KR20210020685A - 전하 펌프를 이용하는 반전형 스위칭 레귤레이터 및 이의 동작 방법 - Google Patents

전하 펌프를 이용하는 반전형 스위칭 레귤레이터 및 이의 동작 방법 Download PDF

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KR20210020685A
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Abstract

양의 입력 전압으로부터 음의 출력 전압을 생성하는 반전형 스위칭 레귤레이터는, 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 제1 단자로부터 제2 단자로 인덕터 전류가 통과하는 인덕터, 인덕터의 제2 단자에 연결된 플라잉 캐패시터, 및 제1 위상 동안 플라잉 캐패시터를 입력 전압으로 충전하고, 제2 위상 동안 플라잉 캐패시터를 접지 노드 및 인덕터와 직렬 접속함으로써 인덕터의 제2 단자에 음의 전압을 인가하는 복수의 스위치들을 포함할 수 있다.

Description

전하 펌프를 이용하는 반전형 스위칭 레귤레이터 및 이의 동작 방법{INVERTING SWITCHING REGULATOR USING CHARGE PUMP AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 개시의 기술적 사상은 음의 공급 전압 생성에 관한 것으로서, 자세하게는 전하 펌프를 이용하는 반전형 스위칭 레귤레이터 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.
공급 전압(supply voltage)은 전자 부품들, 즉 부하들에 전력을 제공하기 위해 생성될 수 있고, 배터리 등이 제공하는 입력 전압으로부터 공급 전압을 생성하는 스위칭 레귤레이터가 사용될 수 있다. 또한, 양의 공급 전압뿐만 아니라 음의 공급 전압을 요구하는 부하가 존재할 수 있고, 이에 따라 양의 입력 전압으로부터 음의 공급 전압을 생성하는 반전형(inverting) 스위칭 레귤레이터가 사용될 수 있다. 반전형 스위칭 레귤레이터에서 큰 전압 스윙이 발생하는 경우, 큰 파괴 전압(breakdown voltage)을 가지는 소자들이 요구될 수 있다. 그러나, 그러한 소자들은 높은 기생성분에 기인하여 낮은 효율성을 가질 수 있고, 상대적으로 큰 면적을 차지할 수 있으며, 다른 소자들과 함께 동일한 집적 회로에 집적되는 것이 용이하지 아니할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상은, 낮은 전압 스윙에 기인하여 높은 효율성을 가지는 소자들을 포함하는 반전형 스위칭 레귤레이터 및 그것의 동작 방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따라 양의 입력 전압으로부터 음의 출력 전압을 생성하는 반전형 스위칭 레귤레이터는, 제1 단자로부터 제2 단자로 인덕터 전류가 통과하는 인덕터, 인덕터의 제2 단자에 연결된 플라잉 캐패시터, 및 제1 위상 동안 플라잉 캐패시터를 입력 전압으로 충전하고, 제2 위상 동안 플라잉 캐패시터를 접지 노드 및 인덕터와 직렬 접속함으로써 인덕터의 제2 단자에 음의 전압을 인가하는 복수의 스위치들을 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따라 양의 입력 전압으로부터 음의 출력 전압을 생성하는 반전형 스위칭 레귤레이터는, 제1 단자로부터 제2 단자로 인덕터 전류가 통과하는 인덕터, 및 제1 위상 동안 입력 전압으로 충전되고, 제2 위상 동안 충전된 전하에 따라 인덕터의 제2 단자에 음의 전압을 유발하는, 플라잉 캐패시터를 포함할 수 있고, 인덕터 전류는, 제1 위상 동안 접지 노드로 흐르고, 제2 위상 동안 플라잉 캐패시터로 흐를 수 있다.
본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법은, 제1 위상 동안, 입력 전압으로 플라잉 캐패시터를 충전하는 단계. 제1 위상 동안, 인덕터 전류가 인덕터의 제1 단자 및 제2 단자를 순차적으로 통과하여 접지 노드로 흐르도록 조정하는 단계, 제2 위상 동안, 플라잉 캐패시터의 충전된 전하에 따라 인덕터의 제2 단자에 음의 전압을 인가하는 단계, 및 제2 위상 동안, 인덕터 전류가 인덕터의 제1 단자 및 제2 단자를 순차적으로 통과하여 플라잉 캐패시터로 흐르도록 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터 및 그것의 동작 방법에 의하면, 감소된 전압 스윙에 기인하여, 높은 효율성을 가지는 소자들이 사용될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터 및 그것의 동작 방법에 의하면, 반전형 스위칭 레귤레이터는 감소된 면적을 가질 수 있고, 다른 회로들과 함께 용이하게 집적될 수 있다.
또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터 및 그것의 동작 방법에 의하면, 감소된 출력 리플(ripple) 및 안정적인 피드백 안정성이 달성될 수 있다.
본 개시의 예시적 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 기재로부터 본 개시의 예시적 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터의 회로도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터의 등가 회로들을 나타내는 회로도들이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터의 회로도를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터의 등가 회로들을 나타내는 회로도들이다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터의 회로도를 나타낸다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터의 등가 회로를 나타내는 회로도이다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법의 예시들을 나타내는 순서도들이다.
도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법의 예시들을 나타내는 순서도들이다.
도 17은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 무선 통신 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터(10)를 나타내는 블록도이다. 반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 입력 노드(IN)를 통해서 양의 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있고, 출력 노드(OUT)를 통해서 음의 출력 전압(VOUT)을 출력할 수 있다. 출력 전압(VOUT)은 다른 전자 부품들, 즉 부하들의 공급 전압(supply voltage)으로서 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 스위치 회로(12), 스위치 컨트롤러(14), 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)에 포함된 구성요소들 중 2이상의 구성요소들이 하나의 패키지에 포함될 수 있다. 예를 들면, 스위치 회로(12) 및 스위치 컨트롤러(14)는 하나의 다이(die)에 집적될 수 있고, 동일한 반도체 패키지에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board; PCB)을 포함할 수 있고, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)의 구성요소들 중 적어도 2개는 분리된 패키지들로서 인쇄회로기판(PCB)에 실장될(mounted) 수 있다.
반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 스위칭 레귤레이터의 일종으로서, 소자의 온/오프를 전환(switch)함으로써 음의 출력 전압(VOUT)을 생성하는 임의의 전자 회로를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)의 스위치 회로(12)는 복수의 스위치들을 포함할 수 있고, 스위치 컨트롤러(14)로부터 제공되는 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 스위치 회로(12)에 포함된 적어도 하나의 스위치가 온/오프될 수 있다. 이에 따라, 음의 출력 전압(VOUT)이 생성되도록, 인덕터(L)를 통과하는 인덕터 전류(IL)의 경로가 조정될(steered) 수 있다. 본 명세서에서, 스위치의 온(on)은 스위치의 양단이 전기적으로 접속된(connected) 상태를 지칭할 수 있고, 스위치의 오프(off)는 스위치의 양단이 전기적으로 단선된(disconnected) 상태를 지칭할 수 있다. 또한, 온 상태의 스위치를 경유하여 전기적으로 접속된 2이상의 구성요소들은 단순하게 접속된(connected) 것으로 지칭될 수 있고, 도선 등을 통해서 전기적으로 항시 접속된 2이상의 구성요소들은 연결된(coupled) 것으로 지칭될 수 있다.
반전형 스위칭 레귤레이터(10)의 예시로서 도 2 등을 참조하여 후술되는 바와 같이, 반전형 DC-DC 컨버터는 DC 전압인 양의 입력 전압(VIN)으로부터 DC 전압인 음의 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 반전형 벅(buck) 컨버터는 반전된 입력 전압(VIN)의 레벨보다 높은 레벨을 가지는 출력 전압(VOUT) 생성할 수 있다(-VIN≤VOUT≤0). 반전형 부스트(boost) 컨버터는 반전된 입력 전압(VIN)의 레벨보다 낮은 레벨을 가지는 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다(VOUT≤-VIN≤0). 반전형 벅-부스트(buck-boost) 컨버터는 반전된 입력 전압(VIN)의 레벨보다 낮거나 높은 레벨의 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반전형 벅-부스트 컨버터는, 반전된 입력 전압(VIN)의 레벨보다 높은 레벨을 가지는 출력 전압(VOUT)을 생성하는 반전 벅 모드(-VIN<VOUT<0), 반전된 입력 전압(VIN)의 레벨보다 낮은 레벨을 가지는 출력 전압(VOUT)을 생성하는 반전 부스트 모드(VOUT<-VIN<0) 및 반전된 입력 전압(VIN)의 레벨과 유사한 레벨을 가지는 출력 전압(VOUT)을 생성하는 반전 벅-부스트 모드(-VIN
Figure pat00001
VOUT) 중 하나로 설정될 수 있다. 본 명세서에서, 반전형 벅 컨버터, 반전형 부스트 컨버터 및 반전형 벅-부스트 컨버터는, 벅 컨버터, 부스트 컨버터 및 벅-부스트 컨버터로서 단순하게 각각 지칭될 수 있고, 반전 벅 모드, 반전 부스트 모드 및 반전 벅-부스트 모드 역시 벅 모드, 부스트 모드 및 벅-부스트 모드로서 단순하게 각각 지칭될 수 있다. 이하에서, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 DC-DC 컨버터를 주로 참조하여 설명될 것이나, 본 개시의 예시적 실시예들이 반전형 AC-DC 컨버터 등과 같이 다른 종류의 반전형 스위칭 레귤레이터에도 적용될 수 있는 점이 이해될 것이다.
스위치 회로(12)는 스위치 컨트롤러(14)로부터 스위치 제어 신호(C_SW)를 수신할 수 있고, 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 온/오프되는 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 스위치 회로(12)에 포함된 스위치들 각각은 스위치 컨트롤러(14)로부터 제공되는 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라 양단을 전기적으로 접속시키거나 전기적으로 단선시키는 임의의 구조를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치는 스위치 제어 신호(C_SW)가 인가되는 게이트를 가지는 NFET(N-channel Field Effect Transistor) 또는 PFET(P-channel Field Effect Transistor)를 포함할 수도 있고, 일부 실시예들에서 상호 직렬 연결되거나 병렬 연결된, 적어도 하나의 NFET 및/또는 적어도 하나의 PFET를 포함할 수도 있다. 또한, 일부 실시예들에서 스위치는 BJT(Bipolar Junction Transistor)와 같은 적어도 하나의 다른 유형의 트랜지스터를 포함할 수도 있다.
일부 실시예들에서, 스위치 회로(12)는 스위치 제어 신호(C_SW)에 따라, 제1 위상(P1)에서 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함하는 제1 회로를 형성할 수 있고, 제2 위상(P2)에서 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함하는 제2 회로를 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 회로는 플라잉 캐패시터(CF)를 입력 전압(VIN)으로 충전시킬 수 있고, 인덕터 전류(IL)가 접지 노드(GND)로 흐르도록 할 수 있다. 또한, 제2 회로에서 플라잉 캐패시터(CF)는 접지 노드(GND) 및 인덕터(L)와 직렬 접속될 수 있고, 플라잉 캐패시터(CF)에 충전된 전하에 따라 플라잉 캐패시터(CF) 및 인덕터(L)가 접속된 제1 노드(N1)에 음의 전압을 유발할 수 있고, 인덕터 전류(IL)가 플라잉 캐패시터(CF)로 흐르도록 할 수 있다. 제1 및 제2 회로의 노드들에서 전압 스윙은 제한될 수 있고, 이에 따라 스위치 회로(12)는, 낮은 파괴 전압, 높은 효율성 및 감소된 면적을 가지는 소자들, 예컨대 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 공정으로 제조된 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 양의 출력 전달 전류(ID)가 출력 노드로부터 스위치 회로(12)로 흐를 수 있고, 이에 따라 출력 노드(OUT)에 음의 출력 전압(VOUT)이 생성될 수 있다. 스위치 회로(12)의 예시들은 도 2, 도 5 및 도 9 등을 참조하여 후술될 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 플라잉 캐패시터(CF) 및 인덕터(L)는 제1 노드(N1)에서 연결될 수 있다. 제1 회로에서, 플라잉 캐패시터(CF)를 입력 전압(VIN)으로 충전하고 인덕터 전류(IL)가 접지 노드(GND)로 흐르도록, 제1 노드(N1)는 접지 노드(GND)와 접속될 수 있다. 다른 한편으로, 제2 회로에서 플라잉 캐패시터(CF)에 충전된 전하에 따라 제1 노드(N1)가 음의 전압을 가지도록, 제1 노드(N1)는 접지 노드(GND)로부터 단선될 수 있다. 출력 캐패시터(CO)는 출력 노드(OUT) 및 접지 노드(GND)에 연결될 수 있고, 출력 전압(VOUT)이 일정하게 유지될 수 있도록 충전되거나 방전될 수 있다. 일부 실시예들에서, 플라잉 캐패시터(CF)의 캐패시턴스, 인덕터(L)의 인덕턴스 및 출력 캐패시터(CO)의 캐패시턴스는, 입력 전압(VIN), 출력 전압(VOUT), 스위칭 주파수 및/또는 부하 전류(IO)에 기초하여 결정될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및/또는 출력 캐패시터(CO)는 개별 소자(discrete device)일 수 있다.
스위치 컨트롤러(14)는 기준 전압(VREF) 및 출력 전압(VOUT)에 기초하여 스위치 제어 신호(C_SW)를 생성할 수 있다. 예를 들면, 스위치 컨트롤러(14)는 출력 전압(VOUT)으로부터 피드백 전압을 생성할 수 있고, 피드백 전압 및 기준 전압(VREF)을 비교함으로써 피드백 전압이 기준 전압(VREF)과 일치하도록 스위치 제어 신호(C_SW)를 생성할 수 있다. 이에 따라, 출력 전압(VOUT)의 레벨은 기준 전압(VREF)의 레벨에 의해서 결정될 수 있고, 기준 전압(VREF)의 레벨을 변경함으로써 출력 전압(VOUT)의 레벨이 변경될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치 컨트롤러(14)는 전류, 예컨대 인덕터 전류(IL), 출력 전달 전류(ID) 및 부하 전류(IO) 중 적어도 하나를 감지할 수 있고, 감지된 전류의 크기에 더 기초하여 스위치 제어 신호(C_SW)를 생성할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 스위치 컨트롤러(14)는 적어도 하나의 비교기, 적어도 하나의 논리 게이트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 출력 전압(VOUT)의 목표 레벨에 따라 벅 모드, 벅-부스트 모드 및 부스트 모드 중 하나로 설정될 수 있다. 예를 들면, 스위치 컨트롤러(14)는 입력 전압(VIN) 및 기준 전압(VREF)에 기초하여 반전형 스위칭 레귤레이터(10)의 모드를 설정할 수 있고, 설정된 모드에 따라 스위치 제어 신호(C_SW)를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치 컨트롤러(14)는, 출력 전압(VOUT)이 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)의 약 90%보다 높은 경우 반전형 스위칭 레귤레이터(10)를 벅 모드로 설정할 수 있고, 출력 전압(VOUT)이 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)의 약 110%보다 낮은 경우 반전형 스위칭 레귤레이터(10)를 부스트 모드로 설정할 수 있으며, 출력 전압(VOUT)이 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)의 약 90% 이하 약 110% 이상인 경우 반전형 스위칭 레귤레이터(10)를 벅-부스트 모드로 설정할 수 있다.
스위치 컨트롤러(14)는 플라잉 캐패시터(CF) 및 스위치 회로(12)가 음의 전압을 생성하는 전하 펌프(charge pump)로 기능하도록 스위치 제어 신호(C_SW)를 생성할 수 있고, 스위칭 주기(cycle)에 포함된 일부 위상(phase) 개시시 전하 펌프에 의해서 생성된 음의 전압을 인덕터(L)에 인가할 수 있다. 일부 실시예들에서, 인덕터(L)에 인가되는 음의 전압은 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)에 대응할 수 있다. 이에 따라, 스위치 회로(12)에 포함된 소자들, 즉 스위치들의 양단에 걸리는 전압이 제한될 수 있고, 결과적으로 반전형 스위칭 레귤레이터(10)는 높은 효율성의 소자들을 포함할 수 있다.
반전형 스위칭 레귤레이터(10)가 생성하는 출력 전압(VOUT)은 전자 부품들에 전력을 제공하는 공급 전압으로서 기능할 수 있고, 그러한 전자 부품들은 반전형 스위칭 레귤레이터(10)의 부하로서 지칭될 수 있다. 예를 들면, 출력 전압(VOUT)은 디지털 신호를 처리하는 디지털 회로, 아날로그 신호를 처리하는 아날로그 회로 및/또는 RF 신호를 처리하는 RF 회로 등에 제공될 수 있다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터(20)의 회로도를 나타낸다. 구체적으로, 도 2의 회로도는 반전형 벅 컨버터로서 기능하는 반전형 스위칭 레귤레이터(20)를 나타낸다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 반전형 스위칭 레귤레이터(20)는 스위치 회로(22), 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함할 수 있다.
스위치 회로(22)는 제1, 제2 및 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 스위치(SW1)는 입력 노드(IN) 및 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 제2 스위치(SW2)는 접지 노드(GND) 및 제1 노드(N1)에 연결될 수 있으며, 제3 스위치(SW3)는 제2 노드(N2) 및 접지 노드(GND)에 연결될 수 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 제1, 제2 및 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)는 스위치 컨트롤러(14)가 제공하는 스위치 제어 신호(C_SW)에 의해서 온되거나 오프될 수 있다.
플라잉 캐패시터(CF)는, 제1 노드(N1)에서 제2 스위치(SW2) 및 인덕터(L)와 연결될 수 있고, 제2 노드(N2)에서 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)와 연결될 수 있다. 도 3a를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 온되고 제3 스위치(SW3)가 오프되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있는 한편, 도 3b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 오프되고 제3 스위치(SW3)가 온되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF)는 제1 노드(N1)에 음의 전압을 유발할 수 있다.
인덕터(L)는, 출력 노드(OUT)에 연결된 제1 단자(T1) 및 제1 노드(N1)에 연결된 제2 단자(T2)를 가질 수 있고, 인덕터 전류(IL)는 제1 단자(T1)로부터 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다. 인덕터(L)가 출력 노드(OUT)와 연결됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 출력 전달 전류(ID)는 인덕터 전류(IL)와 일치할 수 있다(IL=ID). 도 3a를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제2 스위치(SW2)가 온되는 경우, 인덕터 전류(IL)는 접지 노드(GND)로 흐를 수 있는 한편, 도 3b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제2 스위치(SW2)가 오프되는 경우, 인덕터 전류(IL)는 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있다.
출력 캐패시터(CO)는, 출력 노드(OUT)에서 인덕터(L)와 연결될 수 있고, 접지 노드(GND)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 출력 캐패시터(CO)는 부하 전류(IO)의 일부를 수용하거나, 출력 전달 전류(ID)의 일부를 제공할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)의 등가 회로들을 나타내는 회로도들이고, 도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 3a의 회로도는 제1 위상(P1) 동안 반전형 스위칭 레귤레이터(20)의 등가 회로(30a) 및 인덕터 전류(IL)의 경로를 나타내고, 도 3b의 회로도는 제2 위상(P2) 동안 반전형 스위칭 레귤레이터(20)의 등가 회로(30b) 및 인덕터 전류(IL)의 경로를 나타낸다. 본 명세서에 포함된 도면들에서, 스위칭 주기에 포함되는 위상들의 기간(duration)들은 동일하게 도시되나, 이는 도해의 편의를 위한 것으로서, 위상들의 기간들이 상이할 수도 있는 점이 유의된다. 이하에서, 도 3a, 도 3b 및 도 4는 도 2를 참조하여 설명될 것이다.
도 3a 및 도 4를 참조하면, 제1 위상(P1) 동안, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 온될 수 있고, 제3 스위치(SW3)는 오프될 수 있으며, 이에 따라 도 3a의 등가 회로(30a)가 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 위상(P1) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 입력 전압(VIN)과 일치할 수 있고, 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 접지 전위와 일치할 수 있다. 이에 따라, 플라잉 캐패시터(CF)에 입력 전압(VIN)이 인가될 수 있고, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있다. 또한, 도 3a에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 접지 노드(GND)로 흐를 수 있고, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 접지 전위에 기인하여 점진적으로 하강할 수 있다.
도 3b 및 도 4를 참조하면, 제2 위상(P2) 동안, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 오프될 수 있고, 제3 스위치(SW3)는 온될 수 있으며, 이에 따라 도 3b의 등가 회로(30b)가 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 위상(P2) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 접지 전위와 일치할 수 있고, 제2 위상(P2) 개시시 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)과 일치할 수 있다. 이에 따라, 제2 위상(P2)의 개시시 인덕터(L)의 제2 단자(T2)에 음의 전압(-VIN)이 인가될 수 있다. 또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있고, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 음의 전압(-VIN)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다. 비록 도 4에 도시되지 아니하였으나, 일부 실시예들에서 제2 위상(P2) 동안 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 인덕터 전류(IL)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다.
인덕터의 일 단자가 접지 노드에 연결되고 인덕터의 다른 단자가 입력 노드 및 출력 노드에 교번적으로 접속되는 반전형 스위칭 레귤레이터의 구조를 가정하면, 출력 전달 전류는, 인덕터가 입력 노드와 접속된 위상 및 인덕터가 출력 노드와 접속된 위상 사이에서 불연속적일 수 있다. 불연속적인 출력 전달 전류는 출력 전압에서 큰 리플을 유발할 수 있고, 결과적으로 양호한 출력 전압이 생성되는 것을 방해할 수 있다. 또한, 인덕터와 연결된 노드는 양의 입력 전압 및 음의 출력 전압이 교번적으로 인가됨으로써 큰 전압 스윙을 경험할 수 있고, 이에 따라 해당 노드에 연결된 소자들은 큰 파괴 전압, 낮은 효율 및 큰 면적을 가질 수 있다. 다른 한편으로, 도 3a, 도 3b 및 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에서 제2 위상(P2) 동안 인덕터(L)의 제2 단자(T2)에 음의 전압을 발생시킴으로써, 인덕터 전류(IL)는 출력 전달 전류(ID)를 연속적으로 구동할 수 있고, 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)와 일치하는 출력 전달 전류(ID)는 제1 위상(P1) 및 제2 위상(P2) 동안 연속적일 수 있으며, 결과적으로 출력 전압(VOUT)은 감소된 리플을 가질 수 있다. 감소된 리플은 작은 인덕터(L) 및 작은 출력 캐패시터(CO)의 사용을 가능하게 할 수 있다. 또한, 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에 포함된 소자들에 걸리는 전압이 제한될 수 있다. 예를 들면, 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에 포함된 어느 소자에도 제1 위상(P1) 및 제2 위상(P2) 동안 |VIN| 혹은 |VOUT|을 초과하는 전압이 걸리지 아니할 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 회로도를 나타낸다. 구체적으로, 도 5의 회로도는 반전형 벅-부스트 컨버터로서 기능하는 반전형 스위칭 레귤레이터(50)를 나타낸다. 반전형 스위칭 레귤레이터(50)는, 도 6을 참조하여 후술되는 바와 같이, 벅 모드로 설정될 수도 있고, 도 8을 참조하여 후술되는 바와 같이, 부스트 모드로 설정될 수도 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 반전형 스위칭 레귤레이터(50)는 스위치 회로(52), 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함할 수 있다.
스위치 회로(52)는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)를 포함할 수 있다. 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)와 유사하게, 제1 스위치(SW1)는 입력 노드(IN) 및 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 제2 스위치(SW2)는 접지 노드(GND) 및 제1 노드(N1)에 연결될 수 있으며, 제3 스위치(SW3)는 제2 노드(N2) 및 접지 노드(GND)에 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 스위치(SW4)는 접지 노드(GND) 및 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 제5 스위치(SW5)는 제3 노드(N3) 및 출력 노드(OUT)에 연결될 수 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)는 스위치 컨트롤러(14)가 제공하는 스위치 제어 신호(C_SW)에 의해서 온되거나 오프될 수 있다.
플라잉 캐패시터(CF)는, 제1 노드(N1)에서 제2 스위치(SW2) 및 인덕터(L)와 연결될 수 있고, 제2 노드(N2)에서 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)와 연결될 수 있다. 도 3a 및 도 4를 참조하여 전술된 바와 유사하게, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 온되고 제3 스위치(SW3)가 오프되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있는 한편, 도 3b 및 도 4를 참조하여 전술된 바와 유사하게, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 오프되고 제3 스위치(SW3)가 온되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF)는 제1 노드(N1)에 음의 전압을 유발할 수 있다.
인덕터(L)는, 제3 노드(N3)에 연결된 제1 단자(T1) 및 제1 노드(N1)에 연결된 제2 단자(T2)를 가질 수 있고, 인덕터 전류(IL)는 제1 단자(T1)로부터 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다. 제5 스위치(SW5)에 기인하여, 인덕터 전류(IL)는 출력 전달 전류(ID)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 예를 들면, 도 7a를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제3 스위치(SW3)가 오프되고 제5 스위치(SW5)가 온되는 경우, 인덕터 전류(IL)는 출력 전달 전류(ID)와 일치할 수 있고, 접지 노드(GND)로 흐를 수 있는 한편, 도 7b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 제3 스위치(SW3)가 온되고 제5 스위치(SW5)가 오프되는 경우, 인덕터 전류(IL)는 출력 전달 전류(ID)와 상이할 수 있고, 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있다.
출력 캐패시터(CO)는, 출력 노드(OUT)에서 제5 스위치(SW5)와 연결될 수 있고, 접지 노드(GND)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 출력 캐패시터(CO)는, 제5 스위치(SW5)가 온되는 경우, 부하 전류(IO)의 일부를 수용하거나 출력 전달 전류(ID)의 일부를 제공할 수 있는 한편, 제5 스위치(SW5)가 오프되는 경우, 출력 전달 전류(ID)를 수용할 수 있다. 이하에서, 도 6, 도 7a, 도 7b 및 도 8을 참조하여 후술되는 바와 같이, 반전형 스위칭 레귤레이터(50)에 포함된 어느 소자에도 제1 위상(P1) 및 제2 위상(P2) 동안 |VIN| 혹은 |VOUT|을 초과하는 전압이 걸리지 아니할 수 있다.
도 6은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 6의 타이밍도는 벅 모드로 설정된 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 동작을 나타낸다. 이하에서, 도 6은 도 5를 참조하여 설명될 것이다.
일부 실시예들에서, 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)는 벅 모드로 설정될 수 있다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 위상(P1) 및 제2 위상(P2) 동안, 제4 스위치(SW4)는 오프될 수 있고, 제5 스위치(SW5)는 온될 수 있다. 이에 따라, 반전형 스위칭 레귤레이터(50)는, 벅 컨버터로서 기능하는 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)와 동일한 구조를 가질 수 있다. 즉, 반전형 스위칭 레귤레이터(50)는, 제1 위상(P1)에서 도 3a의 등가 회로(30a)에 대응할 수 있고, 제2 위상에서 도 3b의 등가 회로(30b)에 대응할 수 있다.
도 5 및 6을 참조하면, 제1 위상(P1) 동안, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 온될 수 있고, 제3 스위치(SW3)는 오프될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 위상(P1) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 입력 전압(VIN)과 일치할 수 있고, 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 접지 전위와 일치할 수 있다. 이에 따라, 플라잉 캐패시터(CF)에 입력 전압(VIN)이 인가될 수 있고, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있다. 또한, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 접지 노드(GND)로 흐를 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 접지 전위에 기인하여 점진적으로 하강할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2 위상(P2) 동안, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)는 오프될 수 있고, 제3 스위치(SW3)는 온될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 위상(P2) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 접지 전위와 일치할 수 있고, 제2 위상(P2) 개시시 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)과 일치할 수 있다. 이에 따라, 제2 위상(P2)의 개시시 인덕터(L)의 제2 단자(T2)에 음의 전압(-VIN)이 인가될 수 있다. 또한, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 음의 전압(-VIN)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다. 비록 도 6에 도시되지 아니하였으나, 일부 실시예들에서 제2 위상(P2) 동안 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 인덕터 전류(IL)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 등가 회로들을 나타내는 회로도들이고, 도 8은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 7a의 회로도는 부스트 모드에서 제1 위상(P1) 동안 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 등가 회로(70a) 및 인덕터 전류(IL)의 경로를 나타내고, 도 7b의 회로도는 부스트 모드에서 제2 위상(P2) 동안 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 등가 회로(70b) 및 인덕터 전류(IL)의 경로를 나타내며, 도 8의 타이밍도는 부스트 모드에서 반전형 스위칭 레귤레이터(50)의 동작의 예시를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)는 부스트 모드로 설정될 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 위상(P1) 및 제2 위상(P2) 동안, 제1, 제2 및 제3 스위치(SW1, SW2, SW3)뿐만 아니라 제4 및 제5 스위치(SW4, SW5) 역시 온/오프 사이를 전환할 수 있다. 이하에서, 도 7a, 도 7b 및 도 8은 도 5를 참조하여 설명될 것이다.
도 7a 및 도 8을 참조하면, 제1 위상(P1) 동안, 제1, 제2 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW5)가 온될 수 있고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 오프될 수 있으며, 이에 따라 도 7a의 등가 회로(70a)가 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 위상(P1) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 입력 전압(VIN)과 일치할 수 있고, 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 접지 전위와 일치할 수 있다. 이에 따라, 플라잉 캐패시터(CF)에 입력 전압(VIN)이 인가될 수 있고, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있다. 또한, 제3 노드(N3)의 전압(VN3)은 출력 전압(VOUT)과 일치할 수 있고, 도 7a에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 접지 노드(GND)로 흐를 수 있으며, 이에 따라 도 8에 도시된 바와 같이, 접지 전위에 기인하여 점진적으로 하강할 수 있다.
도 7b 및 도 8을 참조하면, 제2 위상(P2) 동안, 제1, 제2 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW5)가 오프될 수 있고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 온될 수 있으며, 이에 따라 도 7b의 등가 회로(70b)가 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 위상(P2) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 접지 전위와 일치할 수 있고, 제2 위상 개시시 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)과 일치할 수 있다. 이에 따라, 제2 위상(P2)의 개시시 인덕터(L)의 제2 단자(T2)에 음의 전압(-VIN)이 인가될 수 있다. 또한, 제3 노드(N3)의 전압(VN3)은 접지 전위와 일치할 수 있고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 접지 노드(GND)로부터 인덕터(L)를 통과하여 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있으며, 이에 따라 도 8에 도시된 바와 같이, 음의 전압(-VIN)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다. 비록 도 8에 도시되지 아니하였으나, 일부 실시예들에서 제2 위상(P2) 동안 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 인덕터 전류(IL)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터(90)의 회로도를 나타낸다. 구체적으로, 도 9의 회로도는 반전형 벅-부스트 컨버터로서 기능하는 반전형 스위칭 레귤레이터(90)를 나타낸다. 반전형 스위칭 레귤레이터(90)는, 도 6을 참조하여 전술된 바와 같이, 벅 모드로 설정될 수도 있고, 도 10을 참조하여 후술되는 바와 같이, 부스트 모드로 설정될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)는 부스트 모드에서, 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)가 부스트 모드에서 생성하는 출력 전압(VOUT) 보다 낮은 출력 전압(VOUT)을 생성할 수 있고, 이에 따라 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)의 부스트 모드는 와이드 반전 부스트 모드 또는 와이드 부스트 모드로서 지칭될 수도 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 반전형 스위칭 레귤레이터(90)는 스위치 회로(92), 플라잉 캐패시터(CF), 인덕터(L) 및 출력 캐패시터(CO)를 포함할 수 있다.
스위치 회로(92)는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)를 포함할 수 있다. 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)와 유사하게, 제1 스위치(SW1)는 입력 노드(IN) 및 제2 노드(N2)에 연결될 수 있고, 제2 스위치(SW2)는 접지 노드(GND) 및 제1 노드(N1)에 연결될 수 있고, 제3 스위치(SW3)는 제2 노드(N2) 및 접지 노드(GND)에 연결될 수 있으며, 제5 스위치(SW5)는 제3 노드(N3) 및 출력 노드(OUT)에 연결될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제4 스위치(SW4)는 입력 노드(IN) 및 제3 노드(N3)에 연결될 수 있다. 도 1을 참조하여 전술된 바와 같이, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4, SW5)는 스위치 컨트롤러(14)가 제공하는 스위치 제어 신호(C_SW)에 의해서 온되거나 오프될 수 있다.
플라잉 캐패시터(CF)는, 제1 노드(N1)에서 제2 스위치(SW2) 및 인덕터(L)와 연결될 수 있고, 제2 노드(N2)에서 제1 및 제3 스위치(SW1, SW3)와 연결될 수 있다. 도 7a 및 도 8을 참조하여 전술된 바와 유사하게, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 온되고 제3 스위치(SW3)가 오프되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있는 한편, 도 7b 및 도 8을 참조하여 전술된 바와 유사하게, 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)가 오프되고 제3 스위치(SW3)가 온되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF)는 제1 노드(N1)에 음의 전압을 유발할 수 있다.
인덕터(L)는, 제3 노드(N3)에 연결된 제1 단자(T1) 및 제1 노드(N1)에 연결된 제2 단자(T2)를 가질 수 있고, 인덕터 전류(IL)는 제1 단자(T1)로부터 제2 단자(T2)로 흐를 수 있다. 제5 스위치(SW5)에 기인하여, 인덕터 전류(IL)는 출력 전달 전류(ID)와 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 출력 캐패시터(CO)는, 출력 노드(OUT)에서 제5 스위치(SW5)와 연결될 수 있고, 접지 노드(GND)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 출력 캐패시터(CO)는, 제5 스위치(SW5)가 온되는 경우, 부하 전류(IO)의 일부를 수용하거나 출력 전달 전류(ID)의 일부를 제공할 수 있는 한편, 제5 스위치(SW5)가 오프되는 경우, 출력 전달 전류(ID)를 수용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반전형 스위칭 레귤레이터(90)는 벅 모드로 설정될 수 있다. 예를 들면, 벅 모드에서 제4 스위치(SW4)는 항상 오프될 수 있고, 제5 스위치(SW5)는 항상 온될 수 있다. 이에 따라, 반전형 스위칭 레귤레이터(90)는, 제1 위상(P1) 동안 도 3a의 등가 회로(30a)에 대응할 수 있고, 제2 위상(P2) 동안 도 3b의 등가 회로(30b)에 대응할 수 있다. 이에 따라, 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)가 벅 모드에서 동작하는 것과 유사하게, 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)가 벅 모드에서 도 6을 참조하여 전술된 바와 같이 동작할 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)의 등가 회로를 나타내는 회로도이고, 도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)의 동작의 예시를 나타내는 타이밍도이다. 구체적으로, 도 10의 회로도는 부스트 모드(또는 와이드 부스트 모드)에서 제2 위상(P2) 동안 반전형 스위칭 레귤레이터(90)의 등가 회로(100) 및 인덕터 전류(IL)의 경로를 나타내고, 도 11의 타이밍도는 부스트 모드에서 반전형 스위칭 레귤레이터(90)의 동작의 예시를 나타낸다. 이하에서, 도 10 및 도 11은 도 9를 참조하여 설명될 것이다.
도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)는 부스트 모드에서 제1 위상(P1) 동안 도 7a의 등가 회로(70a)와 동일한 등가 회로에 대응할 수 있다. 도 10을 참조하면, 부스트 모드에서 제1 위상(P1) 동안, 제1, 제2 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW5)가 온될 수 있고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 오프될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 위상(P1) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 입력 전압(VIN)과 일치할 수 있고, 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 접지 전위와 일치할 수 있다. 이에 따라, 플라잉 캐패시터(CF)에 입력 전압(VIN)이 인가될 수 있고, 플라잉 캐패시터(CF)는 입력 전압(VIN)으로 충전될 수 있다. 또한, 제3 노드(N3)의 전압(VN3)은 출력 전압(VOUT)과 일치할 수 있고, 도 7a에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 접지 노드(GND)로 흐를 수 있으며, 이에 따라 도 10에 도시된 바와 같이, 접지 전위에 기인하여 점진적으로 하강할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 제2 위상(P2) 동안, 제1, 제2 및 제5 스위치(SW1, SW2, SW5)가 오프될 수 있고, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 온될 수 있으며, 이에 따라 도 10의 등가 회로(100)가 형성될 수 있다. 도 7b의 등가 회로(70b)와 비교할 때, 도 10의 등가 회로(100)에서 제3 노드(N3)는, 접지 노드(GND) 대신 입력 노드(IN)와 접속될 수 있고, 이에 따라 도 7b의 등가 회로(70b)의 인덕터(L)의 양 단자들에 인가되는 전압보다 높은 전압이 도 10의 인덕터(L)의 양 단자들에 인가될 수 있다. 이에 따라, 제2 위상(P2)에서 높은 인덕터 전류(IL)가 발생할 수 있고, 결과적으로 보다 낮은 출력 전압(VOUT)이 생성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제2 위상(P2) 동안, 제2 노드(N2)의 전압(VN2)은 접지 전위와 일치할 수 있고, 제2 위상 개시시 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 입력 전압(VIN)이 반전된 전압(-VIN)과 일치할 수 있다. 이에 따라, 제2 위상(P2)의 개시시 인덕터(L)의 제2 단자(T2)에 음의 전압(-VIN)이 인가될 수 있다. 또한, 제3 노드(N3)의 전압(VN3)은 접지 전위와 일치할 수 있고, 도 7b에 도시된 바와 같이, 인덕터 전류(IL)는 접지 노드(GND)로부터 인덕터(L)를 통과하여 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있고, 이에 따라 도 10에 도시된 바와 같이, 음의 전압(-VIN)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다. 비록 도 8에 도시되지 아니하였으나, 일부 실시예들에서 제2 위상(P2) 동안 제1 노드(N1)의 전압(VN1)은 인덕터 전류(IL)에 기인하여 점진적으로 상승할 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법은 단계 S100 및 단계 S200를 포함할 수 있고, 단계 S100은 제1 위상(P1)에서 수행될 수 있는 한편, 단계 S200은 제2 위상(P2)에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 12의 방법은 도 1의 반전형 스위칭 레귤레이터(10)에 의해서 수행될 수 있고, 도 12의 방법은 반전형 스위칭 레귤레이터(10)의 동작 방법으로 지칭될 수 있다. 이하에서, 도 12는 도 1을 참조하여 설명될 것이다.
도 12를 참조하면, 단계 S100은 단계 S120 및 단계 S140을 포함할 수 있고, 단계 S120 및 단계 S140은 병렬적으로 수행될 수 있다. 단계 S120에서, 플라잉 캐패시터(CF)를 입력 전압(VIN)으로 충전하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도면들을 참조하여 전술된 바와 같이, 플라잉 캐패시터(CF)는 제1 위상(P1) 동안 입력 노드(IN)와 접속할 수 있고, 입력 전압(VIN) 및 플라잉 캐패시터(CF)의 캐패시턴스에 비례하는 전하를 충전할 수 있다. 단계 S120의 예시는 도 13을 참조하여 후술될 것이다. 또한, 단계 S140에서, 인덕터 전류(IL)가 접지 노드(GND)로 흐르도록 조정하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도면들을 참조하여 전술된 바와 같이, 인덕터(L)는 제1 위상(P1) 동안 접지 노드(GND)와 접속할 수 있고, 인덕터 전류(IL)는 접지 노드(GND)로 흐를 수 있다. 단계 S140의 예시들은 도 14a 및 도 14b를 참조하여 후술될 것이다.
단계 S200은 단계 S220 및 단계 S240을 포함할 수 있고, 단계 S220 및 단계 S240은 병렬적으로 수행될 수 있다. 단계 S220에서, 인덕터(L)에 음의 전압을 인가하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도면들을 참조하여 전술된 바와 같이, 단계 S120에서 플라잉 캐패시터(CF)에 충전된 전하에 기인하여 제2 위상(P2) 동안 인덕터(L)에 음의 전압이 인가될 수 있다. 단계 S220의 예시는 도 15를 참조하여 후술될 것이다. 또한, 단계 S240에서, 인덕터 전류(IL)가 플라잉 캐패시터(CF)로 흐르도록 조정하는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도면들을 참조하여 전술된 바와 같이, 인덕터(L)는 제2 위상(P2) 동안 플라잉 캐패시터(CF)와 접속할 수 있고, 인덕터 전류(IL)는 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있다. 단계 S240의 예시들은 도 16a, 도 16b 및 도 16c를 참조하여 후술될 것이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 13의 순서도는 도 12의 단계 S120의 예시를 나타낸다. 도 12를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 13의 단계 S120'는 제1 위상(P1) 동안 수행될 수 있고, 단계 S120'에서 플라잉 캐패시터(CF)를 입력 전압(VIN)으로 충전하는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계 S120'은 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에 의해서 수행될 수 있고, 이하에서 도 13은 도 2 및 도 12를 참조하여 설명될 것이다.
도 13을 참조하면, 단계 S120'은 단계 S122 및 단계 S124를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 단계 S122 및 단계 S124는 도 13에 도시된 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 단계 S122에서, 플라잉 캐패시터(CF)의 제1 단자를 접지 노드(GND)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 플라잉 캐패시터(CF)의 제1 단자는 제1 노드(N1)와 연결된 단자를 지칭할 수 있고, 제2 스위치(SW2)를 턴-온함으로써 제1 노드(N1)가 접지 노드(GND)에 접속될 수 있다. 또한, 단계 S124에서, 플라잉 캐패시터(CF)의 제2 단자를 입력 노드(IN)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 플라잉 캐패시터(CF)의 제2 단자는 제2 노드(N2)와 연결된 단자를 지칭할 수 있고, 제1 스위치(SW1)를 턴-온하고, 제3 스위치(SW3)를 턴-오프함으로써 제2 노드(N2)가 입력 노드(IN)에 접속될 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법의 예시들을 나타내는 순서도들이다. 구체적으로, 도 14a의 순서도는 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에 의해서 수행되는 도 12의 단계 S140의 예시를 나타내고, 도 14b의 순서도는 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50) 또는 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)에 의해서 수행되는 도 12의 단계 S140의 예시를 나타낸다. 도 12를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 14a 및 도 14b의 단계 S140a 및 단계 S140b는 제1 위상(P1) 동안 수행될 수 있고, 단계 S140a 및 단계 S140b에서 인덕터 전류(IL)가 접지 노드(GND)로 흐르도록 조정하는 동작이 수행될 수 있다. 이하에서 도 14a 및 도 14b는 도 2, 도 5 및 도 9를 참조하여 설명될 것이다.
도 14a를 참조하면, 단계 S140a는 단계 S142a 및 단계 S144a를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 단계 S142a 및 단계 S144a는 도 14a에 도시된 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 단계 S142a에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 출력 노드(OUT)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 상이하게, 인덕터(L)가 출력 노드(OUT)와 연결되지 아니하고 적어도 하나의 스위치를 통해서 출력 노드(OUT)에 접속되는 경우, 인덕터(L) 및 출력 노드(OUT) 사이 적어도 하나의 스위치를 턴-온함으로써, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)가 출력 노드(OUT)에 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)가 출력 노드(OUT)와 연결된 경우, 단계 S142a는 생략될 수도 있다. 또한, 단계 S144a에서, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 접지 노드(GND)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)는 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 제2 스위치(SW2)를 턴-온함으로써 제1 노드(N1)가 접지 노드(GND)에 접속될 수 있다. 이에 따라, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 접지 노드(GND)로 흐를 수 있다.
도 14b를 참조하면, 단계 S140b는 단계 S142b, 단계 S144b 및 단계 S146b를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서, 단계 S146b는 도 14b에 도시된 바와 상이하게, 단계 S142b보다 먼저 수행되거나 단계 S142b 및 단계 S146b와 병렬적으로 수행될 수도 있다. 단계 S142b에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 접지 노드(GND) 또는 입력 노드(IN)로부터 단선시키는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)에서 제4 스위치(SW4)를 턴-오프함으로써 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 접지 노드(GND)로부터 단선시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)에서 제4 스위치(SW4)를 턴-오프함으로써 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 입력 노드(IN)로부터 단선시킬 수 있다. 또한, 단계 S144b에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 출력 노드(OUT)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 인덕터(L)는 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 도 5 또는 도 9의 제5 스위치(SW5)를 턴-온함으로써 제3 노드(N3)가 출력 노드(OUT)와 접속될 수 있다. 또한, 단계 S146b에서, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 접지 노드(GND)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)는 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 도 5 또는 도 9의 제2 스위치(SW2)를 턴-온함으로써 제1 노드(N1)가 접지 노드(GND)에 접속될 수 있다. 이에 따라, 인덕터 전류(IL)는 출력 노드(OUT)로부터 인덕터(L)를 통과하여 접지 노드(GND)로 흐를 수 있다.
도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법을 나타내는 순서도이다. 구체적으로, 도 15의 순서도는 도 12의 단계 S220의 예시를 나타낸다. 도 12를 참조하여 전술된 바와 같이, 단계 S220'은 제2 위상(P2) 동안 수행될 수 있고, 단계 S220'에서 인덕터(L)에 음의 전압을 인가하는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단계 S220'은 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에 의해서 수행될 수 있고, 이하에서 도 15는 도 2 및 도 12를 참조하여 설명될 것이다.
도 15를 참조하면, 단계 S220'은 단계 S222, 단계 S224 및 단계 S226을 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 단계 S222, 단계 S224 및 단계 S226은 도 15에 도시된 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 단계 S222에서, 플라잉 캐패시터(CF)의 제1 단자를 접지 노드(GND)로부터 단선시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 플라잉 캐패시터(CF)의 제1 단자는 제1 노드(N1)와 연결된 단자를 지칭할 수 있고, 제2 스위치(SW2)를 턴-오프함으로써 제1 노드(N1)가 접지 노드(GND)로부터 단선될 수 있다. 또한, 단계 S224에서, 플라잉 캐패시터(CF)의 제1 단자를 인덕터에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 상이하게, 플라잉 캐패시터(CF)가 인덕터(L)와 연결되지 아니하고 적어도 하나의 스위치를 통해서 인덕터(L)에 접속되는 경우, 플라잉 캐패시터(CF) 및 인덕터(L) 사이 적어도 하나의 스위치를 턴-온함으로써, 단계 S222에서 접지 노드(GND)로부터 단선된 플라잉 캐패시터(CF)의 제1 단자가 인덕터(L)와 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라잉 캐패시터(CF) 및 인덕터(L)가 연결된 경우, 단계 S224는 생략될 수도 있다. 또한, 단계 S226에서, 플라잉 캐패시터(CF)의 제2 단자를 접지 노드에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 플라잉 캐패시터(CF)의 제2 단자는 제2 노드(N2)에 연결된 단자를 지칭할 수 있고, 제2 스위치(SW2)를 턴-오프하고 제3 스위치(SW3)를 턴-온함으로써 제2 노드(N2)가 접지 노드(GND)에 접속될 수 있다. 이에 따라, 플라잉 캐패시터(CF)에 충전된 전하에 기인하여, 제2 노드(N2)에서 발생하는 전압 강하에 대응하는 전압 강하가 제1 노드(N1)에서 발생할 수 있고, 결과적으로 제1 노드(N1)에 음의 전압, 예컨대 입력 전압(VIN)의 반전된 전압(-VIN)이 유발될 수 있다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법의 예시들을 나타내는 순서도들이다. 구체적으로, 도 16a의 순서도는 벅 컨버터 또는 벅 모드에서의 벅-부스트 컨버터에서 수행되는 도 12의 단계 S240의 예시를 나타내고, 도 16b 및 도 16c의 순서도들은 부스트 컨버터 또는 부스트 모드에서의 벅-부스트 컨버터에서 수행되는 도 12의 단계 S240의 예시들을 나타낸다. 도 12를 참조하여 전술된 바와 같이, 도 16a, 도 16b 및 도 16c의 단계 S240a, 단계 S240b 및 단계 S240c는 제2 위상(P2) 동안 수행될 수 있고, 단계 S240a, 단계 S240b 및 단계 S240c에서 인덕터 전류(IL)가 플라잉 캐패시터(CF)로 흐르도록 조정하는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 16a의 단계 S240a는 도 2의 반전형 스위칭 레귤레이터(20)에 의해서 수행될 수 있고, 도 16b의 단계 S240b는 도 5의 반전형 스위칭 레귤레이터(50)에 의해서 수행될 수 있으며, 도 16c의 단계 S240c는 도 9의 반전형 스위칭 레귤레이터(90)에 의해서 수행될 수 있다. 이하에서, 도 16a, 도 16b 및 도 16c는 도 2, 도 5 및 도 9를 참조하여 설명될 것이고, 도 16a, 도 16b 및 도 16c에 대한 설명 중 상호 중복되는 내용은 생략될 것이다.
도 16a를 참조하면, 단계 S240a는 단계 S242a 및 단계 S244a를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 단계 S242a 및 단계 S244a는 도 16a에 도시된 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 단계 S242a에서, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 접지 노드(GND)로부터 단선시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)는 제1 노드(N1)와 연결될 수 있고, 제2 스위치(SW2)를 턴-오프함으로써 제1 노드(N1)는 접지 노드(GND)로부터 단선될 수 있다. 또한, 단계 S244a에서, 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 플라잉 캐패시터(CF)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 상이하게, 인덕터(L)가 플라잉 캐패시터(CF)와 연결되지 아니하고 적어도 하나의 스위치를 통해서 플라잉 캐패시터(CF)에 접속되는 경우 인덕터(L) 및 플라잉 캐패시터(CF) 사이 적어도 하나의 스위치를 턴-온함으로써, 단계 S242a에서 접지 노드(GND)로부터 단선된 인덕터(L)의 제2 단자(T2)가 플라잉 캐패시터(CF)와 접속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 인덕터(L) 및 플라잉 캐패시터(CF)가 연결된 경우, 단계 S242a는 생략될 수도 있다.
도 16b를 참조하면, 단계 S240b는 단계 S242b, 단계 S244b, 단계 S246b 및 단계 S248b를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 단계 S242b, 단계 S244b, 단계 S246b 및 단계 S248b는 도 16b에 도시된 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 도 16a의 단계 S242a 및 단계 S244a와 유사하게, 단계 S242b에서 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 접지 노드(GND)로부터 단선시키는 동작이 수행될 수 있고, 단계 S244b에서 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 플라잉 캐패시터(CF)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다.
단계 S246b에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 출력 노드(OUT)로부터 단선 시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)는 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 제5 스위치(SW5)를 턴-오프함으로써 제3 노드(N3)를 출력 노드(OUT)로부터 단선시킬 수 있다. 또한, 단계 S248b에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 접지 노드(GND)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 제4 스위치(SW4)는 접지 노드(GND) 및 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 제4 스위치(SW4)를 턴-온함으로써 제3 노드(N3)가 접지 노드(GND)와 접속될 수 있다. 이에 따라, 인덕터 전류(IL)는 접지 노드(GND)로부터 인덕터(L)를 통과하여 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있다.
도 16c를 참조하면, 단계 S240c는 단계 S242c, 단계 S244c, 단계 S246c 및 단계 S248c를 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 단계 S242c, 단계 S244c, 단계 S246c 및 단계 S248c는 도 16c에 도시된 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 도 16a의 단계 S242a 및 단계 S244a와 유사하게, 단계 S242c에서 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 접지 노드(GND)로부터 단선시키는 동작이 수행될 수 있고, 단계 S244c에서 인덕터(L)의 제2 단자(T2)를 플라잉 캐패시터(CF)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다.
단계 S246c에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 출력 노드(OUT)로부터 단선 시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)는 제3 노드(N3)와 연결될 수 있고, 제5 스위치(SW5)를 턴-오프함으로써 제3 노드(N3)를 출력 노드(OUT)로부터 단선시킬 수 있다. 또한, 단계 S248c에서, 인덕터(L)의 제1 단자(T1)를 입력 노드(IN)에 접속시키는 동작이 수행될 수 있다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 제4 스위치(SW4)는 입력 노드(IN) 및 제3 노드(N3)에 연결될 수 있고, 제4 스위치(SW4)를 턴-온함으로써 제3 노드(N3)가 입력 노드(IN)와 접속될 수 있다. 이에 따라, 인덕터 전류(IL)는 접지 노드(GND)로부터 인덕터(L)를 통과하여 플라잉 캐패시터(CF)로 흐를 수 있다. 이에 따라, 인덕터 전류(IL)는 도 16b의 단계 S240b에 의한 인덕터 전류(IL)보다 클 수 있고, 출력 전압(VOUT)은 도 16b의 단계 S240b에 의한 출력 전압(VOUT)보다 낮을 수 있다.
도 17은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 무선 통신 장치(100)를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 17은 배터리(150)에 의해서 전력이 제공되는 사용자 기기(User Equipment; UE)(또는 단말)를 나타낸다. 무선 통신 장치(100)는, 일부 실시예들에서, 5G(5th Generation), LTE(Long-Term Evolution) 등과 같은 셀룰러 네트워크를 사용하는 무선 통신 시스템에 포함될 수도 있고, WPAN(Wireless Personal Area Network) 시스템 또는 다른 임의의 무선 통신 시스템에 포함될 수도 있다. 무선 통신 장치(100)에서, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 반전형 스위칭 레귤레이터는 송수신기(110)에 음의 전압으로서 제2 출력 전압(VOUT2)을 제공하기 위하여 사용될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 무선 통신 장치(100)는 송수신기(110), 기저대역 프로세서(120), 안테나(130) 및 전원 회로(140) 및 배터리(150)를 포함할 수 있다.
송수신기(110)는 안테나 인터페이스 회로(111)를 포함할 수 있고, 입력 회로(112), 저잡음 증폭기(113) 및 수신 회로(114)를 포함하는 수신기 및 송신 회로(115), 전력 증폭기(116) 및 출력 회로(117)를 포함하는 송신기를 포함할 수 있다. 안테나 인터페이스 회로(111)는 송신 모드 또는 수신 모드에 따라 송신기 또는 수신기를 안테나(130)와 연결시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 입력 회로(112)는 매칭 회로 또는 필터를 포함할 수 있고, 저잡음 증폭기(113)는 입력 회로(112)의 출력 신호를 증폭할 수 있으며, 수신 회로(114)는 하향 변환(down-conversion)을 위한 믹서를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 송신 회로(115)는 상향 변환(up-conversion)을 위한 믹서를 포함할 수 있고, 전력 증폭기(116)는 송신 회로(115)의 출력 신호를 증폭할 수 있고, 출력 회로(117)는 매칭 회로 또는 필터를 포함할 수 있다.
기저대역 프로세서(120)는 송수신기(110)와 기저대역의 신호들을 송수신할 수 있고, 변조/복조, 인코딩/디코딩, 채널 추정 등을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기저대역 프로세서(120)는 통신 프로세서, 모뎀 등으로 지칭될 수 있다.
전원 회로(140)는 배터리(150)로부터 입력 전압(VIN)을 수신할 수 있고, 송수신기(110)에 제공되는 제1 및 제2 출력 전압(VOUT1, VOUT2)을 생성할 수 있다. 예를 들면, 전원 회로(140)는 양의 입력 전압(VIN)으로부터 양의 전압인 제1 출력 전압(VOUT1)을 생성하기 위하여 DC-DC 컨버터를 포함할 수 있다. 또한, 전원 회로(140)는 양의 입력 전압(VIN)으로부터 음의 전압인 제1 출력 전압(VOUT2)을 생성하기 위하여 도면들을 참조하여 전술된 반전형 스위칭 레귤레이터를 포함할 수 있고, 이에 따라 전원 회로(140)는 높은 효율을 가질 수 있고, 작은 면적을 가질 수 있으며, 무선 통신 장치(100)의 다른 구성요소, 예컨대 송수신기(110)와 함께 동일한 다이에 집적될 수도 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 양의 입력 전압으로부터 음의 출력 전압을 생성하는 반전형 스위칭 레귤레이터로서,
    제1 단자로부터 제2 단자로 인덕터 전류가 통과하도록 구성된 인덕터;
    상기 인덕터의 상기 제2 단자에 연결된 플라잉 캐패시터; 및
    제1 위상 동안 상기 플라잉 캐패시터를 상기 입력 전압으로 충전하고, 제2 위상 동안 상기 플라잉 캐패시터를 접지 노드 및 상기 인덕터와 직렬 접속함으로써 상기 인덕터의 상기 제2 단자에 음의 전압을 인가하도록 구성된 복수의 스위치들을 포함하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인덕터 전류는, 상기 제1 위상 동안 상기 접지 노드로 흐르고, 상기 제2 위상 동안 상기 플라잉 캐패시터로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은, 상기 제1 위상 동안 상기 플라잉 캐패시터에 상기 입력 전압을 제공하고, 상기 제2 위상 동안 상기 플라잉 캐패시터를 상기 접지 노드에 접속시키도록 구성된, 적어도 하나의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 스위치들은, 상기 제1 위상 동안 상기 인덕터의 상기 제2 단자를 상기 접지 노드와 접속시키고, 상기 제2 위상 동안 상기 인덕터의 상기 제2 단자를 상기 접지 노드와 단선시키도록 구성된, 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 인덕터의 상기 제1 단자 및 상기 접지 노드에 각각 연결된 부하 캐패시터를 더 포함하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력 전압이 출력되는 출력 노드에 연결된 부하 캐패시터를 더 포함하고,
    상기 복수의 스위치들은, 반전 부스트 모드에서, 상기 제1 위상 동안 상기 인덕터의 상기 제1 단자를 상기 출력 노드에 접속시키고, 상기 제2 위상 동안 상기 인덕터의 상기 제1 단자를 상기 접지 노드에 접속시키도록 구성된, 적어도 하나의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 인덕터 전류는, 상기 반전 부스트 모드에서, 상기 제1 위상 동안 상기 출력 노드로부터 상기 인덕터를 통과하여 상기 접지 노드로 흐르고, 상기 제2 위상 동안 상기 접지 노드로부터 상기 인덕터를 통과하여 상기 플라잉 캐패시터로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력 전압이 출력되는 출력 노드에 연결된 부하 캐패시터를 더 포함하고,
    상기 복수의 스위치들은, 반전 부스트 모드에서, 상기 제1 위상 동안 상기 인덕터의 상기 제1 단자를 상기 출력 노드에 접속시키고, 상기 제2 위상 동안 상기 인덕터의 상기 제1 단자에 상기 입력 전압을 인가하도록 구성된, 적어도 하나의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 인덕터 전류는, 상기 반전 부스트 모드에서, 상기 제1 위상 동안 상기 출력 노드로부터 상기 인덕터를 통과하여 상기 접지 노드로 흐르고, 상기 제2 위상 동안 상기 입력 전압이 인가되는 입력 노드로부터 상기 인덕터를 통과하여 상기 플라잉 캐패시터로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  10. 양의 입력 전압으로부터 음의 출력 전압을 생성하는 반전형 스위칭 레귤레이터로서,
    제1 단자로부터 제2 단자로 인덕터 전류가 통과하도록 구성된 인덕터; 및
    제1 위상 동안 상기 입력 전압으로 충전되고, 제2 위상 동안 충전된 전하에 따라 상기 인덕터의 상기 제2 단자에 음의 전압을 유발하도록 구성된, 플라잉 캐패시터를 포함하고,
    상기 인덕터 전류는, 상기 제1 위상 동안 접지 노드로 흐르고, 상기 제2 위상 동안 상기 플라잉 캐패시터로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 플라잉 캐패시터는,
    상기 제1 위상 동안 상기 입력 전압이 인가되는 입력 노드에 접속되고, 상기 제2 위상 동안 상기 접지 노드에 접속되도록 구성된 제1 단자; 및
    상기 제1 위상 동안 상기 접지 노드에 접속되고, 상기 제2 위상 동안 상기 접지 노드와 단선되고 상기 인덕터의 제2 단자에 접속되도록 구성된 제2 단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 인덕터의 제2 단자는, 상기 제1 위상 동안 접지 전위를 가지고, 상기 제2 위상 시작시 상기 입력 전압이 반전된 음의 전압을 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 출력 전압이 출력되는 출력 노드에 연결된 부하 캐패시터를 더 포함하고,
    상기 인덕터 전류는, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상 동안 상기 출력 노드로부터 상기 인덕터의 상기 제1 단자로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 출력 전압이 출력되는 출력 노드에 연결된 부하 캐패시터를 더 포함하고,
    상기 인덕터 전류는, 상기 제1 위상 동안 상기 출력 노드로부터 상기 인덕터의 상기 제1 단자로 흐르고, 상기 제2 위상 동안 상기 접지 노드로부터 상기 인덕터의 상기 제1 단자로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 출력 전압이 출력되는 출력 노드에 연결된 부하 캐패시터를 더 포함하고,
    상기 인덕터 전류는, 상기 제1 위상 동안 상기 출력 노드로부터 상기 인덕터의 상기 제1 단자로 흐르고, 상기 제2 위상 동안 상기 입력 전압이 인가되는 입력 노드로부터 상기 인덕터의 상기 제1 단자로 흐르는 것을 특징으로 하는 반전형 스위칭 레귤레이터.
  16. 양의 입력 전압을 음의 출력 전압으로 변환하는 방법으로서,
    제1 위상 동안, 상기 입력 전압으로 플라잉 캐패시터를 충전하는 단계;
    상기 제1 위상 동안, 인덕터 전류가 인덕터의 제1 단자 및 제2 단자를 순차적으로 통과하여 접지 노드로 흐르도록 조정하는 단계;
    제2 위상 동안, 상기 플라잉 캐패시터의 충전된 전하에 따라 상기 인덕터의 상기 제2 단자에 음의 전압을 인가하는 단계; 및
    상기 제2 위상 동안, 상기 인덕터 전류가 상기 인덕터의 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자를 순차적으로 통과하여 상기 플라잉 캐패시터로 흐르도록 조정하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 플라잉 캐패시터를 충전하는 단계는,
    상기 플라잉 캐패시터의 제1 단자를 상기 접지 노드에 접속시키는 단계; 및
    상기 플라잉 캐패시터의 제2 단자를 상기 입력 전압이 인가되는 입력 노드에 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 인덕터의 상기 제2 단자에 음의 전압을 인가하는 단계는,
    상기 플라잉 캐패시터의 상기 제1 단자를 상기 접지 노드와 단선시키는 단계;
    상기 플라잉 캐패시터의 상기 제1 단자를 상기 인덕터의 상기 제2 단자에 접속시키는 단계; 및
    상기 플라잉 캐패시터의 상기 제2 단자를 상기 접지 노드에 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 인덕터 전류가 상기 접지 노드로 흐르도록 조정하는 단계는,
    상기 인덕터의 상기 제1 단자를 상기 출력 전압이 출력되는 출력 노드에 접속시키는 단계; 및
    상기 인덕터의 상기 제2 단자를 상기 접지 노드에 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 인덕터 전류가 상기 플라잉 캐패시터로 흐르도록 조정하는 단계는,
    상기 인덕터의 상기 제2 단자를 상기 접지 노드와 단선시키는 단계; 및
    상기 인덕터의 상기 제2 단자를 상기 플라잉 캐패시터에 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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