CN113114037A - 低噪声电荷泵 - Google Patents

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Abstract

公开了低噪声电荷泵。在某些实施例中，电荷泵包括：电荷泵输出端子，其提供电荷泵电压；开关电容器；以及多个开关，其在电荷泵的充电操作期间对开关电容器进行充电并且在电荷泵放电操作期间将开关电容器连接至电荷泵输出端子。开关在充电操作和放电操作之间无重叠地操作，使得电荷泵以低噪声操作。

Description

低噪声电荷泵
技术领域
本发明的实施例涉及电子系统，且特别地涉及用于射频电子装置的电荷泵。
背景技术
射频(RF)通信系统可利用DC-DC电源转换来增强工作性能。通常，需要或期望超过电池电压的电压，而在其他情况下，则利用显著小于电池电压的电压。电荷泵是一种DC-DC电源转换器，其接收输入电压并基于输入电压生成更高或更低的电压。例如，电荷泵可使用电容器作为能量存储元件，以将输入电压转换为较高电压或较低电压。
具有一个或多个电荷泵的RF通信系统的示例包括但不限于移动电话、平板电脑、基站、网络接入点、便携式计算机和可穿戴电子装置。功率放大器给RF信号提供放大，该RF信号的频率范围约为30kHz至300GHz，例如，用于第五代(5G)蜂窝通信中的频率范围1(FR1)为约410MHz至约7.125GHz的范围。
发明内容
在某些实施例中，本申请涉及一种前端系统。前端系统包括：射频开关；开关控制器，其被配置为在开关使能信号的第一状态下采用电荷泵电压偏置射频开关；以及电荷泵，其被配置为在电荷泵输出端子处生成电荷泵电压。电荷泵包括：开关电容器；以及多个开关，其被配置为在电荷泵的充电操作期间对开关电容器进行充电并且在电荷泵的放电操作期间将开关电容器连接至电荷泵输出端子。多个开关被配置为在充电操作和放电操作之间无重叠地进行操作。
在各个实施例中，电荷泵由高功率供电电压和地电压供电，电荷泵电压小于地电压。
在多个实施例中，电荷泵包括反相器，该反相器具有电连接至开关电容器的第一端的输出。根据一些实施例，多个开关包括连接在开关电容器的第二端与参考电压之间的一对充电开关，以及连接在开关电容器的第二端与电荷泵输出端子之间的一对放电开关。根据多个实施例，所述一对充电开关在充电操作期间闭合并且在放电操作期间断开，并且所述一对放电开关在放电操作期间闭合并且在充电操作期间断开。根据各种实施例，在从充电操作到放电操作的转换期间，所述一对充电开关中的一个充电开关断开并且所述一对充电开关中的另一个充电开关闭合。根据一些实施例，在从充电操作到放电操作的转换期间，所述一对放电开关中的一个放电开断开并且所述一对放电开关中的另一个放电开关闭合。根据多个实施例，所述一对充电开关中的第一充电开关由第一时钟相位信号控制，所述反相器的输入接收相对于所述第一时钟相位信号延迟的第二时钟相位信号，以及所述一对充电开关中的第二充电开关由相对于第二时钟相位信号延迟的第三时钟信号相位控制。根据各种实施例，所述一对放电开关中的第一放电开关由所述第一时钟相位信号的反相版本控制，并且所述一对放电开关中的第二放电开关由所述第三时钟相位的反相版本控制。根据一些实施例，反相器由高功率供电电压和地电压供电。
在若干实施例中，电荷泵还包括：振荡器，其被配置为生成第一多个时钟信号相位；以及组合逻辑，其被配置为处理第一多个时钟信号相位以生成第二多个时钟信号相位，所述多个开关的至少一部分由第二多个时钟信号相位控制。
在各个实施例中，电荷泵包括多个级，其包含第一级和第二级，第一级包括多个开关和开关电容器。根据多个实施例，多个开关部分地由来自第二级的时钟信号控制。
在某些实施例中，本申请涉及一种产生电荷泵电压的方法。该方法包括：在电荷泵的充电操作期间使用多个开关对开关电容器进行充电；无重叠地将电荷泵从充电操作转换到放电操作；以及在放电操作期间将开关电容器连接至电荷泵输出端子。
在各个实施例中，该方法还包括使用高功率供电电压和地电压来向电荷泵供电，并且在电荷泵输出端子处提供小于地电压的电荷泵输出电压。
在若干实施例中，该方法还包括使用反相器的输出来控制开关电容器的第一端。根据多个实施例，该方法还包括使用多个开关来控制开关电容器的第二端。根据一些实施例，多个开关包括连接在开关电容器的第二端与参考电压之间的一对充电开关，以及连接在开关电容器的第二端与电荷泵输出端子之间的一对放电开关。根据一些实施例，该方法还包括：在充电操作期间闭合所述一对充电开关；在充电操作期间断开所述一对放电开关；在放电操作期间断开所述一对充电开关；以及在放电操作期间闭合所述一对放电开关。根据多个实施例，该方法还包括在从充电操作到放电操作的转换期间断开所述一对充电开关中的一个充电开关并且闭合所述一对充电开关中的另一个充电开关。根据一些实施例，该方法还包括在从充电操作到放电操作的转换期间，断开所述一对放电开关中的一个放电开关并且闭合所述一对放电开关中的另一个放电开关。根据一些实施例，该方法还包括：采用第一时钟相位信号来控制所述一对充电开关中的第一充电开关；对所述反相器的输入提供相对于所述第一时钟相位信号延迟的第二时钟相位信号；以及采用相对于第二时钟相位信号延迟的第三时钟信号相位来控制所述一对充电开关中的第二充电开关。根据多个实施例，该方法还包括采用第一时钟相位信号的反相版本来控制所述一对放电开关中的第一放电开关，以及利用第三时钟相位信号的反相版本来控制所述一对放电开关中的第二放电开关。
在一些实施例中，该方法还包括：使用振荡器生成第一多个时钟信号相位；使用组合逻辑处理第一多个时钟信号相位以生成第二多个时钟信号相位；以及使用第二多个时钟信号相位来控制所述多个开关的至少一部分。
在若干实施例中，电荷泵包括多个级，其包含第一级和第二级，第一级包括多个开关和开关电容器，该方法还包括通过来自第二级的时钟信号来部分地控制多个开关。
在某些实施例中，本申请涉及电荷泵。电荷泵包括：电荷泵输出端子，其被配置为提供电荷泵电压；开关电容器；以及多个开关，其被配置为在电荷泵的充电操作期间对开关电容器进行充电，并在电荷泵的放电操作期间将开关电容器连接至电荷泵输出端子。多个开关被配置为在充电操作和放电操作之间无重叠地进行操作。
在多个实施例中，电荷泵电压小于地电压。
在一些实施例中，电荷泵还包括具有电连接至开关电容器的第一端的输出的反相器。根据多个实施例，多个开关包括连接在开关电容器的第二端与参考电压之间的一对充电开关，以及连接在开关电容器的第二端与电荷泵输出端子之间的一对放电开关。根据各种实施例，所述一对充电开关在充电操作期间闭合并且在放电操作期间断开，并且所述一对放电开关在放电操作期间闭合并且在充电操作期间断开。根据一些实施例，在从充电操作到放电操作的转换期间，所述一对充电开关中的一个充电开关断开并且所述一对充电开关中的另一个充电开关闭合。根据多个实施例，在从充电操作到放电操作的转换期间，所述一对放电开关中的一个放电开关断开，并且所述一对放电开关中的另一个放电开关闭合。根据各种实施例，所述一对充电开关中的第一充电开关由第一时钟相位信号控制，反相器的输入接收相对于第一时钟相位信号延迟的第二时钟相位信号，且所述一对充电开关中的第二充电开关由相对于第二时钟相位信号延迟的第三时钟信号相位控制。根据一些实施例，所述一对放电开关中的第一放电开关由所述第一时钟相位信号的反相版本控制，并且所述一对放电开关中的第二放电开关由所述第三时钟相位信号的反相版本控制。根据多个实施例，反相器由高功率供电电压和地电压供电。
在多个实施例中，电荷泵还包括：振荡器，其被配置为生成第一多个时钟信号相位；以及组合逻辑，其被配置为处理第一多个时钟信号相位以生成第二多个时钟信号相位，所述多个开关的至少一部分由第二多个时钟信号相位控制。
在各个实施例中，电荷泵包括多个级，其包含第一级和第二级，第一级包括多个开关和开关电容器。根据多个实施例，多个开关部分地由来自第二级的时钟信号控制。
附图说明
图1是通信网络的一个示例的示意图。
图2是集成电路(IC)的一个实施例的示意图。
图3是功率放大器系统的一个实施例的示意图。
图4A是电荷泵的一个实施例的示意图。
图4B是具有重叠的电荷泵的时序图的一个示例。
图4C是无重叠的电荷泵的时序图的一个示例。
图5A是电荷泵的另一实施例的示意图。
图5B是电荷泵级的一个实施例的示意图。
图6A是示出图5B的电荷泵级的操作的第一示意图。
图6B是示出图5B的电荷泵级的操作的第二示意图。
图6C是示出图5B的电荷泵级的操作的第三示意图。
图6D是示出图5B的电荷泵级的操作的第四示意图。
图6E是示出图5B的电荷泵级的操作的第五示意图。
图6F是示出图5B的电荷泵级的操作的第六示意图。
图6G是示出图5B的电荷泵级的操作的第七示意图。
图7是根据一个实施例的产生电荷泵电压的方法的流程图。
图8是移动装置的一个实施例的示意图。
图9是根据一个实施例的前端系统的示意图。
图10A是封装模块的一个实施例的示意图。
图10B是图10A的沿线10B-10B截取的封装模块的横截面示意图。
具体实施方式
本文提供的标题(如果有的话)仅是为了方便起见，且并不必然影响所要求保护的发明的范围或含义。
国际电信联盟(ITU)是联合国(UN)的专门机构，其负责涉及包括无线电频谱的共享全球性使用在内的与信息和通信技术的全球性事务。
第三代合作伙伴计划(3GPP)是诸如无线电工商业协会(ARIB)、电信技术委员会(TTC)、中国通信标准协会(CCSA)、电信行业解决方案联盟(ATIS)、电信技术协会(TTA)、欧洲电信标准协会(ETSI)和印度电信标准发展协会(TSDSI)这样的世界范围内的电信标准团体之间的合作。
在ITU范围内工作，3GPP为各种移动通信技术开发和维护技术规范，包括例如第二代(2G)技术(例如，全球移动通信系统(GSM)和增强型数据速率GSM演进(EDGE))、第三代(3G)技术(例如，通用移动电信系统(UMTS)和高速分组接入(HSPA))以及第四代(4G)技术(例如，长期演进(LTE)和高级LTE)。
由3GPP控制的技术规范可通过规范发布来扩展和修订，规范发布可跨越数年并指定广泛的新功能和演进。
在一个示例中，3GPP在版本10中引入了用于LTE的载波聚合(CA)。尽管最初引入了两个下行链路载波，3GPP在版本14中扩展了载波聚合，以包括多至五个下行链路载波和多至三个上行链路载波。3GPP版本提供的新特征和演进的其他示例包括但不限于授权辅助接入(LAA)、增强型LAA(eLAA)、窄带物联网(NB-IOT)、车联网(V2X)、以及高功率用户设备(HPUE)。
3GPP在版本15中引入了第五代(5G)技术的第一阶段，并计划在版本16中引入5G技术的第二阶段(目标是2019年)。后续的3GPP版本将进一步演进和扩展5G技术。5G技术在本文中也称为5G新空口(NR)。
5G NR支持或计划支持诸如毫米波频谱上的通信、波束成形能力、高频谱效率波形、低延迟通信、多无线电参数配置和/或非正交多址(NOMA)这样的各种特征。尽管这样的RF功能为网络提供了灵活性并提高了用户数据速率，但是支持这样的特征可能会带来许多技术挑战。
本文的教导可应用于多种通信系统，包括但不限于使用诸如LTE-A、LTE-APro和/或5G NR这样的高级蜂窝技术的通信系统。
图1是通信网络10的一个示例的示意图。通信网络10包括宏蜂窝基站1、小蜂窝基站3和用户设备(UE)的各种示例，用户设备(UE)包括第一移动装置2a、无线连接的汽车2b、便携式计算机2c、固定无线装置2d、无线连接的列车2e、第二移动装置2f和第三移动装置2g。
尽管在图1中示出了基站和用户设备的特定示例，但是通信网络可包括各种类型和/或数量的基站和用户设备。
例如，在所示的示例中，通信网络10包括宏蜂窝基站1和小蜂窝基站3。小蜂窝基站3可以相对于宏蜂窝基站1以相对较低的功率、较短的范围和/或较少的并发用户进行操作。小蜂窝基站3也可被称为毫微微蜂窝、微微蜂窝或微蜂窝。尽管通信网络10被示为包括两个基站，但是通信网络10可被实现为包括更多或更少的基站和/或其他类型的基站。
尽管示出了用户设备的各种示例，但是本文的教导适用于多种用户设备，包括但不限于移动电话、平板电脑、便携式计算机、IoT装置、可穿戴电子器件、客户终端设备(CPE)、无线连接的车辆、无线中继器和/或多种其他通信装置。此外、用户设备不仅包括在蜂窝网络中操作的当前可用的通信装置，而且还包括随后开发的通信装置，该通信装置将容易用本文描述和要求保护的发明系统、过程、方法和装置来实现。
图1所示的通信网络10支持使用包括例如4G LTE和5G NR在内的各种蜂窝技术的通信。在某些实施方式中，通信网络10还适于提供诸如WiFi这样的无线局域网(WLAN)。尽管已经提供了通信技术的各种示例，但是通信网络10可适于支持多种通信技术。
在图1中已经描述了通信网络10的各种通信链路。通信链路可以以包括例如使用频分双工(FDD)和/或时分双工(TDD)在内的多种方式进行双工。FDD是一种使用不同的频率来发送和接收信号的射频通信。FDD可提供许多优势，诸如高数据速率和低延迟。与此不同，TDD是一种使用大约相同的频率来发送和接收信号，并且其中发送和接收通信在时间上被切换的射频通信。TDD可提供许多优势，诸如频谱的高效使用以及在发送和接收方向之间对吞吐量进行可变分配。
在某些实施方式中，用户设备可使用4G LTE、5G NR和WiFi技术中的一种或多种与基站进行通信。在某些实施方式中，增强型授权辅助接入(eLAA)被用于将一个或多个授权频率载波(例如，授权4G LTE和/或5G NR频率)与一个或多个非授权载波(例如，非授权WiFi频率)聚合在一起。
如图1所示，通信链路不仅包括UE和基站之间的通信链路，还包括UE到UE的通信以及基站到基站的通信。例如，通信网络10可被实现为支持(例如，如在移动装置2g和移动装置2f之间的)自前传和/或自回传。
通信链路可在多种频率上操作。在某些实施方式中，在小于6吉赫兹(GHz)的一个或多个频带上和/或在大于6GHz的一个或多个频带上使用5G NR技术来支持通信。例如，通信链路可服务频率范围1(FR1)、频率范围2(FR2)或其组合。在一个实施例中，一个或多个移动装置支持HPUE功率等级规范。
在某些实施方式中，基站和/或用户设备使用波束成形进行通信。例如，波束成形可被用于聚焦信号强度以克服路径损耗，诸如与在高信号频率上通信相关联的高损耗。在某些实施例中，诸如一个或多个移动电话这样的用户设备在30GHz至300GHz范围内的毫米波频带和/或6GHz至30GHz范围内的较高厘米波频率上(或者更具体地说，是24GHz至30GHz)使用波束成形进行通信。
通信网络10的不同用户可以以多种方式共享可用的网络资源，例如可用的频谱。
在一个示例中，频分多址(FDMA)被用于将频带划分为多个频率载波。另外，一个或多个载波被分配给特定用户。FDMA的示例包括但不限于单载波FDMA(SC-FDMA)和正交FDMA(OFDMA)。OFDMA是一种将可用带宽细分为多个相互正交的窄带子载波的多载波技术，这些子载波可分别分配给不同用户。
共享接入的其他示例包括但不限于：时分多址(TDMA)，其中，为用户分配特定时隙以使用频率资源；码分多址(CDMA)，其中，通过为每个用户分配唯一的代码而在不同的用户之间共享频率资源；空分多址(SDMA)，其中，使用波束成形来通过空间划分提供共享接入；以及非正交多址(NOMA)，其中，功率域被用于多址接入。例如，NOMA可被用于以相同的频率、时间和/或代码，但以不同的功率电平为多个用户提供服务。
增强型移动宽带(eMBB)是指用于增加LTE网络的系统容量的技术。例如，eMBB可指每个用户的峰值数据速率至少为10Gbps且最小值为100Mbps的通信。超可靠的低延迟通信(uRLLC)是指用于以例如小于2毫秒的非常低的延迟来进行通信的技术。uRLLC可被用于例如自动驾驶和/或远程手术应用这样的任务关键型通信。大规模机器类型通信(mMTC)是指与诸如与物联网(IoT)应用相关联的的日常对象的无线连接相关联的低成本和低数据速率通信。
图1的通信网络10可被用于支持多种高级通信功能，包括但不限于eMBB、uRLLC和/或mMTC。
图2是集成电路(IC)20的一个实施例的示意图。所示的IC 20包括接收低功率供电电压V1(例如，地)的第一引脚15a和接收高功率供电电压V2的第二引脚15b。另外，所示的IC20还包括RF开关21、电荷泵22和开关控制器23。尽管为了附图的清楚性而未在图2中示出，IC 20通常包括附加的引脚和电路。
电荷泵22可被用于产生电荷泵电压，该电荷泵电压的电压电平小于低功率供电电压V1的电压电平。开关控制器23接收电荷泵电压，该电荷泵电压可被部分地用于控制RF开关21。
例如，所示的IC 20可代表前端模块(FEM)，并且RF开关21可包括n型金属氧化物半导体(NMOS)开关晶体管，该晶体管包括处于截止状态时被偏置到电荷泵电压的电压电平的栅极。在截止状态下将NMOS开关晶体管的栅极电压控制到低于低功率供电电压的电压可增加截止状态阻抗，这可增强多频带应用中的隔离度。
当NMOS开关晶体管在导通状态下操作时，可将NMOS开关晶体管偏置到任何合适的电压电平，诸如高功率供电电压V2的电压电平。在某些配置中，高功率供电电压V2可对应于由片上或片外调压器产生的稳压电压。使用调压器产生高功率供电电压V2可以以相对于温度、电池电压电平和/或电流负载相对恒定的电压电平来帮助控制在导通状态下工作的NMOS开关晶体管。
在某些配置中，使用绝缘体上硅(SOI)工艺制造IC 20，并且RF开关21可包括SOI晶体管。但是，其他配置也是可能的。
图3是功率放大器系统40的一个实施例的示意图。所示的功率放大器系统40包括RF开关电路27，该RF开关电路27包括串联开关晶体管25和分流开关晶体管26。所示的功率放大器系统40进一步包括电荷泵22、开关控制器23、定向耦合器24、功率放大器偏置电路30、功率放大器32和发射器33。所示的发射器33包括基带处理器34、I/Q调制器37、混频器38和模数转换器(ADC)39。
基带信号处理器34可被用于生成同相(I)信号和正交相(Q)信号，它们可被用于表示具有所需幅值、频率和相位的正弦波或信号。例如，I信号可被用于表示正弦波的同相分量，而Q信号可被用于表示正弦波的正交分量，其可以是正弦波的等效表示。在某些实施方式中，可以以数字格式将I和Q信号提供给I/Q调制器37。基带处理器34可以是被配置为处理基带信号的任何合适的处理器。例如，基带处理器34可包括数字信号处理器、微处理器、可编程核或其任何组合。此外，在一些实施方式中，两个或更多个基带处理器34可被包括在功率放大器系统40中。
I/Q调制器37可被配置为从基带处理器34接收I和Q信号，并处理I和Q信号以产生RF信号。例如，I/Q调制器37可包括：被配置为将I和Q信号转换成模拟格式的DAC；用于将I和Q信号上变频为射频的混频器；以及用于将上变频的I和Q信号合成为适于由功率放大器32放大的RF信号的信号组合器。在某些实施方式中，I/Q调制器37可包括一个或多个滤波器，该滤波器被配置为对在其中处理的信号的频率成分进行滤波。
功率放大器偏置电路30可从基带处理器34接收使能信号ENABLE，并且可使用使能信号ENABLE为功率放大器32产生一个或多个偏置信号。功率放大器32可从I/Q调制器37接收RF信号。
开关控制器23可以以互补的方式接通和关断串联开关晶体管25和分流(shunt)开关晶体管26。例如，开关控制器23可被用于接通串联开关晶体管25和关断分流开关晶体管26，使得功率放大器32通过串联开关晶体管25向天线14提供经放大的RF信号。此外，开关控制器23可被用于关断串联开关晶体管25并接通分流开关晶体管26，以在功率放大器32的输出与天线14之间提供高阻抗路径，同时为功率放大器的输出提供端接。为了控制RF开关电路27的状态，开关控制器23可接收开关使能信号。
定向耦合器24可被定位在功率放大器32的输出与串联开关晶体管25的源极之间，从而允许功率放大器32的输出功率测量不包括串联开关晶体管25的插入损耗。来自定向耦合器24的感测输出信号可被提供给混频器38，该混频器38可将感测的输出信号与受控频率的参考信号相乘，从而将感测的输出信号的频率成分下频移以产生下频移信号。经下频移的信号可被提供给ADC 39，该ADC 39可将下频移的信号转换为适合于由基带处理器34处理的数字格式。
通过在功率放大器32的输出和基带处理器34之间包括反馈路径，基带处理器34可被配置为动态地调整I和Q信号，以优化功率放大器系统40的操作。例如，通过以这种方式配置功率放大器系统40，可辅助控制功率放大器32的功率附加效率(PAE)和/或线性度。
在所示配置中，电荷泵22向用于控制串联开关晶体管25和分流开关晶体管26的开关控制器23提供电荷泵电压。在某些配置中，当串联开关晶体管25和/或分流开关晶体管26关断时，电荷泵电压被用于偏置串联开关晶体管25和/或分流开关晶体管26的栅极电压。例如，电荷泵22可产生用于关断串联开关晶体管25和/或分流开关晶体管26的负电荷泵电压。
尽管开关控制器23被示为生成用于两个晶体管的开关控制信号，但是开关控制器23可适于控制更多或更少的开关控制晶体管和/或其他开关装置。例如，开关控制器可接收多个开关使能信号并生成用于控制不同的RF开关电路的多个开关控制信号。
图4A是电荷泵50的一个实施例的示意图。电荷泵包括无重叠开关控制发生器41和负电压发生器(NVG)级42。尽管示出为包括一个NVG级42，电荷泵50可适于包括附加的级。此外，尽管在负电压产生的上下文中示出，电荷泵50可适于作为正电压发生器(PVG)而进行操作。
NVG级42包括用于对飞跨电容器(flying capacitor)45选择性地充电和放电从而产生负电压NVG的开关44。飞跨电容器45在本文中也称为开关电容器。开关44可以以多种方式实现，包括但不限于使用场效应晶体管(例如、金属氧化物半导体(MOS)晶体管，其可以是n型、p型或其组合)、双极晶体管、二极管、微机电(MEM)器件和/或其他类型的开关。
如图4A所示，无重叠开关控制发生器41包括组合逻辑43，该组合逻辑43处理(例如，由振荡器提供的)时钟信号相位以产生用于断开或闭合每个开关44的开关控制，从而在与飞跨电容器45充电和放电相关联的各个阶段中操作NVG级42。
无重叠开关控制发生器41产生无重叠的各开关控制信号，以防止直通(shootthrough)电流，例如防止在开关44的转换期间地与负电压NVG之间的电流。
通过防止直通电流，减少了地上的噪声尖峰和/或负电压NVG上的泄漏。
图4B是具有重叠的电荷泵的时序图的一个示例。该图描绘了用于控制飞跨电容器的充电的充电控制信号和用于控制飞跨电容器的放电的放电控制信号。如图4B所示，当从充电转换到放电时以及当从放电转换到充电时，电荷泵以重叠周期47进行操作。重叠47导致直通电流，直通电流增加了噪声和/或其他干扰从而降低了电荷泵的性能。
图4C是具有无重叠的电荷泵的时序图的一个示例。如图4C所示，电荷泵的组合逻辑处理时钟信号相位以产生用于控制飞跨电容器的充电的充电控制信号和用于控制飞跨电容器的放电的放电控制信号。
与图4B的时序图相反，图4C的时序图在充电控制波形的转换和放电控制波形的转换之间无重叠的情况下进行操作。通过以这种方式提供无重叠，可防止直通电流，从而减少噪声尖峰和/或降低负电压上的泄漏。
图5A是电荷泵60的另一实施例的示意图。电荷泵60包括振荡器51和一组电荷泵级53。该组电荷泵级53包括第一NVG级52a、第二NVG级52b和第三NVG级52c，它们彼此组合地操作以产生负电压NVG。尽管示出了具有三个级的实施方式，但是电荷泵60可适于包括更多或更少的级。
如图5A所示，振荡器51产生分别为不同相位的第一时钟信号相位P1、第二时钟信号相位P2和第三时钟信号相位P3。特别地，第二时钟信号相位P2相对于第一时钟信号相位P1延迟，并且第三时钟信号相位P3相对于第二时钟信号相位P2延迟。
第一NVG级52a接收第一时钟信号相位P1，并且进行操作以将第一时钟信号相位P1反相以产生第一反相时钟信号相位P1b。在某些实施方式中，第一NVG级52a产生不仅具有逻辑反相，而且具有相对于第一时钟信号相位P1的电压移位的第一反相时钟信号相位P1b。例如，以这种方式实现第一NVG级52a可辅助产生具有适合于控制开关的电压电平的第一反相时钟信号相位P1b。
继续参考图5A，第二NVG级52b接收第二时钟信号相位P2，并进行操作以将第二时钟信号相位P2反相以生成第二反相时钟信号相位P2b。另外，第三NVG级52c接收第三时钟信号相位P3，并且进行操作以将第三时钟信号相位P3反相以产生第三反相时钟信号相位P3b。在某些实施方式中，第二NVG级52b和第三NVG级52c除了逻辑反相之外还提供电压电平移位。
第一NVG级52a、第二NVG级52b和第三NVG级52c还接收各种时钟信号相位，以控制飞跨电容器的充电操作和放电操作。根据本文的教导，时钟信号相位提供无重叠的充电和放电。
在某些实施例中，第一NVG级52a接收用于控制充电的第三时钟信号相位P3和第二时钟信号相位P2，并接收用于控制放电的第二反相时钟信号P2b和第三反相时钟信号P3b。另外，第二NVG级52b接收用于控制充电的第一时钟信号相位P1和第三时钟信号相位P3，并接收用于控制放电的第三反相时钟信号相位P3b和第一反相时钟信号P1b。此外，第三NVG级52c接收用于控制充电的第二时钟信号相位P2和第一时钟信号相位P1，并接收用于控制放电的第一反相时钟信号相位P1b和第二时钟信号相位P2b。
图5B是电荷泵级80的一个实施例的示意图。电荷泵级80包括反相器61、飞跨电容器62、第一放电开关71、第二放电开关72、第一充电开关73和第二充电开关74。
图5B的电荷泵级80示出了用于图5A的电荷泵60的NVG级的一个实施例(其时钟信号相位对应于所示的第二NVG级52b)。尽管示出了电荷泵级的一个实施例，但是本文的教导适用于以多种方式实现的电荷泵级。
如图5B所示，反相器61由稳压电源电压VREG和地电压供电，该地电压在本文中也称为地或GND。反相器61还包括接收第二时钟信号相位P2的输入和连接到飞跨电容器62的第一端的输出。飞跨电容器62还包括产生第二反相时钟信号相位P2b的第二端，该第二反相时钟信号相位P2b相对于第二时钟信号相位P2在逻辑上反相和电平移位。
继续参考图5B，第一充电开关73和第二充电开关74串联连接在地和飞跨电容器62的第二端之间。第一充电开关73由第一时钟信号相位P1控制，而第二充电开关74由第三时钟信号相位P3控制。另外，第一放电开关71和第二放电开关72串联在负电压NVG和飞跨电容器62的第二端之间。第一放电开关71由第一反相时钟信号相位P1b控制，且第二放电开关72由第三反相时钟信号相位P3b控制。
图5B的电荷泵级80实现为提供在飞跨电容器62的充电和放电操作之间的无重叠。例如，当第一充电开关73和第二充电开关74两者都接通时，飞跨电容器62被充电，但是当第一充电开关73和第二充电开关74中的一个或两个都关断时不被充电。另外，当第一放电开关71和第二放电开关72两者都接通时，飞跨电容器62被放电，而当第一放电开关71和第二放电开关72中的一个或两个都关断时不被放电。另外，所示出的开关被定时以防止在充电和放电操作之间的转换期间的无重叠。提供这样的无重叠的作用是防止直通电流和获得较低的噪声。
图6A至6G是示出图5B的电荷泵级80的操作阶段的示意图。
图6A示出了电荷泵级80的第一操作阶段，其中，飞跨电容器62的第一端用稳定电压VREG来控制，且飞跨电容器62的第二端用地来控制。如图6A所示，第一充电开关73和第二充电开关74两者都接通，而第一放电开关71和第二放电开关72两者都关断。
图6B示出了电荷泵级80的第二操作阶段，其中第一充电开关73从接通状态转换到关断状态，并且其中第一放电开关71从关断状态转换到接通状态。如图6B所示，飞跨电容器62的第一端保持连接到稳定电压VREG，但是由于第一充电开关73被关断，因此飞跨电容器62的第二端与地断开。如图6B所示，仅一个充电开关且仅一个放电开关被接通。
图6C示出了电荷泵级80的第三操作阶段，其中第二时钟信号相位P2从低(在此示例中为0V)转换为高(在此示例中为2.5V)。由于飞跨电容器62的第二端是电浮置的，因此响应于反相器61的输出将飞跨电容器62在第一端的电压电平从高变为低，飞跨电容器62的第二端转换为负电压(在该示例中为-2.5V)。
图6D示出了电荷泵级80的第四操作阶段，其中第二充电开关74从接通状态转换到关断状态，并且第二放电开关72从关断状态转换到接通状态。如图6D所示，在第四阶段，飞跨电容器62的第二端连接到提供负电压NVG的输出端子。如图6D所示，两个放电开关都接通并且两个充电开关都关断。
图6E示出了电荷泵级80的第五操作阶段，其中第一充电开关73从关断状态转换为接通状态，并且其中第一放电开关71从接通状态转换为关断状态。如图6E所示，仅一个充电开关且仅一个放电开关接通。
图6F示出了电荷泵级80的第六操作阶段，其中第二时钟信号相位P2从高(在该示例中为2.5V)转换为低(在该示例中为0V)。在第六阶段中，飞跨电容器62的第二端与地断开。
图6G示出了电荷泵级80返回到第一操作阶段。通过将第二充电开关74从关断状态转换为接通状态并通过将第二放电开关72从接通状态转换为关断状态使电荷泵级80返回到第一阶段。
图7是根据一个实施例的产生电荷泵电压的方法190的流程图。方法190可由包括根据本文的教导实施的一个或多个电荷泵级的电荷泵执行。
方法190开始于步骤191，其中将电荷泵的电容器的第一端连接到第一电压(例如VREG)，并且其中将电容器的第二端连接到第二电压(例如，地)。方法190继续到步骤192，其中，电容器的第二端与第二电压断开。
继续参考图7，方法190继续到步骤193，其中电容器的第一端连接到第二电压。由于在步骤192中电容器192的第二端与第二电压断开，电容器192的第二端在步骤193期间电浮置，并且因此响应于将电容器的第一端连接至第二电压，电容器192的第二端的电压发生变动。
方法190继续到步骤194，其中电容器的第二端连接到电荷泵的输出。通过以这种方式连接电容器，可将存储在电容器上的电荷放电到由电荷泵驱动的负载。
继续参考图7，方法190继续至步骤195，其中，电容器的第二端与输出断开。方法190继续到步骤196，其中，电容器的第一端连接到第一电压。方法190返回到步骤191，其中，电容器的第二端连接到第二电压。
图8是移动装置800的一个实施例的示意图。移动装置800包括基带系统801、收发器802、前端系统803、天线804、功率管理系统805、存储器806、用户界面807和电池808。
可使用移动装置800使用多种通信技术进行通信，该多种通信技术包括但不限于2G、3G、4G(包括LTE、LTE-A和LTE-A Pro)、5G NR、WLAN(例如WiFi)、WPAN(例如Bluetooth和ZigBee)、WMAN(例如WiMax)和/或GPS技术。
收发器802生成用于发射的RF信号并处理从天线804接收的输入RF信号。将理解，与RF信号的发射和接收相关联的各种功能可通过在图8中共同示为收发器802的一个或多个部件来实现。在一个示例中，可提供单独的部件(例如，单独的电路或晶片)来处理某些类型的RF信号。
前端系统803辅助调节发射到和/或接收自天线804的信号。在所示的实施例中，前端系统803包括电荷泵810、功率放大器(PA)811、低噪声放大器(LNA)812、滤波器813、开关814和信号分离/组合电路815。然而，其他实施方式也是可能的。
例如，前端系统803可提供许多功能，包括但不限于放大用于发射的信号，放大接收到的信号，对进行信号滤波，在不同频带之间切换，在不同功率模式之间切换，在发射和接收模式之间切换，信号双工，信号复用(例如，双工或三工)或其某种组合。
在某些实施方式中，移动装置800支持载波聚合，从而提供灵活性以增加峰值数据速率。载波聚合可被用于频分双工(FDD)和时分双工(TDD)两者，并且可被用于聚合多个载波或信道。载波聚合包括连续聚合，其中在相同工作频带内的连续载波被聚合。载波聚合也可以是非连续的，并且可包括在公共频带内或不同频带内在频率上分离的载波。
天线804可包括被用于多种类型的通信的天线。例如，天线804可包括用于发射和/或接收与多种频率和通信标准相关联的信号的天线。
在某些实施方式中，天线804支持MIMO通信和/或切换分集通信。例如，MIMO通信使用多个天线来在单个射频信道上通信多个数据流。由于无线电环境的空间复用差异，MIMO通信受益于更高的信噪比、改进的编码和/或减少的信号干扰。切换分集是指选择特定天线以在特定时间进行工作的通信。例如，开关可被用于基于诸如观察到的误码率和/或信号强度指示符这样的各种因素从一组天线中选择特定的天线。
在某些实施方式中，移动装置800可利用波束成形操作。例如，前端系统803可包括具有可控增益的放大器和具有可控相位的移相器，以提供波束形成和方向性，以用于使用天线804进行信号的发射和/或接收。例如，在信号发射的上下文中，提供给天线804的发射信号的幅值和相位被控制，使得来自天线804的辐射信号结合使用相长和相消干涉，以产生聚集的发射信号，该聚集的发射信号表现出类似波束的性质而在给定方向上传播更多的信号强度。在信号接收的上下文中，控制幅值和相位，使得当信号从特定方向到达天线804时接收更多的信号能量。在某些实施方式中，天线804包括一个或多个天线元件阵列以增强波束成形。
基带系统801耦合到用户界面807，以便于对各种用户输入和输出(I/O)(诸如话音和数据)的处理。基带系统801向收发器802提供发射信号的数字表示，收发器802对其进行处理以生成用于发射的RF信号。基带系统801还处理由收发器802提供的接收信号的数字表示。如图8所示，基带系统801耦合到存储器806，以便于移动装置800的操作。
存储器806可被用于多种目的，诸如存储数据和/或指令以便于移动装置800的操作和/或提供用户信息的存储。
功率管理系统805提供移动装置800的许多功率管理功能。在某些实施方式中，功率管理系统805包括控制功率放大器811的供电电压的PA供电控制电路。例如，功率管理系统805可被配置为改变提供给一个或多个功率放大器811的供电电压，以提高诸如功率附加效率(PAE)这样的效率。
如图8所示，功率管理系统805从电池808接收电池电压。电池808可以是在移动装置800中使用的任何合适的电池，包括例如锂离子电池。
图9是根据一个实施例的前端系统900的示意图。前端系统900包括电荷泵22、第一RF开关901a、第二RF开关901b、第三RF开关901c和开关控制器903。尽管前端系统900被图示为包括三个RF开关，但是前端系统900可适于包括更多或更少的RF开关。
电荷泵22接收系统使能信号EN，并且在启用时产生电荷泵电压VCP。在系统使能信号EN的第一状态下启用电荷泵22，而在系统使能信号EN的第二状态下禁用电荷泵。例如，第一状态可指示前端系统900的正常操作模式，并且第二状态可指示前端系统900的待机模式。
在所示的实施例中，开关控制器903接收系统使能信号EN、第一开关使能信号SWEN1、第二开关使能信号SWEN2和第三开关使能信号SWEN3。另外，开关控制器903产生用于控制第一RF开关901a的第一开关控制信号SWCTL1、用于控制第二RF开关901b的第二开关控制信号SWCTL2以及用于控制第三RF开关901c的第三开关控制信号SWCTL3。
如图9所示，开关控制器903包括第一电平移位器951a、第二电平移位器951b、第三电平移位器951c、以及为电平移位器951a-951c产生偏置电压VBIAS的电平移位器控制电路952。电平移位器951a-951c由高功率供电电压V2和电荷泵电压VCP供电。尽管所示的开关控制器包括三个电平移位器，但是开关控制器可包括更多或更少的电平移位器。
电平移位器951a-951c分别基于第一开关使能信号SWEN1、第二开关使能信号SWEN2和第三开关使能信号SWEN3的状态来控制第一开关控制信号SWCTL1、第二开关控制信号SWCTL2和第三开关控制信号SWCTL3的电压电平。例如，第一电平移位器951a可在第一开关使能信号SWEN1的第一状态下采用高功率供电电压V2并且在第一开关使能信号的第二状态下采用电荷泵电压VCP来控制第一开关控制信号SWCTL1。
前端系统900的附加细节可如前所述。
图10A是封装模块1000的一个实施例的示意图。图10B是图10A沿线10B-10B截取的封装模块1000的横截面的示意图。
封装模块1000包括IC或半导体晶片(die)1001、表面安装部件1003、焊线1008、封装衬底1020和包封结构1040。封装衬底1020包括由设置在其中的导体形成的焊盘1006。另外，晶片1001包括焊盘1004，并且焊线1008已被用于将晶片1001的焊盘1004电连接到封装衬底1001的焊盘1006。
如图10A和10B所示，可如前所述，晶片1001包括RF开关21、电荷泵22和开关控制器23。可根据本文的任何实施例来实现电荷泵22。
封装衬底1020可被配置为接收诸如晶片1001和表面安装部件1003这样的多个部件，表面安装部件1003可包括例如表面安装电容器和/或电感器。
如图10B所示，封装模块1000被示为包括多个接触焊盘1032，其被布置在封装模块1000的与用于安装晶片1001的一侧相反的一侧上。以这种方式配置封装模块1000可辅助将封装模块1000连接到诸如无线装置的电话板这样的电路板。示例接触焊盘1032可被配置为向晶片1001和/或表面安装部件1003提供RF信号、偏置信号、低功率电压和/或高功率电压。如图10B所示，接触焊盘1032和晶片1001之间的电连接可通过穿过封装衬底1020的连接1033来实现。连接1033可表示穿过封装衬底1020形成的电路径，诸如与多层层压封装衬底的通孔和导体相关联的连接。
在一些实施例中，封装模块1000还可包括一个或多个封装结构以例如提供对封装模块1000的保护和/或便于对其处理。这样的封装结构可包括在封装衬底1020和设置在其上的部件和晶片上形成的包覆成型或包封结构1040。
将理解，尽管在基于焊线的电连接的上下文中描述了封装模块1000，但是本申请的一个或多个特征也可在包括例如倒装芯片配置这样的其他封装配置中实现。
应用
上述一些实施例已经提供了与无线装置或移动电话相关联的示例。然而，实施例的原理和优点可被用于需要具有低噪声的电荷泵的任何其他系统或装置。
这样的电荷泵可在各种电子设备中实现。电子设备的示例可包括但不限于消费电子产品、消费电子产品的组件、电子测试设备等。电子设备的示例还可包括但不限于存储器芯片、存储器模块、光网络或其他通信网络的电路以及磁盘驱动器电路。消费电子产品可包括但不限于移动电话、电话、电视、计算机监视器、计算机、手持式计算机、个人数字助理(PDA)、微波炉、冰箱、汽车、立体声系统、盒式磁带录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、MP3播放器、收音机、摄像机、照相机、数码相机、便携式存储芯片、洗衣机、烘干机、洗衣/烘干机、复印机、传真机、扫描仪、多功能外围设备、手表、钟表等。此外，电子设备可包括未完成的产品。
结论
除非上下文清楚地另外要求，否则在整个说明书和权利要求书中，词语“包括”、“包含”等应以包括性含义而不是排他性或穷举性的含义，也就是说，在“包括但不限于”的意义上来解释。如本文中通常使用的，词语“耦合”是指两个或更多个元件可直接连接或通过一个或多个中间元件连接。同样地，如本文中通常使用的，词语“连接”是指两个或多个元件可直接连接或通过一个或多个中间元件连接。另外，当在本申请中使用时，词语“本文”、“上文”、“下文”和类似含义的词语应整体上指本申请，而不是指本申请的任何特定部分。在上下文允许的情况下，上述详细描述中使用单数或复数的词语也可分别包括复数或单数。词语“或”指的是两个或更多个项目的列表，这个词语涵盖该词语的以下所有解释中的全部：列表中的任何项目、列表中的所有项目以及列表中的项目的任何组合。
此外，本文中使用的条件语言，诸如“可”、“可能”、“可以”、“能”、“例如”、“比如”、“诸如”等，除非以其他方式具体说明，或者在所使用的上下文中以其他方式理解，一般旨在表明某些实施例包括而另一些实施例不包括某些特征、元素和/或状态。因此，这样的条件语言通常不意图暗示特征、元素和/或状态以任何方式对于一个或多个实施例是必需的，或者一个或多个实施例必然包括用于确定在有或没有作者输入或提示的情况下这些特征、元素和/或状态是否被包括在任何特定实施例中或将在其中被执行的逻辑。
以上对本发明的实施例的详细描述并非旨在穷举或将本发明限制为以上公开的精确形式。尽管以上出于说明性目的描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可进行各种等效修改。例如，虽然以给定的顺序显示了流程或块，但是替代实施例可以执行具有不同的顺序步骤的例程，或采用具有不同的顺序的块的系统，并且某些流程或块可被删除、移动、添加、细分、组合和/或修改。这些过程或块中的每一个可以以各种不同的方式实现。另外，虽然有时将过程或块示为串行执行，但是这些过程或块可替代地并行执行，或者可在不同的时间执行。
本文提供的本发明的教导可应用于其他系统，而不必是上述系统。可将上述各种实施例的元素和动作组合以提供进一步的实施例。
尽管已经描述了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅是已通过示例的方式给出的，并且不意图限制本申请的范围。实际上，本文描述的新颖的方法和系统可以以多种其他形式来实施；此外，在不脱离本申请的精神的情况下，可对本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和改变。所附权利要求及其等同物旨在覆盖将落入本申请的范围和精神内的这些形式或修改。

Claims (20)

1.一种前端系统，包括：
射频开关；
开关控制器，其被配置为在开关使能信号的第一状态下采用电荷泵电压偏置所述射频开关；以及
电荷泵，其被配置为在电荷泵输出端子处生成所述电荷泵电压，所述电荷泵包括开关电容器和多个开关，所述多个开关被配置为在所述电荷泵的充电操作期间对所述开关电容器进行充电，并且在所述电荷泵的放电操作期间将所述开关电容器连接至所述电荷泵输出端子，所述多个开关被配置为在所述充电操作和所述放电操作之间无重叠地进行操作。
2.根据权利要求1所述的前端系统，其中，所述电荷泵由高功率供电电压和地电压供电，所述电荷泵电压小于所述地电压。
3.根据权利要求1所述的前端系统，其中，所述电荷泵包括反相器，所述反相器具有电连接到所述开关电容器的第一端的输出，并且所述多个开关包括连接在所述开关电容器的第二端和参考电压之间的一对充电开关以及连接在所述开关电容器的第二端和所述电荷泵输出端子之间的一对放电开关。
4.根据权利要求3所述的前端系统，其中，所述一对充电开关在所述充电操作期间闭合并且在所述放电操作期间断开，并且所述一对放电开关在所述放电操作期间闭合并且在所述充电操作期间断开。
5.根据权利要求4所述的前端系统，其中，在从所述充电操作到所述放电操作的转换期间，所述一对充电开关中的一个充电开关断开，并且所述一对充电开关中的另一个充电开关闭合。
6.根据权利要求5所述的前端系统，其中，在从所述充电操作到所述放电操作的转换期间，所述一对放电开关中的一个放电开关断开，并且所述一对放电开关中的另一个放电开关闭合。
7.根据权利要求3所述的前端系统，其中，所述一对充电开关中的第一充电开关由第一时钟相位信号控制，所述反相器的输入接收相对于所述第一时钟相位信号延迟的第二时钟相位信号，且所述一对充电开关中的第二充电开关由相对于所述第二时钟相位信号延迟的第三时钟相位信号控制。
8.根据权利要求7所述的前端系统，其中，所述一对放电开关中的第一放电开关由所述第一时钟相位信号的反相版本控制，并且所述一对放电开关中的第二放电开关由所述第三时钟相位信号的反相版本控制。
9.根据权利要求1所述的前端系统，其中，所述电荷泵还包括：振荡器，其被配置为生成第一多个时钟信号相位；以及组合逻辑，其被配置为处理所述第一多个时钟信号相位以生成第二多个时钟信号相位，所述多个开关的至少一部分由所述第二多个时钟相位信号控制。
10.根据权利要求1所述的前端系统，其中，所述电荷泵包括多个级，所述多个级包括第一级和第二级，所述第一级包括所述多个开关和所述开关电容器。
11.根据权利要求10所述的前端系统，其中，所述多个开关部分地由来自所述第二级的时钟信号控制。
12.一种产生电荷泵电压的方法，所述方法包括：
在电荷泵的充电操作期间，使用多个开关对开关电容器进行充电；
无重叠地放将所述电荷泵从所述充电操作转换到放电操作；以及
在所述放电操作期间将所述开关电容器连接到电荷泵输出端子。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：使用反相器的输出来控制所述开关电容器的第一端，且使用所述多个开关来控制所述开关电容器的第二端。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：在所述充电操作期间闭合所述多个开关中的一对充电开关，在所述充电操作期间断开所述多个开关中的一对放电开关，在所述放电操作期间断开所述一对充电开关，并且在所述放电操作期间闭合所述一对放电开关。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：在从所述充电操作到所述放电操作的转换期间，断开所述一对充电开关中的一个充电开关并且闭合所述一对充电开关中的另一个充电开关。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：在从所述充电操作到所述放电操作的转换期间，断开所述一对放电开关中的一个放电开关并且闭合所述一对放电开关中的另一个放电开关。
17.一种电荷泵，包括：
电荷泵输出端子，其被配置为提供电荷泵电压；
开关电容器；以及
多个开关，其被配置为在所述电荷泵的充电操作期间对所述开关电容器进行充电，并且在所述电荷泵的放电操作期间将所述开关电容器连接至所述电荷泵输出端子，所述多个开关被配置为在所述充电操作和所述放电操作之间无重叠地进行操作。
18.根据权利要求17所述的电荷泵，还包括：反相器，其具有电连接到所述开关电容器的第一端的输出，并且所述多个开关电连接到所述开关电容器的第二端。
19.根据权利要求18所述的电荷泵，其中，所述多个开关包括在所述充电操作期间闭合并且在所述放电操作期间断开的一对充电开关，以及在所述放电操作期间闭合并且在所述充电操作期间断开的一对放电开关。
20.根据权利要求19所述的电荷泵，其中，在从所述充电操作到所述放电操作的转换期间，所述一对充电开关中的一个充电开断开并且所述一对充电开关中的另一个充电开关闭合。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10749512B2 (en) * 2018-10-08 2020-08-18 Skyworks Solutions, Inc. Switch control circuitry
US11374491B2 (en) 2020-01-09 2022-06-28 Skyworks Solutions, Inc. Low noise charge pumps
US11967896B2 (en) 2021-10-12 2024-04-23 Skyworks Solutions, Inc. Charging and discharging circuits for assisting charge pumps
CN118631053A (zh) * 2023-03-07 2024-09-10 联发科技（新加坡）私人有限公司 负电荷泵

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5469110A (en) * 1994-06-27 1995-11-21 Industrial Technology Research Institute Charge pumping circuit using non-overlapping clock control
US6680653B2 (en) 2000-09-29 2004-01-20 Skyworks Solutions, Inc. VCO tuning curve compensated charge pump current synthesizer
US6804502B2 (en) 2001-10-10 2004-10-12 Peregrine Semiconductor Corporation Switch circuit and method of switching radio frequency signals
US7796969B2 (en) * 2001-10-10 2010-09-14 Peregrine Semiconductor Corporation Symmetrically and asymmetrically stacked transistor group RF switch
US6995995B2 (en) 2003-12-03 2006-02-07 Fairchild Semiconductor Corporation Digital loop for regulating DC/DC converter with segmented switching
JP4851903B2 (ja) * 2005-11-08 2012-01-11 株式会社東芝 半導体チャージポンプ
JP4849907B2 (ja) * 2006-02-22 2012-01-11 セイコーインスツル株式会社 チャージポンプ回路
CN101309048A (zh) 2007-05-17 2008-11-19 比亚迪股份有限公司 一种电荷泵装置及电源电路
JP2010017013A (ja) 2008-07-04 2010-01-21 Rohm Co Ltd チャージポンプ回路
JP2010130135A (ja) 2008-11-26 2010-06-10 Rohm Co Ltd オーディオ信号処理回路およびチャージポンプ回路の制御方法
US7821328B2 (en) * 2008-12-18 2010-10-26 Texas Instruments Incorporated Dynamic charge pump system for front end protection circuit
CN102035369B (zh) 2009-09-30 2014-08-20 意法半导体研发(深圳)有限公司 具有电流保护的负电荷泵
JP2011223829A (ja) 2010-04-14 2011-11-04 Rohm Co Ltd 負電圧チャージポンプ回路の制御回路および負電圧チャージポンプ回路、ならびにそれらを用いた電子機器およびオーディオシステム
US8446213B2 (en) 2010-11-12 2013-05-21 Asahi Kasei Microdevices Corporation Charge pump circuit, control method thereof, and semiconductor integrated circuit
US9768683B2 (en) 2011-01-18 2017-09-19 Peregrine Semiconductor Corporation Differential charge pump
US9306526B2 (en) 2012-05-11 2016-04-05 Skyworks Solutions, Inc. Low-loss high-isolation switching architecture
US20140103897A1 (en) 2012-10-17 2014-04-17 Qualcomm Incorporated Glitch suppression in dc-to-dc power conversion
US8619445B1 (en) * 2013-03-15 2013-12-31 Arctic Sand Technologies, Inc. Protection of switched capacitor power converter
US8867281B2 (en) 2013-03-15 2014-10-21 Silicon Storage Technology, Inc. Hybrid chargepump and regulation means and method for flash memory device
US9362870B2 (en) 2013-08-01 2016-06-07 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for biasing power amplifiers
CN104467745B (zh) 2013-09-19 2018-07-20 天工方案公司 动态误差向量幅度占空比校正
CN203537232U (zh) 2013-09-25 2014-04-09 无锡中星微电子有限公司 电荷泵装置
US9813027B2 (en) 2013-12-31 2017-11-07 Skyworks Solutions, Inc. Devices and methods related to embedded sensors for dynamic error vector magnitude corrections
US9628029B2 (en) 2013-12-31 2017-04-18 Skyworks Solutions, Inc. Systems, circuits and methods related to dynamic error vector magnitude corrections
WO2016003908A1 (en) 2014-07-01 2016-01-07 Skyworks Solutions, Inc. Circuits, devices and methods for achieving fast changes in voltage regulator outputs
US9787258B2 (en) 2014-07-14 2017-10-10 Skyworks Solutions, Inc. Circuits and devices related to fast turn-on of radio-frequency amplifiers
US9729048B2 (en) 2014-08-04 2017-08-08 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for charge pumps for radio frequency systems
US9467124B2 (en) 2014-09-30 2016-10-11 Skyworks Solutions, Inc. Voltage generator with charge pump and related methods and apparatus
US10447151B2 (en) 2014-10-31 2019-10-15 Skyworks Solutions, Inc. Circuits, devices, and methods for operating a charge pump
US10149347B2 (en) 2015-01-07 2018-12-04 Skyworks Solutions, Inc. Front-end integrated circuit for WLAN applications
US10050522B2 (en) 2015-02-15 2018-08-14 Skyworks Solutions, Inc. Interleaved dual output charge pump
US9678528B2 (en) 2015-02-15 2017-06-13 Skyworks, Solutions Inc. Voltage supply system with boost converter and charge pump
US10111115B2 (en) 2015-10-06 2018-10-23 Skyworks Solutions, Inc. Front end system with lossy transmission line between front end module and transceiver
US10922254B2 (en) 2015-10-28 2021-02-16 Skyworks Solutions, Inc. Coupling and decoupling devices in a module
CN106787685B (zh) 2015-11-20 2019-10-11 意法半导体研发(深圳)有限公司 使用软启动的负电荷泵
US10122322B2 (en) 2015-12-24 2018-11-06 Skyworks Solutions, Inc. Dynamic error vector magnitude correction for radio-frequency amplifiers
US9991794B2 (en) 2016-03-22 2018-06-05 Texas Instruments Incorporated Hybrid capacitive-inductive voltage converter
US10374556B2 (en) 2016-08-22 2019-08-06 Skyworks Solutions, Inc. Amplifier biasing circuits and method
EP3319216A1 (en) 2016-11-03 2018-05-09 GN Hearing A/S Switched capacitor dc-dc power converter
US10840856B2 (en) 2017-07-25 2020-11-17 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and method for surge protection of a charge-pump powered power amplifier
US20190079549A1 (en) 2017-09-12 2019-03-14 Skyworks Solutions, Inc. Supply circuits, devices and methods related to radio-frequency amplifiers
US11530954B2 (en) 2018-08-01 2022-12-20 Skyworks Solutions, Inc. On-chip temperature sensor circuits
US11374491B2 (en) 2020-01-09 2022-06-28 Skyworks Solutions, Inc. Low noise charge pumps

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JP7524498B1 (ja) 2024-07-29
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