电荷泵级112-1至112-n和第二多个串联连接的电荷泵级122-1至122n两者通信的。在这种配置中，时钟驱动器电路130被配置为通过第一多个串联连接的电荷泵级112-1至112-n和第二多个串联连接的电荷泵级122-1至122-n中的一个或两个来选择性地驱动电荷，以将第一电荷提供给第一电路节点116和/或将第二电荷提供给第二电路节点126。
尽管此处讨论了电荷泵系统100的配置的一个示例，但是本领域普通技术人员将认识到，可以以各种其他配置中的任何一种来提供电荷泵系统100，在各种其他配置中，在第一和第二电荷泵110和120的各级之间驱动电荷。
在一些实施例中，可以使用绝缘体上硅(SOI)制造方法来实现根据本公开的电荷泵系统100。利用这种配置，相比于其他技术，由于较低的接地寄生效应，电荷泵系统100的操作可以更高效。此外，这种配置可以用最小尺寸的晶体管将寄生电容最小化并且不将主体连接到基板上，从而使得电荷泵系统100通过小值耦合电容器而相对高效且较小，并且与简单的二极管连接FET相比而言，可以实现更为复杂的控制。此外，基板隔离不需要大的耗尽区。
无论电荷泵系统100的具体配置如何，通过设计第一和第二电荷泵110和120中的每一个的配置以及它们与电源电压节点104和/或时钟驱动器电路130的连接，可以调整电荷泵系统100以用于各种应用。首先，例如，如图2所示，第一电荷泵110可以被配置为接收一组第一电压输入Φ1和
Figure BDA0002167630140000041
(来自时钟驱动器电路130的两相时钟信号的交替输入)，使得在第一电路节点116处产生的第一电荷具有第一极性(例如，正极性)。第二电荷泵120可以被配置为接收一组第二电压输入Φ2和
Figure BDA0002167630140000042
使得在第二电路节点126处产生的第二电荷具有与第一极性相反的第二极性(例如，负极性)。
另外，如图2所示，在一些实施例中，第一电路节点116和第二电路节点126连接到公共输出节点106。在一些实施例中，输出节点106可以连接到电容器136或其他组件，为此期望调节电荷。在这种配置中，第一电荷泵110和第二电荷泵120可对抗地进行操作，以选择性地向输出节点106和电容器136提供相反的电荷。因此，在一些情况下，可以通过激活第一多个串联连接的电荷泵级112-1至112-n并且去激活第二多个串联连接的电荷泵级122-1至122来操作电荷泵系统100，使得仅将第一电荷泵110所产生的正高压电荷提供给输出节点106。以这种方式，电荷泵系统100可以在输出节点106处产生高电压输出。可替换地，第一多个串联连接的电荷泵级112-1至112-n和第二多个串联连接的电荷泵级122-1至122-n两者都可以被激活，使得由第一和第二电荷泵110和120分别产生的第一和第二电荷实质上彼此抵消(例如，在输出节点106处产生实质上的零电荷)。
参考图3，例如，可以通过选择性激活第一电荷泵110(例如，通过改变第一电压输入的值Φ1和
Figure BDA0002167630140000051
如图3的中间曲线图所示)和第二电荷泵120(例如，通过改变第二电压输入的值Φ2和
Figure BDA0002167630140000052
如图3的底部曲线图所示)来控制输出节点106处的电势(图3的顶部曲线图)。特别地，如图3所示，在单独操作第一电荷泵110的情况下，在输出节点106处产生正的高电压电荷。为了将输出节点106处的电荷减少回接地电平，可以操作第二电荷泵120以有效地抵消由第一电荷泵110所提供的正电荷。在图3所示的实施例中，可以在第一和第二电荷泵110和120两者都进行操作的情况下执行这种抵消。可替换地，可以关闭第一电荷泵110，并且可以单独接通第二电荷泵120以更快地减少在输出节点106处的电荷。
可替换地，在另一种配置中，电荷泵系统100可用于为微电子机械系统(MEMS)设备的偏转提供差分控制。如图4所示，例如，在一些实施例中，总体上被标记为140的MEMS设备可以包括至少一个固定电极142(例如，其可以被安装在基板141上)，以及可移动的梁143被悬挂在固定电极142上，可移动的梁143包括至少一个可移动电极144，至少一个可移动电极144与固定电极142存在间隔并且相对于固定电极142是可移动的。电荷泵系统100连接到这个结构，其中第一电荷泵110连接到可移动电极124或固定电极122中的一个，并且第二电荷泵120连接到固定电极142或可移动电极144中的另一个。在这种配置中，第一和第二电荷泵110和120可以是可选择性操作的，以用于在至少一个固定电极142和至少一个可移动电极144之间生成所期望的静电力。
例如，在第一电荷泵110产生具有第一极性的第一电荷并且第二电荷泵120产生具有与第一极性相反的第二极性的第二电荷的一些实施例中，电荷泵系统100的操作引起当第一电荷泵110和第二电荷泵120两者都被激活时，可移动的梁143朝向固定电极142偏转。按照这种方式，对MEMS设备140的每个电极的差分控制通过使用第一和第二电荷泵110和120生成正电压和负电压两者来降低对接地的电压要求。换句话说，如图5所示，因为通过向每个电极提供相反极性的电荷，总电位差实际上是接地电压幅度的两倍，所以按照这种方式可以实现和控制更高的电压。这种系统仅受限于每个电荷泵串的长度和电容器介电击穿。此外，这种布置可以极大地降低电荷泵电容器的击穿要求，并且可能使能够使用更小的泵。
可替换地，在第一极性与第二极性相同的一些实施例中，电荷泵系统100的操作可以在固定电极142和可移动电极144之间产生排斥力。作为结果，可移动的梁143可被驱动远离固定电极142(例如，克服静摩擦力(stiction))。
不管具体配置如何，可以由电荷泵系统100直接驱动可移动的梁143的偏转。因此，鉴于传统的MEMS致动器通常要求高电压晶体管来施加和移除来自这种MEMS设备的高电压，在MEMS设备140的一些实施例中，不需要高电压晶体管(例如，用于SOI实现)。此外，由于电荷泵系统100在为MEMS本身充电(即，而不是单独的保持电容器)，因此仅需要提供相对低的电荷(例如，仅约1pF的电荷)。作为结果，第一和第二电荷泵110和120中的每一个可以非常小，这进一步有助于避免由于小负载而导致的大梯级(step)。此外，由于可以使用SOI或其他类似工艺来实现电荷泵系统100，所以第一和第二电荷泵110和120可以直接定位在与它们相关联的MEMS设备的上方，下方或旁边，诸如在单片半导体模具中，从而形成紧凑且有效的解决方案。
此外，用电荷泵系统100直接驱动一个或多个这样的MEMS梁来控制可移动梁143随电荷而不是电压进行偏转。因此，与传统的MEMS致动器相比，当电荷被添加时，不会有拉入但是会渐进式闭合，并且随着电荷的移除而逐渐释放。尽管在一些实施例中充电时间可能更长，但是这样的渐进式闭合可以使振铃最小化，这可以导致更短的总时间来达到稳定闭合(例如，与排出的总时间加上振铃消退的时间相比)。此外，冲击力将极大地降低，以避免破裂并导致更低的磨损。
在任何配置或应用中，电荷泵系统100的操作可以包括各种控制和调节系统中的任何一种。在一些实施例中，提供用于电荷泵系统100的调节系统，以便感测在第一电路节点116、第二电路节点126和/或输出节点106中的一个或多个处可用的高电压输出，以确定何时应当激活第一电荷泵110或第二电荷泵120中的一个或两个。用于电荷泵的调节系统可以被配置为确定对电荷泵计时的周期数量以及电荷泵的每一级所需要的电压增量。由电荷泵的设计、负载电容或电荷泵的每一级所需要的电压增量中的一个或多个来确定对电荷泵计时的周期数量，以实现所期望的高电压输出。
在一些实施例中，设置用于启动时钟的阈值水平和时钟周期的数量，以实现对电荷泵的稳定控制。在这种情况下，调节系统可以与分数(fractional)驱动器组合以节流电荷泵以及管理任何电压尖峰。对于给定的电压上升，这将需要更多的周期，但提供对电荷泵级的更为精细的控制。另外，在时钟周期停止之后，串可能需要更长的时间来稳定，并且电荷泵的初始状态可能沿着串是不均匀的。
可以根据与所期望的阈值电压或参考电压的测量比较来确定电压增量。此外，可以基于测量的电压和参考电压之间的差来计算实现所期望的高电压输出所需要的周期数量。可替换地，对阈值电压处的或低于阈值电压的电压的测量可以用作发起固定数量的操作周期的触发器。在一些实施例中，当电荷泵不活动时，可以对电荷泵二极管串本身进行为了比较所采取的测量。按照这种方式，不需要单独的分压器，这可能是有利的，这是因为使用分压器会向电荷泵增加相当大量的泄漏，从而要求更为频繁地操作电荷泵以在主电路节点处维持所期望的高电压输出。特别地，由于本文公开的电荷泵系统100可能涉及第一和第二电荷泵110和120的双重、独立调节，因此消除对单独的分配器串的需要的这种益处可能是特别有利的。
参考用于调节系统的一种配置，图6示出了调节系统150，其被配置为对第一电荷泵110进行电压测量。在所示的配置中，这种测量可以在第一电荷泵级112-1到112-n的串的底部附近进行，其为调节系统150提供低电压，低电压与串的顶部的高电压成正比。调节系统150还被配置为从在串的底部处所获取的电压测量结果来推断第一电路节点116处的当前电压。特别地，在使用SOI工艺或其他绝缘基板晶体管技术实现电荷泵系统100的实施例中，在第一电荷泵级112-1至112-n之间的分压可以比在其他实现中(例如，CMOS)更均匀，并且因此，由调节系统150所进行的测量可以用于确定第一电路节点116处的电压。系统通过找到对应于第一电路节点116处的所期望的高电压输出的测量电压和参考电压之间的差来推断当前电压。然后，调节系统150使用这个信息来计算第一电荷泵110需要被激活以便在第一电路节点116处实现所期望的电压电平的时钟周期的数量。可以提供类似结构，其与第二电荷泵120进行通信，以用于调节第二电路节点126处的电荷。
在一些实施例中，可以通过高阻抗输入来获得对二极管串的这种测量，以避免对分压进行干扰。通过避免单独的测量分配器，应该极大地减少电流消耗。此外，对电荷泵的直接测量将提供几乎瞬时的电压测量，并且因此允许紧凑的、对电荷泵的更为精确的调节，以及在静态“接通”状态期间更低的纹波。通过不要求单独的分配器串，将极大地减少来自主电路节点的泄漏，从而导致更低的DC电流消耗和更低的平均噪声。
在不脱离本主题的精神和基本特征的情况下，本主题可以以其他形式来体现。因此，所描述的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的。尽管已经根据某些优选实施例描述了本主题，但是对于本领域普通技术人员显而易见的其他实施例也在本主题的范围内。

Claims (13)

1.一种电荷泵，包括：
第一多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和第一电路节点之间，其中，第一多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述第一电路节点处产生第一电荷，所述第一电荷具有第一极性；以及
第二多个串联连接的电荷泵级，其被连接在所述电源电压节点和第二电路节点之间，其中第二多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述第二电路节点处产生第二电荷，所述第二电荷具有与所述第一极性相反的第二极性；
其中，所述第一电路节点和所述第二电路节点被连接到公共输出节点。
2.根据权利要求1所述的电荷泵，其中每个电荷泵级包括：绝缘体上硅(SOI)设备。
3.根据权利要求1所述的电荷泵，包括：与所述第一多个串联连接的电荷泵级和所述第二多个串联连接的电荷泵级两者进行通信的单时钟驱动器电路，其中所述单时钟驱动器电路被配置为：通过所述第一多个串联连接的电荷泵级和所述第二多个串联连接的电荷泵级中的一个或两个选择性地驱动电荷，以在所述公共输出节点处提供所述第一电荷或所述第二电荷中的一个或两个。
4.根据权利要求1所述的电荷泵，包括：一个或多个电压测量设备，其被配置为测量所述第一电路节点或所述第二电路节点中的任一个或两个处的当前电荷状态；
其中，所述一个或多个电压测量设备与所述第一多个串联连接的电荷泵级或所述第二多个串联连接的电荷泵级中的任一个或两个的多个串联连接的电荷泵级中的一个进行通信连接，并且
其中，电压测量设备被配置为从在多个串联连接的电荷泵级中的一个处所获得的电压测量值来推断所述第一电路节点或所述第二电路节点中的任一个或两个处的当前电荷状态。
5.一种用于调节电路中的电荷的方法，所述方法包括：
选择性地激活被连接在电源电压节点和第一电路节点之间的第一多个串联连接的电荷泵级，以驱动所述第一多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷，其中，第一多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述第一电路节点处产生第一电荷，所述第一电荷具有第一极性；和
选择性地激活被连接在所述电源电压节点和第二电路节点之间的第二多个串联连接的电荷泵级，以驱动所述第二多个串联连接的电荷泵级的各级之间的电荷，其中，所述第二多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述第二电路节点处产生第二电荷，所述第二电荷具有与所述第一极性相反的第二极性；
其中，所述第一电路节点和所述第二电路节点被连接到公共输出节点。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，选择性地激活所述第一多个串联连接的电荷泵级和选择性地激活所述第二多个串联连接的电荷泵级包括：激活所述第一多个串联连接的电荷泵级并且去激活所述第二多个串联连接的电荷泵级以在所述公共输出节点处产生高电压输出。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，选择性地激活所述第一多个串联连接的电荷泵级和选择性地激活所述第二多个串联连接的电荷泵级包括：激活所述第一多个串联连接的电荷泵级和所述第二多个串联连接的电荷泵级两者，以在主电路节点处产生实质上的零电荷。
8.根据权利要求5所述的方法，其中选择性地激活所述第一多个串联连接的电荷泵级或选择性地激活所述第二多个串联连接的电荷泵级中的一个或两个包括：
通过从在所述第一多个串联连接的电荷泵级或所述第二多个串联连接的电荷泵级中的相应一个处所获得的电压测量值推断当前电荷状态，来测量所述第一电路节点或所述第二电路节点中的一个或两个处的当前电荷状态；以及
如果所述当前电荷状态与所期望的电荷状态不同，则激活驱动电荷的所述第一多个串联连接的电荷泵级或所述第二多个串联连接的电荷泵级。
9.一种微电子机械系统(MEMS)设备，包括：
至少一个固定电极；
第一多个串联连接的电荷泵级，其被连接在电源电压节点和所述至少一个固定电极之间；
可移动的梁，其包括与所述至少一个固定电极存在间隔的至少一个可移动电极；以及
第二多个串联连接的电荷泵级，其被连接在所述电源电压节点和所述至少一个可移动电极之间；
其中，所述第一多个串联连接的电荷泵级和所述第二多个串联连接的电荷泵级可选择性操作用于在所述至少一个固定电极和所述至少一个可移动电极之间生成所期望的静电力。
10.根据权利要求9所述的微电子机械系统(MEMS)设备，其中，每个电荷泵级包括：绝缘体上硅(SOI)设备。
11.根据权利要求9所述的微电子机械系统(MEMS)设备，其中，当第一多个串联连接的电荷泵级被激活时，所述第一多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述至少一个固定电极处产生第一电荷，所述第一电荷具有第一极性；
其中，当第二多个串联连接的电荷泵级被激活时，所述第二多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述至少一个可移动电极处产生第二电荷，所述第二电荷具有与所述第一极性相反的第二极性；并且
其中，所述可移动的梁可朝向所述至少一个固定电极移动，其中所述第一多个串联连接的电荷泵级和所述第二多个串联连接的电荷泵级两者均被激活。
12.根据权利要求9所述的微电子机械系统(MEMS)设备，其中，当所述第一多个串联连接的电荷泵级被激活时，所述第一多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述至少一个固定电极处产生第一电荷，所述第一电荷具有第一极性；
其中，当所述第二多个串联连接的电荷泵级被激活时，所述第二多个串联连接的电荷泵级可操作用于在所述至少一个可移动电极处产生第二电荷，所述第二电荷具有第二极性；并且
其中所述第一极性和所述第二极性相同，使得在所述至少一个固定电极和所述至少一个可移动电极之间生成排斥力。
13.根据权利要求9所述的微电子机械系统(MEMS)设备，其中，多个串联连接的电荷泵级实质上位于所述可移动的梁的下方。
CN201880012099.3A 2017-02-16 2018-02-16 电荷泵系统、设备和方法 Active CN110463001B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762460003P 2017-02-16 2017-02-16
US62/460,003 2017-02-16
PCT/US2018/000070 WO2018151854A1 (en) 2017-02-16 2018-02-16 Charge pump systems, devices, and methods

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110463001A CN110463001A (zh) 2019-11-15
CN110463001B true CN110463001B (zh) 2021-08-20

Family

ID=63169965

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880012319.2A Active CN110463002B (zh) 2017-02-16 2018-02-16 电荷泵系统、设备和方法
CN201880012099.3A Active CN110463001B (zh) 2017-02-16 2018-02-16 电荷泵系统、设备和方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880012319.2A Active CN110463002B (zh) 2017-02-16 2018-02-16 电荷泵系统、设备和方法

Country Status (4)

Country Link
US (5) US10608528B2 (zh)
EP (2) EP3583691A4 (zh)
CN (2) CN110463002B (zh)
WO (2) WO2018151853A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110463002B (zh) 2017-02-16 2023-05-09 瑞声科技(新加坡)有限公司 电荷泵系统、设备和方法
US10833580B2 (en) 2018-12-17 2020-11-10 Micron Technology, Inc. Stage protection in multi-stage charge pumps

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05300729A (ja) * 1992-04-15 1993-11-12 Matsushita Electric Works Ltd 電源回路
US7023260B2 (en) * 2003-06-30 2006-04-04 Matrix Semiconductor, Inc. Charge pump circuit incorporating corresponding parallel charge pump stages and method therefor
CN101102081A (zh) * 2006-07-05 2008-01-09 松下电器产业株式会社 半导体集成电路
CN101162566A (zh) * 2006-10-09 2008-04-16 奕力科技股份有限公司 控制电荷泵的方法与相关的工作电压产生电路
CN105099475A (zh) * 2014-05-16 2015-11-25 凌力尔特有限公司 改进的无线电接收器
CN105210278A (zh) * 2013-03-15 2015-12-30 维斯普瑞公司 充电泵系统和方法
US9431201B2 (en) * 2013-06-07 2016-08-30 The Regents Of The University Of California Micromechanical resonant switches and charge pumps

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1225608B (it) * 1988-07-06 1990-11-22 Sgs Thomson Microelectronics Regolazione della tensione prodotta da un moltiplicatore di tensione.
JPH05244766A (ja) * 1992-02-27 1993-09-21 Texas Instr Japan Ltd チャージポンプ回路
US5729163A (en) 1994-10-18 1998-03-17 The Boeing Company Synchronous AC to DC conversion of differential AC signals
US5602794A (en) * 1995-09-29 1997-02-11 Intel Corporation Variable stage charge pump
EP0855788B1 (en) 1997-01-23 2005-06-22 STMicroelectronics S.r.l. NMOS negative charge pump
KR100243004B1 (ko) 1997-02-27 2000-03-02 김영환 부트스트랩 챠지 펌프회로
KR100280434B1 (ko) 1998-01-23 2001-03-02 김영환 고전압발생회로
JP4026947B2 (ja) 1998-08-24 2007-12-26 株式会社ルネサステクノロジ 昇圧回路
US6160440A (en) 1998-09-25 2000-12-12 Intel Corporation Scaleable charge pump for use with a low voltage power supply
IT1308586B1 (it) * 1999-01-20 2002-01-08 St Microelectronics Srl Dispositivo di alimentazione duale con singolo convertitore continua-continua e traslatore capacitivo
US6037622A (en) 1999-03-29 2000-03-14 Winbond Electronics Corporation Charge pump circuits for low supply voltages
KR100576504B1 (ko) * 1999-06-23 2006-05-09 주식회사 하이닉스반도체 챠지펌프 회로
TW476179B (en) * 2000-02-11 2002-02-11 Winbond Electronics Corp Charge pump circuit applied in low supply voltage
JP3558976B2 (ja) * 2000-10-04 2004-08-25 日本碍子株式会社 電圧コンバータ
US6967523B2 (en) * 2000-11-21 2005-11-22 Mosaid Technologies Incorporated Cascaded charge pump power supply with different gate oxide thickness transistors
US6501325B1 (en) 2001-01-18 2002-12-31 Cypress Semiconductor Corp. Low voltage supply higher efficiency cross-coupled high voltage charge pumps
KR100897636B1 (ko) * 2001-02-01 2009-05-14 엔엑스피 비 브이 전하 펌프 장치와, 이 장치를 갖는 디스플레이 드라이버,디스플레이 모듈 및 통신 단말기
US6418040B1 (en) 2001-04-09 2002-07-09 Cypress Semiconductor Corp. Bi-directional architecture for a high-voltage cross-coupled charge pump
KR100399359B1 (ko) * 2001-07-07 2003-09-26 삼성전자주식회사 전하 펌프 회로
KR100404001B1 (ko) 2001-12-29 2003-11-05 주식회사 하이닉스반도체 차지 펌프 회로
KR100640615B1 (ko) * 2004-12-20 2006-11-01 삼성전자주식회사 고 전압 발생용 전하 펌프 회로
SG130050A1 (en) 2005-08-26 2007-03-20 Bluechips Technology Pte Ltd A high voltage charge pump with wide range of supply voltage
US7957204B1 (en) * 2005-09-20 2011-06-07 Spansion Llc Flash memory programming power reduction
US20070069800A1 (en) * 2005-09-23 2007-03-29 Macronix International Co., Ltd. Negative charge-pump with circuit to eliminate parasitic diode turn-on
US7777557B2 (en) 2007-01-17 2010-08-17 Panasonic Corporation Booster circuit
US7932770B2 (en) * 2007-02-07 2011-04-26 Panasonic Corporation Charge pump circuit
US8232833B2 (en) * 2007-05-23 2012-07-31 Silicon Storage Technology, Inc. Charge pump systems and methods
US7847618B2 (en) * 2008-01-08 2010-12-07 International Business Machines Corporation Peak power reduction methods in distributed charge pump systems
JP2009289979A (ja) 2008-05-29 2009-12-10 Panasonic Corp 昇圧回路
CN101753012B (zh) * 2008-12-12 2012-10-31 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 电荷泵电路
US8120413B2 (en) 2008-08-18 2012-02-21 Semiconductor Manufacturing International (Beijing) Corporation Charge pump circuit
JP5275096B2 (ja) * 2009-03-18 2013-08-28 株式会社東芝 昇圧回路
US7902915B2 (en) * 2009-06-08 2011-03-08 Freescale Semiconductor, Inc. Method and circuit for charging and discharging a circuit node
JP2011120407A (ja) * 2009-12-04 2011-06-16 Renesas Electronics Corp チャージポンプ回路
US20110148509A1 (en) * 2009-12-17 2011-06-23 Feng Pan Techniques to Reduce Charge Pump Overshoot
US8030988B2 (en) * 2009-12-31 2011-10-04 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte. Ltd. Method for generating multiple incremental output voltages using a single charge pump chain
WO2012095897A1 (ja) 2011-01-14 2012-07-19 パナソニック株式会社 チャージポンプ回路
US9768683B2 (en) 2011-01-18 2017-09-19 Peregrine Semiconductor Corporation Differential charge pump
US8829980B2 (en) * 2011-03-21 2014-09-09 Analog Devices, Inc. Phased-array charge pump supply
WO2013075067A1 (en) * 2011-11-18 2013-05-23 Aplus Flash Technology, Inc. Low voltage page buffer for use in nonvolatile memory design
KR101849176B1 (ko) * 2012-01-06 2018-04-17 삼성전자주식회사 2-트랜지스터 플래시 메모리 및 2-트랜지스터 플래시 메모리의 프로그램 방법
US8860500B2 (en) * 2012-07-20 2014-10-14 Analog Devices Technology Charge transfer apparatus and method
US9013229B2 (en) * 2013-07-15 2015-04-21 Texas Instruments Incorporated Charge pump circuit
US9385592B2 (en) * 2013-08-21 2016-07-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Charge pump circuit and semiconductor device including the same
KR101464257B1 (ko) 2013-11-12 2014-11-21 현대모비스 주식회사 차지 펌핑 회로를 사용한 차량용 초음파 주차 보조 장치 및 그 동작 방법
CN103872904B (zh) * 2014-03-17 2016-08-17 上海华虹宏力半导体制造有限公司 电荷泵以及存储器
US9921249B2 (en) 2014-04-30 2018-03-20 Infineon Technologies Ag Systems and methods for high voltage bridge bias generation and low voltage readout circuitry
US9496840B2 (en) * 2014-05-16 2016-11-15 Linear Technology Corporation Radio receiver
TWM510076U (zh) * 2015-05-01 2015-10-11 Jia Sheng Entpr Co Ltd 安全鞋
US9602921B2 (en) 2015-06-24 2017-03-21 Robert Bosch Gmbh Independently charge pumps for differential microphone
US9634562B1 (en) * 2016-06-09 2017-04-25 Stmicroelectronics International N.V. Voltage doubling circuit and charge pump applications for the voltage doubling circuit
CN110463002B (zh) 2017-02-16 2023-05-09 瑞声科技(新加坡)有限公司 电荷泵系统、设备和方法
US10211724B1 (en) * 2017-12-20 2019-02-19 Micron Technology, Inc. Electronic device with an output voltage booster mechanism
EP3514961B1 (en) * 2018-01-19 2021-05-12 Socionext Inc. Charge pump circuitry
US10396815B1 (en) * 2018-12-27 2019-08-27 Intel Corporation RFDAC (RF (radio frequency) DAC (digital-to-analog converter)) with improved efficiency and output power

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05300729A (ja) * 1992-04-15 1993-11-12 Matsushita Electric Works Ltd 電源回路
US7023260B2 (en) * 2003-06-30 2006-04-04 Matrix Semiconductor, Inc. Charge pump circuit incorporating corresponding parallel charge pump stages and method therefor
CN101102081A (zh) * 2006-07-05 2008-01-09 松下电器产业株式会社 半导体集成电路
CN101162566A (zh) * 2006-10-09 2008-04-16 奕力科技股份有限公司 控制电荷泵的方法与相关的工作电压产生电路
CN105210278A (zh) * 2013-03-15 2015-12-30 维斯普瑞公司 充电泵系统和方法
US9431201B2 (en) * 2013-06-07 2016-08-30 The Regents Of The University Of California Micromechanical resonant switches and charge pumps
CN105099475A (zh) * 2014-05-16 2015-11-25 凌力尔特有限公司 改进的无线电接收器

Also Published As

Publication number Publication date
EP3583690A1 (en) 2019-12-25
US10658926B2 (en) 2020-05-19
US20200220455A1 (en) 2020-07-09
US20180337595A1 (en) 2018-11-22
CN110463002B (zh) 2023-05-09
EP3583691A1 (en) 2019-12-25
US11025162B2 (en) 2021-06-01
WO2018151854A1 (en) 2018-08-23
CN110463002A (zh) 2019-11-15
US10608528B2 (en) 2020-03-31
US10530247B2 (en) 2020-01-07
US20200228004A1 (en) 2020-07-16
CN110463001A (zh) 2019-11-15
WO2018151853A1 (en) 2018-08-23
WO2018151854A8 (en) 2019-03-28
US20180314284A1 (en) 2018-11-01
US10903740B2 (en) 2021-01-26
EP3583691A4 (en) 2020-08-05
US20190267894A1 (en) 2019-08-29
EP3583690A4 (en) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2036194B1 (en) Three-phase low noise charge pump and method
US8076912B2 (en) Semiconductor integrated circuit and method of controlling MEMS-type variable capacitance capacitor
US9438104B2 (en) Fast startup charge pump
KR101660131B1 (ko) 제어형 피드백 차지 펌프를 위한 시스템 및 방법
KR101341573B1 (ko) 승압 회로
CN110463001B (zh) 电荷泵系统、设备和方法
US10476383B2 (en) Negative charge pump circuit
US10103727B1 (en) Power switch circuit and integrated circuit of power switch controller
US7843255B2 (en) Charge pump regulator and circuit structure
US20050012542A1 (en) Power supply
US20110193501A1 (en) Electrostatic actuator apparatus and method of driving the same
JP5591629B2 (ja) 半導体装置、及び静電アクチュエータの駆動方法
CN108233703B (zh) 电荷泵电路和升压电路
KR100851153B1 (ko) 차지 펌프 회로
JP2006262690A (ja) 入力電圧に適応的に制御される電圧昇圧装置
JP2015211102A (ja) 電子装置
JP2021129335A (ja) 駆動回路
KR20110073951A (ko) 전압 발생 회로

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Arthur S. Morris

Inventor after: Wen Sente.zhang

Inventor after: Ohga Toshikatsu

Inventor before: Arthur S. Morris

Inventor before: Vincent Zhang

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220228

Address after: Room 1, 3rd floor, 22 tambini industrial Bay, Singapore

Patentee after: AAC TECHNOLOGIES Pte. Ltd.

Address before: California, USA

Patentee before: WISPRY, Inc.