TW202418760A - 使用電荷泵的電力傳輸閘 - Google Patents

Abstract

本發明描述一種電力傳輸閘，其包含：電荷泵；NMOS電晶體；及閘極驅動器電路，其配置以為該NMOS電晶體之閘極供電（或對該閘極進行偏壓或「驅動」）。藉由此布置，提供一種電力傳輸閘，其能夠實現與由先前技術電力傳輸閘提供之電阻實質相同的電阻，同時具有剛超過一個NMOS尺寸單元的佔據面積。

Description

使用電荷泵的電力傳輸閘

本發明大體上關於電力傳輸閘，且更特定而言，關於使用電荷泵的電力傳輸閘。 交叉參考章節

本申請案主張在2022年10月24日申請之美國臨時申請案第63/380,612號之權益,本申請案之全部內容以引用之方式併入本文中。

習知傳輸閘包含n通道金屬氧化物半導體場效電晶體（metal oxide semiconductor field effect transistor；MOSFET）及p通道MOSFET，其中基板端子並未在內部連接至源極端子。該對電晶體與連接在一起的兩個電晶體之汲極及源極端子並聯連接。閘極端子藉由反相器彼此連接以形成控制端子。寄生基板二極體存在於源極/汲極與基板之間。所述基板端子連接至各別供應電位以確保該寄生基板二極體始終反向偏壓且因此不影響信號流。p通道MOSFET的基板端子因此連接至正供應電位，且n通道MOSFET的基板端子連接至負供應電位。對於實現與n通道MOSFET相同之電阻率的p通道MOSFET，p通道MOSFET之面積必須為n通道MOSFET之面積的大約兩倍。

本發明描述一種電力傳輸閘，其包含：電荷泵、NMOS電晶體；及閘極驅動器電路，其配置以為該NMOS電晶體之閘極供電（或偏壓或「驅動」）。藉由此置，提供一種電力傳輸閘，其能夠實現與由先前技術電力傳輸閘提供之實質相同的電阻，同時具有大致剛超過一個NMOS尺寸單元的佔據面積。此外，與習知傳輸閘相比，根據本文中所描述之概念提供的傳輸閘可具有每單位面積更低的電阻及/或更低的總寄生電容。

在實施例中，電力傳輸閘包含具有輸入端子、輸出端子、控制端子以及主體端的開關，該開關配置以在其輸入端子處接收輸入電壓，且響應於具有第一值之控制信號而提供至控制端子來將輸入電壓傳遞至開關之輸出端子；及第一電容，其在開關之輸入端子與控制端子之間且配置以跨開關之輸入端子及控制端子維持實質恆定的電壓；及電荷泵，其耦接至開關之控制端子，其中響應於該電荷泵接收輸入電壓，該電荷泵將驅動電壓施加至開關之控制端子，其中驅動電壓之電壓位準大於輸入電壓之電壓位準。

電力傳輸閘可包含獨立或與一或多個其他特徵組合的以下特徵中之一或多者，以包含：選擇性耦接至開關之控制端子的電壓源；該電荷泵包含電容器，該電容器配置以將開關之閘極充電至輸入電壓之約兩倍；該電荷泵包含開關網路，該開關網路連接至配置以將開關之閘極充電至輸入電壓之約兩倍的電容器；開關網路，其配置以在可變時脈頻率下操作；該開關網路配置以在開關的初始接通期間在具有相對高值的可變時脈頻率下操作，且配置以在特定時間段之後將值減小；該開關為NMOS電晶體；該電荷泵具有Disckson或Pelliconi拓樸(topology)；該電力傳輸閘滿足NMOS電晶體之一或多個安全操作區域條件；該電力傳輸閘配置以攜載安培量級之電流；該電力傳輸閘配置以響應於以奈秒量級發生的輸入電壓之變化。

在實施例中，可將開關提供為n通道金屬氧化物半導體場效電晶體（n通道MOSFET），開關的輸入端子為n通道MOSFET的源極端子，開關的輸出端子為n通道MOSFET的汲極端子，開關的控制端子為n通道MOSFET的閘極端子。

在實施例中，電壓源經配置以向開關之控制端子施加電壓，其具有值，該值大約等於輸入電壓的最大可能電壓；且開關之控制端子處的電壓相對於在零伏特與輸入電壓之最大可能電壓之間變化的輸入電壓按比例變化。

在實施例中，電力傳輸閘可包含開關網路，該開關網路配置以對電荷泵之二極體的閘極-源極擊穿電壓保護。

在實施例中，電力傳輸閘可包含第二電容器，其中第一電容器相較於該第二電容器具有更大電容值。

在實施例中，電力傳輸閘可進一步包含關斷電路，該關斷電路具有耦接至開關之控制端子的端子，且配置以在停用開關時對開關之控制端子處的電壓放電。

在實施例中，電力傳輸閘為脈衝整形網路開關。

在實施例中，電力傳輸閘包含配置以控制開關之主體的主體控制電路。

在實施例中，電力傳輸閘包含：主體控制電路，其包含配置以在開關啟用時驅動開關之主體至輸入電壓的第一NMOS電晶體；及配置以在開關停用時驅動開關之主體至負供應電壓的第二NMOS電晶體。

根據本文中所描述之概念的一另外態樣，一種系統包含電力傳輸閘及配置以自一組可能的輸入電壓位準而將輸入電壓提供至電力傳輸閘的電源調變器。

在實施例中，該電源調變器配置以自該組可能的輸入電壓位準而將輸入電壓提供至至少一個額外電力傳輸閘。

在實施例中，電力傳輸閘與至少一個額外電力傳輸閘電隔離。 應瞭解的是，本文中所描述的不同實施例之個別元件可經組合以形成上文未具體闡述之其他實施例。在單個實施例之上下文中所描述之各種元件亦可單獨或以任何合適或合理的子組合形式提供。亦應瞭解，本文中未具體描述之其他實施例亦在以下申請專利範圍之範疇內。因此應瞭解，本文中所描述之概念、電路、系統及技術可用於滿足以下條件之任何應用中：將電壓自輸入端傳遞至輸出端；及/或存在等於或大於最大輸入電壓之更高電壓軌。本文中所描述之概念、電路、系統及技術可在多種不同技術領域（亦即，不同節點）中及/或在不同電壓下應用。

在電力傳輸及/或包絡跟蹤應用中，複數個電力傳輸閘（其可包含在射頻（RF）應用中與濾波網路一起使用的「脈衝整形網路開關」），可用以在複數個輸出端之間提供電隔離（例如，自一或多個電源調變器輸出端通向功率放大器之一或多個供應端子的一或多個信號路徑）。例示性脈衝整形網路及其相關聯開關/開關元件描述於在2019年3月29日提交之名為「多級脈衝整形網路（MULTI-STAGE PULSE SHAPING NETWORK）」的美國專利申請案第16/369,667號（現為2021年4月27日發佈之美國專利第10,992,265號）中，該申請案之全部內容特此以引用之方式併入本文中。

此等電力傳輸閘可耦接至電源調變器之一或多個輸出端（亦即，電力傳輸閘能跟隨電源調變器）。電源調變器可配置以在其一或多個輸出端處自一組可能的輸入電壓位準提供一或多個所選擇輸出電壓位準。電力傳輸閘中之各者能將所選擇輸出電壓位準傳遞至其各別輸出端。電力傳輸閘輸出端可例如耦接至功率放大器（power amplifier；PA）之供應端子。

現參看圖1，例示性先前技術電源調變系統100之方塊圖包含配置以接收複數個輸入電壓（在此實例中，六個）且將複數個輸入電壓之一選定者提供至輸出端的電源調變器102。電源調變器102之輸出端耦接至複數個電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n。電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n各自配置以自電源調變器102之輸出端接收複數個輸入電壓之選定者，且將彼電壓傳遞至各別輸出端。

電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n能配置以滿足用於特定應用之一或多個準則。舉例而言，電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n能配置以相對快速地（例如，以奈秒量級）響應於輸入電壓之改變，此係因為電源調變器102之輸出可以奈秒改變。此外，電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n能配置以在其各別輸出端之間提供電隔離。電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n亦能配置以具有相對低電阻且攜載相對大電流（例如，以安培量級）。在一些實施方案中，電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n能配置以在約4.6伏特之電壓下攜載具有約2安培之值的電流，但具有更大電壓及/或電流之其他應用亦係可能的。在一些實施方案中，電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n能配置以在約10瓦特之最大功率下操作，但具有較大功率限制之其他應用亦係可能的。在一些實施方案中，電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n能各自具有相對低的電阻（例如，約30毫歐姆）。

傳統上，為了實現此等準則中之一或多者，電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n將需要具有特定尺寸（亦即，由電力傳輸閘在IC或晶粒上佔據的面積（或「佔據面積」）），該尺寸由實現準則所需之組件的類型來決定。

圖2為例示性先前技術電力傳輸閘200的方塊圖。電力傳輸閘200可為圖1之電力傳輸閘104a至電力傳輸閘104n的實例。電力傳輸閘200包含形成互補開關對202之NMOS電晶體202a及PMOS電晶體202b。互補開關對202配置以接收輸入電壓（例如，自電源調變器），且將所接收電壓傳遞至輸出端/自輸出端阻斷所接收電壓。

電力傳輸閘200包含配置以為NMOS電晶體202a之閘極供電的第一放大器204a及配置以為PMOS電晶體202b之閘極供電的第二放大器204b。放大器204a、放大器204b根據控制信號206操作。放大器204a、放大器204b之各者配置以收納負電源供應器Vss及正電源供應器Vdd。由互補開關對202接收的輸入電壓能處於由負電源供應器Vss提供的電壓與由正電源供應器Vdd提供的電壓之間。

為實現與NMOS電晶體202a相同的電阻，PMOS電晶體202b典型必須為NMOS電晶體202a之尺寸的約兩倍（亦即，佔據晶粒或IC上之面積的兩倍）。因此，能據稱電力傳輸閘200具有約「三個NMOS尺寸單元」之尺寸（例如，算作一個NMOS尺寸單元的一個NMOS電晶體202a，及算作兩個NMOS尺寸單元的一個PMOS電晶體202b）。在許多應用中，將需要減小電力傳輸閘的總尺寸（或佔據面積）同時滿足上文所描述的準則。

圖3A為根據本文中所描述的概念提供的例示性電力傳輸閘300的方塊圖。電力傳輸閘300能配置以實現與由圖2之先前技術電力傳輸閘200提供之電阻相同的電阻，同時具有剛超過一個NMOS尺寸單元的佔據面積。電力傳輸閘300包含NMOS電晶體302及閘極驅動器電路304（例如，高壓閘極驅動器電路），該閘極驅動器電路配置以在滿足上文所描述之準則的同時對NMOS電晶體302之閘極供電（或對該閘極進行偏壓或「驅動」）。NMOS電晶體302配置以在其第一（或輸入）端子處接收輸入電壓V _in301（例如，自電源調變器），且將所接收輸入電壓V _in傳遞至其第二（或輸出）端子/自其第二（或輸出）端子阻斷該所接收輸入電壓，藉此提供輸出電壓V _out303。亦即，當NMOS電晶體302偏壓至其傳導狀態（或接通狀態）時，NMOS電晶體302在NMOS電晶體302的輸入端子與輸出端子之間提供具有相對低電阻（且理想為短路電阻）的信號路徑。在此狀態下，信號能自NMOS電晶體302之第一（或輸入）端子至NMOS電晶體302之第二（或輸出）端子而以極少（或理想為無）損耗傳遞。然而，當NMOS電晶體302偏壓至其非傳導狀態（或斷開狀態）時，NMOS電晶體302在NMOS電晶體302的輸入端子與輸出端子之間提供具有相對高電阻（且理想為開路電阻）的信號路徑。在此狀態下，信號無法自NMOS電晶體302之第一（或輸入）端子傳遞至NMOS電晶體302之第二（或輸出）端子（或高度衰減）。

圖3B為根據本文中所描述之概念而提供的例示性電力傳輸閘300的另一方塊圖。在此實例中，提供閘極驅動器電路304之其他細節。在此實例中，閘極驅動器電路304包含配置以接收輸入電壓V _in301的電荷泵306。電荷泵306耦接至開關316（例如，電力NMOS）之控制端子（例如，主體端）。電荷泵306配置以將驅動電壓施加至開關316之控制端子。驅動電壓的電壓位準大於輸入電壓V _in301的電壓位準。電荷泵306能包含開關網路，該開關網路用於將電容器選擇性耦接至開關316之控制端子，使得閘極能充電至輸入電壓V _in301的約兩倍。例示性電荷泵406之細節在本文中關於圖4進行描述。

閘極驅動器電路304包含快速啟動電路319，該快速啟動電路配置以自外部電壓源接收最大可能輸入電壓V _{in （ max ）}320，且選擇性將最大可能輸入電壓V _{in （ max ）}320施加至開關316之控制端子。快速啟動電路319能包含用於選擇性將最大可能輸入電壓V _{in （ max ）}320施加至開關316之閘極的一或多個組件及/或配置。例示性快速啟動電路419之細節在本文中關於圖4進行描述。

閘極驅動器電路304包含耦接至開關316之控制端子的關斷電路326。關斷電路326能包含響應於關斷信號之開關。開關能具有耦接至開關316之閘極的汲極，且能配置以在開關316停用時在開關316之閘極處對電壓進行放電。例示性關斷電路426、關斷電路526之細節在本文中關於圖4及圖5進行描述。

電力傳輸閘300包含配置以控制開關316之主體的主體控制電路321。當開關316啟用時，主體能聯繫至輸入電壓V _in301，且當開關316停用時，主體能聯繫至負供應電壓（例如，V _ss或接地）。主體控制電路321能包含第一電力NMOS電晶體323及第二電力NMOS電晶體325。在一些實施方案中，第一電力NMOS電晶體323配置以在開關316啟用時將主體驅動至輸入電壓V _in301，且第二電力NMOS電晶體325配置以在開關316停用時將主體驅動至負供應電壓V _ss。

儘管展示單個電力傳輸閘300，但應理解的是，可提供多個電力傳輸閘，使得各電力傳輸閘接收複數個輸入電壓之一者，或在一些情況下接收相同輸入電壓V _in且提供各別輸出電壓。

電力傳輸閘300能經配置以同時滿足一或多個準則，包含但不限於滿足NMOS電晶體302之一或多個安全操作區域條件（例如，最大Vgs、Vds、Vdb、Vds等），諸如：配置以相對快速地（例如，以奈秒量級）響應輸入電壓之改變；配置以提供各種輸出端之間的電隔離；配置以攜載相對大的電流（例如，以安培量級）等。

圖4為包含根據本文中所描述之概念提供的至少一個電力傳輸閘404a（且在一些實例中為複數個電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n）之例示性電源調變系統400的示意圖。電力傳輸閘404a可為圖3之電力傳輸閘300的實例。電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n之各者包含閘極驅動器電路，該閘極驅動器電路配置以為開關416之閘極供電（或偏壓或「驅動」）。

電源調變系統400包含配置以將輸入電壓V _in自一組可能的輸入電壓位準提供至一或多個電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n的電源調變器402。以電力傳輸閘404a作為電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n之代表，電力傳輸閘404a包含配置以自電源調變器402接收輸入電壓V _in的電荷泵406。輸入電壓V _in係在電荷泵406之二極體408的第一端子（例如，輸入端）處接收，且二極體408之第二端子（例如，輸出端）經由開關412a耦接至飛馳電容器C _fly410之第一端子（「頂部端」）。開關412a經配置以保護二極體D1 408免受源極至閘極電壓（Vgs）之擊穿。經由開關412b將輸入電壓V _in（例如，自電源調變器402）選擇性地施加至飛馳電容器C _fly410之第一端子（或「底部端」）。開關412a、開關412b能大體屬於開關網路412。飛馳電容器C _fly410之第二端子（或「頂部端」）耦接至二極體414之輸入端。穿過二極體414之電壓信號可對應於提供至開關416之控制端子的驅動（或控制）電壓。在此實例中，開關416提供為NMOS電晶體且控制端子對應於接收電壓V _Ngate的NMOS電晶體之閘極端子。

二極體408、二極體414、飛馳電容器C _fly410及開關412a、開關412b以一方式操作，使得飛馳電容器C _fly410配置以將開關416之閘極充電至具有大於輸入電壓V _in之值的驅動電壓V _Ngate，在此實例中，該驅動電壓約為輸入電壓V _in的兩倍。開關412b配置以在輸入電壓V _in與參考電位（在此例示性實施例中繪示為接地）之間切換，使得輸入電壓及參考電位替代施加至飛馳電容器C _fly410之底部端。開關412a配置以在自飛馳電容器C _fly410之頂部端施加與斷開二極體408之輸出之間切換。

電力傳輸閘404a包含二極體D3 418，該二極體在其第一（或輸入）端子處接收由外部電壓源420提供之電壓。在實施例中，外部電壓源420可例如為系統400之外部軌。由外部電壓源420提供之電壓可具有一值，該值對應於輸入電壓V _in能達到的約最大可能輸入電壓V _{in （ max ）}。二極體D3 418之第二（或輸出）端子經由開關422而選擇性耦接至開關416之控制端子（此處為閘極端子）。二極體D3 418配置以確保施加至開關416之閘極的驅動電壓V _Ngate在啟用時始終高於V _{in （ max ）}。雖然展示二極體D3 418，但應理解，用於將外部電壓源420選擇性施加至開關416之閘極的其他組件及/或配置亦為可能的。外部電壓源420以及用於允許被選擇性施加的其他組件在本文中有時被統稱為屬於「快速啟動電路」。

開關416配置以在開關之源極處自電源調變器402接收輸入電壓，且將輸入電壓傳遞至開關之汲極。電容C _g424耦接在開關416之閘極與源極之間，且配置以在閘極及源極上維持實質恆定電壓。電容C _g424相較於飛馳電容器C _fly410能具有更大（例如，顯著更大，在一些實施方案中大10至100倍）電容值。在一些實施方案中，電容C _g424與飛馳電容器C _fly410之間的值之比率能經選擇，以確保電容C _g424能允許開關416之閘極在輸入電壓V _in調變時追蹤開關416之源極。

電容C _g424表示開關416之一或多個內部參數。舉例而言，電容C _g424能表示開關416內之若干實體電容/電容器，包含但不限於閘極至源極電容C _gs及閘極至汲極電容C _gd，在一些實施方案中，電容C _g424可由實施於電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n之一或多個實體電容器/電容來擴充。

在第一啟動狀況下，開關416在輸入電壓V _in處於其最大電壓V _{in （ max ）}時由斷開轉為接通。驅動電壓V _Ngate透過二極體D3 418快速（或迅速）充電至最大輸入電壓V _{in （ max ）}。在一些實施方案中，驅動電壓V _Ngate以每奈秒約1伏特之速率充電，但其他速率（例如，在一些狀況下為更快速的速率）亦係可能的。在相對短時間段內，飛馳電容器C _fly410經充電使得驅動電壓V _Ngate對應於輸入電壓V _in之約兩倍。在一些實施方案中，飛馳電容器C _fly410以約200 kHz之頻率充電，但其他率（速率）亦為可能的，包含可程式化/可配置速率。跨NMOS電晶體416之閘極及源極的電壓（亦即，閘極-源極電壓Vgs）等於輸入電壓V _in，其等於最大輸入電壓V _{in （ max ）}。在此點，開關416完全地增強且能傳導。若輸入電壓V _in突然下降，則由於其透過電容C _g424耦接，驅動電壓V _Ngate亦按比例跟隨同一下降。歸因於此耦接，跨開關416之閘極及源極的電壓V _gs隨著輸入電壓V _in改變而維持實質一致的值。此能確保未違反開關416之安全操作條件（例如，最大Vgs、Vds、Vdb、Vds等）。

在第二啟動狀況下，在輸入電壓V _in為零之情況下，電荷泵406不具有輸入電壓，因此其基本不進行任何操作。在此情形下，經由二極體D3 418之外部電壓源420配置以將開關416之閘極充電至V _{in （ max ）}，此增強開關416。在此點，跨開關416之閘極及源極上的電壓V _gs具有V _{in （ max ）}之值。若輸入電壓V _in突然增加，則電容C _g424保持耦接至輸入電壓V _in的驅動電壓V _Ngate，使得跨開關416之閘極及源極的電壓V _gs在約V _{in （ max ）}之值下保持實質恆定。

在兩個使用狀況下，跨開關416之閘極及源極的電壓V _gs保持接近於V _{in （ max ）}，而不管輸入電壓V _in如何改變。當開關416之閘極最初充電時存在一階段，且接著自該處電容C _g424之耦接保持閘極與源極一起移動。

在一些實施中，電荷泵406為Disckson電荷泵。電荷泵406能配置以在可變時脈速度下操作。舉例而言，在開關416之初始接通期間，電荷泵之時脈頻率能以相對高的速率運行。在固定時間段之後，時脈頻率能減少，在一些狀況下顯著減少。在一些實施方案中，固定時間段可至少部分由飛馳電容器C _fly410對耦接至開關416之電容C _g424的充電速率來判定。

電力傳輸閘404a亦包含關斷電路426。關斷電路426包含響應於關斷信號之開關428（例如，NMOS電晶體）。開關428具有耦接至開關416之閘極的汲極，且配置以在開關416停用時在開關416之閘極處對電壓進行放電。關斷電路426可包含除圖4中所展示之組件以外的額外組件。因而，關斷電路426可認為是關斷電路之簡化版本。包含額外組件之關斷電路之另一實例在本文中關於圖5進行描述。

電源調變系統400能包含額外電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n，其中電力傳輸閘404a至電力傳輸閘404n之各者配置以自電源調變器402接收輸入電壓V _in且提供各別輸出Vout _a-n。輸出Vout _a-n中之各者能彼此電隔離。

雖然電荷泵406已繪示且描述為具有Disckson拓樸，但亦能使用其他拓樸而不偏離本文中所描述的本發明概念之範疇。在一些實施方案中，可使用具有Pelliconi拓樸之電荷泵。

圖5為電力傳輸閘500之一部分的示意圖，該電力傳輸閘包含配置以與根據本文中所描述之概念而提供之電力傳輸閘一起使用的例示性關斷電路526。關斷電路526可為圖4之關斷電路426之一實例。

電力傳輸閘500包含配置以首先將V _Ngate充電至V _{in （ max ）}且確保V _Ngate從來不會下降低於V _{in （ max ）}的二極體518。二極體518可為圖4之二極體418之一實例。二極體518包含配置以將開關504之主體維持在適當電位下的緩衝器502。

電力傳輸閘500包含保護開關506及放電開關508。保護開關506及放電開關508之各者可為NMOS電晶體。保護開關506配置以保護放電開關508免受在V _Ngate處看到之相對高電壓的影響。電力傳輸閘500亦包含位準轉換器510，該位準轉換器配置以接收關斷信號且將邏輯位準信號升頻轉換成V _{in （ max ）}域。電力傳輸閘500亦包含大體配置以驅動電力傳輸閘500之各種組件之閘極及主體的複數個緩衝器及反相器。

圖6為配置以與根據本文中所描述之概念而提供之電力傳輸閘一起使用的例示性電荷泵606的示意圖。在此實例中，電荷泵606具有Dickson拓樸。電荷泵606可為適合用於圖4之實施例的電荷泵之類型的一實例（亦即，電荷泵606可與圖4之電荷泵406相同或類似）。

電荷泵606配置以將來自輸入電壓V _in之電荷提供至驅動電壓V _Ngate。位準轉換藉由電荷泵606實施以將低位準信號（例如，1.8伏特信號）轉換成輸入電壓V _in位準。電荷泵606包含：或閘601，其配置以接收時脈信號603及關斷信號605作為輸入且將輸出提供至第一位準轉換器607；以及及閘609，其配置以接收時脈信號603及啟用信號611（例如，其為關斷信號605之反向）作為輸入且將輸出提供至第二位準轉換器613。第一位準轉換器607及第二位準轉換器613各自配置以接收關斷信號，該關斷信號可與由或閘601接收之關斷信號605相同。

圖7為例示性主體控制電路700之示意圖，該例示性主體控制電路配置以與根據本文中所描述之概念而提供的電力傳輸閘一起使用。舉例而言，主體控制電路700可用以控制開關（諸如圖4之開關416）的主體。當開關啟用時，主體能聯繫至輸入電壓V _in，且當開關停用時，主體能聯繫至負供應電壓V _ss（例如，接地）。

主體控制電路700能配置以避免在源極電壓及汲極電壓增加至高於主體電壓時開關之電阻增加的體效應。舉例而言，主體處於的特定電壓改變閘極電壓將會啟用/增強開關的臨限值/程度。因而，對於給定閘極電壓，隨著主體電壓增加，開關之電阻增加。為避免體效應，主體控制電路700能包含：第一NMOS電晶體702，其配置以在開關啟用時將主體驅動至輸入電壓V _in；及第二NMOS電晶體704，其配置以在開關停用時將主體驅動至負供應電壓V _ss（例如，接地）。此類配置能防止透過體二極體反向傳導（例如，將輸出保持在相對較高電阻）。

儘管本文中有時參考特定結構、電路元件及材料，但應瞭解的是，具有類似功能及/或結構屬性之其他結構、電路元件及材料可在適當時取代，且所屬技術領域中具有通常知識者應理解如何選擇此類材料及將其併入至本文中所闡述之概念、技術及結構的實施例中而不偏離彼等教示內容之範疇。

本文中參考相關圖式來描述尋求保護之概念、系統、裝置、結構及技術的各種實施例。可在不脫離本文中所描述之概念、系統、裝置、結構及技術之範疇的情況下設計出替代性實施例。應注意的是，不同連接及位置關係（例如，在…之上、在…之下、鄰接等）係在以下描述及圖式中之元件之間闡述。除非另外規定，否則此等連接及/或位置關係可為直接或間接，且所描述概念、系統、裝置、結構及技術在此方面並不意欲為限制性。相應地，實體之耦接可指直接或間接耦接，且所述實體之間之位置關係可為直接或間接的位置關係。

作為間接位置關係之實例，在本描述中對在層「B」上方形成層「A」之提及包含一或多個中間層（例如，層「C」）在層「A」與層「B」之間的情形，只要層「A」及層「B」之相關特性及功能性實質未被中間層改變即可。以下定義及縮寫將用於解譯申請專利範圍及本說明書。如本文中所使用，術語「包括（comprises/comprising）」、「包含（includes/including）」、「具有（has/having）」、「含有（contains或containing）」或其任何其他變體意欲涵蓋非排他性的包含者。舉例而言，包含一系列元件之組合物、混合物、程序、方法、物品或設備未必僅限於彼等元件，而是可包含未明確列出或此類組合物、混合物、程序、方法、物品或設備固有之其他元件。

另外，術語｢例示性｣在本文中用以意謂｢充當實例、例子或說明｣。本文中描述為「例示性」之任何實施例或設計不必解釋為比其他實施例或設計更佳或更有利。術語「一或多個」及「一及多個」應理解為包含大於或等於一的任何整數，亦即，一、二、三、四等。術語「複數個」應理解為包含大於或等於二的任何整數，亦即，二、三、四、五等。術語「連接」可包含間接「連接」及直接「連接」。

本說明書中對「一個實施例」、「一實施例」、「一例示性實施例」等之提及指示所描述之實施例可包含一特定特徵、結構或特性，但每一實施例可包含該特定特徵、結構或特性。此外，此類片語未必指代相同實施例。此外，在結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應主張，無論是否予以明確描述，結合其他實施例實現此特徵、結構或特性在所屬技術領域中具有通常知識者之認識範圍內。

出於下文描述之目的，術語「上部」、「下部」、「右方」、「左方」、「豎直」、「水平」、「頂部」、「底部」及其衍生詞應與所揭示結構及方法有關，如圖式中所定向。術語「上覆」、「頂部」、「在頂部上」、「定位於…上」或「定位於…之頂部上」意謂諸如第一結構之第一元件存在於諸如第二結構之第二元件上，其中諸如介面結構之介入元件可存在於第一元件與第二元件之間。術語「直接接觸」意謂在無任何中間元件的情況下連接諸如第一結構的第一元件及諸如第二結構的第二元件。

在申請專利範圍中使用諸如「第一」、「第二」、「第三」等序數術語修飾申請專利範圍要素本身不意味一申請專利範圍要素相對於另一申請專利範圍要素的任何優先權、優先性或次序或實施方法之動作的時間次序，而是僅用作標籤以區分具有某一名稱之一個申請專利範圍要素與具有相同名稱（但使用序數術語）之另一要素，以區分所述申請專利範圍要素。

術語「大約」及「約」可用以意謂在一些實施例中在目標值之±20%內、在一些實施例中在目標值之±10%內、在一些實施例中在目標值之±5%內，及又在一些實施例中在目標值之±2%內。術語「大約」及「約」可包含目標值。術語「實質相等」可用以指代在一些實施例中在彼此之±20%內、在一些實施例中在彼此之±10%內、在一些實施例中在彼此之±5%內、且在一些實施例中在彼此之±2%內的值。

術語「實質」可用以指代在一些實施例中在比較性量度之±20%內、在一些實施例中在±10%內、在一些實施例中在±5%內、且又在一些實施例中在±2%內的值。舉例而言，「實質」垂直於第二方向的第一方向可指在一些實施例中在與第二方向成90°角的±20%內、在一些實施例中在與第二方向成90°角的±10%內、在一些實施例中在與第二方向成90°角的±5%內，且又在一些實施例中在與第二方向成90°角的±2%內的第一方向。

應理解的是，所揭示主題在其應用中並不限於以下描述中所闡述的或圖式中所繪示的構造之細節及組件之配置。所揭示主題能夠以其他實施例且能夠以各種方式實踐及進行。此外，應理解的是，本文中所使用之措辭及術語出於描述目的且不應被視為限制性。因而，所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解的是，本發明所基於的概念可易於用作設計用於進行所揭示標的之若干目的之其他結構、方法及系統的基礎。因此，在申請專利範圍並不脫離所揭示主題之精神及範疇的情況下，申請專利範圍應被視為包含此類等效構造。

儘管已在前述例示性實施例中描述並繪示所揭示標的，但應理解，本發明僅以實例方式而作，且所揭示標的的實施細節之眾多改變可在不脫離所揭示標的之精神及範疇的情況下進行。

100:例示性先前技術電源調變系統 102:電源調變器 104a:電力傳輸閘 104n:電力傳輸閘 200:電力傳輸閘 202:互補開關對 202a:NMOS電晶體 202b:PMOS電晶體 204a:放大器 204b:放大器 206:控制信號 300:電力傳輸閘 301:輸入電壓V _in302:NMOS電晶體 303:輸出電壓V _out304:閘極驅動器電路 306:電荷泵 316:開關 319:快速啟動電路 320:最大可能輸入電壓V _{in （ max ）}321:主體控制電路 323:第一電力NMOS電晶體 325:第二電力NMOS電晶體 326:關斷電路 400:電源調變系統/系統 402:電源調變器 404a:電力傳輸閘 404n:電力傳輸閘 406:電荷泵 408:二極體D1/二極體 410:飛馳電容器C _fly412a:開關 412b:開關 414:二極體 416:開關/NMOS電晶體 418:二極體D3/二極體 419:快速啟動電路 420:外部電壓源 422:開關 424:電容C _g426:關斷電路 428:開關 500:電力傳輸閘 502:緩衝器 504:開關 506:保護開關 508:放電開關 510:位準轉換器 518:二極體 526:關斷電路 601:或閘 603:時脈信號 605:關斷信號 606:電荷泵 607:第一位準轉換器 609:及閘 611:啟用信號 613:第二位準轉換器 700:主體控制電路 702:第一NMOS電晶體 704:第二NMOS電晶體

參考隨附圖式之諸圖可瞭解製造及使用所揭示實施例的方式及過程。應瞭解，諸圖中所繪示之組件及結構未必按比例繪製，實情為重點在於繪示本文中所描述之概念的原則。類似參考符號貫穿不同視圖表示對應部件。此外，在諸圖中作為實例而非限制來繪示實施例，在諸圖中：

[圖1]為包含複數個電力傳輸閘之例示性先前技術電源調變系統的方塊圖；

[圖2]為圖1之例示性先前技術電力傳輸閘的方塊圖；

[圖3A]及[圖3B]為根據本文中所描述之概念提供的例示性電力傳輸閘的方塊圖；

[圖4]為包含根據本文中所描述之概念提供之電力傳輸閘的例示性電源調變系統的示意圖；

[圖5]為電力傳輸閘之一部分的示意圖，該電力傳輸閘包含配置以與根據本文中所描述之概念而提供之電力傳輸閘一起使用的例示性關斷電路；

[圖6]為例示性電荷泵之示意圖，該電荷泵配置以與根據本文中所描述之概念提供的電力傳輸閘一起使用；及

[圖7]為例示性主體控制電路之示意圖，該例示性主體控制電路配置以與根據本文中所描述之概念而提供的電力傳輸閘一起使用。

300:電力傳輸閘

301:輸入電壓V_in

303:輸出電壓V_out

304:閘極驅動器電路

306:電荷泵

316:開關

319:快速啟動電路

320:最大可能輸入電壓V_in(max)

321:主體控制電路

323:第一電力NMOS電晶體

325:第二電力NMOS電晶體

326:關斷電路

Claims (23)

1. 一種電力傳輸閘，其包括： 開關，其具有第一端子、第二端子、第三端子及第四端子，其中所述端子中之第一者對應輸入端子，所述端子中之第二者對應輸出端子，所述端子中之第三者對應控制端子，且所述端子中之第四者對應主體端，該開關配置以在該開關的該輸入端子處接收輸入電壓，且響應於具有第一值之控制信號而提供至該控制端子來將該輸入電壓傳遞至該開關之該輸出端子； 第一電容，其在該開關之該輸入端子與該控制端子之間，且配置以跨該開關之該輸入端子及該控制端子維持實質恆定的電壓；及 電荷泵，其耦接至該開關之該控制端子，其中響應於該電荷泵接收輸入電壓，該電荷泵將驅動電壓施加至該開關之該控制端子，其中該驅動電壓之電壓位準大於該輸入電壓之電壓位準。
2. 如請求項1之電力傳輸閘，其進一步包括選擇性耦接至該開關之該控制端子的電壓源。
3. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該開關之該第一端子為源極端子，該開關之該第二端子為汲極端子，該開關之該第三端子為閘極端子，且該開關之該第四端子為主體端。
4. 如請求項2之電力傳輸閘，其中： 該電壓源配置以向該開關之該控制端子施加電壓，該電壓具有一值，該值大約等於該輸入電壓的最大可能電壓；且 該開關之該控制端子處的該電壓相對於在零伏特與該輸入電壓之該最大可能電壓之間變化的該輸入電壓按比例變化。
5. 如請求項3之電力傳輸閘，其中該電荷泵包括第二電容器，該第二電容器配置以將該開關之閘極充電至該輸入電壓的約兩倍。
6. 如請求項5之電力傳輸閘，其中該電荷泵包括連接至該第二電容器之開關網路。
7. 如請求項6之電力傳輸閘，其中該開關網路之開關配置以在可變時脈頻率下操作。
8. 如請求項7之電力傳輸閘，其中該可變時脈頻率在該開關之初始接通期間具有相對高值，且在特定時間段之後將值減小。
9. 如請求項8之電力傳輸閘，其中該特定時間段基於該第二電容器對該開關之該閘極的充電率。
10. 如請求項6之電力傳輸閘，其中該開關網路配置以對該電荷泵之二極體的閘極-源極擊穿電壓保護。
11. 如請求項5之電力傳輸閘，其中該第一電容具有比該第二電容器大的電容值。
12. 如請求項1之電力傳輸閘，其進一步包括關斷電路，該關斷電路具有耦接至該開關之該控制端子的端子，且配置以在該開關停用時對該開關之該控制端子處的該電壓放電。
13. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該開關為NMOS電晶體。
14. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該電荷泵具有Disckson或Pelliconi拓樸。
15. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該電力傳輸閘滿足該NMOS電晶體之一或多個安全操作區域條件。
16. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該電力傳輸閘為脈衝整形網路開關。
17. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該電力傳輸閘配置以攜載安培量級之電流。
18. 如請求項1之電力傳輸閘，其中該電力傳輸閘配置以響應於以奈秒量級發生的該輸入電壓之變化。
19. 如請求項3之電力傳輸閘，其進一步包括配置以控制該開關之主體的主體控制電路。
20. 如請求項19之電力傳輸閘，其中該主體控制電路包括： 第一NMOS電晶體，其配置以在該開關啟用時驅動該開關之該主體至該輸入電壓；及 第二NMOS電晶體，其配置以在該開關停用時驅動該開關之該主體至負供應電壓。
21. 一種系統，其包括： 如請求項1之電力傳輸閘；及 電源調變器，其配置以自一組可能的輸入電壓位準將該輸入電壓提供至該電力傳輸閘。
22. 如請求項21之系統，其中該電源調變器配置以自該組可能的輸入電壓位準將該輸入電壓提供至至少一個額外電力傳輸閘。
23. 如請求項22之系統，其中該電力傳輸閘與該至少一個額外電力傳輸閘電隔離。

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