CN117335649A - 用于电荷泵调节器的限流器 - Google Patents

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Abstract

描述了一种限流器和包括该限流器的电荷泵调节器。电荷泵调节器被配置为将输入电压转换为输出电压，且包括反馈回路，所述反馈回路包括用于调节来自电荷泵调节器的放电电流的第一晶体管。所述限流器被配置为限制由所述电荷泵调节器提供的电流。所述限流器包括：采样块，其被配置为对所述第一晶体管的第一漏源电压进行采样，并将其保持为参考漏源电压；自适应跟踪块，其被配置为接收参考漏源电压，并且基于参考漏源电压生成最大电压，使得最大电压跟踪参考漏源电压；以及电压箝位块，其被配置为将反馈电压箝位于最大电压，并且提供箝位的电压作为第一晶体管的第一栅源电压。

Description

用于电荷泵调节器的限流器
技术领域
本公开涉及一种用于电荷泵调节器的限流器。具体地，本公开涉及一种被配置为利用自适应最大电压对反馈电压进行箝位的限流器。
背景技术
电荷泵或电荷泵调节器是一种开关调节器，其通过对电容器进行充电和放电来基于所接收的输入电压提供输出电压。典型的电荷泵包括开关电容器阵列，其可用于实现从电源电压/输入电压Vin到输出电压Vout的电压转换。当不存在反馈机制时，输出电压Vout可以近似等于K*Vin，其中K是特定开关电容器阵列的属性。通常使用的K值包括用于倍压器(2x)的K＝2、用于三倍器(3x)的K＝3、或用于反相器(-1x)的K＝-1。对于经调节的电荷泵，可添加反馈回路以获得Vout的准确设定值，即使在电源电压Vin的值变化时也是如此。这可以例如包括对于在2.7V至4V范围内的Vin，Vout＝5V。可以通过操作调节晶体管(MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管))作为受控电流源来实现传统的电流模式调节。可以通过将调节晶体管添加到放电电流路径来实现电流调节。反馈回路还可包括误差放大器，其可提供针对不同Vin/Vout电压和负载条件而调整放电电流的输出。
电荷泵调节器的现有问题是：限流阈值可在不同的Vin/Vout条件下变化很多。这在Vin或Vout设定值的值可显著变化的设置中可能存在问题。在智能电话和/或平板计算机应用中，需要宽的Vin/Vout范围支持。当使用电荷泵调节器时，准确的限流阈值可帮助经调节的电荷泵在Vin/Vout改变时保持相同的电流能力。当负载电流低于该限流阈值时，输出电压Vout保持以小的纹波电压进行调节。然而，当负载电流高于该阈值时，输出电压Vout可能失调，会观察到大的电压纹波。因此，希望将负载电流保持在限流阈值以下，以维持电荷泵调节器的稳定操作。
在示例应用中，提供了智能电话或平板电脑的LCD(液晶显示屏)面板显示系统。在平板显示器中，可能需要经调节的正电压轨道和负电压轨道来调节显示效果。对于负电压轨道，电荷泵调节器可以被使用并且例如在显示器偏置集成电路IC中实现。为了避免大电流损坏内部器件，限流功能是期望的。准确的限流阈值可以有助于更好地保护内部器件。
本发明的目的是克服或减轻与现有技术相关的一个或多个问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于电荷泵调节器的限流器。电荷泵调节器用于将输入电压Vin转换为输出电压Vout。电荷泵调节器包括反馈回路，所述反馈回路包括用于调节来自电荷泵调节器的放电电流Idis的第一晶体管M0。所述限流器被配置为限制由所述电荷泵调节器提供的电流。所述限流器包括采样块，所述采样块被配置为对第一晶体管M0的第一漏源电压Vds进行采样并将其保持为参考漏源电压Vds_ref。该限流器还包括自适应跟踪块，该自适应跟踪块被配置为接收参考漏源电压Vds_ref并且基于参考漏源电压Vds_ref生成最大电压Vmax，使得最大电压Vmax跟踪参考漏源电压Vds_ref。所述限流器还包括电压箝位块，所述电压箝位块被配置为将反馈电压Vcomp箝位到最大电压Vmax，且提供所述箝位电压作为第一晶体管M0的第一栅源电压Vgs。
可选地，自适应跟踪块可以包括连接到感测放大器AMP1并且连接到参考电流Iref_max的感测晶体管Ms，其中感测放大器AMP1和参考电流Iref_max可以被配置为将感测晶体管Ms的漏源电压Vds_sns箝位到参考漏源电压Vds_ref。
可选地，由电荷泵调节器输出的限流Ilim可基于感测晶体管Ms和第一晶体管M0的尺寸比。
可选地，电压箝位块可包括箝位放大器AMP2和箝位晶体管M1，其被配置为接收反馈电压Vcomp和最大电压Vmax，以箝位输出被箝位到最大电压Vmax的反馈电压Vcomp。
可选地，输入电压可以在2.7V至4.4V的范围内。
可选地，电荷泵调节器可以是双倍器电荷泵、三倍器电荷泵或反相器电荷泵中的一个。
可选地，输出电压Vout可以是在-10V到+10V范围内的设定值。
根据本公开的另一方面，提供一种用于将输入电压Vin转换为输出电压Vout的电荷泵调节器。电荷泵调节器包括开关电容器阵列，其被配置为接收输入电压并将其转换成输出电压。电荷泵调节器还包括振荡器，振荡器包括第一时钟信号和第二时钟信号，其中第一时钟信号和第二时钟信号不重叠，并且被配置为通过产生充电阶段和放电阶段来控制开关电容器阵列。电荷泵调节器还包括反馈回路，其包括电阻分压器、误差放大器EA和第一晶体管M0。电荷泵调节器进一步包括如上所述的限流器。
本公开的不同方面的特征可以组合在一起。
附图说明
现在将参考示意性附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘了本领域已知的限流器和电荷泵调节器的示意性电路图；
图2描绘根据示例实施方案的具有限流器的电荷泵调节器的示意电路图；
图3描绘根据示例实施方案的具有限流器的示例电荷泵调节器的示意电路图；
图4描绘了限流器的示例采样块的电路图；
图5描绘了限流器的示例自适应跟踪块的电路图；
图6描绘了限流器的示例性电压箝位块的电路图；
图7描绘了用作反相器(-1x)的电荷泵调节器的示例性开关电容器阵列的电路图；
图8描绘了用作倍压器(2x)的电荷泵调节器的示例性开关电容器阵列的电路图；
图9描绘了电荷泵谐振器中的一些示例电压的示意性波形；以及
图10描绘了不同电荷泵调节器的限流阈值随输入电压Vin变化的示例性曲线图300。
具体实施方式
图1描绘了用于电荷泵调节器的常规限流电路和系统的示意性电路图。提供一种开关电容器阵列，以实现从接收到的输入电压Vin产生输出电压Vout的电压转换。当不存在反馈回路时，转换比可以大致等于Vout≈o*Vin，其中，转换比K是取决于开关电容器阵列的设计的常数。
常见的转换比可以包括例如倍压器(2x)、三倍器(3)或反相器(-1x)。也可以实现其它比(例如-2x、1.5x等)。通常，可以提供转换比K，其中Vout＝K*Vin。可以通过以预定模式交替地接通和断开开关电容器阵列内的各个部分来实现转换。开关电容器阵列可以由振荡器OSC提供的非重叠时钟信号P1和P2来控制。时钟信号可根据所需的转换比、在开关电容器阵列中的不同部分中产生充电阶段和放电阶段。
在理论上，Vout≈o*Vin的恒定转换比可提供稳定的转换。然而，
实际上，Vin的值可以在一系列值中取值，从而导致输出电压值的范围跨越K8[Vin值的范围]。由电荷泵调节器提供的此输出电压的范围可能不是期望的，相反优选的是，调节电荷泵输出电压(到更恒定的值)。这种调节可以通过具有从输出电压到开关电容器阵列的反馈回路来实现。
为了获得经调节的输出电压Vout，可将反馈回路和晶体管M0添加到放电电流路径以调整放电电流Idis。经调节的输出电压可以被理解为表示当输入电压在一定范围内变化时保持稳定的输出电压。晶体管可以是MOSFET。对于不同的Vin/Vout比，第一晶体管电压M0的漏源电压Vds可通过反馈回路而被调节为|K*Vin-Vout|。由于输入电压Vin的值可能显著变化，因此得到的Vds也可能有较大的变化。
图1中所示的调节回路包括反馈回路，该反馈回路可以由电阻分压器和误差放大器EA构成。反馈回路还可包括第一晶体管M0。电阻分压器可以感测输出电压Vout，而误差放大器EA可以放大由电阻分压器提供的电压FB和参考电压VREF之间的差。误差放大器可输出反馈电压Vcomp以根据反馈回路的需要来调整放电电流Idis。
电荷泵调节器可以具有电路能够容忍的最大放电电流Idis_max。超过该阈值的电流例如可能导致对电荷泵调节器或内部器件的损坏。在操作中，电荷泵调节器可以连接到负载，所述负载具有电阻Rload且汲取电流Iload。为了避免对电路造成损坏，可以为电荷泵调节器设置限流器。
可以增加最大电压箝位块以实现限流功能。当电荷泵放大器过载(例如Rout非常小)时或者如果发生硬短路，反馈电压Vcomp可以被反馈回路上拉。最大电压箝位块可以接收高Vcomp值，并且如果其大于预定最大电压Vmax，则最大电压箝位块可以将其在反馈回路中的输出电压箝位到最大电压Vmax。通过箝位输出的电压可以设置为第一晶体管M0的栅源电压。电荷泵调节器的最大放电电流Idis_max可由最大电压Vmax和第一晶体管的漏源电压Vds的值确定。限流阈值Ilim可以是Ilim＝0.5*Idis_max。
当第一晶体管上的漏源电压Vds较大时，第一晶体管M0可在饱和区中操作，使得：Idis_max＝0.5*Kn*(Vmax-Vth0)^2*(1+λ(Vds)。当第一晶体管上的漏源电压Vds较小时，第一晶体管M0可工作在线性区，使得：Idis_max＝Kn*[(Vmax-Vth0)*Vds-0.5*Vds^2]。Vth0可为第一晶体管M0的阈值电压。Vth0可以与材料和缺陷相关，并且针对每个特定晶体管可以是特有的。Vth0可随着制程条件(process corner)而变化。Kn可以是工艺参数，λ可以是沟道长度调制系数。对于具有宽Vin/Vout范围的应用，Vds＝|K*Vin-Vout|可能具有大的变化，因此限流阈值Ilim不准确，并且也可能随着输入电压Vin而显著变化。
本发明提供一种用于电荷泵调节器的限流器，其能够提供改进的准确限流，所述限流不基于Vin/Vout的变化而变化。图2描绘了具有限流器的电荷泵调节器的示意性电路图。提供一种与图1所述一致的电荷泵调节器100。所述电荷泵调节器被配置为将输入电压Vin转换为输出电压Vout，且包括具有第一晶体管M0的反馈回路以用于调节来自所述电荷泵调节器的放电电流Idis。设置在反馈回路上的限流器102用于限制可由电荷泵调节器提供的放电电流Idis。限流器102包括采样块(图2中的采样&保持)，其被配置为对第一晶体管M0的第一漏源电压Vds进行采样并将其保持为参考漏源电压Vds_ref。该限流器还包括自适应跟踪块(图2中的自适应Vmax生成)，其被配置为接收参考漏源电压Vds_ref，并且基于参考漏源电压Vds_ref生成最大电压Vmax，使得最大电压Vmax跟踪参考漏源电压Vds_ref。限流器还包括电压箝位块(图2中的最大电压箝位)，其被配置为将由反馈回路提供的反馈电压Vcomp箝位到最大电压Vmax，使得由该块输出的电压为min(Vcomp,Vmax)。电压钳位电路还将其输出电压提供至第一晶体管M0，作为第一晶体管M0的第一栅源电压Vgs。当反馈电压Vcomp被箝位到Vmax时，提供跟踪最大电压Vmax可实现对放电电流Idis的稳定限制。
如关于图2所描述的限流器的优点在于，其可针对广泛范围的Vin/Vout应用，将准确的限流阈值应用于电荷泵调节器100。准确可以理解为意味着限流可以具有相对稳定的值，该值独立于或仅微弱地依赖于输入电压Vin/Vout的变化。限流器可以通过控制从反馈回路到第一晶体管的至少一个电压来实现准确的限流。可以控制电压，使得其跟踪输入电压与输出电压之比Vin/Vout的变化。限流器可通过使第一晶体管M0的漏源电压和栅源电压对Vin/Vout比有对应的依赖性，来实现准确的限流阈值。
限流器102可通过在放电阶段期间将第一晶体管M0的漏源电压采样为参考漏源电压Vds_ref来实现此目的。然后，限流器使用该参考漏源电压来箝位另一电压，使得该电压可以被设置为反馈回路箝位的最大电压。通过使反馈回路箝位中使用的最大电压取决于第一晶体管的漏源电压，可以消除该电压值对Vin/Vout的依赖性。这可能是因为(当反馈回路电压被箝位到Vmax时)第一晶体管的漏源电压和栅源电压两者对Vin/Vout比具有对应的依赖性。
在图2的电荷泵调节器中，可由反馈回路实现输出电压Vout调节。反馈回路可包括电阻分压器、误差放大器EA和第一晶体管M0。第一晶体管M0可以是调节器MOSFET。第一晶体管M0的漏源电压Vds可通过反馈回路而被调节至|K*Vin-Vout|。如上所述，该值可以具有大的变化，因为输入值可以具有大的变化(例如Vin可以在2.7V到4.4V的范围内变化)。通过增加最大电压箝位块、自适应跟踪块和采样块，可以实现准确的限流功能。这些块例如可以是包括集成电子元件以实现所述功能的集成电路。这些电子元件可以具有已知的设计和实施方式(例如，运算放大器、MOSFET晶体管等)。
采样块可以在时钟信号P2的放电阶段期间、对第一晶体管M0的漏源电压Vds进行采样。可以在放电阶段期间执行采样，使得在时钟充电/放电周期中漏源电压处于最大值。采样块可以输出该采样电压作为参考漏源电压Vds_ref。参考漏源电压可以被提供给自适应跟踪块。自适应跟踪块可以接收参考漏源电压Vds_ref。自适应跟踪块还可接收参考电流Iref_max，其也被称为参考偏置电流。参考偏置电流可以由参考电流源提供。参考电流源可以由漏极电源电压VDD提供。自适应跟踪块可以使用所提供的参考漏源电压和参考电流来生成最大电压Vmax，该最大电压Vmax根据不同的Vin/Vout电压来跟踪参考漏源电压Vds_ref。当过载或硬短路发生时，反馈电压Vcomp可由反馈回路上拉。电压箝位块可将高反馈电压Vcomp钳位到最大电压Vmax，其现在跟踪Vin-Vout的变化。因此，在不同的Vin/Vout条件下，第一晶体管M0的漏源电压Vds的变化可能较大，但当第一晶体管M0的栅源电压Vgs被箝位到追踪最大Vmax电压时，其被中和(neutralized)。结果，在放电阶段P2期间可产生恒定Idis，从而通过如图2中提供的电路拓扑实现准确的限流阈值Ilim。
图3描绘了具有准确限流器202的电荷泵调节器200的示例实施方案的示意性电路图。限流器通过添加如上文关于图2所描述的电压箝位块、自适应跟踪块和采样块来实现限流功能。第一晶体管M0的漏源电压Vds可由采样块在时钟信号P2的放电阶段期间采样。采样块可以输出参考漏源电压Vds_ref作为感测晶体管Ms的参考电压。可以使用第一放大器AMP1和自适应跟踪块中提供的参考电流Iref_max将感测晶体管Ms的漏源电压Vds_sns箝位到参考漏源电压Vds_ref。
当电荷泵调节器发生过载或硬短路时，反馈电压Vcomp可由反馈回路上拉且箝位到最大电压Vmax，该最大电压Vmax跟踪参考漏源电压Vds_ref。电压箝位块可以使用放大器AMP2来箝位反馈电压，所述放大器AMP2接收反馈电压Vcomp作为负输入并且接收最大电压作为正输入。可提供晶体管M1以接收放大器AMP2的输出电压(min(Vcomp，Vmax))并将其传送到第一晶体管M0的栅极。
在不同的Vin/Vout条件下，感测晶体管Ms和第一晶体管M0具有与最大电压Vgs～Vmax具有等效关系的栅源电压，并且具有相同的漏源电压Vds＝|K*Vin-Vout|。结果，限流阈值Ilim被产生为0.5*Gain*Iref_max，其中，Gain(增益)可以是第一晶体管M0与感测晶体管Ms的尺寸比。增益数具有恒定的、准确的值，从而产生准确的限流阈值，其是用图3的电路拓扑获得的。
图4描绘了限流器102、202的示例采样块(采样&保持)的电路图。采样块接收第一晶体管M0的漏源电压Vds，且开关Ssample连接到第二时钟信号P2。时钟信号P2操作开关Sseample，使得在放电阶段期间漏源电压Vds连接到保持电容器Chold。由于漏源电压也可连接到第二时钟信号P2，因此加载到保持电容器Chold上的电压Vds可在每次重复时处于时钟的相同部分。因此，保持电容器可保持相同的Vds值，其可取为Vds_ref。放电阶段可以是时钟阶段中Vds具有其最高电压值的部分。
图5描绘了限流器102、202的示例自适应跟踪块(自适应Vmax生成)的电路图。参考漏源电压Vds_ref可以被接收并连接到放大器AMP1的负输入。放大器AMP1的输出可以生成跟踪最大电压Vmax，并且可以连接到感测晶体管Ms的栅极。可以将参考电流Iref_max提供到感测晶体管Ms的漏极。漏源电压Vds_sns可以由放大器AMP1钳位到参考漏源电压Vds_ref。
图6描绘了限流器102、202的示例电压采样块(最大电压钳位)的电路图。反馈电压Vcomp可被提供给放大器AMP2的负输入。最大电压可以提供给放大器AMP2的正输入。放大器AMP2的输出可以被负反馈回路钳位为反馈电压和最大电压的较低值：min(Vcomp,Vmax)。放大器AMP的输出电压可提供给晶体管M1的栅极。
图7描绘了用作反相器(-1x)的电荷泵调节器100、200的示例性开关电容器阵列的电路图。反相器(-1x)的开关电容器阵列可以包括电容器Cfly和开关S0至S3。开关可以由非重叠时钟信号P1和P2控制。开关可以被实现为MOSFET、双极晶体管和/或二极管。时钟信号P1可以是开关S0/S1接通、而开关S2/S3断开的充电阶段。电容器Cfly可以被充电到输入电压Vin。时钟信号P2可以是开关S0/S1断开、而开关S2/S3接通的放电阶段。可以传送能量作为输出电压Vout。
图8描绘了用作倍压器(2x)的电荷泵调节器100、200的示例性开关电容器阵列的电路图。该阵列可以包括电容器Cfly和开关S0至S3。开关可以由非重叠时钟信号P1和P2控制。开关可以被实现为MOSFET、双极晶体管和/或二极管。P1可以是开关S0/S1接通、而开关S2/S3断开的充电阶段。电容器Cfly可以被充电到输入电压Vin。时钟信号P2可以是开关S0/S1断开、而开关S2/S3接通的放电阶段。可以传送能量作为输出电压Vout。
图9示出了关于图2和图3所述的电荷泵谐振器中的一些示例电压的示意波形。在第二时钟阶段期间P2，漏源电压Vds可以被采样并保持以生成Vds_ref电压。对于宽的Vin/Vout范围应用，Vds＝|K*Vin-Vout|可以随着Vin变化而具有大的变化。自适应跟踪块可以接收Vds_ref电压和参考偏置电流Iref_max以相应地生成跟踪Vmax电压。限流阈值Ilim可以以这种方式对于不同的Vin/Vout电压比保持在准确的设定值。如图9所示，随着输入电压值变化(增加)，最大电压Vmax跟踪参考漏源电压Vds_ref。
图10描绘了不同电荷泵调节器中限流阈值随输入电压Vin变化的示例性曲线图300。对于例如驱动智能电话或平板电脑中的典型LCD面板的应用，可针对从5.3V到6.5V的宽的输入电压Vin范围，提供具有经调节的Vout＝-5V的反相器电荷泵。可需要80mA电流能力。限流阈值可以例如被设置为大约110mA，以平衡智能电话的内部器件的电流能力需求和安全操作。Vds电压可以具有0.3V到1.5V的变化。对于先前已知的拓扑(例如，如图1中所示)，限流阈值的最大变化对于整个输入电压Vin范围可以是51％和55％。对于这里描述的所提出的拓扑(例如，关于图2和图3)，可以具有仅2％的变化。这种变化基本上更小，说明了更准确(恒定)的限流。准确的限流阈值可以有助于更好地保护内部器件。在另一示例(未图示)中，对于从2.7V到4.4V的宽的输入电压Vin范围，具有经调节的输出电压Vout＝5V的常用倍压器电荷泵调节器，Vds可具有0.4V到3.8V的变化。与逆变器应用相比，在倍压器应用中可以观察到限流精度的类似改进。
如本文所述的输入电压Vin可例如在0到10V、1V到5V、2.5V到5V或2.7V到4.4V的范围内。输出电压可以是在-10V到10V范围内的调节(即近似恒定)值。

Claims (8)

1.一种用于电荷泵调节器的限流器，所述电荷泵调节器用于将输入电压转换为输出电压，所述电荷泵调节器包括反馈回路，所述反馈回路包括用于调节来自所述电荷泵调节器的放电电流的第一晶体管，所述限流器被配置为限制由所述电荷泵调节器提供的电流，且所述限流器包括：
采样块，其被配置为对所述第一晶体管的第一漏源电压进行采样，并将所述第一漏源电压保持为参考漏源电压；
自适应跟踪块，其被配置为接收所述参考漏源电压并且基于所述参考漏源电压生成最大电压，使得所述最大电压跟踪所述参考漏源电压；以及
电压箝位块，其被配置为将反馈电压箝位到所述最大电压，并且提供经钳位的电压作为所述第一晶体管的第一栅源电压。
2.根据权利要求1所述的限流器，其中，所述自适应跟踪块包括连接到感测放大器且连接到参考电流的感测晶体管，其中，所述感测放大器和所述参考电流被配置为将所述感测晶体管的漏源电压箝位到所述参考漏源电压。
3.根据权利要求2所述的限流器，其中，由所述电荷泵调节器输出的限流是基于所述感测晶体管和所述第一晶体管的尺寸比。
4.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其中，所述电压箝位块包括箝位放大器和箝位晶体管，其被配置为接收所述反馈电压和所述最大电压，以箝位输出被箝位到所述最大电压的所述反馈电压。
5.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其中，所述输入电压在2.7V至4.4V的范围内。
6.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其中，所述电荷泵调节器是倍压器电荷泵、三倍器电荷泵或反相器电荷泵中的一种。
7.根据前述权利要求中任一项所述的限流器，其中，所述输出电压Vout是在-10V到+10V的范围内的设定值。
8.一种电荷泵调节器，其用于将输入电压转换为输出电压，所述电荷泵调节器包括：
开关电容器阵列，其被配置为接收所述输入电压，并将所述输入电压转换为所述输出电压；
振荡器，其包括第一时钟信号和第二时钟信号，其中，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号不重叠并且被配置为通过产生充电阶段和放电阶段来控制所述开关电容器阵列；
反馈回路，其包括电阻分压器、误差放大器和第一晶体管；以及
根据权利要求1至7中任一项所述的限流器。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184774A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-25 Masao Kaizuka Charge pump
US20070109031A1 (en) * 2005-11-17 2007-05-17 Chia-Liang Lin Charge pump circuit with regulated current output
EP3046240A2 (en) * 2015-01-15 2016-07-20 Nxp B.V. Integrated circuit charge pump with failure protection
CN106849642A (zh) * 2015-10-13 2017-06-13 恩智浦有限公司 电荷泵调节
CN106936310A (zh) * 2017-04-11 2017-07-07 东南大学 一种低电压电流自匹配栅极开关电荷泵
CN110888487A (zh) * 2019-12-30 2020-03-17 昆山锐芯微电子有限公司 一种低压差线性稳压器及电子设备
US10998816B1 (en) * 2020-06-11 2021-05-04 Sandisk Technologies Llc On-chip determination of charge pump efficiency using a current limiter

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050184774A1 (en) * 2004-02-02 2005-08-25 Masao Kaizuka Charge pump
US20070109031A1 (en) * 2005-11-17 2007-05-17 Chia-Liang Lin Charge pump circuit with regulated current output
EP3046240A2 (en) * 2015-01-15 2016-07-20 Nxp B.V. Integrated circuit charge pump with failure protection
CN106849642A (zh) * 2015-10-13 2017-06-13 恩智浦有限公司 电荷泵调节
CN106936310A (zh) * 2017-04-11 2017-07-07 东南大学 一种低电压电流自匹配栅极开关电荷泵
CN110888487A (zh) * 2019-12-30 2020-03-17 昆山锐芯微电子有限公司 一种低压差线性稳压器及电子设备
US10998816B1 (en) * 2020-06-11 2021-05-04 Sandisk Technologies Llc On-chip determination of charge pump efficiency using a current limiter

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