專利名稱：具有電磁發(fā)射控制電路的集成的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)要求保護(hù)2002年11月18日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/427413的權(quán)益。這里參考引用了該申請(qǐng)的全文。
本發(fā)明一般涉及功率傳遞(power transfer)設(shè)備，更加具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于約束來(lái)自集成的浮動(dòng)(floating)功率傳遞設(shè)備的電磁發(fā)射的開(kāi)關(guān)控制電路和方法。
背景技術(shù)：
許多系統(tǒng)設(shè)計(jì)都包括功率轉(zhuǎn)換電路以產(chǎn)生所需的操作電壓。一種這樣的功率轉(zhuǎn)換電路稱之為電荷泵。電荷泵是用于增加電源電壓或者反相電源電壓以產(chǎn)生分段電源(split supply)的設(shè)備。許多這樣的設(shè)備都涉及使用非可易失的存儲(chǔ)器電路的應(yīng)用，這些應(yīng)用需要很高的編程電壓。在常規(guī)的電荷泵功率轉(zhuǎn)換電路中，要對(duì)于負(fù)載設(shè)備進(jìn)行連接，以使負(fù)載的一端是電源終端之一的公共端，在一般情況下就是接地參考端。美國(guó)專利證書No.4807104公開(kāi)了一種功率轉(zhuǎn)換電路，它既是電壓多路轉(zhuǎn)換又是反相電荷泵。然而，功率轉(zhuǎn)換電路的輸出仍舊引到接地節(jié)點(diǎn)。
在某些系統(tǒng)的實(shí)施方案中，使用浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備給系統(tǒng)供電可能是有益的。通過(guò)浮動(dòng)所說(shuō)的功率傳遞設(shè)備，如果系統(tǒng)的一端短路，這個(gè)系統(tǒng)仍舊能夠繼續(xù)操作。例如，在一個(gè)自動(dòng)總線網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)在總線上的發(fā)出信號(hào)的部分對(duì)于任何其它的參考點(diǎn)如地或電池正端可以是浮動(dòng)的。雖然一端短路，但通過(guò)允許交換仍舊發(fā)生，可使故障容限增加。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)提供浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)并且可以提供附加的優(yōu)點(diǎn)，所說(shuō)的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備包括一個(gè)浮動(dòng)總線和驅(qū)動(dòng)所說(shuō)的浮動(dòng)總線的一個(gè)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括一個(gè)電荷泵電路。通過(guò)至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路提供電磁發(fā)射控制，開(kāi)關(guān)控制電路耦合在浮動(dòng)總線和功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間，用于促進(jìn)浮動(dòng)總線的充電，并且用于通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率來(lái)控制來(lái)自浮動(dòng)總線的電磁發(fā)射。
在另一方面，提供一個(gè)電路，所說(shuō)電路包括第一和第二開(kāi)關(guān)控制電路，第一開(kāi)關(guān)控制電路電耦合到浮動(dòng)總線的高端總線節(jié)點(diǎn)，第二開(kāi)關(guān)控制電路電耦合到浮動(dòng)總線的低端總線節(jié)點(diǎn)，其中的第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路包括互補(bǔ)控制電路，用于通過(guò)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)控制浮動(dòng)總線的充電。還要提供一個(gè)參考電路，用于為第一開(kāi)關(guān)控制電路產(chǎn)生第一參考信號(hào)并且為第二開(kāi)關(guān)控制電路產(chǎn)生第二參考信號(hào)。第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)分別由第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路使用，用于通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自浮動(dòng)總線的電磁發(fā)射。
在下一方面，提供一種用于約束來(lái)自集成的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的電磁發(fā)射的方法。這個(gè)方法包括定制電耦合到浮動(dòng)總線的高端總線節(jié)點(diǎn)的第一開(kāi)關(guān)控制電路的傳輸特性，并且定制電耦合到浮動(dòng)總線的低端總線節(jié)點(diǎn)的第二開(kāi)關(guān)控制電路的傳輸特性，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路包括互補(bǔ)控制電路，用于通過(guò)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)控制浮動(dòng)總線的充電；并且，在使用時(shí)產(chǎn)生用于第一開(kāi)關(guān)控制電路的第一參考信號(hào)和用于第二開(kāi)關(guān)控制電路的第二參考信號(hào)，其中第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)分別由第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路使用，以便通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自浮動(dòng)總線的電磁發(fā)射。
通過(guò)本發(fā)明的教導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)附加的特征和優(yōu)點(diǎn)。在這里詳細(xì)描述了本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面，并且認(rèn)為它們是本發(fā)明的一部分。


在本說(shuō)明書的結(jié)尾部分的權(quán)利要求書中具體指出并且明確要求保護(hù)被認(rèn)為是本發(fā)明的主題。從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述的和其它的目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)都將變得顯而易見(jiàn)，其中圖1是常規(guī)的雙倍壓的電荷泵電路的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2是具有功率和數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p重功能的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖3是浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的集成電路實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖4是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的具有限制電磁發(fā)射的開(kāi)關(guān)控制電路的集成的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖5是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的用于圖4的集成的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的開(kāi)關(guān)控制電路的傳輸特性曲線圖；圖6是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的用于圖4的集成的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的開(kāi)關(guān)控制電路的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖7是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的圖6的開(kāi)關(guān)控制電路的N型晶體管電平實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖8是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的圖6的開(kāi)關(guān)控制電路的增強(qiáng)N型晶體管電平實(shí)施方案的示意圖；圖9是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的圖6的開(kāi)關(guān)控制電路的另一個(gè)增強(qiáng)N型晶體管電平實(shí)施方案的示意圖；圖10是按照本發(fā)明的一個(gè)方面的如圖7所示的開(kāi)關(guān)控制電路的P型晶體管電平實(shí)施方案的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參照附圖，其中在不同附圖中使用的相同標(biāo)號(hào)代表相同的或相似的部件。在圖1中表示的是用于給一個(gè)負(fù)載105供電的功率傳遞設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)電荷傳榆設(shè)備在信號(hào)發(fā)生器109的控制下通過(guò)開(kāi)關(guān)SW4101、SW3110向電容器CS103傳遞電荷。通過(guò)電源電壓(V_DC)107提供電荷，電源電壓(V_DC)107的一端引到地108。電容器CH104為負(fù)載105提供經(jīng)過(guò)改變的電源。在這個(gè)電壓倍壓例中，當(dāng)開(kāi)關(guān)SW1 102、SW2 111通過(guò)信號(hào)發(fā)生器106閉合時(shí)，電容器104以兩倍電容器CS的電壓充電。
圖1的功率傳遞設(shè)備稱為參照地的電荷傳榆設(shè)備，因?yàn)檫@個(gè)設(shè)備經(jīng)過(guò)參照地的電容將功率提供給負(fù)載。如圖1所示的電路通常應(yīng)用在例如E2ROM編程或擴(kuò)展不同模擬電路的操作范圍。如下面還要進(jìn)一步說(shuō)明的，本發(fā)明不是一定要尋求增加或反相輸出電壓，而是使用一個(gè)類似的切換方案以便利用接近原始電源電壓的一個(gè)電壓來(lái)預(yù)充電浮動(dòng)總線。對(duì)于按照本發(fā)明的一個(gè)方面實(shí)施的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便可以從這個(gè)浮動(dòng)電路連續(xù)地抽取功率，同時(shí)一個(gè)信令方案可使浮動(dòng)總線部分地或者全部地放電。在共同授予的歐洲專利申請(qǐng)EP1065600A2中先前已經(jīng)描述過(guò)這種設(shè)備的組合的功率和數(shù)據(jù)特征，在這里參照引用了這個(gè)申請(qǐng)的全文。
在圖2中表示具有功率和數(shù)據(jù)傳輸雙重功能的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。浮動(dòng)總線是與電源電壓V_DC107的地參照點(diǎn)108電隔離的一個(gè)總線。在如圖2所示的電路中，輸出端VB+214提供相對(duì)于浮動(dòng)總線的一個(gè)連續(xù)的電源，用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)BUS+214和BUS-215來(lái)確定這個(gè)電源。在信號(hào)發(fā)生器V_SW1 109處在邏輯1時(shí)的“數(shù)據(jù)”階段，電源開(kāi)關(guān)SW3 110、SW4 101“接通”，并且將電源電壓驅(qū)動(dòng)到梭式電容器(shuttle capacitor)CS103。輸出開(kāi)關(guān)SW1 102、SW2 111斷開(kāi)，浮動(dòng)總線BUS+214和BUS-215可用于發(fā)送信號(hào)。由于保持電容器CH204保持能量，所以可從浮動(dòng)總線得到功率。二極管212可防止總線信號(hào)電壓使保持電容器204放電?！肮β省彪A段，即當(dāng)信號(hào)發(fā)生器V_SW2 106處在邏輯1時(shí)，通過(guò)接通總線開(kāi)關(guān)102、111完成兩個(gè)階段的循環(huán)，同時(shí)V_SW1 109返回到邏輯0，斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)101、110。在這個(gè)周期，電荷從梭式電容器103傳遞到浮動(dòng)總線214、215，并因此傳遞到保持電容器204。浮動(dòng)總線上的電壓恢復(fù)到接近電源電壓的數(shù)值?；謴?fù)來(lái)自保持電容器204的耗盡的電荷，同時(shí)根據(jù)需要維持來(lái)自輸出端VB+216的連續(xù)電源。
在圖3中表示具有組合的功率和數(shù)據(jù)特征的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的集成電路(IC)實(shí)施方案。在這個(gè)實(shí)施方案中，開(kāi)關(guān)101、110、102、111用DMOS晶體管301、310、302、311代替，它們是P型和N型晶體管。這些器件需要增加二極管317、318、319、320，以維持浮動(dòng)總線BUS+214和BUS-215與電源電壓107和地108的隔離。這就意味著，在這種形式的電路中存在附加的電損耗，并且減小了相對(duì)于原始電源電壓的可利用的輸出電壓。信號(hào)發(fā)生器106、109現(xiàn)在要求有附加的互補(bǔ)控制源109b、106b來(lái)驅(qū)動(dòng)P型DMOS晶體管開(kāi)關(guān)301、302(對(duì)于N型DMOS晶體管開(kāi)關(guān)310、311，分別由控制源109、106驅(qū)動(dòng))。在一般情況下，控制源是由數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)的，并且以主要的邏輯電源電壓偏置，其中與以上所述相同的情況都與圖2的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備有關(guān)。
在這個(gè)實(shí)施方案中，還可以從浮動(dòng)電路得到功率，因?yàn)楸３蛛娙軨H204保持著能量。二極管212再一次用于防止總線信號(hào)電壓使保持電容器204放電。在負(fù)載205一側(cè)的輸出端VB+216提供相當(dāng)于浮動(dòng)總線的連續(xù)電源。
當(dāng)在數(shù)據(jù)階段在浮動(dòng)總線上出現(xiàn)一個(gè)信號(hào)時(shí)，可將總線電壓驅(qū)動(dòng)到0伏或者某個(gè)預(yù)定中間值。在這個(gè)階段的其余時(shí)間，總線就保持在這個(gè)數(shù)值。在功率階段開(kāi)始，總線晶體管開(kāi)關(guān)302、311接通并且總線電壓恢復(fù)到功率水平。在這個(gè)系統(tǒng)中，總線電壓變化的速度取決于引導(dǎo)電流從梭式電容器CS103到浮動(dòng)總線的開(kāi)關(guān)302、311和二極管318、319。當(dāng)不控制變化速率時(shí)，就像這種情況一樣，電壓波形的邊緣可能是十分陡峭。這就使信號(hào)譜具有高次諧波內(nèi)容。如果信號(hào)的光譜內(nèi)容擴(kuò)展到附近的無(wú)線電頻段，這就是所謂的電磁發(fā)射(EME)。如圖3所示的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的某種應(yīng)用可能要求這個(gè)系統(tǒng)能將電磁發(fā)射限制在最小。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種技術(shù)，用于減小/約束由浮動(dòng)電源電路產(chǎn)生的電磁發(fā)射。
這里公開(kāi)了一種技術(shù)，用于約束從通過(guò)一個(gè)組合的功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)并且根據(jù)集成電路(IC)電荷泵驅(qū)動(dòng)的浮動(dòng)總線輸出的電磁發(fā)射。如以上所述，功率-相位電壓邊緣的未加控制的斜率可能產(chǎn)生干擾無(wú)線電接收的電磁發(fā)射。用這里公開(kāi)的特定的開(kāi)關(guān)控制電路替換圖3的總線-開(kāi)關(guān)晶體302、311，可以改善目標(biāo)功率傳遞設(shè)備的電磁發(fā)射性能。在一個(gè)實(shí)施例中，假定功率傳遞設(shè)備有兩個(gè)操作模式，一個(gè)高速模式和一個(gè)低速模式。在低速模式，通過(guò)利用可利用的向總線上傳遞電荷的較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，有可能實(shí)現(xiàn)較好的電磁發(fā)射性能。這就意味著，在某些實(shí)施方案，開(kāi)關(guān)控制電路具有一個(gè)取決于總線速度的可選擇的操作模式。
浮動(dòng)總線形成一個(gè)平衡系統(tǒng)，這里的高端總線BUS+214的開(kāi)關(guān)302和二極管318與對(duì)應(yīng)的低端總線BUS-215的開(kāi)關(guān)311和二極管319(還包括隱含的總線電容CBUS213)是匹配的。電流流動(dòng)離開(kāi)BUS+端并且進(jìn)入BUS-端。使用兩個(gè)互補(bǔ)電路(complementary circuit)來(lái)維持系統(tǒng)的平衡，同時(shí)實(shí)現(xiàn)期望的電磁發(fā)射減小。圖4所示的電路描述具有電磁發(fā)射控制的浮動(dòng)功率傳遞設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。
在圖4中，源端的開(kāi)關(guān)301、310和二極管317、320仍舊保持如圖3所示的，而總線端的開(kāi)關(guān)則由開(kāi)關(guān)控制電路402、411和參考電路421代替。在此例中，開(kāi)關(guān)控制電路402是基于P型晶體管的，并且提供控制電流輸出，而開(kāi)關(guān)控制電路411在此例中提供一個(gè)N型晶體控制的電流輸出。參考電路421提供兩個(gè)穩(wěn)定的溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖夹盘?hào)，這兩個(gè)信號(hào)用于開(kāi)關(guān)控制電路402、411的設(shè)定操作。
開(kāi)關(guān)控制電路402、411的總體操作(conceptual operation)類似于“P型控制”402和“N型控制”411的電路，在這里只詳細(xì)描述N型控制。P型控制電路402可以是N型控制電路的互補(bǔ)電路?！癗型控制”電路有一個(gè)控制輸入端Ctrl和一個(gè)參考端Ref以及開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)Vlo和Sw。當(dāng)向控制輸入端Ctrl施加一個(gè)邏輯1時(shí)，開(kāi)關(guān)控制電路411接通，當(dāng)施加邏輯0時(shí)電路411斷開(kāi)。當(dāng)在開(kāi)關(guān)終端Sw和Vlo兩端的電壓大于指定的閾值電壓(VswTh)時(shí)，將輸出電流保持在一個(gè)恒定值，這個(gè)值取決于參考值。
圖5表示用于一個(gè)設(shè)備的并且在“接通”開(kāi)關(guān)時(shí)的電壓-電流關(guān)系的一個(gè)實(shí)例的曲線圖(即傳榆特性曲線)，所說(shuō)的設(shè)備將輸出電流例如限制在200毫安，開(kāi)關(guān)電壓大于1伏。
在圖4的電路中，負(fù)的開(kāi)關(guān)電壓是不可能出現(xiàn)的，因?yàn)橛幸粋€(gè)阻塞二極管D_1319。在開(kāi)關(guān)電壓小于1伏時(shí)，維持限制電流的電壓不夠大，輸出電流變?yōu)殚_(kāi)關(guān)電壓的函數(shù)。當(dāng)開(kāi)關(guān)電壓是0伏時(shí)，這個(gè)電流也是0。如圖所示，參考模塊RefGen421對(duì)于兩個(gè)互補(bǔ)的開(kāi)關(guān)控制電路421提供分開(kāi)的參考值。在圖4的例中，使用電流來(lái)提供參考基準(zhǔn)，但是也可以使用電壓。
使用輸入到RefGen421的HiLo在由總線速度確定的兩個(gè)不同的參考電流值之間進(jìn)行選擇。在高速操作期間，電流固定在最大值，這個(gè)最大值通過(guò)開(kāi)關(guān)控制電路402、411為所說(shuō)的總線產(chǎn)生必要的轉(zhuǎn)換速率。對(duì)于低速操作，確定一個(gè)在施加最大輸出值之前的一個(gè)小電流的周期。這將產(chǎn)生一個(gè)較長(zhǎng)的轉(zhuǎn)換，因此減小了在低速模式下的電磁發(fā)射。
這里重申，在此例中提供開(kāi)關(guān)控制電路402、411是為了將電流限制到一個(gè)固定值，從而可以利用浮動(dòng)總線上的上升電壓來(lái)控制電磁發(fā)射量。電磁發(fā)射量取決于開(kāi)關(guān)控制電路的開(kāi)關(guān)接通和斷開(kāi)特性的銳度。圖5描述的是圖4的N型控制電路411的期望的傳輸特性的一個(gè)例子。圖5中所示的斜率確定了所說(shuō)開(kāi)關(guān)的有效電阻。在第一階段，當(dāng)電流和電壓上升時(shí)，產(chǎn)生電磁發(fā)射，同時(shí)在第二階段，電流保持基本上穩(wěn)定，并且所說(shuō)的電流用于把電荷置入保持電容器204和總線電容器CBUS213中。在圖5中的Vswitch代表在N型控制電路411中在Vlo和Sw之間的電壓差。當(dāng)電壓增加時(shí)，輸出電流也要增加，一直到Vsw約等于1伏，在這一點(diǎn)電流變?yōu)楹愣ㄖ?00毫安。
在圖6中，描述N型控制電路411的一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，函數(shù)F(Vctrl，Vout)根據(jù)在參考電壓VRef的比較結(jié)果控制輸出電流Iout601，參考電壓VRef來(lái)源于由源609產(chǎn)生的流過(guò)電阻R1604到地603的電流。參考電壓VRef包括輸入到誤差放大器608的電壓，誤差放大器608的第二輸入VCmp是由流過(guò)電阻器R0 605的輸出電流產(chǎn)生的。在電阻器值R1 604和R0 605之間的比提供確定在輸出電流和參考電流之間比例(scaling)?？刂七\(yùn)算器606可以保證當(dāng)輸出電壓變化時(shí)輸出電流基本上保持不變。當(dāng)Vout達(dá)到與VCmp相同的數(shù)值時(shí)，輸出調(diào)節(jié)不能維持整個(gè)輸出電流，因此電流下降。當(dāng)開(kāi)關(guān)“接通”時(shí)，在信號(hào)Vsw611的控制下，開(kāi)關(guān)610斷開(kāi)輸出電流Iout601。電阻器R2 612允許把控制電壓VCtrl拉到0伏以保證輸出的完全禁止。
圖7描述一個(gè)“N型控制”電路如以上結(jié)合圖6描述的電路的一個(gè)晶體管電平實(shí)施方案。
對(duì)于這種設(shè)計(jì)，將輸出分成兩個(gè)分支，對(duì)于分支A由DMOS開(kāi)關(guān)MND1 717控制，對(duì)于分支B由MND0 716控制。將輸出電流分成兩個(gè)路徑，允許在分支A中使用小的串聯(lián)連接電阻RBA714，以產(chǎn)生與所產(chǎn)生的參考電壓進(jìn)行比較的讀出電壓，而不會(huì)在主電流路徑分支B中引入附加的電阻。
輸入節(jié)點(diǎn)Iref722提供參考電流IR，參考電流IR通過(guò)電流反射鏡J_4 721、J_3 712、J_5 711彎折。反射鏡J_2 708、J_1 706、J_0 705彎折來(lái)自正電源的電流。反射鏡J_0 705將輸出電流加倍成為2IR，并提供校正偏置電流IR，用于連接成二極管的NMOS晶體管M2 702，并且使用其余的電流(也是IR)來(lái)產(chǎn)生在電阻器RIB718兩端的偏差電壓。理想的電流IR偏置兩個(gè)NMOS晶體管M3 703、M2720。器件M3703提供電路的增益。電壓IoRBA與從IRRIB獲得的參考電壓進(jìn)行比較，附加的電阻器RIA K719對(duì)于因?yàn)橄蚍种中的輸出電流增加參考電流IR引入的微小誤差進(jìn)行校正。對(duì)于在每個(gè)路徑中的電流IR，電阻器R0、RIA、RIB的值是相等的。從以下的公式獲得通過(guò)阻塞二極管D_2702的輸出電流Iout701的最終數(shù)值
Io＝IR·RIBRBAIout＝Io·(N+1)通過(guò)電阻器RO704在柵極驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)GataBA和GataBB補(bǔ)償由通過(guò)RBA714的電流在晶體管MND1的源極產(chǎn)生的偏差電壓。當(dāng)電路在平衡狀態(tài)操作時(shí)，通過(guò)RO704的電流與RIB718中的電流是相同的，這兩個(gè)元件具有相同的電壓。反饋回路RO704、MND1 717、RBA714、M2 720、RIB718、M3 703保證RO704兩端的電壓與RBA714兩端的電壓相同。當(dāng)在漏極節(jié)點(diǎn)上的輸出電壓仍然足夠大可以保持兩個(gè)DMOS開(kāi)關(guān)MND1 717和MND0 716飽和時(shí)，上述的條件仍然成立。在動(dòng)態(tài)條件下，例如在節(jié)點(diǎn)Iout上(并且因此在漏極上)的輸出下拉，一定量的電荷丟失到MND1 717的柵極上，因此RO714兩端的電壓降產(chǎn)生誤差。類似地，在MND0 716的柵極充電當(dāng)中損失的電流也要引入一個(gè)附加的誤差，這將改變NMOS晶體管M3 703的偏置狀態(tài)。如果柵極充電電流相對(duì)于偏置電流來(lái)說(shuō)很小，輸出電流(N+1)Io的精確度足夠用于這個(gè)設(shè)備。
通過(guò)控制信號(hào)Vsw710可以實(shí)現(xiàn)輸出節(jié)點(diǎn)的切換，控制信號(hào)Vsw710可驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O開(kāi)關(guān)SW_0 713和SW_1 715。當(dāng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，將兩個(gè)柵極節(jié)點(diǎn)GataBA和GataBB下拉到地，使兩個(gè)輸出DMOS晶體管MND1717和MND0 716截止。通過(guò)電流反射鏡J_1 706將通過(guò)開(kāi)關(guān)的電流損耗限制到IR。
通過(guò)圖8所示的電路可以解決由于結(jié)合圖7所述的輸出Iout701的轉(zhuǎn)換(slewing)引入的誤差。使用兩個(gè)確定比例的B類放大器825、826來(lái)緩沖原始的放大器輸出級(jí)的重復(fù)。為此目的，要增加NMOS晶體管N_9 824、晶體管ROX823、和電流反射鏡J_6 827。在輸出器件(MND1 817和MND0 816)處的N∶1比例要求在柵極電流中有類似的比例。這是通過(guò)確定緩沖器的比例實(shí)現(xiàn)的，驅(qū)動(dòng)GateBB的緩沖器825的強(qiáng)度是驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)GateBA的緩沖器826強(qiáng)度的N倍。當(dāng)電路接通時(shí)，由于在輸出DMOS器件上存在寄生柵極電容，所以輸出Iout使柵極節(jié)點(diǎn)的感應(yīng)電流開(kāi)始下降。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，緩沖器導(dǎo)通并且向柵極節(jié)點(diǎn)提供附加電流。當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，緩沖器停止提供附加電流。
現(xiàn)在回到圖7，當(dāng)禁止輸出時(shí)，放大器利用它的增益限制晶體管M3703使其被驅(qū)動(dòng)成截止?fàn)顟B(tài)。開(kāi)關(guān)713、715吸收通過(guò)其它級(jí)損失的偏置電流IR。在圖9中描述圖7電路的附加變化。圖9提供從控制輸入端到控制輸出端的切換時(shí)間的改進(jìn)。為了減小電路中的功率損耗，電路的變化是把偏置電流源分成兩個(gè)部分，以便用于每個(gè)分支。一個(gè)部分仍舊是靜態(tài)的，第二部分是可切換的。一個(gè)單獨(dú)的控制信號(hào)924、兩個(gè)附加的開(kāi)關(guān)925和926、并利用反射鏡器件927、923組合起來(lái)，以形成增強(qiáng)圖7的基本開(kāi)關(guān)控制電路。保持所說(shuō)的電路是部分偏置的，可確保電路的啟動(dòng)性能有所改善。維持總的電流比，以使當(dāng)電路接通時(shí)電路的行為與圖7電路的行為完全一樣。
圖8和圖9的增強(qiáng)電路還可以組合成單個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路以獲得兩個(gè)期望的改進(jìn)。在一個(gè)完全的電路實(shí)施方案中，電流反射鏡可能需要共射共基地放大(cascoding)，以增加它們的輸出阻抗。共射共基放大器件(cascode devices)的使用取決于輸出電流Iout所需的準(zhǔn)確度。；圖10中描述互補(bǔ)的“P型控制”電路的一個(gè)實(shí)施例。圖10基本上是圖7的電路的PMOS/PDMOS版本。在圖7中連接到地的反射鏡現(xiàn)在連接到正電源，對(duì)于其余的反射鏡情況反之亦然。P型器件代替N型器件，電路的操作仍舊是相同的。
雖然在這里詳細(xì)描述了優(yōu)選實(shí)施例，但對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在不偏離由下邊的權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種改進(jìn)、增加、替換等。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括一個(gè)浮動(dòng)總線(214、215)；一個(gè)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、103)，用于驅(qū)動(dòng)浮動(dòng)總線，功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)包括一個(gè)電荷泵電路；和至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路(402、411)，開(kāi)關(guān)控制電路耦合到浮動(dòng)總線與功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)，用于促進(jìn)浮動(dòng)總線的充電，并且用于控制來(lái)自所說(shuō)設(shè)備的電磁發(fā)射。
2.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路包括第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)，第一開(kāi)關(guān)控制電路包括至少一個(gè)P型晶體管電路，第二開(kāi)關(guān)控制電路包括至少一個(gè)N型晶體管電路，并且其中第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路包括互補(bǔ)電路。
3.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)電耦合到浮動(dòng)總線的第一總線節(jié)點(diǎn)(214)，第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)電耦合到浮動(dòng)總線的第二總線節(jié)點(diǎn)(215)。
4.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中電荷泵電路包括使用至少一個(gè)晶體管和二極管對(duì)(301、317；310、320)的集成電路。
5.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路(402、411)至少可在低速模式和高速模式操作，至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路的模式取決于期望的浮動(dòng)總線的充電速度。
6.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中浮動(dòng)總線包括具有高端總線節(jié)點(diǎn)(214)和低端總線節(jié)點(diǎn)(215)的一個(gè)平衡總線系統(tǒng)，并且其中至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路包括連接到高端總線節(jié)點(diǎn)的第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第一二極管(318)以及連接到低端總線節(jié)點(diǎn)的第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)和第二二極管(319)。
7.權(quán)利要求6的設(shè)備，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)是由一個(gè)參考電路(421)驅(qū)動(dòng)的，參考電路產(chǎn)生用于第一開(kāi)關(guān)控制電路的第一參考信號(hào)和用于第二開(kāi)關(guān)控制電路的第二參考信號(hào)。
8.權(quán)利要求7的設(shè)備，其中當(dāng)在第一開(kāi)關(guān)控制電路的第一端和第二端之間的電壓大于一個(gè)閾值的時(shí)候，第一開(kāi)關(guān)控制電路的輸出電流的數(shù)值是恒定的，這個(gè)數(shù)值取決于第一參考信號(hào)，并且其中當(dāng)在第二開(kāi)關(guān)控制電路的第一端和第二端之間的電壓大于所說(shuō)閾值的時(shí)候，第二開(kāi)關(guān)控制電路的輸出的數(shù)值是恒定的，這個(gè)數(shù)值取決于第二參考信號(hào)。
9.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中至少一個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自設(shè)備的電磁發(fā)射。
10.一種電路，包括第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)，第一開(kāi)關(guān)控制電路電耦合到浮動(dòng)總線的高端總線節(jié)點(diǎn)(214)；和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)，第二開(kāi)關(guān)控制電路電耦合到浮動(dòng)總線的低端總線節(jié)點(diǎn)，其中的第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路包括互補(bǔ)電路，用于通過(guò)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、103)控制浮動(dòng)總線的充電；和一個(gè)參考電路(421)，用于為第一開(kāi)關(guān)控制電路產(chǎn)生第一參考信號(hào)并且為第二開(kāi)關(guān)控制電路產(chǎn)生第二參考信號(hào)，并且其中第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)分別由第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路使用，用于通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自浮動(dòng)總線的電磁發(fā)射。
11.權(quán)利要求10的電路，其中功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、103)包括一個(gè)電荷泵電路，電荷泵電路包括集成電路。
12.權(quán)利要求10的電路，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)包括一個(gè)P型晶體管電路，第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)包括一個(gè)互補(bǔ)N型晶體管電路。
13.權(quán)利要求10的電路，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)每一個(gè)至少可在低速模式和高速模式操作，第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路的模式是通過(guò)第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)確定的，第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)是在響應(yīng)輸入控制信號(hào)時(shí)由參考電路(421)產(chǎn)生的，輸入控制信號(hào)取決于期望的浮動(dòng)總線充電速度。
14.一種方法，包括定制電耦合到浮動(dòng)總線的高端總線節(jié)點(diǎn)(214)的第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)的傳輸特性，并且定制電耦合到浮動(dòng)總線的低端總線節(jié)點(diǎn)(215)的第二開(kāi)關(guān)控制電路的傳輸特性，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路包括互補(bǔ)控制電路，用于通過(guò)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、103)控制浮動(dòng)總線的充電；并且，在使用時(shí)產(chǎn)生用于第一開(kāi)關(guān)控制電路的第一參考信號(hào)(PRef)和用于第二開(kāi)關(guān)控制電路的第二參考信號(hào)(NRef)，其中第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)分別由第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路使用，以便通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自浮動(dòng)總線的電磁發(fā)射。
15.權(quán)利要求14的方法，其中功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、103)包括一個(gè)電荷泵電路，電荷泵電路包括集成電路。
16.權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步還包括在具有電荷泵電路的集成電路上集成第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)。
17.權(quán)利要求14的方法，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)每一個(gè)至少可在低速模式和高速模式操作，第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路的模式是通過(guò)第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)確定的，第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)是由電耦合到第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路的參考電路(421)產(chǎn)生的，并且其中所說(shuō)的方法進(jìn)一步還包括向參考信號(hào)發(fā)生器提供一個(gè)輸入控制信號(hào)，用于控制第一參考信號(hào)的值和第二參考信號(hào)的值。
18.一種電路，包括用于定制電耦合到浮動(dòng)總線的高端總線節(jié)點(diǎn)(214)的第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)的傳輸特性、并且用于定制電耦合到浮動(dòng)總線的低端總線節(jié)點(diǎn)(215)的第二開(kāi)關(guān)控制電路的傳輸特性的裝置，其中第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)包括互補(bǔ)控制電路，用于通過(guò)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、107)控制浮動(dòng)總線的充電；和在使用時(shí)產(chǎn)生用于第一開(kāi)關(guān)控制電路的第一參考信號(hào)(PRef)和用于第二開(kāi)關(guān)控制電路的第二參考信號(hào)(NRef)的裝置，其中第一參考信號(hào)和第二參考信號(hào)分別由第一開(kāi)關(guān)控制電路和第二開(kāi)關(guān)控制電路使用，以便通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自浮動(dòng)總線的電磁發(fā)射。
全文摘要
為功率傳遞設(shè)備提供一種電磁發(fā)射控制電路和方法，所說(shuō)功率傳遞設(shè)備具有通過(guò)功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)(107、301、310、103)驅(qū)動(dòng)的浮動(dòng)總線。電磁發(fā)射控制電路包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路(402、411)，開(kāi)關(guān)控制電路耦合在浮動(dòng)總線和功率和數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間，用于促進(jìn)浮動(dòng)總線的充電并且用于通過(guò)約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率控制來(lái)自功率傳遞設(shè)備的電磁發(fā)射。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)控制電路包括第一開(kāi)關(guān)控制電路(402)和第二開(kāi)關(guān)控制電路(411)，第一開(kāi)關(guān)控制電路電耦合到浮動(dòng)總線的高端總線節(jié)點(diǎn)(214)，第二開(kāi)關(guān)控制電路電耦合到浮動(dòng)總線的低端總線節(jié)點(diǎn)(215)。在此之后，定制第一和第二開(kāi)關(guān)控制電路的傳輸特性，以便約束浮動(dòng)總線上的轉(zhuǎn)換速率。
文檔編號(hào)G11C5/14GK1711689SQ200380103492
公開(kāi)日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月18日
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