KR102214243B1 - 전하 재활용 스위치드 커패시터 레귤레이터 - Google Patents

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한스 메이벌트
알베르토 알레산드로 안젤로 푸겔리
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라이온 세미컨덕터 인크.
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Abstract

전압 레귤레이터는, 제1 트랜지스터 스위치를 포함하는 제1 레귤레이터 모듈로서, 제1 레귤레이터 모듈은 제1 위상에서 동작하고, 제1 스위치는 제1 트랜지스터 스위치의 제1 게이트에서 제1 신호 드라이버로부터 제1 게이트 구동 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 제1 레귤레이터 모듈과, 제2 트랜지스터 스위치를 포함하는 제2 레귤레이터 모듈로서, 제2 모듈은 제1 위상과는 상이한 제2 위상에서 동작하고, 제2 스위치는 제2 스위치의 제2 게이트에서 제2 신호 드라이버로부터 제2 게이트 구동 신호를 수신하도록 구성되며, 제1 신호는 제1 신호와 극성이 반대인 것인, 제2 레귤레이터 모듈과, 제1 스위치가 상태를 전환하고 제2 스위치가 상태를 전환하는 시기간의 적어도 일부 동안 제1 게이트와 제2 게이트를 결합하는 스위치를 포함한다.

Description

전하 재활용 스위치드 커패시터 레귤레이터
<관련 출원과의 상호 참조>
본 출원은 2016년 11월 1일에 출원한 미국 가출원 일련번호 제62/415,833호에 대해 우선권을 주장하며, 이 우선권 출원은 그 전체가 참조로써 본 명세서에 포함된다.
<기술 분야>
본 개시내용은 전하 재활용 스위치드 커패시터 레귤레이터에 관한 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것이다.
전자 시스템의 사이즈를 줄이려는 강한 요구가 있다. 사이즈 축소는 공간이 프리미엄인 모바일 전자 제품에서 특히 바람직하지만, 고정된 크기의 면적(real estate)에 최대한 많은 서버를 집어 넣는 것이 중요하기 때문에 빅 데이터 센터에 배치되는 서버에서도 바람직하다.
전자 시스템 내의 가장 큰 컴포넌트 중 하나는, 프로세서, 메모리 디바이스(예컨대, 다이내믹 랜덤 액세스 메모리(DRAM)), 고주파(RF) 칩, WiFi 콤보칩, 및 전력 증폭기 등의 집적 칩에 전력을 제공하는 전압 레귤레이터(전력 레귤레이터라고도 함)이다. 대개 전력 레귤레이터는 다수의 대형 오프칩 컴포넌트를 포함하고, 이들 컴포넌트가 전력 레귤레이터의 사이즈 축소를 제한한다.
다수의 대형 오프칩 컴포넌트를 필요로 하지 않는 일 유형의 전력 레귤레이터가 스위치드 커패시터 레귤레이터(switched capacitor regulator)이다. 스위치드 커패시터 레귤레이터는 오프칩 컴포넌트보다는 사실상 작은 경향이 있는 집적된 "온칩"인 커패시터를 이용할 수 있다. 이에, "온칩" 스위치드 커패시터 레귤레이터는 벅 레귤레이터(buck regulator) 등의 오프칩 컴포넌트를 이용하는 다른 유형의 레귤레이터보다는 사실상 작을 수 있다. 또한 온칩 스위치드 커패시터 레귤레이터는 전압 변환율이 정수라면 고전압 변환율에서도 효율적이라고 알려져 있기 때문에, 바람직하다.
유감스럽게도, 스위치드 커패시터 레귤레이터의 효율은 회로 내에 불가피하게 존재하는 기생 용량(parasitic capacitance) 때문에 제한된다. 이에, 기생 용량이 존재하더라도 고효율을 달성할 수 있는 전력 레귤레이터를 제공해야 하는 강한 필요가 있다.
일부 실시형태에 따르면, 전하 재활용 스위치드 커패시터 레귤레이터가 제공된다. 일부 실시형태에 있어서, 전압 레귤레이터가 제공되고, 전압 레귤레이터는, 제1 트랜지스터 스위치를 포함하는 제1 레귤레이터 모듈로서, 제1 레귤레이터 모듈은 제1 위상에서 동작하고, 제1 트랜지스터 스위치는 제1 트랜지스터 스위치의 게이트에서 제1 신호 드라이버로부터 제1 게이트 구동 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 제1 레귤레이터 모듈과, 제2 트랜지스터 스위치를 포함하는 제2 레귤레이터 모듈로서, 제2 레귤레이터 모듈은 제1 위상과는 상이한 제2 위상에서 동작하고, 제2 트랜지스터 스위치는 제2 트랜지스터 스위치의 게이트에서 제2 신호 드라이버로부터 제2 게이트 구동 신호를 수신하도록 구성되며, 제2 게이트 구동 신호는 제1 게이트 구동 신호와는 극성이 반대인 것인, 제2 레귤레이터 모듈과, 제1 트랜지스터 스위치가 일 상태에서 타 상태로 전환하고 제2 트랜지스터 스위치가 일 상태에서 타 상태로 전환하는 시기간의 적어도 일부 동안 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 제2 트랜지스터 스위치의 게이트를 결합하는 스위치를 포함한다.
이들 전압 레귤레이터의 일부 실시형태에 있어서, 스위치가 제1 트랜지스터의 게이트와 제2 트랜지스터 스위치의 게이트를 결합할 때에, 제1 신호 드라이버와 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖도록 각각 구성된다.
이들 전압 레귤레이터의 일부 실시형태에 있어서, 제1 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제1 전압 레벨과 제2 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제2 전압 레벨 간의 차가 미리 결정된 문턱값 미만인 경우에, 스위치는 개방된다.
이들 전압 레귤레이터의 일부 실시형태에 있어서, 제1 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제1 전압 레벨과 제2 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제2 전압 레벨 간의 차가 미리 결정된 문턱값 미만인 경우에, 스위치는 개방된다. 이들 전압 레귤레이터의 일부 실시형태에 있어서, 스위치가 개방될 때에, 제1 신호 드라이버와 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖지 않도록 각각 구성된다.
이들 전압 레귤레이터의 일부 실시형태에 있어서, 스위치가 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 제2 트랜지스터 스위치의 게이트를 미리 결정된 시기간 동안 결합한 후에, 스위치는 개방된다. 이들 전압 레귤레이터의 일부 실시형태에 있어서, 스위치가 개방될 때에, 제1 신호 드라이버와 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖지 않도록 각각 구성된다.
본 개시내용의 다양한 목적, 특징 및 이점은 동일한 참조 번호가 동일한 요소를 나타내는 다음의 도면과 관련하여 고려될 때 개시된 내용의 이하의 상세한 설명을 참조하여 보다 충분히 이해될 수 있다.
도 1a와 도 1b는 2:1 스위치드 커패시터(SC)의 레귤레이터의 일례를 도시한다.
도 2a와 도 2b는 예시적인 2:1 SC 레귤레이터에서의 스위치 매트릭스의 동작의 일례를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 일부 실시형태에 따른 예시적인 전하 재활용 2상 SC 레귤레이터의 동작의 일례를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 일부 실시형태에 따른 예시적인 다른 유형의 전하 재활용 2상 SC 레귤레이터의 동작의 일례를 도시한다.
도 5는 일부 실시형태에 따른 스위칭 커패시터 레귤레이터를 포함하는 예시적인 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다.
도 6a와 도 6b는 일부 실시형태에 따른 다양한 듀티 사이클로 동작하는 레귤레이터 모듈을 구비한 다상 SC 레귤레이터의 일례를 도시한다.
도 7a 내지 도 7c는 일부 실시형태에 따른, 스텝업 모드에서 NMOS 전력 스위치를 이용하는 예시적인 2:1 SC 레귤레이터에서의 스위치 매트릭스의 동작의 일례를 도시한다.
도 8a와 도 8b는 일부 실시형태에 따른, 스텝업 모드에서 PMOS 전력 스위치를 이용하는 예시적인 2:1 SC 레귤레이터에서의 스위치 매트릭스의 동작의 일례를 도시한다.
도 9는 일부 실시형태에 따른, 스텝업 모드 또는 스텝다운 모드에서 사용하도록 구성 가능하며 NMOS 전력 스위치를 이용하는 예시적인 2:1 SC 레귤레이터에서의 스위치 매트릭스의 동작의 일례를 도시한다.
도 10은 일부 실시형태에 따른, 스텝업 모드 또는 스텝다운 모드에서 사용하도록 구성 가능하며 PMOS 전력 스위치를 이용하는 예시적인 2:1 SC 레귤레이터에서의 스위치 매트릭스의 동작의 일례를 도시한다.
이하의 설명에서는, 개시하는 요지의 이해를 돕기 위해, 개시하는 요지의 시스템 및 방법 그리고 이러한 시스템 및 방법이 동작할 수 있는 환경에 관한 다수의 특정 세부사항을 제시한다. 그러나, 당업자에게는, 개시하는 요지는 그러한 특정 세부 사항없이도 실시될 수 있다는 것과, 개시하는 요지가 복잡해지는 것을 막기 위해 해당 분야에 잘 공지되어 있는 특정 특징이 구체적으로 설명되지 않는 것이 명백할 것이다. 또한, 이하에 제공되는 예는 설명을 위한 것이며, 개시하는 요지의 범위 내에 다른 장치, 시스템 및 방법이 존재한다고 간주된다.
현대의 전자 시스템들은 단일 칩 내에 다중 프로세싱 코어 및 이종 컴포넌트(예컨대, 메모리 컨트롤러, 하드웨어 가속기)를 통합한 시스템 온칩(SoC)으로서 긴밀하게 집적되어 있다. 더 엄격한 전력 예산과 결합된 SoC의 인기가 블록별 정밀도(granularity)로 전압 및 주파수의 제어를 유도한다. 블록별 전압 제어로 전자 시스템은 더 높은 성능을 원하는 컴퓨팅 블록(예컨대, 프로세서 코어)의 전압만을 상승시킬 수 있다. 이러한 블록별 전압 제어는 전력 및/또는 성능을 향상시킬 수 있다.
그러나 동적 전압 및 주파수 스케일링(DVFS)에 대한 전통적인 접근 방식은 오프칩 전압 레귤레이터의 비용 및 사이즈 제한으로 인해 거친 정밀도 수준에서 수행되고 있다. 또한, 전통적인 DVFS 방식은 오프칩 전압 레귤레이터의 느린 속도 때문에 마이크로초 타임스케일에서의 느린 전압/주파수 스케일링으로 제한되었다. 나노초 타임스케일로 DVFS가 빨라지면 급속하게 변하는 계산 요구에 따라 SoC 전압을 면밀히 추적함으로써 SoC에서 소비되는 전력을 상당히 절약할 수 있다.
오프칩 전압 레귤레이터의 한계를 감안할 때, 인쇄 회로 기판의 크기를 줄이고 나노초 타임스케일, 코어별 DVFS를 가능하게 하는, 단일 칩 내의 또는 단일 패키지 내의 다른 컴포넌트(예컨대, 프로세서 코어)와 통합된 전압 레귤레이터인 통합형 전압 레귤레이터(IVR, integrated voltage regulator)에 대한 관심이 급증하고 있다. IVR의 예는, Wonyoung Kim 등에 의해, 2008년 2월 HPCA(High-Performance Computer Architecture)에 관한 IEEE 국제 심포지움에서 발표된 "System Level Analysis of Fast, Per-Core DVFS using On-Chip Switching Regulators"; Hanh-Phuc Le 등에 의해, 2011년 9월 IEEE 저널 SSC(Solid-State Circuits)(JSSC)에서 발표된 "Design Techniques for Fully Integrated Switched-Capacitor DC-DC Regulators" 라는 제목의 논문; 및 Wonyoung Kim 등에 의해 2012년 1월 JSSC에서 발표된 "A Fully-Integrated 3-Level DC/DC Regulator for Nanosecond-Scale DVFS"라는 제목의 논문에 제공되며, 이들 문헌 각각은 그 전체가 여기에 참조로써 포함된다.
IVR은 스위치드 커패시터(SC) 레귤레이터를 포함할 수 있다. SC 레귤레이터는 전원에서 출력 부하로 전하를 이동시키기 위해 인덕터 대신에 하나 이상의 커패시터를 이용할 수 있다. SC 레귤레이터는 커패시터들이 서로 연결되는 순서 및 구성을 변경함으로써 출력 전압을 제어할 수 있다.
SC 레귤레이터는 전압 변환율이 정수배의 비율이라면 높은 전압 변환율(SC 레귤레이터의 입력 전압과 출력 전압 간의 비율)에서도 효율적일 수 있다. 그러나, SC 레귤레이터의 효율은 전압 변환율이 정수배의 비율이 아닌 경우에 떨어질 수 있다. 예를 들어, SC 레귤레이터는 출력 전압이 입력 전압의 1/2, 1/3, 2/3, 2/5, 3/5일 때 고효율을 달성할 수 있다. 그러나, 동일한 SC 레귤레이터에 있어서 출력 전압이 이들 값에서 벗어날 때 고효율을 제공하지 못할 수도 있다. 이에 연속적인 전압 범위 또는 5-10mV 스텝의 전압 범위 내에서 동작하는 다수의 SoC에서 문제가 된다.
도 1a는 전압 변환율이 2:1일 때에 고효율을 달성할 수 있는 2:1 SC 레귤레이터의 일례(102)를 도시한다. SC 레귤레이터는 커패시터 CFLY(114) 및 COUT(106)를 포함한다. SC 레귤레이터는 편의상 도 1a에는 도시하지 않는 복수의 스위치를 포함하는 스위치 매트릭스도 포함한다.
SC 레귤레이터에서, 스위치드 커패시터 CFLY(114)는 스위치 매트릭스의 구성(예컨대, 스위치드 매트릭스 내의 스위치의 개방 또는 폐쇄 상태)에 따라, 다양한 구성으로 접속될 수 있다. 반면, 디커플링 커패시터 COUT(106)는 출력에서의 노이즈 감소를 위해 항상 출력 VOUT(108)에 결합되어 있다. 디커플링 커패시터 COUT(106)는 보통 출력 전압 VOUT(108)의 노이즈 또는 리플을 저감시키는 대형 커패시터이다.
스위치 매트릭스의 구성에 따라, 스위치드 커패시터 레귤레이터는 상태 0 또는 상태 1일 수 있다. 스위치는 주기적으로(예컨대, 소정의 빈도로) 턴온 및 턴오프되어 스위치드 커패시터 CFLY(114)도 주기적으로 상태 0과 상태 1을 교대로 할 수 있다. 도 1b에 도시하는 바와 같이, 레귤레이터는 상태 0으로 시기간[0, D*T]을 소비하고 상태 1로 시기간[D*T, T]을 소비할 수 있다.
상태 1에서, 스위치드 커패시터 CFLY(114)의 양단 전압은 출력 전압 VOUT(108)과 같다. 스위치드 커패시터 CFLY(114)가 충분히 크다고 하면, 전압(VSW1)은 상태 0과 상태 1 양쪽에서 대략 동일하게 유지될 수 있다. 이에, 커패시터 구성이 상태 0으로 변할 때에, VIN(102)과 VOUT(104) 사이의 관계는 VIN = 2 x VSW1 = 2 x VOUT로서 산출될 수 있다. 이에, 이 특정 예에서는 출력 전압 VOUT(108)이 VIN(104)의 1/2로 설정될 수 있다. 이 SC 레귤레이터를 종종 2:1 스텝다운 SC 레귤레이터, 또는 줄여서 2:1 SC 레귤레이터라고도 한다. 전류(112)를 소비하는 출력 부하는 프로세서, 메모리(예컨대, DRAM, NAND 플래시), 고주파 칩, WiFi 콤보칩, 및/또는 전력 증폭기를 포함한 임의의 유형의 전자 디바이스일 수 있다.
종종, SC 레귤레이터가 고효율을 달성하는 전압 변환율은 상태 0 동안 입력 노드와 접지 사이에 있는 적층형 커패시터의 수에 의해 결정된다. 예를 들어, 도 1a에서, 입력 노드(예컨대, 입력 전압 VIN(104)이 공급되는 노드)와 접지 노드 사이에 있는 적층형 커패시터의 수는 2이다. 이에, SC 커패시터는 그 출력 전압 VOUT이 입력 전압 VIN(104)의 1/2일 때에 고효율을 달성한다. 입력 노드와 접지 노드 사이에 있는 적층형 커패시터의 수가 N인 경우, SC 커패시터는 그 출력 전압이 입력 전압 VIN(104)의 1/N일 때 고효율을 달성할 수 있다.
도 2a와 도 2b는 예시적인 2:1 SC 레귤레이터에서의 스위치 매트릭스의 동작의 일례를 도시한다. 이 스위치 매트릭스는 VOUT(108)를 VIN(104)의 1/2에 가깝게 조정하기 위해 상태 0과 상태 1를 교대로 하는 4개의 전력 스위치(PTOP(202), NMID(204), PMID(206), 및 NBOT(208))를 포함한다. 도 2a에서, 진하게 표시한 전력 스위치는 "폐쇄" 상태의 스위치를 나타내고, 연하게 표시한 전력 스위치는 "개방" 상태의 스위치를 나타낸다. 도 2b는 4개의 전력 스위치(PTOP(202), NMID(204), PMID(206), 및 NBOT(208))의 4개의 게이트 노드(PTOP _G(210), NMID _G(212), PMID _G(214), 및 NBOT_G(216))에서의 게이트 전압 신호(즉, 게이트 구동 신호)를 각각 나타내는 예시적인 파형을 도시한다. VMID(218)는 VOUT(108)에 접속될 수도 있고, 또는 입력 전압 VIN(104)의 1/2에 가까운 전압을 생성하는 또 다른 전압 레귤레이터에 의해 공급될 수도 있다.
도 2b에 도시하는 바와 같이, PTOP _G(210)와 NMID _G(212)는 그 게이트 노드 PTOP_G(210) 및 NMID _G(212)에서의 전압 레벨이 시간의 경과에 따라 동일해지기 때문에 동일한 게이트 구동 신호를 공유할 수 있다. 마찬가지로, PMID _G(214)와 NBOT _G(216)도 동일한 게이트 구동 신호를 공유할 수 있다. 양 스위치 PTOP _G(210)와 NMID _G(212)가 동시에 턴온되어 SC 레귤레이터의 오동작을 야기할 수 있는 시나리오를 피하기 위해 PTOP_G(210)의 턴오프 타임과 NMID _G(212)의 턴온 타임 사이에는 데드 타임(220)이 존재한다.
스위치 매트릭스 내의 스위치는 매 기간 동안 온 및 오프로 구동된다. 다시 말해, 스위치의 게이트 노드(예컨대, 제어 노드)는 단일 기간 내에 고전압 레벨에서 저전압 레벨로 그런 다음 저전압 레벨에서 고전압 레벨로 전환된다. 이러한 주기적인 스위칭은 스위치의 게이트 노드에서의 기생 용량을 단일 기간 내에 충전 및 방전시킨다. 이러한 기생 용량의 충전 및 방전은 때때로 스위칭 손실이라고도 하는 기생 용량 손실을 야기한다. 이 기생 용량 손실이 SC 레귤레이터의 효율을 제한한다.
본 개시내용은 전하 재활용을 통해 기생 용량 손실을 제한할 수 있는 SC 레귤레이터를 제공한다. 전하 재활용 SC 레귤레이터는 상이한 위상(phase)에서 동작하는 2개 이상의 레귤레이터 모듈을 포함한다. 각각의 레귤레이터 모듈은 독립적인 SC 레귤레이터를 포함할 수 있고, 레귤레이터 모듈은 전하 재활용 SC 레귤레이터의 출력 노드에서 공통 디커플링 커패시터를 공유할 수 있다.
전하 재활용 SC 레귤레이터는, 제1 레귤레이터 모듈에 제공된 하나의 게이트 구동 신호(이하, 제1 게이트 구동 신호)와 제2 레귤레이터 모듈에 제공된 하나의 게이트 구동 신호(이하, 제2 게이트 구동 신호)가 동시에 동기화될 수 있지만 극성은 반대라는 원리에 기초하여 설계된다. 다시 말해, 제1 구동 신호와 제2 구동 신호는 실질적으로 동시에 그러나 반대 방향으로 일 전압 레벨에서 타 전압 레벨로 전환하도록 설계될 수 있다. 이에 SC 레귤레이터는 제1 레귤레이터 모듈이 낭비하게 된 전하를, 제2 레귤레이터 모듈에서 기생 용량을 충전하는데 재활용할 수 있다. 일반적으로 손실되는 기생 전하가 다른 기생 용량을 충전하기 위해 재활용되기 때문에 기생 용량 손실이 저감된다. 이에 SC 레귤레이터의 효율이 향상될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 일부 실시형태에 따른 예시적인 전하 재활용 2상 SC 레귤레이터(350)의 동작의 일례를 도시한다. 도 3a에서, 2상 SC 레귤레이터(350)는 제1 SC 레귤레이터 모듈(352)과 제2 SC 레귤레이터(354)를 포함한다. 제2 SC 레귤레이터 모듈(354)은 제1 SC 레귤레이터 모듈(352)의 복제본이고, 제1 SC 레귤레이터 모듈(352)은 제1 위상에서 동작할 수 있고, 제2 SC 레귤레이터 모듈(354)은 제2 위상에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 제2 SC 레귤레이터 모듈(354)은 제1 SC 레귤레이터 모듈(352)과는 N도의 위상차로 동작할 수 있다. N의 값은 0과 360 사이의 임의의 수일 수 있다. 다상 동작은 다수의 위상 간에 전류를 분산시켜 설계를 보다 모듈화하고 기생 저항 손실을 줄이기 때문에 효과적일 수 있다. 또한, 출력 전압 VOUT(108)에서 리플도 줄일 수 있다.
도 3b는 일부 실시형태에 따른 제1 SC 레귤레이터 모듈(352) 및 제2 SC 레귤레이터 모듈(354) 내의 스위치에 대한 게이트 구동 신호를 도시한다. 도 3b에 도시하는 바와 같이, 제1 SC 레귤레이터 모듈(352)에 대한 일 게이트 구동 신호 및 제2 SC 레귤레이터 모듈(354)에 대한 일 게이트 구동 신호는 같은 시간에 동기화될 수 있지만, 극성은 반대이다. 예를 들어, 제2 SC 레귤레이터 모듈(354) 내의 스위치 PMID _PH1(324)에 접속되는 PMID _G_PH1(332)와, 제1 SC 레귤레이터 모듈(352) 내의 스위치 NBOT _PH0(308)에 접속되는 NBOT _G_PH0(316)는 실질적으로 동시에 전환되지만, 방향은 반대이다.
도 3c는 일부 실시형태에 따른 PMID _G_PH1(332)와 NBOT _G_PH0(316)의 확대도이다. 특히, 도 3c는 도 3b의 시기간 0과 DT 사이에서의 PMID _G_PH1(332)과 NBOT _G_PH0(316)의 상승 및 하강 엣지를 확대해 보여준다.
게이트 구동 신호 PMID _G_PH1(332)가 고전압 레벨(VMID)에서 로우 값(GND)으로 전환됨에 따라, SC 레귤레이터는 2개의 스테이지, 즉 스테이지 A와 스테이지 B에서 동작한다.
스테이지 A에서, PMID _G_PH1(332)가 고전압 값(VMID)에서 로우 값(GND)으로 전환될 때에, PMID _PH1(324)과 NBOT _PH0(308)에 대한 게이트 전압 드라이버(예컨대, 스위치를 구동시키는 신호를 생성하는 인버터 또는 버퍼)는 고임피던스 상태에 있게 된다. 이렇게, PMID _PH1(332)와 NBOT _PH0(308)에 대한 게이트 전압 드라이버는 후속으로 발생하는 전하 재활용과 간섭하지 않는다. 후속해서, SC 레귤레이터는 전하 재활용을 수행한다. 특히, SC 레귤레이터는 스위치(편의상 도시하지 않음)를 통해 PMID _PH1(324) 및 NBOT _PH0(308)의 게이트 단자들을 접속시킨다. 다시 말해, SC 레귤레이터는 신호 PMID_G_PH1(332) 및 NBOT _G_PH0(316)를 쇼트시킨다. 쇼트로 인해, PMID _PH1(324)의 게이트 노드에서의 기생 용량이 방전되어, PMID _PH1(324)의 게이트 전압은 VMID(218)에서 VCR로 강하되는데, 여기서 VCR은 GND와 VMID 사이의 임의의 값일 수 있다. VCR 값은 PMID _ PH1(324)와 NBOT _PH0(308)의 게이트 용량비에 의해 결정된다. PMID _PH1(324)로부터의 방전된 전하는 NBOT _PH0(308)의 게이트 노드에서 기생 용량을 충전하도록 라우팅되며, NBOT_PH0(308)의 게이트 전압은 GND(110)에서 VCR로 상승한다. 즉, PMID _PH1(324)의 게이트 노드로부터의 방전된 전하는 NBOT _PH0(308)의 게이트 노드를 GND(110)에서 VCR로 충전하는 데에 재활용된다.
스테이지 B에서, 이들 두 신호 PMID _G_PH1(332) 및 NBOT _G_PH0(316)가 유사한 전압 레벨(예컨대, VCR 부근)에 도달할 경우에, PMID _PH1(324) 및 NBOT _PH0(308)의 게이트 노드들은 (예컨대, 이들 사이에 있는 스위치를 턴오프함으로써) 분리되며, PMID _PH1(324) 및 NBOT_PH0(308)의 게이트 신호 드라이버들은 PMID _G_PH1(332)를 GND로 그리고 NBOT _G_PH0(316)를 VMID로 각각 구동시키도록 인에이블된다. 이에 전하 재활용 프로세스가 완료된다.
스테이지 C에서, PMID _PH1(324)와 NBOT _PH0(308)가 둘 다 턴온된다. 게이트 구동 신호 NBOT _G_PH0(316)가 고전압 레벨(VMID)에서 로우 값(GND)으로 전환됨에 따라, SC 레귤레이터는 2개의 스테이지, 즉 스테이지 D와 스테이지 E에서 동작한다. 스테이지 D 및 스테이지 E의 동작은, NBOT _PH0(308)로부터의 방전된 전하가 PMID _PH1(324)를 충전하는데 사용되는 것을 제외하면, 스테이지 A 및 스테이지 B와 유사하다.
일부 실시형태에 있어서, 스테이지 A 및 스테이지 D의 길이는 PMID _ PH1(324)와 NBOT_PH0(308)의 게이트 노드의 유효 RC 시상수에 부분적으로 기초하여 미리 결정될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 스테이지 A 및 스테이지 D의 길이는 두 신호 PMID_G_PH1(332)와 NBOT _G_PH0(316)가 유사한 전압 레벨에 얼마나 빨리 도달하는지에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 신호 PMID _G_PH1(332)와 NBOT _G_PH0(316)는 두 신호 PMID_G_PH1(332)와 NBOT _G_PH0(316) 간의 차이가 미리 결정된 문턱값 미만인지를 결정하도록 구성되는 센스 증폭기에 접속될 수 있다. 센스 증폭기가, 두 신호 PMID _G_PH1(332)와 NBOT _G_PH0(316) 간의 차이가 미리 결정된 문턱값 미만인 것을 나타내면, SC 레귤레이터는 레귤레이터 모듈(352, 354)이 스테이지 B에 진입하게 할 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 개시하는 전하 재활용 방식은 기생 용량 손실을 절반으로 줄인다. 커패시터를 충전하는데 필요한 에너지는 CVA(VB -VA)와 같이 산출될 수 있는데, 여기서 C는 용량값이고, VA는 커패시터의 초기 전압이며, VB는 충전이 종료된 후의 커패시터의 최종 전압이다. 따라서, 전하 재활용이 없는 경우, PMID_PH1(324) 또는 NBOT _PH0(308)의 게이트 커패시터를 충전하는데 필요한 에너지는 CVMID(VMID-0) = CVMID 2이다. 그러나, 전하 재활용이 있는 경우, VCR가 VMID/2와 같다면, PMID _PH1(324) 또는 NBOT _PH0(308)의 게이트 커패시터를 충전하는데 필요한 에너지는 CVMID(VMID- VMID/2) = CVMID 2/2이며, 이것은 전하 재활용이 없는 경우에 소비되게 되는 에너지의 절반인데, PMID _PH1(324) 또는 NBOT _PH0(308)의 게이트 커패시터를 GND에서 VMID/2로 충전하는 데에는 어떤 에너지도 필요하지 않기 때문이다.
일부 실시형태에서, 전하 재활용은 동기화된 반대 극성의 게이트 구동 신호에 의해 구동되는 임의의 스위치쌍에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에서, 전하 재활용은 다음과 같은 구동 신호쌍에 적용될 수 있다: (PTOP _G_PH1 328, NMID _G_PH0 312), (NMID_G_PH1 330, PTOP _G_PH0 310), (PMID _G_PH1 332, NBOT _G_PH0 316), 및 (NBOT _G_PH1 334, PMID _G_PH0 314).
일부 실시형태에서는, 하나 이상의 게이트 구동 신호가 시간 시프트될 수 있거나, 다상 SC 레귤레이터 내의 레귤레이터 모듈 간의 위상이 조정되어 보다 많은 전하 재활용을 가능하게 할 수 있다. 2개의 스위치 사이에 전하 재활용을 적용하기 위해, 2개의 스위치에 제공되는 구동 신호들은 동기화되어야 하고, 반대 극성을 가지며, 동일한 전압 스윙을 가져야 한다. 예를 들어, 제1 구동 신호 및 제2 구동 신호가 전하 재활용의 대상인 경우에, 제1 구동 신호는 0 V에서 1 V로 전환될 수 있고, 제2 구동 신호는 대략 동일한 시간에 1 V에서 0 V로 전환될 수 있다.
일부 실시형태에서, 전하 재활용을 수행할 수 있는 신호쌍의 수를 증가시키기 위해, 레귤레이터 모듈들 간의 위상이 조정될 수 있다. 위상차가 균등하지 않으면(예컨대, 3상 레귤레이터의 경우 120도가 아니라면), 출력 전압 리플이 증가할 수 있다. 따라서 (1) 신호쌍 수의 증가와 (2) 더 큰 출력 전압 리플 간에는 트레이드오프가 존재할 수 있다.
일부 실시형태에서, SC 레귤레이터가, 동일한 전압 스윙을 공유하고 실질적으로 동시에 그러나 반대 방향으로 전환되는 한 쌍의 게이트 구동 신호를 이용한다면, 다른 유형의 SC 레귤레이터도 전하 재활용을 사용할 수 있다. 도 4a 내지 도 4c는 일부 실시형태에 따른 전하 재활용 2상 SC 레귤레이터의 동작의 일례를 도시한다. 2상 SC 레귤레이터(400)는 제1 SC 레귤레이터 모듈(402)과 제2 SC 레귤레이터(404)를 포함한다. 제2 SC 레귤레이터 모듈(404)은 제1 SC 레귤레이터 모듈(402)의 복제본이고, 제1 SC 레귤레이터 모듈(402)은 제1 위상에서 동작할 수 있고, 제2 SC 레귤레이터 모듈(404)은 제2 상에서 동작할 수 있다.
제1 SC 레귤레이터 모듈(402) 또는 제2 SC 레귤레이터 모듈(404)에 사용되는 레귤레이터는, 제1 SC 레귤레이터 모듈(402) 또는 제2 SC 레귤레이터 모듈(404)에 사용된 레귤레이터가 2개의 NMOS 트랜지스터와 2개의 PMOS 트랜지스터를 사용하는 것이 아니라, 3개의 NMOS 트랜지스터와 1개의 PMOS 트랜지스터를 사용한다는 점에 있어서, 제1 SC 레귤레이터 모듈(352) 또는 제2 레귤레이터 모듈(354)에 사용된 레귤레이터와는 상이하다. 이 구성에 있어서, (PTOP _G_PH1 328, NMID _G_PH0 312), (NMID _G_PH1 330, PTOP _G_PH0 310) 쌍이 전하 재활용을 사용할 수 있다. 이것은 도 4b와 도 4c에서 예시된다.
일부 실시형태에서, 다상 SC 레귤레이터는 상이한 듀티 사이클로 동작하는 2개 이상의 레귤레이터 모듈을 구비할 수 있다. 예를 들어, 다상 SC 레귤레이터가 2개의 레귤레이터 모듈을 포함할 경우, 한 레귤레이터 모듈은 듀티 사이클 D로 동작할 수 있고, 다른 레귤레이터 모듈은 듀티 사이클 1-D로 동작할 수 있다.
도 6a는 동일한 듀티 사이클에서 동작하는 레귤레이터 모듈을 구비한 다상 SC 레귤레이터의 일례를 도시한다. 여기서, 다상 SC 레귤레이터는 위상 0(PH0)에서 동작하는 제1 레귤레이터 모듈과, 위상 1(PH1)에서 동작하는 제2 레귤레이터 모듈을 포함한다. 제1 레귤레이터 모듈과 제2 레귤레이터 모듈 둘 다는 듀티 사이클 D로 동작한다. 그러나, 제2 레귤레이터 모듈은 PH0에 비해 PH*T만큼 지연된 PH1에서 동작하고 있다. 이 경우, 전하 재활용을 하는 신호쌍은 없다.
반면, 도 6b는 일부 실시형태에 따른 상이한 듀티 사이클로 동작하는 레귤레이터 모듈을 구비한 다상 SC 레귤레이터를 도시한다. 도 6a에서와 같이, 다상 SC 레귤레이터는 위상 0(PH0)에서 동작하는 제1 레귤레이터 모듈과, 위상 1(PH1)에서 동작하는 제2 레귤레이터 모듈을 포함한다. 그러나, 제1 레귤레이터 모듈과 제2 레귤레이터 모듈은 각각 듀티 사이클 D와 듀티 사이클 1-D로 동작한다. 게다가, PH1은 PH0에서의 신호와 일치하는 신호 엣지의 수를 증가시키기 위해 위상 시프트된다. 벅 레귤레이터의 경우, 레귤레이터 모듈들을 상이한 듀티 사이클에서 동작시키면, 상이한 듀티 사이클 D 및 1-D이 출력 전압을 상이하게 할 수 있기 때문에 문제가 될 수 있다. 그러나, SC 레귤레이터에서는, 레귤레이터 모듈들을 상이한 듀티 사이클에서 동작시켜도 듀티 사이클 D 및 1-D이 출력 전압을 유사하게 하기 때문에 문제가 되지 않는다.
일부 실시형태에서는, SC 레귤레이터는 2개보다 더 많은 인터리빙된 위상으로 동작할 수 있다. 이러한 N상 인터리브(N-interleaved phase) SC 레귤레이터에 대해서도 동일한 전하 재활용 기술을 사용하여 효율을 높일 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 전하 재활용 레귤레이터는 레귤레이터의 출력 전압이 해당 레귤레이터의 입력 전압의 (N/M)배인 N:M 전압 변환 모드에서 동작할 수 있다.
일부 실시형태에서, 전하 재활용 레귤레이터는 배터리 충전기로서 동작할 수도 있다. 예를 들어, 전하 재활용 레귤레이터의 입력 노드는 전원, 예컨대 범용 시릴얼 버스(USB)의 전력선에 결합될 수 있으며, 전하 재활용 레귤레이터의 출력 노드는, 전하 재활용 레귤레이터의 출력 전류가 배터리 충전에 사용되도록, 배터리에 결합될 수 있다.
일부 실시형태에서, 배터리가 USB 전력선을 이용해 충전되는 전술한 구성은 USB OTG(On-The-Go)와 같이 반대로 사용될 수 있으며, 이 경우 제1 디바이스의 배터리는 USB를 통해 제2 디바이스에 전력을 전달하여 제2 디바이스를 충전할 수 있다. 이 시나리오에서, 제1 디바이스의 배터리는 USB를 통해 제2 디바이스의 배터리로 전류를 전달하도록 구성된다. 제1 디바이스의 배터리 출력 전압이 USB 전력선 전압보다 낮을 수 있지만, 재구성 가능한 딕슨 스타(Dickson-Star) SC 레귤레이터는 스텝업 구성에서 동작하여 배터리의 출력 전압을 USB 전력선의 출력 전압까지 높일 수 있다. 이렇게, 제1 디바이스의 배터리는 USB 전력선을 통해 제2 디바이스의 배터리를 충전할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 4a 내지 도 4c의 2개의 레귤레이터 각각에 사용될 수 있는 스텝업 구성으로 된 NMOS 전력 스위치를 사용하는 레귤레이터의 일례를 도시한다. 도 4a 내지 도 4c의 레귤레이터와 마찬가지로, 도 7a의 레귤레이터도 도 7b에 도시한 타이밍도에 따라 동작할 수 있으며, 도 7a의 스위치 NMID2(306)에 신호 NMID_G2(314)를 제공하기 위해 도 7c의 플라잉 인버터를 사용할 수 있다. 2상 전하 재활용 구성에서 사용될 때에, 도 7a에 도시하는 레귤레이터는 도 4a의 2개의 레귤레이터 각각을 교체할 수 있고, 각 레귤레이터의 출력은 함께 접속될 수 있으며, 각 레귤레이터는 180도 상이한 위상에서 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전하 재활용을 용이하게 하기 위해, 매칭되는 게이트 신호들이 결합될 수 있다.
도 8a와 도 8b는 도 3a 내지 도 3c의 2개의 레귤레이터 각각에 사용될 수 있는 스텝업 구성으로 된 PNMOS 전력 스위치를 사용하는 레귤레이터의 일례를 도시한다. 도 3a 내지 도 3c의 레귤레이터와 마찬가지로, 도 8a의 레귤레이터도 도 8b에 도시한 타이밍도에 따라 동작할 수 있다. 2상 전하 재활용 구성에서 사용될 때에, 도 8a에 도시하는 레귤레이터는 도 3a의 2개의 레귤레이터 각각을 교체할 수 있고, 각 레귤레이터의 출력은 함께 접속될 수 있으며, 각 레귤레이터는 180도 상이한 위상에서 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전하 재활용을 용이하게 하기 위해, 매칭되는 게이트 신호들이 결합될 수 있다.
도 9는 NMOS 전력 스위치를 포함하고 스텝업 또는 스텝다운 모드 중 하나에서 동작할 수 있는, 도 4a와 도 7a에 예시한 레귤레이터와 같은 레귤레이터의 일례를 도시한다. 구체적으로 도 9는 스위치의 게이트가 신호 "Up"에 연결되어 턴온되고 스위치의 게이트가 신호 "Down" 신호에 연결되어 턴오프되기 때문에 해당 레귤레이터가 스텝업 모드에 있는 것을 도시하고 있다. 스텝업 모드 동안에, 도 9의 회로는 도 7b의 타이밍도에 따라 동작할 수 있다. 도 9의 레귤레이터를 스텝다운 모드로 동작시키기 위해, 게이트가 신호 "Down"에 연결된 스위치는 턴온될 수 있고, 게이트가 신호 "Up"에 연결된 스위치는 턴오프될 수 있다. 스텝다운 모드 동안에, 도 9의 회로는 도 4b의 타이밍도에 따라 동작할 수 있다.
도 10은 PMOS 전력 스위치를 포함하고 스텝업 또는 스텝다운 모드 중 하나에서 동작할 수 있는, 도 3a와 도 8a에 예시한 레귤레이터와 같은 레귤레이터의 일례를 도시한다. 구체적으로 도 10은 스위치의 게이트가 신호 "Up"에 연결되어 턴온되 스위치의 게이트가 신호 "Down" 신호에 연결되어 턴오프되기 때문에 해당 레귤레이터가 스텝업 모드에 있는 것을 도시하고 있다. 스텝업 모드 동안에, 도 10의 회로는 도 8b의 타이밍도에 따라 동작할 수 있다. 도 10의 레귤레이터를 스텝다운 모드로 동작시키기 위해, 게이트가 신호 "Down"에 연결된 스위치는 턴온될 수 있고, 게이트가 신호 "Up"에 연결된 스위치는 턴오프될 수 있다. 스텝다운 모드 동안에, 도 10의 회로는 도 3b의 타이밍도에 따라 동작할 수 있다.
도 5는 일부 실시형태에 따른 스위칭 커패시터 레귤레이터를 포함하는 컴퓨팅 디바이스의 블록도이다. 컴퓨팅 디바이스(500)는 프로세서(502), 메모리(504), 하나 이상의 인터페이스(506), 가속기(508), 및 레귤레이터 시스템(510)을 포함한다. 컴퓨팅 디바이스(500)는 임의의 적절한 동작 또는 동작들의 조합을 수행하는, 추가 모듈, 더 적은 수의 모듈, 또는 임의의 다른 적절한 모듈의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 가속기(508)는 주문형 집적 회로(ASIC)를 사용하여 하드웨어로 구현될 수 있다. 가속기(508)는 SOC(system on chip)의 일부일 수 있다. 다른 실시형태에서, 가속기(508)는 로직 회로, 프로그램 가능 로직 어레이(PLA), 디지털 신호 프로세서(DSP), 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 또는 임의의 다른 집적 회로를 사용하여 하드웨어로 구현될 수 있다. 일부 경우에, 가속기(508)는 다른 집적 회로와 동일한 패키지 내에 패키징될 수 있다.
일부 실시형태에서, 레귤레이터 시스템(510)은 프로세서(502), 메모리(504) 및/또는 가속기(508) 중 하나 이상에 공급 전압을 제공하도록 구성될 수 있다. 레귤레이터 시스템(510)은 하나 이상의 전압 레귤레이터(VR) 모듈(512-1 ... 512-N)을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, VR 모듈(512-1 ... 512-N) 중 하나 이상은 예컨대 도 3a와 도 4a에 개시한 바와 같은 전하 재활용 SC 레귤레이터일 수 있다. 일부 실시형태에서, 하나 이상의 VR 모듈(512-1 내지 512-N)은 인터리브 다상에서 동작할 수 있다.
일부 실시형태에서, 전압 레귤레이터 시스템(510)은 하나 이상의 VR 모듈(512-1 ... 512-N)에서 스위치 구성을 제어하도록 구성된 스위치 제어 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치 제어 모듈이 SC 레귤레이터를 동작시키는 명령을 수신하면, 스위치 제어 모듈은 스위치 매트릭스를 제어하여 2:1 변환 모드로 SC 레귤레이터를 동작시키도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 스위치 제어 모듈이 상이한 변환 모드로 SC 레귤레이터를 동작시키는 명령을 수신하는 경우, 스위치 제어 모듈은 스위치 매트릭스를 제어하여 다른 변환 모드로 SC 레귤레이터를 동작시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 스위치 제어 모듈은 하드웨어 프로그래밍 언어를 사용하여 합성될 수 있다. 하드웨어 프로그래밍 언어는 Verilog, VHDL, Bluespec, 또는 기타 적절한 하드웨어 프로그래밍 언어를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 스위치 제어 모듈은 수동으로 설계될 수 있고 수동으로 칩 상에 레이아웃될 수 있다.　
컴퓨팅 디바이스(500)는 인터페이스(506)를 통해 다른 컴퓨팅 디바이스(도시 생략)과 통신할 수 있다. 인터페이스(506)는, 일부는 비일시적일 수도 있는, 광, 구리, 및 무선 등의 다양한 매체로 그리고 다수의 상이한 프로토콜로 신호를 송수신하도록 하드웨어로 구현될 수 있다.
일부 실시형태에서, 컴퓨팅 디바이스(500)는 사용자 기기를 포함할 수 있다. 사용자 기기는 하나 이상의 무선 액세스 네트워크와 그리고 유선 통신 네트워크와 통신할 수 있다. 사용자 기기는 전화 통신 기능이 있는 셀룰러 폰일 수 있다. 사용자 기기는 또한 워드 프로세싱, 웹 브라우징, 게이밍, 전자책 기능, 운영체제, 및 완전 키보드 등의 서비스를 제공하는 스마트 폰일 수도 있다. 사용자 기기는 스마트 폰이 제공하는 대부분의 서비스와 네트워크 액세스를 제공하는 태블릿 컴퓨터일 수도 있다. 사용자 기기는 Symbian OS, iPhone OS, RIM사의 Blackberry, Windows Mobile, Linux, HP WebOS, Tizen, Android, 또는 기타 적절한 운영체제 등의 운영 체제를 사용하여 동작한다. 화면은 모바일 디바이스에 데이터를 입력하는데 사용되는 터치스크린일 수도 있으며, 이 경우 화면은 완전 키보드를 대신하여 사용될 수 있다. 사용자 기기는 또한 글로벌 포지셔닝 좌표, 프로파일 정보, 또는 기타 위치 정보를 유지할 수 있다. 사용자 기기는 또한 웨어러블 전자 디바이스일 수도 있다.
컴퓨팅 디바이스(500)는 또한 연산 및 통신이 가능한 임의의 플랫폼을 포함할 수도 있다. 비제한적인 예로는 TV(텔레비전), 비디오 프로젝터, 셋톱 박스 또는 셋톱 유닛, 디지털 비디오 레코더(DVR), 컴퓨터, 넷북, 랩톱, 및 연산 기능이 있는 기타 오디오/비디오 기기가 있다. 컴퓨팅 디바이스(500)는 명령어를 처리하고 메모리에 저장될 수 있는 소프트웨어를 실행시키는 하나 이상의 프로세서로 구성될 수 있다. 또한 프로세서는 메모리 및 인터페이스와 통신하여 다른 디바이스와도 통신한다. 프로세서는 CPU, 애플리케이션 프로세서, 및 플래시 메모리를 조합한 시스템온칩(system-on-a-chip) 등의 임의의 적절한 프로세서일 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(500)는 또한 키보드, 터치 스크린, 트랙볼, 터치 패드, 및/또는 마우스 등의 각종 사용자 인터페이스를 제공할 수도 있다. 또한, 일부 실시형태에서는 컴퓨팅 디바이스(500)가 스피커 및 디스플레이 디바이스를 포함할 수도 있다. 컴퓨팅 디바이스(500)는 또한 생체 의학(bio-medical) 전자 디바이스를 포함할 수도 있다.
개시한 요지는 그 적용분야에 있어서 앞에서 설명하거나 도면에 예시한 컴포넌트 세트의 구성 및 배열의 세부사항에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 개시한 요지는 다른 실시형태로도 가능하고 다양한 방법으로 실시 및 수행될 수 있다. 또한, 여기에 채택된 어구 및 용어는 설명을 위한 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다는 것도 이해하여야 한다.
이와 같이, 당업자라면 본 개시내용이 기초로 한 개념이 개시된 내용의 여러 목적들을 수행하기 위한 다른 구조, 장치, 시스템 및 방법을 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 개시한 요지는 개시된 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다면 그러한 균등한 구성을 포함하는 것으로 간주되는 것이 중요하다.
본 발명에 대해 전술한 예시적인 실시형태에서 설명되고 예시되었지만, 본 개시내용은 예시를 위해서만 작성되었고, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나는 일 없이 본 발명의 구현의 세부사항에서 수많은 변화가 이루어질 수 있으며, 본 발명의 사상 및 범주는 이하의 청구범위에 의해서만 제한됨이 이해될 것이다. 개시하는 실시형태들의 특징은 다양하게 조합 및 재배열될 수 있다.

Claims (8)

  1. 전압 레귤레이터에 있어서,
    제1 트랜지스터 스위치를 포함하는 제1 레귤레이터 모듈로서, 상기 제1 레귤레이터 모듈은 제1 위상에서 동작하고, 상기 제1 트랜지스터 스위치는 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트에서 제1 신호 드라이버로부터 제1 게이트 구동 신호를 수신하도록 구성되는 것인, 상기 제1 레귤레이터 모듈과,
    제2 트랜지스터 스위치를 포함하는 제2 레귤레이터 모듈로서, 상기 제2 레귤레이터 모듈은 상기 제1 위상과는 상이한 제2 위상에서 동작하고, 상기 제2 트랜지스터 스위치는 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트에서 제2 신호 드라이버로부터 제2 게이트 구동 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 제2 게이트 구동 신호는 상기 제1 게이트 구동 신호와는 극성이 반대인 것인, 상기 제2 레귤레이터 모듈과,
    스위치가 폐쇄될 때에 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트 중 하나로부터 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트 중 다른 하나로 전하가 흐르도록, 상기 제1 트랜지스터 스위치가 일 상태에서 타 상태로 전환하고 상기 제2 트랜지스터 스위치가 일 상태에서 타 상태로 전환하는 시간 기간의 적어도 일부 동안 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트를 결합하는 상기 스위치
    를 포함하는, 전압 레귤레이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치가 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트를 결합할 때에, 상기 제1 신호 드라이버와 상기 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖도록 각각 구성되는, 전압 레귤레이터.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제1 전압 레벨과 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제2 전압 레벨 간의 차가 미리 결정된 문턱값보다 큰 경우에, 상기 스위치는 폐쇄되는, 전압 레귤레이터.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제1 전압 레벨과 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트에서의 제2 전압 레벨 간의 차가 미리 결정된 문턱값 미만인 경우에, 상기 스위치는 개방되는, 전압 레귤레이터.
  5. 제4항에 있어서, 상기 스위치가 개방될 때에, 상기 제1 신호 드라이버와 상기 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖지 않도록 각각 구성되는, 전압 레귤레이터.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스위치가 상기 제1 트랜지스터 스위치의 게이트와 상기 제2 트랜지스터 스위치의 게이트를 미리 결정된 시간 기간 동안 결합한 후에, 상기 스위치는 개방되는, 전압 레귤레이터.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위치가 개방될 때에, 상기 제1 신호 드라이버와 상기 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖지 않도록 각각 구성되는, 전압 레귤레이터.
  8. 제3항에 있어서, 상기 스위치가 폐쇄될 때에, 상기 제1 신호 드라이버와 상기 제2 신호 드라이버는 고출력 임피던스를 갖도록 각각 구성되는, 전압 레귤레이터.
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