JP2022554373A

JP2022554373A - ドライバ回路を制御するための方法、ドライバ回路、ドライバ回路を備えたシステム、および集積回路を製造するための方法

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Publication number: JP2022554373A
Application number: JP2022526254A
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Inventors: ライク・フィードラー; マルクス・ピーチュ
Original assignee: フラウンホファーゲセルシャフトツールフェールデルンクダーアンゲヴァンテンフォルシュンクエー．ファオ．
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2022-12-28
Also published as: TW202135457A; CN114930719A; WO2021089174A1; TWI812898B; US20220263473A1; KR20220098201A; EP4055708A1

Abstract

本発明は、ドライバ回路を制御するための方法に関する。この方法は、制御信号に基づいて、出力信号、たとえば、負荷、たとえば、電圧または電流を駆動または制御するための電子信号を提供するために増幅器を動作させるステップを含む。この方法は、入力信号、たとえば、出力信号よりも低いレベルまたはより低い振幅を備えた電子信号をフィードバック信号と比較することによって、制御信号を提供するために比較器を動作させるステップであって、フィードバック信号が出力信号に基づく、動作させるステップをさらに含む。この方法は、第1の供給電圧を記比較器に提供するステップと、第2の供給電圧を増幅器に提供するステップとをさらに含み、第2の供給電圧は第1の供給電圧よりも高い。

Description

本開示の実施形態は、容量性負荷を駆動するために、詳細には、高電圧によって負荷を駆動するために、電子信号を増幅する分野に関する。より詳細には、実施形態は、ドライバ回路を制御するための方法に関する。さらなる実施形態は、ドライバ回路に関する。さらなる実施形態は、ドライバ回路を備えたシステムに関する。さらなる実施形態は、ドライバ回路を備えた集積回路を製造するための方法に関する。さらなる実施形態は、容量性負荷のためのエネルギー効率が高い高電圧ドライバ回路に関する。さらなる実施形態は、容量性構成要素の時間連続的(time-continuous)または時間離散的(time-discrete)な、高電圧制御のための電子回路に関し、電子回路は統合電圧処理を含む。

容量性負荷、たとえば、圧電アクチュエータ、熱機械アクチュエータ、静電的活性化アクチュエータ、もしくは微小電気機械システムに基づくアクチュエータ、またはエネルギー貯蔵デバイスなどのアクチュエータの駆動は、高電圧を必要とし得る。これらの高電圧は、通常、ドライバ回路、たとえば、増幅器回路によって提供され制御される。

加えて、高出力電流を必要とするHiFi適用に対して、いわゆる電力増幅器が存在する。これらのオーディオ増幅器は、数十ワットのレジーム内の出力電力を提供することができ、したがって、その極めて小さな抵抗(インダクタンス)を特徴とするラウドスピーカーを供給し得る。

容量性構成要素を駆動するための、たとえば、容量性構成要素を時間連続的に駆動させるためのいくつかの電子回路は、通常、オーディオ増幅器の原理に基づく。詳細には、クラスAB、D、およびHの増幅器回路が広く使用される。

概して、AB増幅器は、連続的に制御される、演算増幅器のプッシュプル段階からなる。回路全体は、通常、フィードバックループ内の抵抗分割器を備えた非反転増幅器として構築される。時間連続的入力信号には出力においてそれぞれの増幅率が提供されるため、追加のフィルタ段階は必要とされない。しかしながら、演算増幅器の出力段階は変調信号に関係しない電流を永続的に伝導するため、この増幅器クラスの電力消費には、詳細には、高出力電力に対する問題がある。

クラスH増幅器は、通常、そのサイズにより回路内に統合することができない適切なコイルを必要とするアップダウン変換機を備えた外部電源を使用することによって、出力段階の供給電圧を可変に適応させることによって、クラスAB増幅器の高電力損失を最小化することを試みる手法である。外部要素に対して必要とされる空間の他に、このセットアップの高い複雑度も不利である。

クラスDの増幅器の出力段階は、通常、パルス幅変換(PWM)によって制御される。したがって、クラスD増幅器の電力損失は、切替えの瞬間に電流に低減される。PWM信号を生成するために、増幅されることになる入力信号は比較器内の鋸歯状電圧によってサンプリングされ得る。したがって、高周波数デジタル信号からの入力段階の基本的な発振をフィルタリングするための出力段階の後、十分に高いカットオフ周波数を備えた、エネルギーを消費するローパスフィルタが必要とされる。出力段階後のそのようなフィルタは、前に増幅されている出力信号のスペクトルのかなりの部分をフィルタリングし、したがって、所望の出力信号の生成の効率を低減させる。代替的に、低全高調波ひずみ(total harmonic distortion)を与える増幅器が使用され得る。

低い電力損失、空間の少量消費、高電圧出力信号、および回路の低複雑度の間に改善された折衷案を達成するドライバ回路に関する概念を提供することが本発明の目的である。

本発明によれば、この問題は、制御信号をドライバ回路の増幅器に提供するように構成されたドライバ回路の一部分に第1の供給電圧を提供し、第2の供給電圧を増幅器に提供することによって解決され、第2の供給電圧は第1の供給電圧よりも高い。第1の供給電圧および第2の供給電圧を有することは、ドライバ回路の異なる部分に異なる供給電圧を提供することを可能にする。詳細には、増幅器段階に提供される供給電圧よりも低い供給電圧を備えた制御信号を提供するように構成されたドライバ回路の部分を動作させることは、低電力消費、高出力電圧、および出力信号の最小全高調波ひずみを同時に達成することを可能にする。低電力消費により、ドライバ回路のセットアップのために空間節約構成要素が選定され得る。

本発明による実施形態は、ドライバ回路を制御するための方法を提供する。この方法は、制御信号に基づいて、出力信号、たとえば、負荷、たとえば、電圧または電流を駆動または制御するための電子信号を提供するために増幅器を動作させるステップを含む。この方法は、入力信号、たとえば、出力信号よりも低いレベルまたは低い振幅を備えた電子信号をフィードバック信号と比較することによって、制御信号を提供するために比較器を動作させるステップであって、フィードバック信号が出力信号に基づく、動作させるステップをさらに含む。この方法は、第1の供給電圧を比較器に提供するステップと、第2の供給電圧を増幅器に提供するステップとをさらに含み、第2の供給電圧は第1の供給電圧よりも高い。

本発明は、高供給電圧をドライバ回路の出力段階、すなわち、増幅器に提供することによって高電圧出力信号を可能にしながら、論理構成要素またはドライバ回路の制御信号または内部信号を提供するように構成された論理構成要素の中の低信号レベルおよび低電力消費を可能にするように、異なる電圧レベルを備えたドライバ回路の異なる構成要素を駆動するための原理に基づく。たとえば、制御信号は、低供給電圧を備えた比較器を提供すれば十分であるように、出力信号と比較して小さくてよい。(第2の供給電圧よりも低い)低供給電圧を備えた比較器を動作させることは、たとえば、切替え電流を低減することによって、比較器の電力消費を低減する。比較器の切替えは、非常に高い周波数において、たとえば、入力信号または出力信号の周波数よりも高い周波数において、たとえば、入力信号の周波数よりも少なくとも100倍高い周波数において生じることがあるため、比較器内の切替え電力を低減することは、ドライバ回路の電力消費を低減するための非常に効率的な方法である。

第1の供給電圧を比較器に提供し、第2の供給電圧を増幅器に提供することは、高電圧出力信号を提供するように、ドライバ回路の出力段階において、すなわち、増幅器において、高電圧を有すること、また同時に、ドライバ回路の電力消費を低減するように、ドライバ回路の制御段階において、すなわち、比較器において低電圧レベルを有することを可能にする。

ドライバ回路の電力消費を最小化することは、ドライバ回路がより小さな形状に統合され得るように、ドライバ回路の熱放散を低減する。ドライバ回路をより小さな形状に統合する可能性およびドライバ回路の低減されたエネルギー消費は、モバイルおよび/またはバッテリー駆動型適用例におけるドライバ回路の適用のために有益である。たとえば、ドライバ回路は、たとえば、ラウドスピーカーまたは超音波の適用に対する容量性構成要素を制御するように適用され得る。

実施形態によれば、第1の供給電圧を提供するステップは、第1の電圧源によって実行され、第2の供給電圧を提供するステップは、第2の電圧源によって実行される。したがって、第1の供給電圧および第2の供給電圧は、互いとは無関係に選定され得る。2つの異なる電圧源によって第1の供給電圧および第2の供給電圧を提供することは、ドライバ回路の設計における柔軟性を向上させ、2つの異なるタイプの電圧源を選定する可能性を開く。

実施形態によれば、第1の供給電圧を提供するステップは、第1のチャージポンプ段階によって実行され、かつ/または第2の供給電圧を提供するステップは、第2のチャージポンプ段階によって実行される。チャージポンプは、空間節約構成要素であり、その結果、第1の供給電圧および第2の供給電圧を提供するためにチャージポンプ段階を使用することは、たとえば、第1の供給電圧および/または第2の供給電圧を提供するためにコイルまたは別の誘導性要素なしに、ドライバ回路の統合設計を容易にする。たとえば、チャージポンプは、高出力電圧の提供が電圧処理のために外部構成要素を有さずに達成され得るように、高い第2の供給電圧を提供する。第1の供給電圧および/または第2の供給電圧を提供するためにチャーポンプを使用することは、したがって、比較器および/または増幅器にそれぞれ供給電圧を提供するための空間節約的かつ電力節約的な方法である。さらに、チャージポンプを使用することは、ドライバ回路の完全統合設計を容易にする。

実施形態によれば、制御信号の振幅は出力信号の振幅よりも低い。制御信号の低振幅は、制御信号が高周波信号である場合ですら、ドライバ回路の高い電磁適合性(EMC)を可能にし得る。出力信号は、一般に、より低い周波数を有し得、かつ/または連続的であり得るため、出力信号の高電圧は、高いEMCに依然として適合し得る。

実施形態によれば、比較器は連続時間信号を提供するように動作させられる。連続時間信号を提供するように比較器を動作させることによって、比較器は、制御信号が非常に正確であり得、入力信号に非常に高速に続くことができるように、入力信号の変更に特に高速に反応し得る。したがって、連続時間制御信号を提供することは、出力信号による負荷の高速制御を可能にし得る。増幅器に連続時間信号を提供することは、追加の外部フィルタ要素または構成要素を有することなく、高品質の出力信号を提供することを可能にし得る。連続時間動作は、出力信号、すなわち、たとえば、入力信号に直接続く出力信号の低全高調波ひずみを提供し得る。

実施形態によれば、比較器は離散時間信号を提供するように動作される。離散時間的信号を提供するように比較器を動作させることは、比較器の低電力消費および制御信号の高精度を暗示し得る。制御信号の周波数を調整することによって、離散時間動作は、出力信号の低全高調波ひずみを提供し得、制御信号の周波数を調整することは、特異的であってよく、または適応的であってもよい。

実施形態によれば、比較器は、比較器のセルフクロッキングを含む。比較器のセルフクロッキングは、制御信号に対する別々のクロックの必要を回避する。加えて、比較器のセルフクロッキングは、回路を最適化することによって、たとえば、制御信号の周波数を調整することによって、出力信号の低全高調波ひずみを提供し得る。

実施形態によれば、入力信号および/または出力信号は時間の点で連続的である。したがって、この方法は、連続時間信号に基づいて負荷を制御するように、かつ連続時間信号を用いて負荷を制御するように、適用され得る。

実施形態によれば、入力信号および/または出力信号は時間の点で離散的である。したがって、この方法は、離散時間信号に基づいて負荷を制御するように、かつ離散時間信号を用いて負荷を制御するように、適用され得る。

実施形態によれば、増幅器を動作させるステップは、たとえば、クラスAB増幅器段階と同様のプッシュプル段階を動作させるステップを含む。プッシュプル段階は、増幅器の効率、または電力効率がプッシュプル段階を使用することによって向上し得るように、増幅器の高い待機電力を回避する。

実施形態によれば、増幅器を動作させるステップは、第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタおよび第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタを制御するステップを含み、第1のタイプのトランジスタおよび第2のタイプのトランジスタは、相補タイプのトランジスタであり、第1のタイプのトランジスタおよび第2のタイプのトランジスタは、FET、電力FET、およびバイポーラ接合トランジスタのうちの1つである。たとえば、相補タイプのトランジスタは、pタイプおよびnタイプのFET、およびPNPバイポーラ接合トランジスタまたはnタイプFETおよびNPNバイポーラ接合トランジスタであってよい。たとえば、相補タイプのトランジスタは、相補タイプの多数電荷キャリア(majority charge carriers)を備えたトランジスタであってよい。第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタおよび第1のタイプに対して相補的な第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタを制御することは、プッシュプル段階を動作させるために特に有益である。増幅器のそのような動作は、増幅器の電力消費が特に小さくなり得るように、増幅器の待機電流を低減または除去し得る。同時に、増幅器のそのような動作は、高い範囲、たとえば、高電圧範囲の出力信号を可能にし得る。第1のタイプのトランジスタおよび/または第2のタイプのトランジスタとしてFETを動作させることは、ドライバ回路の出力信号が低電流または低電力を含む場合、有益であり得る。少なくとも1つのFETを制御することは、制御信号を提供するための電力消費が特に小さくなり得るように、制御信号を電圧として提供することを暗示し得る。第1のタイプのトランジスタおよび/または第2のタイプのトランジスタとしてバイポーラ接合トランジスタを動作させることは、出力信号が高電力または高電流を含む場合、有益であり得る。

実施形態によれば、増幅器を動作させるステップは、第1の動作状態の各時間インスタンスの間、たとえば、制御信号、たとえば、制御信号の電圧または電流に基づいて、第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタを導通状態またはカットオフ状態のいずれかに制御し、第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタをもう一方の状態に制御するステップを含む。第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタおよび第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタを相補状態に制御することは、増幅器の低電力消費を暗示し得る。

実施形態によれば、この方法は、フィードバック信号の振幅と出力信号の振幅の比率がドライバ回路の増幅率に対応するように、フィードバック信号を出力信号から取得するステップをさらに含む。たとえば、フィードバック信号を出力信号から取得するステップは、増幅率によって出力信号の電圧を分割するステップを含み得る。したがって、入力信号と出力信号の間の増幅率は、フィードバック信号を出力信号から取得することによって、たとえば、それに応じて、出力信号を分割することによって、選定され得る。すなわち、ドライバ回路を制御するステップは、ドライバ回路の増幅率を調整するステップと、ドライバ回路を制御する際に高い柔軟性を提供するステップとを含み得る。代替的に、ドライバ回路の増幅率は、ドライバ回路の複雑性を低減するために固定であってよい。

実施形態によれば、第1の供給電圧は、第2の供給電圧の少なくとも1/2、好ましくは、少なくとも1/5、さらに好ましくは、少なくとも1/10である。たとえば、第2の供給電圧のレベルは、出力電圧レベルに対する上限を設定し得る。すなわち、第2の供給電圧は、ドライバ回路の適用の要件に応じて設定され得る。第2の供給電圧が適用の要件を満たすとはいえ、第1の供給電圧に対する第2の供給電圧の高比率は、低供給電圧における比較器の動作を容易にする。したがって、第1の供給電圧に対する第2の供給電圧の高比率は、ドライバ回路を制御することが高電力効率と高出力電圧とを組み合わせることができるように、比較器の特に低い電力消費を暗示し得る。

実施形態によれば、第1の供給電圧および/または第2の供給電圧は一定である。第1の供給電圧および/または第2の供給電圧が一定である場合、第1の供給電圧および/または第2の供給電圧をそれぞれチャージポンプによって提供することは、特に効率的であり得る。

実施形態によれば、第1の供給電圧を提供するステップは、第1の供給電圧を変調するステップを含み、かつ/または第2の供給電圧を提供するステップは、第2の供給電圧を変調するステップを含む。第1の供給電圧および/または第2の供給電圧を変調することによって、変調供給電圧は、変調の各時間インスタンスの動作状態、たとえば、出力信号によって提供される電力に、適応され得る。第1の供給電圧および/または第2の供給電圧を変調することによって、ドライバ回路の電力消費は特に低くなり得る。第2の供給電圧を変調することは、プッシュプル段階の高効率を提供し得る。非限定的な例として、第2の供給電圧の変調は、電流または電圧のいずれかを使用して、2つのレジスタまたはMOSFETを好適に制御することによって実現され得、レジスタまたはMOSFETは、非限定的な例として、第2の電圧供給段階を増幅器に接続し得る、正および負の供給レール経路に位置し得る。非限定的な例として、第2の供給電圧は、増幅器に対する、たとえば、プッシュプル段階に対する制御信号に従って制御され得る。

実施形態によれば、増幅器を動作させるステップは、プッシュプル段階を通して伝導されるか、またはプッシュプル段階を通過する最大電流を自己調整するステップを含み、最大電流の自己調整は負荷に基づく。非限定的な例として、増幅器を通した、たとえば、プッシュプル段階を通した最大可能(駆動)電流の自己調整は、変調の各時間インスタンスにおける負荷に応じて最大電流を自己調整するステップを含み得る。たとえば、最大電流の自己調整は、制御信号に基づき得る。制御信号は出力信号に基づくフィードバック信号に基づくため、最大電流は、出力信号によって必要とされる電力に基づいて調整され得る。すなわち、最大電流は、ドライバ回路の動作中に自己調整され得る。したがって、ドライバ回路は、同時に、かつ負荷のサイズとは無関係に、高電力効率および低いまたは最適なTHDを提供し得る。たとえば、小さな負荷の場合、ドライバ回路を動作させるステップは、増幅器を通して低い最大電流を伝導するステップと、低電力消費を可能にするステップとを含み、大きな負荷の場合、ドライバ回路を動作させるステップは、増幅器を通して高い最大電流を伝導するステップ、したがって、低THDを提供するステップを含む。非限定的な例として、最大電流の自己調整は、電流または電圧のいずれかを使用して、複数のレジスタまたは複数のMOSFETを制御することによって実現され得る。非限定的な例として、最大電流を自己調整するステップは、制御信号に基づき得る。

本発明によるさらなる実施形態は、ドライバ回路、たとえば、負荷を駆動または制御するためのドライバ回路を提供する。ドライバ回路は、制御信号、たとえば、増幅器、たとえば、出力信号の大きさまたは振幅を制御するように構成された制御電圧または制御電流に基づいて、出力信号、たとえば、電圧などの電子出力信号を提供するように構成された増幅器を備える。ドライバ回路は、入力信号をフィードバック信号と比較することによって制御信号を提供するように構成された比較器であって、フィードバック信号が増幅器の出力信号に基づく、比較器をさらに備える。たとえば、比較器は、フィードバックループの部分であり得る。比較器は、第1の供給電圧を比較器に提供するように構成された第1の電圧供給段階に接続される。増幅器は、第2の供給電圧を増幅器に提供するように構成された第2の電圧供給段階に接続される。第2の供給電圧は、第1の供給電圧よりも高い。

ドライバ回路は、上記で説明した方法と同じ発想に依拠し、等しいまたは等価の機能性および利点を提供する。ドライバ回路は、随意に、ドライバ回路を制御するための対応する方法に関して本明細書で説明する特徴、機能性、およびディテールのうちのいずれかと組み合わされてよいか、またはそれらによって補完されてよい。ドライバ回路は、随意に、述べた特徴、機能性、およびディテールと個々にまたはこれらの何らかの組合せのいずれかで組み合わされてよい。

実施形態によれば、ドライバ回路は、集積回路の少なくとも部分を形成する。ドライバ回路は集積回路の部分であるため、ドライバ回路は、特に空間節約的に実装され得る。

ドライバ回路を集積回路で実装することは、第1の電圧供給段階が第1のチャージポンプ段階を含み、第2の電圧供給段階が第2のチャージポンプ段階を含む特徴との組合せにおいて特に有益である。チャージポンプ段階は、集積回路に統合されてよく、それでもなお、高電圧を提供し得る。したがって、ドライバ回路が第1の供給電圧を比較器に提供するように構成された第1のチャージポンプ段階を含み、かつ第2の供給電圧を増幅器に提供するように構成された第2のチャージポンプ段階をさらに含む場合、ドライバ回路は、第1の電圧供給段階および第2の電圧供給段階を含む集積回路で実装され得る。そのような構成は、コンダクタンスもしくは抵抗またはキャパシタンスなど、外部の、たとえば、離散的な構成要素の必要性を回避する。

ドライバ回路を集積回路で実装することは、増幅器がnタイプの少なくとも1つのFETおよびpタイプの少なくとも1つのFET、たとえば、少なくとも1つのnタイプのMOSFETおよび少なくとも1つのpタイプのMOSFETを備えるという特徴と組み合わせるとさらに有益であり得る。ドライバ回路のそのような構造は、CMOSプロセスによるドライバ回路の製造を可能にする。これらの2つの特徴を第1の電圧供給段階が第1のチャージポンプを含み、第2の電圧供給段階が第2のチャージポンプを含むという特徴とさらに組み合わせることは、CMOSプロセスにおいて第1の電圧供給段階および第2の電圧供給段階を含むドライバ回路を製造することを可能にする。CMOSプロセスを用いてドライバ回路を製造することは、ドライバ回路を生産するための、非常に費用効果が高く、かつ柔軟な方法であり得、さらなる構成要素を備えた集積回路にドライバ回路を統合することを可能にする。

本発明によるさらなる実施形態は、負荷およびドライバ回路を備えたシステムを提供する。このシステムは、ドライバ回路の出力信号に基づいて負荷を制御するように構成される。ドライバ回路を使用して負荷を制御することによって、負荷が小さな信号を使用することによって制御され得るように、負荷は、たとえば、出力信号よりも小さくてよい入力信号によって制御され得る。たとえば、ドライバ回路は、負荷に適応され得る、すなわち、たとえば、出力信号のレベルは負荷に適応され得る、かつ/またはドライバ回路によって提供される電力は、負荷の要件に適応され得る。

実施形態によれば、このシステムは集積回路を備え、集積回路はドライバ回路を備える。集積回路はドライバ回路を備えるため、このシステムは、特に空間節約的かつ/またはエネルギー効率が高い可能性があり、集積回路に対する製造プロセスを使用することによって非常に高い費用効果で製造され得る。

実施形態によれば、負荷は、容量および/またはインダクタンスを含み、負荷の抵抗は、10kΩもしくは100kΩまたは1MΩよりも高い。負荷の抵抗はそのように高いため、負荷を駆動するために使用されるドライバ回路の出力信号の電圧が高い可能性がある場合ですら、負荷を駆動するためにドライバ回路によって提供されることが必要とされる電流は低くてよい。したがって、ドライバ回路の設計を負荷の電力消費に適応することによって、ドライバ回路は、わずかな電力消費で負荷を駆動することができる。ドライバ回路は第1および第2の電圧供給段階を含むため、電圧供給段階を個々に適応することによって非常に効率的に負荷に適応され得る。

たとえば、ドライバ回路の最大出力電力、たとえば、出力信号によって提供されるドライバ回路の出力電力は、低くなるように、たとえば、mWのレジーム内に設計され得る。したがって、第2の電圧供給段階は、第2の供給電圧を提供するためのチャージポンプ段階を含んでよく、それでもなお、十分高い電力を増幅器に提供することが可能であり得る。低出力電力に対するドライバ回路のさらなる適応により、出力信号は、低レベルまたは低振幅を有するように構成され得る。低レベルの制御信号により、比較器の電力消費は、比較器がチャージポンプ段階によって十分供給され得るように、低くてよい。したがって、ドライバ回路を高い抵抗を備えた負荷と組み合わせることは、システムの統合設計を可能にし、第1の電圧供給段階および第2の電圧供給段階を含むドライバ回路は、集積回路、たとえば、CMOSプロセスによって製造された集積回路の部分であり得る。したがって、システムの構成は、特に空間節約的であり得、かつ/またはシステムは、特に電力効果が高いように構成され得る。

実施形態によれば、負荷はMEMSアクチュエータを備える。MEMSアクチュエータは、MEMSアクチュエータおよびドライバ回路を備えたシステムが一般的な集積回路に統合され得るように、集積回路に統合され得る。したがって、システムは、特に空間効率が高い可能性があり、集積回路に対する共同製造プロセスで製造され得る。

実施形態によれば、負荷は、圧電アクチュエータもしくは熱機械アクチュエータまたはエネルギー貯蔵デバイスを備える。これらの構成要素は、これらの構成要素がドライバ回路によって有利に駆動され得るように、高容量性負荷を含んでよく、もしくは容量および/またはインダクタンスを含んでよく、かつ/または高抵抗を備えてよく、ドライバ回路は、たとえば、ドライバ回路の第2の供給電圧を提供するためのチャージポンプ段階を含んでよい。

実施形態によれば、負荷は、ラウドスピーカー、マイクロフォン、ポンプ、バルブ、ヘルスアシスタンスシステム、測位システム、およびプレートを移動させるための機械的制御のうちの少なくとも1つを備える。これらの構成要素は、高容量性負荷を備えてよく、すなわち、これらの構成要素は、ドライバ回路が第2の供給電圧を提供するためのチャージポンプ段階を含む場合ですら、これらの構成要素がドライバ回路によって有利に駆動され得るように、高容量および/または高抵抗を備え得る。

本発明によるさらなる実施形態は、集積回路を製造するための方法であって、増幅器が制御信号に基づいて出力信号を提供するように構成されるように、増幅器を構成するステップを含む、方法を提供する。この方法は、比較器が、入力信号をフィードバック信号と比較することによって、制御信号を提供するように構成されるように、比較器を構成するステップであって、フィードバック信号が増幅器の出力信号に基づく、構成するステップをさらに含む。加えて、この方法は、第1の電圧供給段階が第1の供給電圧を比較器に提供するように構成されるように、かつ第2の電圧供給段階が第2の供給電圧を増幅器に提供するように構成されるように、かつ第2の供給電圧が第1の供給電圧よりも高いように、かつ第1の電圧供給段階および第2の電圧供給段階を構成するステップを含む。

本発明によるさらなる実施形態は、コンピュータプログラムを提供し、コンピュータプログラムは、コンピュータプログラムのうちの1つによって上述の方法が実装されるように、コンピュータまたは信号プロセッサ上で実行されると、ドライバ回路を制御するための上述の方法を実装するように構成される。

以下において、図面を参照しながら本開示の実施形態についてより詳細に説明する。

一実施形態によるドライバ回路の概略表現である。さらなる実施形態によるドライバ回路の概略表現である。一実施形態によるドライバ回路を備えたシステムの概略表現である。一実施形態による、入力信号、出力信号、フィードバック信号、および制御信号の経時的な変化の図である。一実施形態による、入力信号、出力信号、フィードバック信号、および制御信号の経時的な変化の図である。一実施形態による、ドライバ回路を制御するための方法のブロック図である。一実施形態による、集積回路を製造するための方法のブロック図である。

等しいもしくは等価の要素または等しいもしくは等価の機能性を備えた要素は、以下の説明において、異なる図面で生じる場合ですら、等しいまたは等価の参照番号で示される。

ブロック図によって示され、前記ブロックを参照することによって説明される、方法ステップは、示されるかつ/または説明される順序とは異なる順序で実行されてもよい。さらに、デバイスの特定の特徴に関する方法ステップは、前記デバイスの前記特徴と置換可能であり得、逆も可能である。

以下の説明では、本発明の実施形態の説明のより十分な説明を提供するために複数の詳細が記載される。しかしながら、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細なしに実践され得ることは当業者に明らかになるであろう。他の場合には、周知の構造およびデバイスは、本発明の実施形態を曖昧にするのを避けるために、詳細ではなく、ブロック図の形態で示される。加えて、別段に明記されていない限り、以下で説明する異なる実施形態の特徴は、互いと組み合わされてよい。

説明を通して、例として説明するすべての特徴、機能性、および詳細は、随意であり非現敵的であると理解されるべきである。

図1は、一実施形態によるドライバ回路100の概略表現を示す。ドライバ回路100は、制御信号122に基づいて出力信号182を提供するように構成された増幅器180を備える。ドライバ回路100は、入力信号110をフィードバック信号162と比較することによって、制御信号122を提供するための比較器120をさらに備え、フィードバック信号162は増幅器180の出力信号182に基づく。比較器120は、第1の供給電圧142を比較器120に提供するように構成された第1の電圧供給段階140に接続される。増幅器180は、第2の供給電圧152を増幅器180に提供するように構成された第2の電圧供給段階150に接続され、第2の供給電圧152は第1の供給電圧142よりも高い。

ドライバ回路100の動作原理に従って、出力信号182に基づくフィードバック信号162を受信することによって、比較器は、増幅器180が入力信号110に従って出力信号182を制御し得るように、制御信号122を増幅器180に提供することが可能である。

制御信号122の電圧領域は出力信号182の電圧領域とは無関係であるため、制御信号122を提供するように構成された比較器120には、出力信号182を提供するように構成された増幅器180に提供される第2の供給電圧152とは無関係であり得る、第1の供給電圧142が提供され得る。

図1によるドライバ回路100は、随意に、他のドライバ回路に関して本明細書で説明するすべての特徴、機能性、およびディテールによって相補され得る。それぞれの特徴、機能性、およびディテールは、個々にまたはそれらの何らかの組合せのいずれかで、ドライバ回路100に随意に追加され得る。

図2は、一実施形態によるドライバ回路200の概略表現を示す。ドライバ回路200は、たとえば、ドライバ回路100に基づき得る。

ドライバ回路200は、入力信号110に基づいて出力信号182を提供するように構成される。たとえば、ドライバ回路200は、出力信号182を用いて負荷290を駆動することによって、入力信号110に基づいて随意の負荷290に制御するように構成され得る。たとえば、ドライバ回路200は、出力信号182を負荷290に提供するように構成され、出力信号182の振幅は負荷290を駆動するように適応される。

たとえば、出力信号182は、可変電圧によって表され得る。出力信号182の電圧は、電流を生じさせることができ、電流は、負荷290、たとえば、負荷290の電気抵抗またはインピーダンスに基づき得る。言い換えれば、ドライバ回路は、出力信号182を負荷に提供することによって、電力を負荷290に提供するように構成され得る。

たとえば、出力信号の電圧は、±24Vの範囲内であってよい。代替的に、出力信号182の電圧は、±24Vよりも小さくてよくまたは大きくてもよく、たとえば、ドライバ回路は、±400Vの範囲内の出力電圧を提供し得る。出力信号182によって提供される電力は、たとえば、mWのレジーム内であってよい。代替的に、出力信号182によって提供される電力は、mWのレジーム内の電力よりも小さくてよくまたは大きくてもよい。

ドライバ回路200は、入力信号110を受信するように構成される。たとえば、入力信号110は、可変電圧およびその電圧に対する電流によって表され得る。

たとえば、入力信号110の電圧は、低電圧信号または低レベル信号の範囲内、たとえば、±1Vの範囲内であってよい。代替的に、入力信号110の電圧は、±1Vよりも小さくてよくまたは大きくてもよい。

たとえば、出力信号182の振幅は、入力信号110の振幅以上であってよい。言い換えれば、ドライバ回路は、出力信号182を提供するために入力信号110を増幅するように構成され得、ドライバ回路200の増幅率は、出力信号182の振幅と入力電圧110の振幅の比率に対応する。

たとえば、入力信号110および/または出力信号182は、時間の点で連続的である。たとえば、入力信号110および出力信号182は、アナログ信号であり得る。代替的に、入力信号110および/または出力信号182は、時間の点で離散的である。

出力信号182を提供するために入力信号110を増幅することによって、ドライバ回路200は、比較器120、増幅器180、および電圧分割器261を備えたフィードバックループ260を備え、比較器120は、増幅器によって提供される出力信号182に基づいて電圧分割器261によって提供されるフィードバック信号162に基づいて、増幅器180を制御するように構成される。

電圧分割器261は、出力信号182とフィードバック信号162の間の比率がドライバ回路の構成要素の限定された精度および限定された速度から生じ得る誤差範囲内のドライバ回路200の増幅率に対応するように、出力信号182に基づいてフィードバック信号162を提供するように構成される。たとえば、出力信号182とフィードバック信号162の間の比率は、増幅率の±1%、もしくは±0.1%、または±0.01%の範囲内であってよい。

たとえば、電圧分割器261は、1つもしくは複数のレジスタ、1つもしくは複数のトランジスタおよび/または1つもしくは複数のキャパシタを備え得る。電圧分割器261は、フィードバック信号162を取得するための増幅率によって出力信号182を分割するように構成され得る。ドライバ回路の増幅率は、固定され得る。代替的に、電圧分割器261は、出力信号182とフィードバック信号162の間の率が、たとえば、ドライバ回路200の適用に従って、たとえば、負荷290に従って、かつ/または入力信号110の振幅に従って、調整され得るように、たとえば、同調ビットによって同調可能であり得る。

すなわち、ドライバ回路200は、フィードバック信号162を出力信号182から取得するように構成されたフィードバックループ160を備え、フィードバック信号162の振幅と出力信号182の振幅の間の比率は、ドライバ回路200の増幅率に対応する。

比較器120は、制御信号122を取得するために、入力信号110をフィードバック信号162と比較するように構成される。たとえば、比較器120は、高レベルおよび低レベルを備えたデジタル信号として制御信号122を提供し得、比較器は、フィードバック信号162が入力信号110よりも大きい時間インスタンスにおいて高レベルまたは低レベルのいずれかで、またフィードバック信号162が入力信号110よりも小さい時間インスタンスにおいてもう一方のレベルで、制御信号122を提供するように構成される。

たとえば、比較器は連続時間比較器である。たとえば、比較器120は、連続時間信号として制御信号122を提供するように構成され得る。

代替的に、比較器は、離散時間比較器である。たとえば、比較器は、離散時間信号として制御信号122を提供するように構成され得る。

たとえば、比較器は離散時間比較器であり、比較器はセルフクロックされる(self-clocked)。たとえば、比較器120は、離散時間信号として制御信号122を提供するように構成され得、制御信号122は、制御信号122のクロックに関する同期情報を含む。

増幅器180は、制御信号122を受信し、制御信号122に基づいて出力信号182を制御するように構成される。増幅器180は、プッシュプル段階を含み得る。プッシュプル段階は、少なくとも2つの相補段階を含み得る。

少なくとも2つの相補段階のうちの一段階は、トランジスタ、たとえば、MOSFETもしくは電力FET、またはバイポーラ接合トランジスタなど、電界効果トランジスタ(FET)を備え得る。プッシュプル段階の少なくとも2つの相補段階は、第1のタイプのトランジスタおよび第1のタイプのトランジスタに対して相補的な第2のタイプのトランジスタを備え得る。たとえば、相補タイプのトランジスタは、反対のタイプの多数電荷キャリアを備え得る。たとえば、相補タイプのトランジスタは、pタイプFETおよびnタイプFET、もしくはnpnバイポーラ接合トランジスタおよびpnpバイポーラ接合トランジスタ、またはpタイプFETおよびpnpバイポーラ接合トランジスタ、あるいはnタイプFETおよびnpnバイポーラ接合トランジスタによって表され得る。

すなわち、増幅器182は、第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタおよび第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタを備え、第1のタイプのトランジスタおよび第2のタイプのトランジスタは、相補タイプのトランジスタであり、第1のタイプのトランジスタおよび第2のタイプのトランジスタは、FET、電力FET、またはバイポーラ接合トランジスタのうちの1つである。

少なくとも2つの相補段階の一段階は、段階のコンダクタンスに応じて、出力信号182に寄与を与えるように構成され得る。たとえば、少なくとも2つの相補段階の一段階は、導通状態、または導通状態のコンダクタンスと比較して低いまたは消失するコンダクタンスを備えた状態である、カットオフ状態であってよい。増幅器180は、制御信号122に基づいて信号を少なくとも2つの相補段階に提供するように構成され得、信号は、少なくとも2つの相補段階のコンダクタンスを導通状態またはカットオフ状態のいずれかになるように制御する。たとえば、増幅器180は、制御信号122のレベルが第1の範囲内にあるとき、少なくとも2つの相補段階の第1の段階が導通状態になるように制御し、制御信号122のレベルが第2の範囲内にあるとき、少なくとも2つの相補段階の第2の段階が導通状態になるように制御するように構成され得る。たとえば、制御信号122の瞬時レベル、たとえば、高レベルまたは低レベルの場合、第1の段階または第2の段階のいずれかが導通状態であり、もう一方の段階がカットオフ段階であり得るように構成されるように、第1の範囲および第2の範囲は反対であってよい。たとえば、動作の瞬間において、高レベルと低レベルの間である制御信号122の値に対して、両方の段階が導通状態であり得るように、第1の範囲および第2の範囲は重複してよい。そのような重複は、出力信号内のアーチファクトを回避するために有益であり得る。

たとえば、比較器120は、制御信号122を提供するように構成され、制御信号122は、高速スルーレート、たとえば、50MV/sよりも高い、もしくは100MV/sよりも高い、または400MV/sよりも高いスルーレートを備える。加えて、制御信号レベルの第1の範囲と第2の範囲の重複は、小さくてよい、たとえば、制御信号122の振幅の10%よりも小さくてよく、もしくは5%よりも小さくてよく、または1%よりも小さくてよい。この組合せは、特に低い電力損失を伴う増幅器の非常に効率的な動作を可能にし得る。

すなわち、第1のタイプのトランジスタおよび第2のタイプのトランジスタは、導通状態にもしくはカットオフ状態に、もしくは導通状態とカットオフ状態の間で変更するように、または制御信号122に基づいてその伝導率を変更するように構成される。

言い換えれば、ドライバ回路200は、第1の動作状態の各時間インスタンスの間、第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタを導通状態またはカットオフ状態のいずれかに制御し、第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタをもう一方の状態に制御するように構成される。ドライバ回路200は、第1の供給電圧142を比較器120に提供するように構成された第2の電圧供給段階を含む。第1の供給電圧142のレベルまたは振幅は、たとえば、最大レベルまたは最大振幅の制御信号122に対応し得る。第1の電圧供給段階は、第1の供給電圧142を提供するための第1の電圧スルー(voltage slew)を備え得る。

すなわち、制御信号の振幅は出力信号の振幅よりも低くてよい。

たとえば、プッシュプル段階は、AB増幅器として実現され得る。たとえば、プッシュプル段階は、たとえば、pタイプFETおよびnタイプFETを備えた、標準的なインバーターを備え得る。代替的に、プッシュプル段階は、切替えの瞬間に短絡回路電流を回避するために遅延または重複しない制御を備えたカスケード式インバーターを備え得る。カスケード式インバーターは、たとえば、1つまたは複数のpタイプFETおよび1つまたは複数のnタイプFETを直列に備え得る。代替的に、プッシュプル段階は、1つまたは複数のMOSFETおよび/または1つまたは複数のバイポーラ接合トランジスタを備え得る。

実施形態によれば、増幅器180は、プッシュプル段階を通して伝導されるかまたはプッシュプル段階を通過する最大電流を自己調整するように構成され、最大電流の自己調整は、負荷290に基づく。

たとえば、最大電流は、最大可能電流または電流の上限、たとえば、出力信号182を提供するために使用または消費される電流であってよい。たとえば、増幅器180は、制御信号122に従って、したがって、たとえば、外部の影響なしに、最大電流を自己調整するように構成され得る。たとえば、出力信号を提供するために必要とされる電力は、負荷290に依存し得、増幅器180は、制御信号122を使用することによって出力信号182を提供するために必要とされる電力に関する情報を取得するように構成され得る。したがって、増幅器180は、負荷290の電力消費または電力要件に従って、最大電流を自己調整するように構成され得る。

ドライバ回路200は、チャージポンプ145を備える。チャージポンプ145は、第1の電圧供給段階140および第2の電圧供給段階150を備える。実施形態によれば、第1の電圧供給段階140は、第1の供給電圧142を比較器120に提供するように構成された第1のチャージポンプ段階を含み、第2の電圧供給段階150は、第2の供給電圧152を増幅器180に提供するように構成された第2のチャージポンプ段階を含む。たとえば、チャージポンプ145、第1のチャージポンプ段階、および/または第2のチャージポンプ段階は、Dicksonチャージポンプを備え得る。

すなわち、第1の電圧供給段階140は第1のチャージポンプ段階を含み、かつ/または第2の電圧供給段階150は第2のチャージポンプ段階を含む。

代替実施形態によれば、第1のチャージポンプ段階は、第1のチャージポンプの部分であってよく、第2のチャージポンプ段階は、第2のチャージポンプの部分であってよい。

さらなる代替実施形態によれば、ドライバ回路200は、必ずしもチャージポンプ145を備えるとは限らない。この代替実施形態によれば、第1の電圧供給段階140は第1の電圧源を備えてよく、かつ/または第2の電圧供給段階150は第2の電圧源を備えてよい。たとえば、第1の電圧源および/または第2の電圧源は、ブースト変換機、バック変換機、バックブースト変換機、チャージポンプ、チャージポンプ段階、または低ドロップアウトレギュレータ(LDO:low-dropout regulator)を備え得る。非限定的な例として、第1の電圧供給段階140および/または第2の電圧供給段階150は、別々のソースおよび後続のコントローラによって実現され得る。

したがって、第1の電圧供給段階140は第1の電圧源を備えてよく、第2の電圧供給段階150は第2の電圧源を備えてよい。

第1の供給電圧142は、増幅器180に適用され得かつ/または出力信号182の振幅に適用され得る、制御信号122の振幅に適応され得る。たとえば、第1の電圧供給段階140は、一定電圧または固定電圧として第1の供給電圧142に提供するように構成され得る。すなわち、第1の供給電圧142は一定であってよい。

代替的に、第2の電圧供給段階は、第1の供給電圧を変調するように構成され得る。

たとえば、第1の供給電圧142は、たとえば、比較器120の電力消費または動作の各時間インスタンスの間の制御信号の電流振幅に従って変調され得る。

第2の供給電圧152は、出力信号182の最大レベルまたは最大振幅に適応され得る。たとえば、第2の供給電圧152は、出力信号182の振幅以上であってよい。

実施形態によれば、第2の供給電圧152は一定であってよい。

たとえば、第2の電圧供給段階150は、一定電圧または固定電圧として第2の供給電圧152を提供するように構成されてよく、第2の供給電圧152は、たとえば、負荷290によって必要とされるように、出力信号の必要とされる最大振幅に対応し得る。

代替的に、第2の電圧供給段階150は、第2の供給電圧152を変調するように構成され得る。

たとえば、第2の供給電圧152は、たとえば、増幅器180、たとえば、プッシュプル段階の電力消費に従って、または動作の各時間インスタンスの間の出力信号182の必要とされる電流レベルに従って、変調され得る。たとえば、第2の電圧供給段階150は、低電圧レールおよび高電圧レールを備えてよく、第2の供給電圧152を変調することは、制御信号122に基づいて、低電圧レールの電圧および高電圧レールの電圧のそれぞれの寄与を制御することを含み得る。制御信号122はフィードバック信号162に基づくため、制御信号は、増幅器180および/または出力信号182の必要とされる電力に関する情報を含み得る。したがって、制御信号122を使用して、第2の供給電圧152を変調することは、プッシュプル段階280の電力消費に応じて、第2の供給電圧152の調整を実現し得る。すなわち、ドライバ回路200は、第2の供給電圧152を自己調整するように構成され得る。非限定的な例として、制御信号122に基づいて第2の供給電圧152を制御することは、2つのレジスタまたはMOSFETによって実現され得る。

第2の供給電圧152は出力信号182に適合され得、第1の供給電圧142は制御信号122に適応され得る。第1の供給電圧142は、第2の供給電圧152とは異なってよい。詳細には、第1の供給電圧142は、第2の供給電圧152より小さくてよい。

たとえば、第1の供給電圧142は、第2の供給電圧152の少なくとも1/2、好ましくは、少なくとも1/5、より好ましくは、少なくとも1/10である。

たとえば、出力信号の振幅は、ドライバ回路200の適用によって、たとえば、負荷290によって、示され得る。さらに、制御信号122の振幅は、出力信号182の振幅よりも小さくてよい。制御信号122の振幅が小さければ小さいほど、より多くの電力がドライバ回路200の動作中に節約され得る。

実施形態によれば、ドライバ回路200は集積回路の少なくとも部分を形成する。

たとえば、ドライバ回路200は、たとえば、負荷290と一緒に、かつ/またはさらなる構成要素と一緒に、集積回路に随意に統合され得る。詳細には、ドライバ回路200は、第1のチャージポンプ段階および第2のチャージポンプ段階を含む集積回路に統合され得る。

言い換えれば、ドライバ回路200は、可変の小さな振幅を備えた連続時間入力信号110を受信するように構成され得る。ドライバ回路は、調整可能な抵抗分割器261に応じて入力信号110を増幅し、可変の、または入力信号110の小さな振幅と比較して等しいかまたはそれを超える振幅を備えた連続時間出力信号110を取得するようにさらに構成され得る。たとえば、ドライバ回路の主要負荷290を形成するMEMS構成要素の一般的な負荷は、キャパシタによって表され得る。連続時間出力信号182は、プッシュプルインバーター段階、たとえば、高電圧領域、たとえば、第2の供給電圧152に接続された増幅器180によって生成され得る。さらに、プッシュプルインバーター段階は、低電圧領域、たとえば、第1の供給電圧142に接続され得る比較器120によって制御されるように構成され得る。低電圧領域および高電圧領域は、統合チャージポンプ145によって生成され得、一定レベルで固定され得る。チャージポンプ145用の随意の初期電圧源は、任意のタイプのものであってよい。

たとえば、ドライバ回路200の動作原理は、フィードバックループの原理に対応する。ドライバ回路200は、調整可能な電圧分割器261を介して連続時間出力信号182を比較器120の入力に戻すように構成され得る。比較器120は、第2の入力に対する入力信号110を受信するように構成され得、入力信号110を戻されたフィードバック信号162と比較するように構成される。比較器120は、その入力信号、すなわち、入力信号110およびフィードバック信号162に応じて高レベルまたは低レベルの信号を生成するように構成され得、比較器120は、低電圧領域に従って高レベル信号または低レベル信号を生成するように構成され得る。比較器120は、制御信号122として生成器120の出力において高レベル信号または低レベル信号を提供するように構成され得る。ドライバ回路200は、フィードバックループの完成など、生じた制御信号122に基づいて、増幅器180、たとえば、プッシュプルインバーター段階を制御するように構成され得る。さらに、ドライバ回路200は、ドライバ回路200がより少ない外部構成要素またはフィルタ段階を必要とし得るか、または何の追加の外部構成要素またはフィルタ段階も必要とし得ないように、出力信号182の平滑化またはフィルタリングのために、MEMS構成要素、たとえば、負荷290のキャパシタンスに依存するように構成され得る。

抵抗性負荷に対して最適化され得る従来のクラスAB増幅器とは対照的に、ドライバ回路200は、第2の供給電圧152、すなわち、出力信号182の電圧領域を提供するように構成された第2の電圧供給段階150を備え、第2の電圧供給段階は、ドライバ回路200の部分の、内部の、統合部分である。さらなる従来の解決策は、ブースト変換機、外部構成要素、追加のパルス生成器、アナログデジタル変換機、および出力段階を制御するためのさらなる信号処理ユニットに依存するが、ドライバ回路200は、チャージポンプ145、比較器120、たとえば、アナログまたはデジタル比較器を備え、完全に統合されて実装され得る。さらなる従来型の解決策は、RCローパス出力フィルタを必要とするが、ドライバ回路200は、出力信号を負荷290に直接的に提供し得る。バイポーラ高電圧電力増幅器の代わりに、ドライバ回路200は、MOSFETを備えてよく、依然として高出力電圧を提供し得る。さらに、ドライバ回路200は、電圧および電力増幅のための単一段階で動作し得る。ドライバ回路200は、2つの電圧領域、たとえば、第1の供給電圧142によって提供される低電圧領域および第2の供給電圧152によって提供される高電圧領域を備える。加えて、ドライバ回路200は、可変負荷、たとえば、可変キャパシタンスを駆動するように構成され得る。クラスA、B、C、D、AB、G、またはHの従来型増幅器以外に、ドライバ回路200は、低電圧入力信号を効率的に増幅することができ、高い連続時間電圧で容量性負荷を効率的に制御し得る。いくつかの従来型の解決策以外に、ドライバ回路200は、たとえば、Hブリッジ、デジタルアナログ変換機、別々のコレクタユニットおよび別々のパルス幅モジュールなしに実現され得る。

要約すると、ドライバ回路200は、高出力電圧を低電力消費と組み合わせることが可能な低複雑度回路設計を提供し得る。加えて、ドライバ回路200は、随意に、集積回路に完全に統合され得、CMOSプロセスを使用して製造され得る構成要素を利用し得る。

図3は、一実施形態によるシステム301の概略表現を示す。システム301はドライバ回路300を備える。ドライバ回路300は、ドライバ回路100、200に対応し得る。システム301は、負荷290に対応し得る負荷390をさらに備える。システム301は、ドライバ回路300の出力信号182に基づいて、負荷390を制御するように構成される。

実施形態によれば、負荷390は、容量および/またはインダクタンスを含み、負荷の抵抗は、10kOhmもしくは100kOhmまたは1MOhmよりも高い。

負荷390は、たとえば、キャパシタンスを特徴とし得る。たとえば、負荷390は、純粋にまたは主に容量性であってよい。代替的に、負荷390は、主に容量性であってよく、負荷390の生じる抵抗が、MOhmのレジーム内にあり得るか、または10kOhm、もしくは100kOhm、または1MOhmよりも大きくなり得るように、抵抗および/またはインダクタンスをさらに備え得るか、またはこれらを特徴とし得る。ドライバ回路300の第2の供給電圧がチャージポンプによって提供され得るように、負荷390の抵抗が大きければ大きいほど、出力信号182の所与の振幅に対するドライバ回路300の増幅器の電力消費はより低くなり得る。

実施形態によれば、システム301は集積回路を備え、集積回路はドライバ回路300を備える。

たとえば、ドライバ回路300は集積回路の部分である。たとえば、ドライバ回路300および負荷は、共同集積回路の部分であり得る。

実施形態によれば、負荷390は、MEMSアクチュエータ、もしくは圧電アクチュエータ、または熱機械アクチュエータを備える。

負荷390は、たとえば、MEMS構成要素および/または圧電アクチュエータ、たとえば、曲げアクチュエータ、たとえば、静電曲げアクチュエータ(NED-アクチュエータ)、圧電アクチュエータ、または熱機械アクチュエータを備える。

実施形態によれば、負荷390は、ラウドスピーカー、マイクロフォン、ポンプ、バルブ、ヘルスアシスタンスシステム、測位システム、およびプレートを移動させるための機械制御のうちの少なくとも1つを備える。

さらなる実施形態によれば、負荷390はエネルギー貯蔵デバイスを備える。

ドライバ回路300の出力信号182は、負荷390の特性に適応され得る。たとえば、負荷390は、ドライバ回路300が出力信号182を介して低電力を負荷390に提供するように構成され得るように、主に容量性であり得る。したがって、ドライバ回路300は、第2の供給電圧を増幅器に提供するように構成された第2のチャージポンプ段階を含み得る。増幅器は、増幅器が低電力制御信号に基づいて出力信号182を提供するように構成され得る、すなわち、制御信号の電流および/または電圧が小さくなり得るように、第1のタイプのおよび第2のタイプのFETまたはMOSFETを備え得る。したがって、ドライバ回路300は、制御信号を提供するように構成された比較器に第1の供給電圧を提供するように構成された第1のチャージポンプ段階を含み得る。第1のチャージポンプ段階、第2のチャージポンプ段階、比較器、および増幅器は、ドライバ回路300が完全に統合され得るように、集積回路に統合され得る。したがって、ドライバ回路300は、随意に、また負荷390は、CMOSプロセスを使用して製造され得る。

対照的に、古典的クラスAB増幅器など、従来型のドライバ回路は、所望の出力電圧のレベルに対応する1つの供給電圧領域を備える。たとえば、電力増幅器は、AB増幅器の主な適用例である。電力増幅器の支配的電力消費は、電力増幅器の電力供給が大きな電力を提供するように構成されるように、出力段階で生じる。したがって、電力増幅器は、外部インダクタまたはキャパシタなどの外部構成要素に依存し得る。

図4Aは、一実施形態による、入力信号110、出力信号182、フィードバック信号162、および制御信号122の経時的な変化の図を示す。図は、100μsの例示的な時間帯を示す。

図4Bは、図4Aに示した図の時間帯402のズームインビューを示す。

図4Aおよび図4Bに示す実施形態によれば、フィードバック信号は、出力信号を1/10に分割することによって出力信号から導出され、これは電圧分割器261によって実施され得る。制御信号は、制御信号のレベルが、フィードバック信号が入力信号よりも大きいときの時間(たとえば、図4Bの時間403)における低レベルに対応するように、かつ制御信号のレベルが、フィードバック信号が入力信号よりも大きい時間(たとえば、図4Bの時間404)における高レベルに対応するように、入力信号をフィードバック信号と比較することによって生成される。

たとえば、増幅器180は、制御信号に基づいて、出力信号を適応するように構成され得、増幅器に提供された制御信号のレベルが高レベルに対応する場合、増幅器180は出力電圧を増大させ、増幅器に提供される制御信号のレベルが低レベルに対応する場合、増幅器180は出力電圧を低減させる。たとえば、出力信号の増大または低減は、増幅器のプッシュプル段階の2つの相補段階を切り替えることによって、または増幅器のプッシュプル段階の2つの相補段階の寄与同士の間の重みを変更することによって、実施され得る。

図5は、一実施形態による、ドライバ回路、たとえば、ドライバ回路100、200、300を制御するための方法5000のブロック図を示す。方法5000は、制御信号122に基づいて、出力信号182を提供するために増幅器180を動作させるステップ5100を含む。方法5000は、入力信号110をフィードバック信号162と比較することによって、制御信号122を提供するために比較器120を動作させるステップ5200をさらに含み、フィードバック信号162は出力信号182に基づく。加えて、方法5000は、第1の供給電圧142を比較器120に提供するステップ5400と、第2の供給電圧152を増幅器180に提供するステップ5500とを含み、第2の供給電圧152は第1の供給電圧142よりも高い。

図5に示す方法5000のステップの順序は、例示的に選定され、すなわち、これらのステップは、任意の順序でまたは並列に実行され得る。方法5000のステップが並列に実行される場合、ドライバ回路の制御は特に効率的または高速に実施され得る。

図6は、一実施形態による、集積回路を製造するための方法6000のブロック図を示す。方法6000は、増幅器180が制御信号122に基づいて出力信号182を提供するように構成されるように、増幅器180を構成するステップ6800を含む。方法6000は、比較器120が、入力信号110をフィードバック信号162と比較することによって、制御信号120を提供するように構成されるように、比較器120を構成するステップ6200をさらに含み、フィードバック信号162は増幅器180の出力信号182に基づく。加えて、方法6000は、第1の電圧供給段階140が第1の供給電圧142を比較器120に提供するように構成されるように、かつ第2の電圧供給段階150が第2の供給電圧152を増幅器180に提供するように構成されるように、かつ第2の供給電圧152が第1の供給電圧142よりも高いように、第1の電圧供給段階140および第2の電圧供給段階150を構成するステップ6450を含む。

図6に示す方法6000のステップの順序は、例示的に選定され、すなわち、これらのステップは、任意の順序でまたは並列に実行され得る。

いくつかの態様が装置の文脈で説明されているが、これらの態様が対応する方法の説明をやはり表し、ブロックまたはデバイスは、方法ステップまたは方法ステップの特徴に対応することは明らかである。同様に、方法ステップの文脈で説明した態様は、対応する装置の対応するブロックもしくは項目または特徴の説明をやはり表す。

上述の実施形態は、本発明の原理を単に例示する。本明細書で説明した構成および詳細の修正および変形は当業者に明らかになることが理解される。したがって、本明細書の実施形態の記述および説明によって提示される特定の詳細によってではなく、以下の特許クレームの範囲によってのみ限定されることが意図される。

方法ステップのうちのいくつかまたはすべては、たとえば、マイクロプロセッサ、プログラマブルコンピュータ、または電子回路など、ハードウェア装置によって(または、それを使用して)実行され得る。いくつかの実施形態では、最も重要な方法ステップのうちの1つまたは複数はそのような装置によって実行され得る。

いくつかの実装要件に応じて、本発明の実施形態は、ハードウェアでもしくはソフトウェアで、またはハードウェアで少なくとも部分的に、あるいはソフトウェアで少なくとも部分的に実装され得る。実装は、それぞれの方法が実施されるように、プログラマブルコンピュータシステムと協働する(または、協働することが可能な)電子的読取り可能制御信号をその上に記憶した、デジタル記憶媒体、たとえば、フロッピーディスク、DVD、Blu-Ray、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM、またはFLASHメモリを使用して実施され得る。したがって、デジタル記憶媒体は、コンピュータ可読であり得る。

本発明によるいくつかの実施形態は、本明細書で説明した方法のうちの1つが実施されるように、プログラマブルコンピュータシステムと協働することが可能な電子的可読制御信号を有するデータキャリアを備える。

概して、本発明の実施形態は、プログラムコードを備えたコンピュータプログラム製品として実装され得、プログラムコードは、コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行するとき、これらの方法のうちの1つを実施するように動作可能である。プログラムコードは、たとえば、機械可読キャリア上に記憶され得る。

他の実施形態は、機械可読キャリア上に記憶された、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するためのコンピュータプログラムを備える。

言い換えれば、本発明の方法の一実施形態は、したがって、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行するとき、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するためのプログラムコードを有するコンピュータプログラムである。

本発明の方法のさらなる実施形態は、したがって、その上に記録された、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するためのコンピュータプログラムを備えた、データキャリア(もしくは、デジタル記憶媒体、またはコンピュータ可読媒体)である。データキャリア、デジタル記憶媒体、または記録された媒体は、一般に、有形および/または非一時的であり得る。

本発明の方法のさらなる実施形態は、したがって、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号のシーケンスである。データストリームまたは信号のシーケンスは、たとえば、データ通信接続を介して、たとえば、インターネットを介して、転送されるように構成され得る。

さらなる実施形態は、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するように構成または適応された処理手段、たとえば、コンピュータ、またはプログラマブル論理デバイスを含む。

さらなる実施形態は、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するためのコンピュータログラムをその上にインスストールしたコンピュータを含む。

本発明によるさらなる実施形態は、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するためのコンピュータプログラムを受信機に(たとえば、電子的にまたは光学的に)転送するように構成された装置またはシステムを含む。受信機は、たとえば、コンピュータ、モバイルデバイス、メモリデバイス、などであってよい。装置またはシステムは、たとえば、コンピュータプログラムを受信機に転送するためのファイルサーバを備える。

いくつかの実施形態では、プログラマブル論理デバイス(たとえば、フィールドプログラマブルゲートアレイ)は、本明細書で説明した方法の機能性のうちのいくつかまたはすべてを実施するために使用され得る。いくつかの実施形態では、フィールドプログラマブルゲートアレイは、本明細書で説明した方法のうちの1つを実施するために、マイクロプロセッサと協働し得る。概して、これらの方法は、好ましくは、任意のハードウェア装置によって実施される。

本明細書で説明した装置は、ハードウェア装置を使用して、もしくはコンピュータを使用して、またはハードウェア装置とコンピュータの組合せを使用して、実装され得る。

本明細書で説明した方法は、ハードウェア装置を使用して、もしくはコンピュータを使用して、またはハードウェア装置とコンピュータの組合せを使用して、実施され得る。

100 ドライバ回路
110 入力信号
120 比較器
122 制御信号
140 第1の電圧供給段階
142 第1の供給電圧
145 チャージポンプ
150 第2の電圧供給段階
152 第2の供給電圧
160 フィードバックループ
162 フィードバック信号
180 増幅器
182 出力信号
200 ドライバ回路
260 フィードバックループ
261 電圧分割器、抵抗分割器
262 フィードバック信号
290 負荷
300 ドライバ回路
301 システム
390 負荷
402 時間帯
403 時間
404 時間
5000 方法
6000 方法

Claims

ドライバ回路(100、200、300)を制御するための方法(5000)であって、
制御信号(122)に基づいて出力信号(182)を提供するために増幅器(180)を動作させるステップ(5100)と、
入力信号(110)をフィードバック信号(162)と比較することによって、前記制御信号(122)を提供するために比較器(120)を動作させるステップであって、前記フィードバック信号(162)が前記出力信号(182)に基づく、動作させるステップ(5200)と、
第1の供給電圧(142)を前記比較器(120)に提供するステップ(5400)と、
第2の供給電圧(152)を前記増幅器(180)に提供するステップ(5500)と
を含み、
前記第2の供給電圧(152)が前記第1の供給電圧(142)よりも高い
方法(5000)。
前記第1の供給電圧(142)を前記提供するステップが、第1の電圧源によって実行され、前記第2の供給電圧(152)を前記提供するステップが、第2の電圧源によって実行される、請求項1に記載の方法(5000)。
前記第1の供給電圧(142)を前記提供するステップが、第1のチャージポンプ段階によって実行され、かつ/または前記第2の供給電圧(152)を前記提供するステップが、第2のチャージポンプ段階によって実行される、請求項1または2に記載の方法(5000)。
前記制御信号(122)の振幅が前記出力信号(182)の振幅よりも低い、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記比較器(120)が連続時間信号を提供するように動作する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記比較器(120)が離散時間信号を提供するように動作する、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記比較器(120)を前記動作させるステップが、前記比較器(120)のセルフクロッキングを含む、請求項6に記載の方法(5000)。
前記入力信号(110)および/または前記出力信号(182)が時間の点で連続的である、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記入力信号(110)および/または前記出力信号(182)が時間の点で離散的である、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記増幅器(180)を前記動作させるステップが、プッシュプル段階を動作させるステップを含む、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記増幅器(180)を前記動作させるステップが、第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタおよび第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタを制御するステップを含み、
前記第1のタイプのトランジスタおよび前記第2のタイプのトランジスタが、相補タイプのトランジスタであり、
前記第1のタイプのトランジスタおよび前記第2のタイプのトランジスタが、FET、電力FET、またはバイポーラ接合トランジスタのうちの1つである、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記増幅器(180)を前記動作させるステップが、第1の動作状態の各時間インスタンスの間、前記第1のタイプの前記少なくとも1つのトランジスタを導通状態またはカットオフ状態のいずれかに制御し、前記第2のタイプの前記少なくとも1つのトランジスタをもう一方の状態に制御するステップを含む、請求項11に記載の方法(5000)。
前記フィードバック信号(162)の振幅と前記出力信号(182)の振幅の比率が前記ドライバ回路(100、200、300)の増幅率に対応するように、前記フィードバック信号(162)を前記出力信号(182)から取得するステップをさらに含む、請求項1から12のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記第1の供給電圧(142)が、前記第2の供給電圧(152)の少なくとも1/2、好ましくは少なくとも1/5、より好ましくは少なくとも1/10である
請求項1から13のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記第1の供給電圧(142)および/または前記第2の供給電圧(152)が一定である
請求項1から14のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記第1の供給電圧(142)を前記提供するステップが、前記第1の供給電圧(142)を変調するステップを含み、かつ/または
前記第2の供給電圧(152)を前記提供するステップが、前記第2の供給電圧(152)を変調するステップを含む
請求項1から14のいずれか一項に記載の方法(5000)。
前記増幅器(180)を前記動作させるステップが、プッシュプル段階を通して伝導される最大電流を自己調整するステップを含み、前記最大電流の前記自己調整が負荷に基づく、請求項1から16のいずれか一項に記載の方法(5000)。
ドライバ回路(100、200、300)であって、
制御信号(122)に基づいて出力信号(182)を提供するように構成された増幅器(180)と、
入力信号(110)をフィードバック信号(162)と比較することによって、前記制御信号(122)を提供するように構成された比較器(120)であって、前記フィードバック信号(162)が前記増幅器(180)の前記出力信号(182)に基づく、比較器(120)と
を備え、
前記比較器(120)が第1の供給電圧(142)を前記比較器(120)に提供するように構成された第1の電圧供給段階(140)に接続され、
前記増幅器(180)が第2の供給電圧(152)を前記増幅器(180)に提供するように構成された第2の電圧供給段階(150)に接続され、
前記第2の供給電圧(152)が前記第1の供給電圧(142)よりも高い
ドライバ回路(100、200、300)。
前記第1の電圧供給段階(140)が第1の電圧源を備え、前記第2の電圧供給段階(150)が第2の電圧源を備える、請求項18に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記第1の電圧供給段階(140)が第1のチャージポンプ段階を含み、かつ/または前記第2の電圧供給段階(150)が第2のチャージポンプ段階を含む、請求項18または19に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記制御信号(122)の振幅が前記出力信号(182)の振幅よりも低い、請求項18から20のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記比較器(120)が離散時間比較器または連続時間比較器である、請求項18から21のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記比較器(120)が離散時間比較器であり、前記比較器(120)がセルフクロックされる、請求項18から21のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記入力信号(110)および/または前記出力信号(182)が時間の点で連続的である、請求項18から23のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記入力信号(110)および/または前記出力信号(182)が時間の点で離散的である、請求項18から23のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記増幅器(180)がプッシュプル段階を含む、請求項18から25のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記増幅器(180)が第1のタイプの少なくとも1つのトランジスタおよび第2のタイプの少なくとも1つのトランジスタを備え、
前記第1のタイプのトランジスタおよび前記第2のタイプのトランジスタが、相補タイプのトランジスタであり、
前記第1のタイプのトランジスタおよび前記第2のタイプのトランジスタが、FET、電力FET、またはバイポーラ接合トランジスタのうちの1つである
請求項18から26のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
第1の動作状態の各時間インスタンスの間、前記第1のタイプの前記少なくとも1つのトランジスタを導通状態またはカットオフ状態のいずれかに制御し、前記第2のタイプの前記少なくとも1つのトランジスタをもう一方の状態に制御するように構成される、請求項27に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記フィードバック信号(162)を前記出力信号(182)から取得するように構成されたフィードバックループをさらに備え、
前記フィードバック信号(162)の振幅と前記出力信号(182)の振幅の比率が、前記ドライバ回路(100、200、300)の増幅率に対応する
請求項18から28のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記第1の供給電圧(142)が、前記第2の供給電圧(152)の少なくとも1/2、好ましくは少なくとも1/5、さらに好ましくは少なくとも1/10である
請求項18から29のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記第1の供給電圧(142)および/または前記第2の供給電圧(152)が一定である
請求項18から30のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記第1の電圧供給段階(140)が、前記第1の供給電圧(142)を変調するように構成され、かつ/または
前記第2の電圧供給段階(150)が、前記第2の供給電圧(152)を変調するように構成される
請求項18から30のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
前記増幅器(180)が、プッシュプル段階を通して伝導された最大電流を自己調整するように構成され、前記最大電流の前記自己調整が負荷に基づく、請求項18から32のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)。
集積回路の少なくとも一部分を形成する、請求項18から33のいずれか一項に記載の前記ドライバ回路(100;200;300)。
システム(301)であって、
負荷(290、390)と、
請求項18から34のいずれか一項に記載のドライバ回路(100、200、300)と
を備え、
前記システムが、前記ドライバ回路(100、200、300)の出力信号(182)に基づいて前記負荷(290、390)を制御するように構成される
システム(301)。
前記システムが、集積回路を備え、
前記集積回路が、前記ドライバ回路(100、200、300)を備える
請求項35に記載のシステム(301)。
前記負荷(290、390)が、容量および/またはインダクタンスを含み、
前記負荷(290、390)の抵抗が、10kOhm、もしくは100kOhm、または1MOhmよりも高い
請求項35または36に記載のシステム(301)。
前記負荷(290、390)がMEMSアクチュエータを備える、請求項35から37のいずれか一項に記載のシステム(301)。
前記負荷(290、390)が圧電アクチュエータを備える、請求項35から37のいずれか一項に記載のシステム(301)。
前記負荷(290、390)が熱機械アクチュエータを備える、請求項35から37のいずれか一項に記載のシステム(301)。
前記負荷(290、390)がエネルギー貯蔵デバイスを備える、請求項35から37のいずれか一項に記載のシステム(301)。
前記負荷(290、390)が、ラウドスピーカー、マイクロフォン、ポンプ、バルブ、ヘルスアシスタンスシステム、測位システム、およびプレートを移動させるための機械制御のうちの少なくとも1つを備える、請求項35から40のいずれか一項に記載のシステム(301)。
集積回路を製造するための方法(6000)であって、
増幅器(180)が制御信号(122)に基づいて出力信号(182)を提供するように構成されるように、前記増幅器(180)を構成するステップ(6800)と、
比較器(120)が、入力信号(110)をフィードバック信号(162)と比較することによって、前記制御信号(122)を提供するように構成されるように、前記比較器(120)を構成するステップ(6200)であって、前記フィードバック信号(162)が前記増幅器(180)の前記出力信号(182)に基づく、構成するステップ(6200)と、
前記第1の電圧供給段階(140)が第1の供給電圧(142)を前記比較器(120)に提供するように構成されるように、かつ
前記第2の電圧供給段階(150)が第2の供給電圧(152)を前記増幅器(180)に提供するように構成されるように、かつ
前記第2の供給電圧(152)が前記第1の供給電圧(142)よりも高いように
第1の電圧供給段階(140)および第2の電圧供給段階(150)を構成するステップ(6450)とを含む
方法(6000)。
コンピュータまたは信号プロセッサ上で実行されると、請求項1から17のいずれか一項に記載の方法を実装するためのコンピュータプログラム。