JP2015522242A - 電荷ポンプ調整回路 - Google Patents

Abstract

電荷ポンプ調整回路は、電圧制御発振器、および複数の電荷ポンプを含む。電圧制御発振器は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を有する。複数の発振信号がインバータ段の出力から生成される。各発振信号は、可変駆動電圧に依存して可変である周波数もしくは振幅、または両方を有する。各発振信号は、先行する発振信号から移相される。各電荷ポンプはインバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる発振信号を受信する。各電荷ポンプは電圧および電流を出力する。各電荷ポンプの出力は、他の電荷ポンプの出力から移相される。このようにして生じる電流の結合は、ほぼ電圧レベルで負荷に提供される。

Description

関連出願の相互参照
本特許出願は、参照により本書に組み込まれる、２０１２年７月９日に出願された米国特許出願第１３／５４４，８１５号に基づく優先権を主張する。

電荷ポンプ調整回路は出力電圧および出力電流を生成して、電子機器の負荷回路に電力を供給するために使用され得る。それぞれが異なった長所および短所を有する異なるタイプの電荷ポンプ調整回路がある。係る電荷ポンプ調整回路の１つの共通した特長は、出力電圧および出力電流を生成するために使用される発振信号である。係る発振信号の使用の概して望ましくない結果は、出力信号を適切なフィルタに通した後も、電荷ポンプ調整回路の出力電流および／または出力電圧にノイズ、つまりリップルまたはジッタが存在することである。しかしながら、大部分の負荷回路は一定量のノイズを許容できる。それにも関わらず、新しい電子機器の開発における多様な傾向により、係る調整回路でますます低いノイズレベルをたえず追い求めることが必要になっている。

電荷ポンプ調整回路１００の先行技術の例は、図１に示されている。電荷ポンプ調整回路１００は、概して、電圧制御リング発振器１０１、高利得バッファ１０２、（電圧増倍器または電圧加算器としても知られる）電荷ポンプ１０３、ＲＣフィルタ１０４（抵抗器１０５およびコンデンサ１０６）、スケーラ１０７、ならびに演算増幅器（オペアンプ）１０８を含む。発振器１０１は、概してリング内で出力から入力へ直列で接続された複数のインバータ段１０９を含む。（いくつかの他の構成要素または接続部は暗示されているが、簡略にするために図示されていない）。

インバータ段１０９は、オペアンプ１０８の出力から１１０で駆動電圧（たとえば、Ｖｄｄ）を受け取る。駆動電圧の制御下で、インバータ段１０９の信号反転アクションが、たとえばリング内のインバータ段１０９の内の１つの出力等、１１１で発振信号を生成する。１１１での発振信号の周波数および振幅は、概して駆動電圧の電圧レベルに依存する。

１１１の発振信号は、バッファ１０２の入力に供給される。バッファ１０２は、１１２で正の発振信号、および１１３で負の発振信号を生成する。１１２および１１３の正の発振信号および負の発振信号は、概して１１１の発振信号と同じ周波数を有する。ただし、バッファ１０２は、１１１の発振信号の振幅に関わりなく、概して、レールごとに、つまり同じ最小レベルと最大レベルとの間で１１２および１１３の正の発振信号および負の発振信号の振幅を駆動する。

１１２および１１３の正の発振信号および負の発振信号は、それぞれ電荷ポンプ１０３の正の位相入力Фおよび負の位相入力

に供給される。電荷ポンプ１０３は、概して複数の直列接続電荷ポンプ段（不図示）を含み、複数の直列接続電荷ポンプ段は、１１２および１１３の正の発振信号および負の発振信号を使用して、初期電圧（不図示）に電圧を加算し（または初期電圧から電圧を減算し）、１１４で出力電流および出力電圧を生じさせる。電荷ポンプ１０３の１１４での出力は、出力を平滑化して、電荷ポンプ調整回路出力電圧Ｖｏｕｔを生じさせるためにフィルタ１０４を通される。出力電圧Ｖｏｕｔは、電荷ポンプ調整回路１００が一部である全体的な電子機器の負荷回路（不図示）に提供される。

また、出力電圧Ｖｏｕｔは、出力電圧Ｖｏｕｔの電流レベルおよび電圧レベルを制御するフィードバックループのオペアンプ１０８にスケーラ１０７を通して提供される。スケーラ１０７は、出力電圧Ｖｏｕｔから１１５で調整された電圧を生じさせる。調整された電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆとともにオペアンプ１０８に提供される。オペアンプ１０８は、１１５の調整された電圧および基準電圧Ｖｒｅｆに基づいてインバータ段１０９に１１０で駆動電圧を生じさせる。

１１５の調整された電圧が、基準電圧Ｖｒｅｆに比して大きすぎる場合、つまり出力電圧が上がりすぎた場合には、オペアンプ１０８は１１０で駆動電圧を下げる。１１０で駆動電圧が下がるとき、発振器１０１のインバータ段１０９によって生じる１１１での発振信号の周波数は減少し、それによって１１２および１１３の正の発振信号および負の発振信号の周波数を削減する。１１２および１１３の正の発振信号および負の発振信号の周波数が減少するとき、電荷ポンプ１０３によって１１４の電圧出力が減少し、それによって出力電圧Ｖｏｕｔの増加を逆転する。同様に、出力電圧Ｖｏｕｔが下がりすぎる場合には、減少を逆転するために反対の効果が発生する。このようにして、出力電圧Ｖｏｕｔは、概してリップルまたはノイズの許容公差または許容範囲内の所望される電圧レベルあたりで維持される。

電荷ポンプ調整回路は、電圧制御発振器および複数の電荷ポンプを含む。電圧制御発振器は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を有する。複数の発振信号は、インバータ段の内の出力から生成される。各発振信号は、可変駆動電圧に依存して可変である周波数および振幅を有する。各発振信号は、先行する発振信号から移相される。各電荷ポンプは、インバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる発振信号を受信する。各電荷ポンプは電圧および電流を出力する。このようにして生じた電流の結合は、ほぼ電圧レベルで負荷に提供される。

本開示および本開示の範囲、ならびに本開示が上述した改善をどのようにして達成するのかのより完全な理解は、以下に簡略に要約される添付図面および添付特許請求の範囲と関連して解釈される本好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって得ることができる。

先行技術の電荷ポンプ回路の簡略化した概略図である。 本発明の一実施形態を組み込んだ電荷ポンプ回路を備える電子機器の簡略化した概略図である。 本発明の一実施形態に係る、図２に示される電荷ポンプ回路で使用するための一例の電荷ポンプの簡略化した概略図である。 本発明の一実施形態に係る、図２に示される電荷ポンプ回路の例のインバータ段の性能および出力を示す簡略化した例のタイミング図である。 本発明の一実施形態に係る、図２に示される電荷ポンプ回路で使用するための例のインバータ段の性能を示す簡略化した例のタイミング図である。 本発明の一実施形態に係る、図２に示される電荷ポンプ回路で使用するための例の電圧制御リング発振器の性能を示す簡略化した期間対駆動電圧のグラフである。

いくつかの実施形態によると、本発明は、電圧制御発振器および複数の電荷ポンプを有する電荷ポンプ調整回路を用いて（少なくともいくつかの動作条件下での）改善された低ノイズ出力電圧を達成する。電圧制御発振器は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を有する。各インバータ段は、インバータ段の次の段に提供される発振信号を生じさせる。各発振信号は、可変駆動電圧に依存して可変である周波数および振幅を有する。（代わりに、両方ともではなく、周波数または振幅のどちらかが可変である。）各電荷ポンプは、インバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる発振信号を受信する。電荷ポンプは、ほぼ電圧レベルの電流を負荷に対して出力する。

いくつかの他の実施形態によると、本発明は、電圧制御発振器および複数の電荷ポンプを有する電荷ポンプ調整回路を用いて（少なくともいくつかの動作条件下での）改善された低ノイズ出力電圧を達成する。電圧制御発振器は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を含む。各インバータ段は、インバータ段の次の段に提供される発振信号を生じさせる。各発振信号は、先行する発振信号から移相される。電荷ポンプは並列で配列される。各電荷ポンプはインバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる発振信号を受信する。各電荷ポンプの出力は、他の電荷ポンプの出力から移相される。このようにして生じた電流の結合は、ほぼ電圧レベルで負荷に提供される。

いくつかの他の実施形態によると、本発明は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を有する電圧制御発振器のインバータ段の出力から複数の発振信号を生成することを含む方法を用いて（少なくともいくつかの動作条件下での）改善された低ノイズ出力電圧を達成する。発振信号の周波数および／または振幅は、インバータ段に印加される可変駆動電圧に応じて変わる。発振信号は、複数の電荷ポンプに対する入力として提供される。複数の電荷ポンプ電流は、発振信号からの電圧レベルで生成される。電荷ポンプ電流の結合は、電圧レベルで負荷に提供される。

本発明の一実施形態を組み込んだ電子機器２００が図２に示される。電子機器２００は、概して、負荷回路２０２に電力を提供する１つまたは複数の電荷ポンプ調整回路２０１を含む。このように、電子機器２００は、その他多数の電子機器の中で、コンピュータ、電話、ゲームコンソール、時計、および自動車制御システム、またはネットワーキング装置等の任意の適切な電子機器であってよい。

電荷ポンプ調整回路２０１は、負荷回路２０２の活動に応じて、可変電流で概して一定の電圧レベルの電力を生じさせる。下記に説明される電荷ポンプ調整回路２０１の設計は概して、電荷ポンプ調整回路２０１出力で、特にいくつかの状況でノイズが負荷回路２０２に対してより大きなマイナス影響を及ぼすことがあるより低い出力発生レベルで、相対的に低レベルのノイズを可能にする。たとえば、電子機器２００が携帯電話（または他の類似する装置）である一実施形態では、受信信号強度の出力が低いことがある。この状況では、電荷ポンプ調整回路２０１からの負荷回路２０２に結合されるノイズが受信信号と干渉し、それによって無線リンクを悪化させることがある。したがって、係る動作条件下では相対的に低いノイズを有することが概して望ましい。また、本発明は多くの他の状況でも使用され得る。

電荷ポンプ調整回路２０１は、概して電圧制御リング発振器２０３、（電圧増倍器または電圧加算器としても知られる）複数の電荷ポンプ２０４、フィルタ２０５（たとえば、抵抗器２０６およびコンデンサ２０７）、スケーラ２０８、およびオペアンプ２０９を含む。電圧制御リング発振器２０３は、概してリング内に直列で出力から入力へ接続された複数のインバータ段２１０を含む。各電荷ポンプ２０４は、インバータ段２１０の段に相当する。

電荷ポンプ調整回路２０１は、概して、高利得バッファ１０２（図１）が電荷ポンプ２０４に対し入力を提供することを要求しない。さらに、電荷ポンプ調整回路２０１は、先行技術の回路１００が含むよりも多くの電荷ポンプ２０４を含むが、および各電荷ポンプ２０４は、先行技術の電荷ポンプ１０３の幾何学形状に類似した幾何学形状を有してよいが、各電荷ポンプ２０４は、電荷ポンプ２０４の数にほぼ等しい因数分、先行技術の電荷ポンプ１０３の物理的大きさから縮小される物理的大きさを有してよい。したがって、電荷ポンプ調整回路２０１は、先行技術の回路１００の物理的大きさに匹敵する、または先行技術の回路１００の物理的大きさよりも小さい物理的大きさを有してよい。さらに、複数の電荷ポンプ２０４に電力を供給するために使用されるエネルギーは、類似する電力出力レベルで先行技術の電荷ポンプ１０３に電力を供給するために使用されるエネルギーにほぼ匹敵してよい。

インバータ段２１０は、その入力信号の反転バージョンを出力する単純なインバータとして示されている。（代わりに、インバータ段２１０は、その入力信号の反転バージョンと非反転バージョンの両方を生じさせる追加の構成要素を含んでよい。他の形の電圧制御リング発振器も許容されてよい。）２１１でオペアンプ２０９から受信される駆動電圧からの電力を受けて、インバータ段２１０の応答は、ほぼリング内で各インバータ段２１０を通って伝搬する発振信号（または直列パルス）を生成することである。リング内の各発振信号が反転され、先行する発振信号から移相されるのを除き、各インバータ段２１０は、このようにしてほぼ同じ発振信号を生じさせる。（移相は、図４に関して以下に説明される。）移相は、概して各インバータ段２１０内の応答の遅延に起因する。各発振信号の周波数および振幅、ならびに移相を生じさせる遅延の持続時間は、概してオペアンプ２０９から受信される２１１での駆動電圧の電圧レベルに依存している。発振信号は、リング内の次のインバータ段２１０に対してだけではなく電荷ポンプ２０４に対しても提供される。各インバータ段２１０は、このようにして電荷ポンプ２０４の内の１つに相当する。

電荷ポンプ２０４は、インバータ段２１０から受信される発振信号の周波数および振幅に基づいて電圧を加算してよい、または増倍してよい任意の適切な回路網であってよい。（電荷ポンプ２０４の例の回路は、図３に関して以下に説明される。電荷ポンプ２０４用の他のタイプの回路も考えられる。）電荷ポンプ２０４は、概して並列に配列され、入力は対応するインバータ段２１０の出力に接続され、出力は２１２で結合された出力を形成するためにともに接続される。

いくつかの実施形態では、電荷ポンプ２０４のそれぞれは、概して発振信号の周波数および振幅、ならびに相対的に一定な入力電圧（不図示）に基づいてほぼ同じ電流および電圧を生じさせる。各電荷ポンプ２０４の出力電流および出力電圧は、なんらかのノイズ、リップルまたはジッタを含む。ノイズは、少なくとも部分的には発振信号の発振によって引き起こされる。しかしながら、複数の電荷ポンプ２０４はそれぞれ単一の先行技術の電荷ポンプ１０３（図１）よりも大幅に小さいので、各電荷ポンプ２０４によって生じるノイズは、匹敵する量の電力を生じさせるときに先行技術の電荷ポンプ１０３によって生じるノイズよりも大幅に小さい。さらに、発振信号は互いから移相されるので、電荷ポンプ２０４の出力は同様に移相される。結果的に、ノイズのレベルは通常、出力の各サイクルの同じ部分の中で最も大きいので、および出力は互いから移相されるので、各出力の中の最大ノイズの部分は、たとえ重複するとしても、概してあまり重複しない。したがって、各個別電荷ポンプ２０４の出力におけるすでに相対的に低いノイズレベルは、概して、電荷ポンプ２０４の全体的な結合された出力全体で分散される。したがって、１つの電荷ポンプ２０４の出力からのノイズは、概して他の電荷ポンプ２０４の出力からのノイズを増幅させない。

異相出力と並列で複数の電荷ポンプを組み込む先行技術の電荷ポンプ調整回路がある。ただし、係る回路がリング発振器を使用して、電荷ポンプに発振信号を生成するときも、追加回路構成要素が、電荷ポンプごとに使用される異相発振信号を生成するために使用される。回路の複雑度、大きさ、およびコストはそれによって追加の回路構成要素に起因して上昇する。しかしながら、本発明の実施形態は、電荷ポンプ２０４に発振信号を供給し（たとえば、図１の高利得バッファ１０２を排除し）、インバータ段２１０のリングで中間的な場所を利用するという型破りな方法をとって、追加の回路構成要素なしで移相された発振信号を生成する回路網の複雑度を削減する。

周波数に加えて、電荷ポンプ２０４を駆動する発振信号の振幅も、高利得バッファ１０２から先行技術の電荷ポンプ１０３（図１）に供給される発振信号の振幅とは異なり、可変である。先行技術の状況では、高利得バッファ１０２は、相対的に大きな先行技術の電荷ポンプ１０３を適切に駆動するために、概してその出力をつねにレールごとに、つまり同じ最大と最小との間でずっと駆動している。しかしながら、電荷ポンプ２０４のための発振信号の振幅と周波数両方の可変性は、概して先行技術の電荷ポンプ１０３の動的範囲よりも大きな動的範囲を、電荷ポンプ２０４の出力に対して可能にする。

しかしながら、発振信号の振幅と周波数の両方とも電荷ポンプ２０４の出力でのノイズのレベルの一因となる。したがって、電荷ポンプ２０４のための発振信号の振幅が減少するとき、電荷ポンプ２０４の出力のノイズのレベルも下がる。発振信号のための減少した振幅は、概して全体的な電荷ポンプ調整回路２０１の低電力出力に対応する。さらに、減少した振幅は、概して、発振信号の減少した周波数、つまり増加したサイクル期間と結合され、低電力出力でのノイズの減少にさらに役立つ。（振幅と周波数／期間との関係性は、図５および図６に関して以下に説明される。）電力出力が増加するとき、ノイズレベルは発振信号の振幅および周波数とともに上がるかもしれないが、概して類似する電力レベルでの先行技術の電荷ポンプ調整回路１００のノイズレベルと比較すると相対的に低いままとなる。さらに、多くのタイプの負荷回路２０２は、より低い電力動作でよりもより高い電力動作中により大量のノイズを許容できる。したがって、電荷ポンプ調整回路２０１は、理想的には、上述されたように、無線通信受信機等であるが、これに限定されるものではないより低い電力消費でより低いノイズを必要とする設計での使用に適している場合がある。

電荷ポンプ２０４の２１２での結合された出力は、フィルタ２０５を通されて、全体的な電荷ポンプ調整回路２０１の出力電圧Ｖｏｕｔをさらに平滑化する。出力電圧Ｖｏｕｔは負荷回路２０２に供給されて、電子機器２００の機能の内の少なくともいくつかに電力を供給する。これらの機能は、さまざまなときに変わる、またはオンおよびオフにされることがあり、したがって電荷ポンプ調整回路２０１にかけられる負荷も変わることがある。この負荷変動は、概して、スケーラ２０８およびオペアンプ２０９を含むフィードバックループによって検出され、補償される。

スケーラ２０８は、出力電圧Ｖｏｕｔを受け取り、オペアンプ２０９が処理できるレベルまで調整する。オペアンプ２０９は、２１３での調整された出力電圧、および基準電圧Ｖｒｅｆを受け取る。２１３での調整された出力電圧および基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて、オペアンプ２０９は、２１１で、インバータ段２１０に駆動電圧を生じさせる。概して、出力電圧Ｖｏｕｔによって駆動される負荷が増加すると、出力電圧Ｖｏｕｔは引き下げられ、２１３での調整された出力電圧を基準電圧Ｖｒｅｆに比して下げさせ、オペアンプ２０９に２１１で駆動電圧を上げさせ、インバータ段２１０に発振信号の周波数および振幅を増加させ、電荷ポンプ２０４にその出力を増加させ、出力電圧および出力電流を増加させ、出力電圧Ｖｏｕｔを所望されるレベルに戻す。逆に、出力電圧Ｖｏｕｔによって駆動される負荷が減少するとき、出力電圧Ｖｏｕｔは上がり、２１３での調整された出力電圧を、基準電圧Ｖｒｅｆに比して上げさせ、オペアンプ２０９に、２１１で駆動電圧を下げさせ、インバータ段２１０に発振信号の周波数および振幅を減少させ、電荷ポンプ２０４にその出力を減少させ、出力電圧および出力電流を減少させ、出力電圧Ｖｏｕｔを所望されるレベルに戻す。

電荷ポンプ２０４として使用され得る（電圧増倍器または電圧加算器としても知られる）例の電荷ポンプ３００が図３に示される。電荷ポンプ３００は、例示的な目的のためだけに示され、説明される。他のタイプの電荷ポンプも電荷ポンプ２０４に使用されてよいため、本発明は、明示的に述べられている場合を除いて、この設計に限定されないことが理解される。

例の電荷ポンプ３００は、概して発振信号スプリッタ３０１および２つの電荷ポンプ段（またはセル）３０２および３０３を含む。発振信号スプリッタ３０１は、概してインバータ３０４および遅延バッファ３０５を含む。電荷ポンプ段３０２および３０３は、概してトランジスタ３０６、３０７、３０８および３０９、ならびにコンデンサ３１０および３１１を含む。

発振信号スプリッタ３０１は、概して３１２で対応するインバータ段２１０（図２）から受信された発振信号を、正の発振信号ＣＬＫおよび負の発振信号

に変換する、または分割する。インバータ３０４は、３１２で入信発振信号を反転させることによって負の発振信号

を生成する。遅延バッファ３０５は、インバータ３０４の遅延とほぼ同量分、３１２で入信発振信号を遅延させることによって正の発振信号ＣＬＫを生成し、したがって正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

は、ほぼ一致する。それにも関わらず、実施形態によっては、正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

は、必ずしも互いの正確な反転である必要はない。
いくつかの実施形態では、インバータ３０４および遅延バッファ３０５は、好ましくはインバータ段２１０を駆動するオペアンプ２０９から２１１（図２）で同じ駆動電圧分駆動される。さらに、インバータ３０４および遅延バッファ３０５は、好ましくはインバータ段２１０と類似する構造を有する。その結果、インバータ段２１０によって生じる発振信号の周波数および振幅は、正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

がインバータ３０４および遅延バッファ３０５を通過するときに正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

の範囲内に保たれる。
いくつかの代替実施形態では、インバータ段２１０は、周波数または振幅の両方ではなく、どちらかが可変となるように発振信号を生じさせる。この場合、電荷ポンプ２０４または３００のどちらかは、これらのパラメータの一方しか可変ではない状態で動作してよい、または発振信号は、周波数と振幅の両方とも可変として生じさせる他の構成要素（たとえば、インバータ３０４および遅延バッファ３０５）を通過してよい。

いくつかの代替実施形態では、インバータ段２１０（図２）は、正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

の両方を生じさせ、正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

を電荷ポンプ２０４に供給する。この場合、電荷ポンプ３００の中で発振信号スプリッタ３０１は必要とされない。

電荷ポンプ段３０２および３０３は、正の電圧ノードＶ＋と負の電圧ノードＶ−との間で直列に接続される。電荷ポンプ段３０２および３０３は、正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

を使用して、初期入力電圧（または接地）から逓増または逓減（すなわち、電圧の加算／減算、または電圧の乗算）し、従来のように２１２（図２）で出力電流および出力電圧を生じさせる。

出力電圧が初期の入力電圧（または接地）から逓増されることが所望される実施形態では、初期入力電圧（または接地）は負の電圧ノードＶ−に接続され、２１２での出力は正の電圧ノードＶ＋に接続される。各電荷ポンプ段３０２および３０２は、次いで正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

の周波数および振幅に基づいた量分、負の電圧ノードＶ−での初期の入力電圧（接地）から電圧を逓増して、正の電圧ノードＶ＋で出力電圧を生じさせる。

他方、出力電圧が初期の入力電圧（または接地）から逓減されることが望まれる実施形態では、初期の入力電圧（または接地）は、正の電圧ノードＶ＋に接続され、２１２での出力は負の電圧ノードＶ−に接続される。各電荷ポンプ段３０２および３０２は、次いで正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

の周波数および振幅に基づいた量分、正の電圧ノードＶ＋での初期入力電圧（または接地）から電圧を逓減して、負の電圧ノードＶ−で出力電圧を生じさせる。（電荷ポンプ３００は、このようにして、出力電圧が正であるのか、それとも負であるのかに応じて電流を供給する、または低くする）。

電荷ポンプ３００は、２つの電荷ポンプ段３０２および３０３を有すると示されているが、本発明が必ずしもこのように制限されていないことが理解される。代わりに、概して初期入力電圧のレベル、各電荷ポンプ段が電圧を逓増または逓減する量、および出力電圧の所望されるレベルに応じて、任意の数の電荷ポンプ段が使用されてよい。

さらに、電荷ポンプ３００は、正の発振信号および負の発振信号ＣＬＫおよび

に基づいて動作していると示されているが、本発明は必ずしもこのように制限されていないことが理解される。代わりに、単一の発振信号で動作する電荷ポンプを含む、他のタイプの電荷ポンプが使用されてよい。

インバータ段２１０（図２）によって生じる発振信号（４０１−４０５）間の例の関係性を示すタイミング図４００が、例の出力電圧Ｖｏｕｔとともに図４に示される。インバータ段２１０ごとの各発振信号４０１−４０５は反転し、それに先行する発振信号から量Ａ分、移相されて示される。（第１の発振信号４０１は、同様に反転し、最後の発振信号４０５から移相される。）各電荷ポンプ２０４の出力は同様に移相され、したがって結合された出力電圧Ｖｏｕｔ（グラフ４０６）は相対的にほとんどノイズを有さない。

発振信号の２１１（図２）での駆動電圧への依存を示す追加のタイミング図５００が、図５に示される。同様に、インバータ段２１０のリング発振器期間Ｔ対駆動電圧Ｖｄｄ応答曲線６００が、図６に示される。２１１の駆動電圧が相対的に低いとき（グラフ５０１、および曲線６００の左端部）、発振信号の振幅は相対的に小さく、周波数は相対的に低い（つまり、期間は相対的に大きい）。他方、２１１の駆動電圧が相対的に高いとき（グラフ５０２、および曲線６００の右端部）、発振信号の振幅は相対的に大きく、周波数は相対的に高い（つまり、期間は相対的に小さい）。上述されるように、本発明の実施形態はこの関係性を利用して、電荷ポンプ調整回路２０１の動的範囲を強化する。

本発明の実施形態はおもに本発明の特定の実施形態に関して説明されてきたが、他の変形形態も考えられる。説明されたシステムの多様な構成は、本書に提示される構成の代わりに、または本書に提示される構成に加えて使用され得る。たとえば、追加の構成要素は、適宜に回路に含まれてよい。別の例として、構成は回路構成要素の特定のタイプおよび組合せを概して参照して説明されたが、回路構成要素の他のタイプおよび／組合せも説明されたものに加えて、または説明されたものの代わりに使用できるだろう。

当業者は、上述の説明がほんの一例にすぎず、本発明を制限することを意図していないことを理解する。本開示の何も、本発明が、図示され、説明された特定のタイプの電荷ポンプを有するシステムに制限されることを示すべきではない。本開示の何も、本発明が特定の形式の半導体処理または集積回路を必要とするシステムに制限されることを示すべきではない。一般に、提示されているあらゆる図面は１つの考えられる構成を示すことを意図するにすぎず、多くの変形形態が可能である。また、当業者は、本発明に一致する方法およびシステムが、広範囲の用途での使用に適していることも理解する。

本明細書は本発明の特定の実施形態に関して詳しく説明されてきたが、当業者が、上記の理解を達成すると、これらの実施形態に対する改変形態、これらの実施形態の変形形態、およびこれらの実施形態の同等物を容易に考え出し得ることが理解される。本発明に対するこれらの改変形態および変形形態は、添付の特許請求の範囲により詳細に説明される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者によって実施され得る。

Claims (23)

1. 可変負荷に電力を供給する電荷ポンプ調整回路であって、
   リング内に直列で接続された複数のインバータ段を備える電圧制御発振器であって、前記インバータ段のそれぞれが、前記インバータ段の次の段に提供される発振信号を生じさせ、各発振信号が可変駆動電圧に応じて可変である周波数または振幅を有する、電圧制御発振器と、
   複数の電荷ポンプであって、各電荷ポンプが前記インバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる前記発振信号を受信し、前記電荷ポンプがほぼ電圧レベルの電流を前記負荷に対して出力する、複数の電荷ポンプと
   を備える、回路。
2. 前記発振信号の前記周波数と前記振幅の両方とも、前記可変駆動電圧に応じて可変である、請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
3. 前記電荷ポンプによって出力される前記電圧および前記電流が、前記発振信号の前記周波数および前記振幅に依存する、請求項２に記載の電荷ポンプ調整回路。
4. 前記インバータ段に提供される前記駆動電圧が下がるとき、前記発振信号の前記周波数および前記振幅が減少し、
   前記インバータ段に提供される前記駆動電圧が上がるとき、前記発振信号の前記周波数および前記振幅が増加する、
   請求項２に記載の電荷ポンプ調整回路。
5. 前記発振信号の前記周波数および前記振幅が減少するとき、前記電荷ポンプによって前記負荷に提供される前記電流および前記電圧のノイズレベルが下がり、
   前記発振信号の前記周波数および前記振幅が増加するとき、前記電荷ポンプによって前記負荷に提供される前記電流および前記電圧の前記ノイズレベルが上がる、
   請求項４に記載の電荷ポンプ調整回路。
6. 前記負荷に提供される前記電圧レベルのフィードバックに応じて、前記インバータ段に前記駆動電圧を生成するフィードバックループ
   をさらに備える、請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
7. 各発振信号が、前記リング内の前記発振信号の内の前の発振信号から移相される、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
8. 各電荷ポンプの前記出力が、他の電荷ポンプの前記出力から移相される、
   請求項７に記載の電荷ポンプ調整回路。
9. 前記電荷ポンプが並列で配列される、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
10. 各電荷ポンプが、直列で配列される複数の電荷ポンプ段を備え、
    各発振信号が、連続電荷ポンプ段に交互に印加される正の発振信号および負の発振信号を形成する、
    請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
11. 可変負荷に電力を供給する電荷ポンプ調整回路であって、
    リング内に直列で接続された複数のインバータ段を備える電圧制御発振器であって、前記インバータ段のそれぞれが、前記インバータ段の次の段に提供される発振信号を生じさせ、各発振信号が先行する発振信号から移相される、電圧制御発振器と、
    並列に配列された複数の電荷ポンプであって、各電荷ポンプが前記インバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる前記発振信号を受信し、各電荷ポンプが電圧および電流を出力し、各電荷ポンプの前記出力が他の電荷ポンプの前記出力から移相され、このようにして生じる前記電流の結合が、ほぼ電圧レベルで前記負荷に提供される、複数の電荷ポンプと
    を備える、回路。
12. 前記インバータ段に電力を供給する駆動電圧を提供するフィードバックループであって、前記駆動電圧の変化が、前記インバータ段に前記発振信号の周波数または振幅を変更させ、その電圧レベルを維持しようとしながら、前記電荷ポンプによって前記負荷に提供される前記電圧および前記電流のレベルの変化を引き起こす、フィードバックループ
    をさらに備える、請求項１１に記載の電荷ポンプ調整回路。
13. 前記駆動電圧の前記変化が、前記インバータ段に前記発振信号の前記周波数と前記振幅の両方を変更させる、
    請求項１２に記載の電荷ポンプ調整回路。
14. 前記インバータ段に提供される前記駆動電圧が下がるとき、前記発振信号の前記周波数および前記振幅が減少し、
    前記インバータ段に提供される前記駆動電圧が上がるとき、前記発振信号の前記周波数および前記振幅が増加する、
    請求項１３に記載の電荷ポンプ調整回路。
15. 前記発振信号の前記周波数および前記振幅が減少するとき、前記電荷ポンプによって前記負荷に提供される前記電流および前記電圧のノイズレベルが下がり、
    前記発振信号の前記周波数および前記振幅が増加するとき、前記電荷ポンプによって前記負荷に提供される前記電流および前記電圧の前記ノイズレベルが上がる、
    請求項１３に記載の電荷ポンプ調整回路。
16. 各電荷ポンプが、直列で配列された複数の電荷ポンプ段を備え、
    各発振信号が、連続電荷ポンプ段に交互に印加される正の発振信号および負の発振信号を形成する、
    請求項１１に記載の電荷ポンプ調整回路。
17. リング内に直列で接続された複数のインバータ段を有する電圧制御発振器のインバータ段の出力から複数の発振信号を生成することと、
    前記インバータ段に印加される可変駆動電圧に応じて、前記発振信号の周波数または振幅を変えることと、
    複数の電荷ポンプに対する入力として前記発振信号を提供することと、
    複数の電荷ポンプの出力電圧および出力電流を生成することと、
    電圧レベルの前記電荷ポンプ出力電流の結合を負荷に提供することと
    を含む方法。
18. 前記インバータ段に印加された前記可変駆動電圧に応じて前記発振信号の前記周波数と前記振幅の両方を変えること
    をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記負荷の変動に対応するために、前記発振信号を調節して、ほぼ前記電圧レベルで提供される前記電荷ポンプ出力電流を調節すること
    をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記インバータ段に電力を供給するための前記可変駆動電圧を生じさせるフィードバックループで前記発振信号を調節すること
    をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 前記可変駆動電圧が下がるとき、前記発振信号を調節して、前記発振信号の前記周波数および前記振幅を減少させることと、
    前記可変駆動電圧が上がるとき、前記発振信号を調節して、前記発振信号の前記周波数および前記振幅を増加させることと
    をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記発振信号の前記周波数および前記振幅が減少するとき、前記電荷ポンプの出力電圧および出力電流を削減することと、
    前記発振信号の前記周波数および前記振幅が増加するとき、前記電荷ポンプの出力電圧および出力電流を増加させることと
    をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
23. 各発振信号が、前記リング内の前記発振信号の前の信号から移相され、
    前記電荷ポンプが並列で配列され、
    各電荷ポンプが前記インバータ段の内の１つに相当し、
    各電荷ポンプの前記出力が、他の電荷ポンプの前記出力から移相される、
    請求項１７に記載の方法。

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