用于控制電荷泵的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制電荷泵的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電荷泵是一種直流(DC)到DC電壓轉(zhuǎn)換器電路，其能夠增加或減少由電壓源提供的電壓電平。電荷泵用于多種應(yīng)用/設(shè)備中，例如存儲(chǔ)器電路、電平移位器和電池器件。傳統(tǒng)的電荷泵被設(shè)計(jì)為在最差情況的工藝、電壓和溫度(PVT)條件下滿足規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。然而，在正?；蜃罴裀VT條件下，傳統(tǒng)電荷泵的性能可能下降。例如，傳統(tǒng)電荷泵的功率消耗和輸出電流經(jīng)常在正?；蜃罴亚闆r的PVT條件下升至高電平。因此，在正常或最佳情況的PVT條件下，傳統(tǒng)電荷泵經(jīng)受高電流峰值和高平均電流。為了處理高電流峰值和高平均電流，在基板上包括與電荷泵相鄰的大型低歐姆電源開(kāi)關(guān)和大型解耦電容器，以使得電源電壓穩(wěn)定。在一些情況中，需要使用附加的低壓降調(diào)節(jié)器(LDO)來(lái)將電源電壓調(diào)節(jié)至可接受的電平。此外，傳統(tǒng)的電荷泵可以經(jīng)受高輸出紋波，這會(huì)損壞其負(fù)載電路。因此，需要能夠在各種PVT條件下運(yùn)行良好的電荷泵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]描述了一種用于控制電荷泵的方法和一種用于電荷泵的控制設(shè)備的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于控制電荷泵的方法包括:監(jiān)控電荷泵的加電狀態(tài)；基于電荷泵的加電狀態(tài)計(jì)算電荷泵在時(shí)間周期內(nèi)的占空比；以及基于電荷泵的占空比，調(diào)整電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置中的至少一個(gè)。通過(guò)監(jiān)控電荷泵的加電狀態(tài)，計(jì)算電荷泵的占空比以及基于電荷泵的占空比調(diào)整電荷泵的設(shè)置，可以容易地管理電荷泵的性能，以適于多種PVT條件。還描述了其它實(shí)施例。
[0004]在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于控制電荷泵的方法包括:監(jiān)控電荷泵的加電狀態(tài)；基于電荷泵的加電狀態(tài)計(jì)算電荷泵在時(shí)間周期內(nèi)的占空比；以及基于電荷泵的占空比，調(diào)整電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置中的至少一個(gè)。
[0005]在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于電荷泵的控制設(shè)備包括:監(jiān)控器模塊，被配置為監(jiān)控電荷泵的加電狀態(tài)；以及控制器模塊，被配置為基于電荷泵的加電狀態(tài)計(jì)算電荷泵在時(shí)間周期內(nèi)的占空比以及基于電荷泵的占空比，調(diào)整電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置中的至少
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[0006]在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于控制電荷泵的方法包括:獲得電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置的強(qiáng)度級(jí)別，其中每個(gè)強(qiáng)度級(jí)別包括用于驅(qū)動(dòng)電荷泵的時(shí)鐘信號(hào)的頻率和電荷泵的總泵浦電容的唯一組合；基于電荷泵的加電狀態(tài)計(jì)算電荷泵在時(shí)間周期內(nèi)的占空比，如果電荷泵的占空比小于至少一個(gè)最小閾值，則將電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置的強(qiáng)度級(jí)別改變?yōu)閺?qiáng)度級(jí)別中具有用于驅(qū)動(dòng)電荷泵的時(shí)鐘信號(hào)的較低頻率或電荷泵的較小總泵浦電容的不同強(qiáng)度級(jí)別，如果電荷泵的占空比大于至少一個(gè)最大閾值，則將電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置的強(qiáng)度級(jí)別改變?yōu)閺?qiáng)度級(jí)別中具有用于驅(qū)動(dòng)電荷泵的時(shí)鐘信號(hào)的較高頻率或電荷泵的較大總泵浦電容的不同強(qiáng)度級(jí)別，以及如果電荷泵的占空比小于至少一個(gè)最大閾值且大于至少一個(gè)最小閾值，則保持電荷泵的時(shí)鐘頻率設(shè)置和電容設(shè)置的強(qiáng)度級(jí)別不變。
[0007]通過(guò)結(jié)合附圖以本發(fā)明的原理的示例的方式描述的以下【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明的實(shí)施例的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC器件的示意框圖；
[0009]圖2示出了圖1所示的電荷泵電路的實(shí)施例；
[0010]圖3示出了圖2所示的電荷泵電路的時(shí)鐘信號(hào)和加電狀態(tài)信號(hào)的波形的示例；
[0011]圖4是示出了圖2所示的控制器模塊的操作的流程圖；
[0012]圖5示出了圖2所示的電荷泵的操作參數(shù)的一些示例；
[0013]圖6示出了圖2所示的控制器模塊的實(shí)施例；
[0014]圖7是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例用于控制電荷泵的方法的處理流程圖。
[0015]在說(shuō)明書中，類似附圖標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)類似要素。
【具體實(shí)施方式】
[0016]容易理解的是，這里所一般地描述的以及附圖中所示出的實(shí)施例的組件可按照多種不同的配置進(jìn)行布置和設(shè)計(jì)。從而，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的以下具體描述(如附圖所示)不用于限制本公開(kāi)的范圍，而只是各個(gè)實(shí)施例的代表。盡管附圖中示出了實(shí)施例的多個(gè)方面，但是除非具體指示，附圖并不用于規(guī)定大小。
[0017]在各個(gè)方面認(rèn)為所描述的實(shí)施例只是示例性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍因此由所附權(quán)利要求而不是這一【具體實(shí)施方式】來(lái)指示。權(quán)利要求的等同范圍和意思內(nèi)的所有變更都被包含在其范圍內(nèi)。
[0018]說(shuō)明書通篇對(duì)特征、優(yōu)點(diǎn)或類似語(yǔ)言的提及并不意味著可通過(guò)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的所有特征和優(yōu)點(diǎn)被限制于任何單一的實(shí)施例中。相反地，提及特征和優(yōu)點(diǎn)的語(yǔ)言被理解為意思是結(jié)合實(shí)施例描述的具體特征、優(yōu)點(diǎn)或特性被包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。從而，說(shuō)明書通篇對(duì)特征和優(yōu)點(diǎn)以及類似語(yǔ)言的討論可以(但不是必要地)指相同的實(shí)施例。
[0019]此外，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可通過(guò)合適的方式對(duì)本發(fā)明的所描述的特征、優(yōu)點(diǎn)和特性進(jìn)行組合。相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，借助這里的具體描述，本發(fā)明可在不具有特定實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)具體特征或優(yōu)點(diǎn)的情況下得以實(shí)現(xiàn)。在其它情況中，某些實(shí)施例中的附加特征和優(yōu)點(diǎn)可能不在本發(fā)明的所有實(shí)施例中存在。
[0020]說(shuō)明書通篇對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”或類似語(yǔ)音的提及意味著結(jié)合所指示的實(shí)施例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施例中。從而，短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”和類似語(yǔ)言在說(shuō)明書通篇都指代(但不是必要地)相同的實(shí)施例。
[0021]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的IC器件100的示意框圖。在圖1所示的實(shí)施例中，IC器件包括時(shí)鐘電路102、電荷泵104和電荷泵控制器106。電荷泵和電荷泵控制器構(gòu)成電荷泵電路108。IC器件可用于多種應(yīng)用中，例如自動(dòng)化應(yīng)用、通信應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用、醫(yī)療應(yīng)用、計(jì)算機(jī)應(yīng)用和/或消費(fèi)或電器應(yīng)用。IC器件可實(shí)現(xiàn)在基板中，例如半導(dǎo)體晶元或印刷電路板(PCB)。在一個(gè)實(shí)施例中，IC器件被封裝為半導(dǎo)體IC芯片。IC器件可被包括在微控制器中，微控制器可用于例如設(shè)備控制、識(shí)別和/或無(wú)線通信。在一些實(shí)施例中，IC器件被包括在存儲(chǔ)器設(shè)備中，例如閃存存儲(chǔ)器模塊。盡管IC器件100在圖1中被示為包括具體組件，但是在一些實(shí)施例中，IC器件包括用于實(shí)現(xiàn)更少或更多功能的更少或更多的組件。舉例來(lái)講，IC器件可包括存儲(chǔ)單元或其它電路元件。
[0022]時(shí)鐘電路102被配置為生成針對(duì)IC器件100的具有頻率“fM”的時(shí)鐘信號(hào)“CLK”。時(shí)鐘電路可包括晶體振蕩器或其它適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘生成器，以及時(shí)鐘信號(hào)“CLK”可采用方波或其它適合波形的形式。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵控制器106的時(shí)鐘信號(hào)“CLK_GB” (具有頻率eB”)和用于驅(qū)動(dòng)電荷泵104的時(shí)鐘信號(hào)“CLK_PUMP”(具有頻率“fM PUMP”)是從時(shí)鐘信號(hào)“CLK”得到的。時(shí)鐘信號(hào)“CLK”通常是具有頻率“fM”的內(nèi)部時(shí)鐘，其隨著工藝、電壓和溫度(PVT)條件發(fā)生改變。由于時(shí)鐘信號(hào)“CLK_GB”是從時(shí)鐘信號(hào)“CLK”得到的，所以根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)“CLK”在各種PVT條件下的改變對(duì)時(shí)鐘信號(hào)“CLK_GB”的時(shí)鐘時(shí)間周期進(jìn)行調(diào)整。用于驅(qū)動(dòng)電荷泵控制器的時(shí)鐘信號(hào)“CLK_GB”的頻率eB”通常是時(shí)鐘信號(hào)“CLK”的頻率“faK”的一部分。用于驅(qū)動(dòng)電荷泵的時(shí)鐘信號(hào)“CLK_PUMP”的頻率“faK OTP”可以與時(shí)鐘信號(hào)“CLK”的頻率“fM”相同或者是其一部分。然而，在其它實(shí)施例中，用于驅(qū)動(dòng)電荷泵控制器106的時(shí)鐘信號(hào)“CLK_GB”并不是從由時(shí)鐘電路102生成的時(shí)鐘信號(hào)“CLK”得到的。
[0023]電荷泵104是直流(DC)到DC電壓轉(zhuǎn)換器電路，其使用一個(gè)或多個(gè)能量存儲(chǔ)元件110(例如電容器)來(lái)提高或降低由電壓源提供的電壓電平。電荷泵通常包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)器件，例如Π-溝道MOSFET (NMOS)晶體管或ρ-溝道MOSFET (PMOS)晶體管。電荷泵可以控制對(duì)能量存儲(chǔ)元件的充電和放電，以便提高或降低電荷泵的輸入電壓，以獲得期望的輸出電壓。電荷泵104的輸出電壓可以高于、等于或低于電荷泵104的輸入電壓。電荷泵可被用于生成對(duì)存儲(chǔ)器電路(例如非易失性存儲(chǔ)器電路或任何其它適當(dāng)電路)的供電。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵將輸入電壓上轉(zhuǎn)換為針對(duì)閃存存儲(chǔ)器的較高輸出電壓。<