高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路制造技术

本发明专利技术公开了一种高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路，包括比较器COMP1、比较器COMP2、比较器COMP3、反相器INV、开关S1至S4、电流源I

【技术实现步骤摘要】
高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路


[0001]本专利技术涉及电子
，具体涉及一种高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路。

技术介绍

[0002]随着芯片内部集成电源越来越普遍，面积成为芯片内部电源的主要考虑因素之一，由于电荷泵易于集成在芯片内的缘故，使其成为芯片内部电源最好的选择，而高开关频率电荷泵可以减少电荷泵的飞电容的容值，从而减小电荷泵的面积，因此高开关频率电荷泵成为片上电源的趋势。而多功能片上集成系统会从电源中吸收大量且经常变化的电流，因此会导致电源电压的上冲和下冲。电压上冲/下冲恢复时间长、电压上冲/下冲的电压幅度大，会降低片上集成系统的性能，甚至会导致片上集成系统的故障。所以高开关频率、电压恢复时间短的电荷泵成为值得研究的一个命题。
[0003]论文《An Integrated DC
–
DC Converter With Segmented Frequency Modulation and Multiphase Co
‑
Work Control for Fast Transient Recovery》提供了一种基于PFM控制的电荷泵的输出电压快速恢复方案，但其方案并不适用于高开关频率电荷泵。
[0004]该论文中提及的两种减小电压恢复时间的方案分别为：SFM(Segmented Frequency Modulation，分段频率调节)与MCW(Multiphase Co
‑
Work，多相共同工作)，现说明这两种方案存在的问题：/>[0005]首先电压上冲/下冲恢复时间是与输出电压R
out
有关：R
out
越大，电压上冲恢复时间越小；R
out
越小，电压下冲恢复时间越小。一般而言，电荷泵的输出电阻R
out
是由两部分组成，一部分为R
SSL
，另一部分为R
FSL
。其中R
SSL
与开关频率、飞电容成反比关系；R
FSL
与导通电阻成正比关系。根据论文《Analysis and Optimization of Switched
‑
Capacitor DC
–
DC Converters》中的描述可以知道：在开关高于一定的频率下R
out
已经由R
FSL
主导。
[0006]SFM方案中通过调节开关频率f
i
来增加R
out
以缩短电压上冲的恢复时间，可以判断该方案是基于调节R
SSL
，但依照论文《Analysis and Optimization of Switched
‑
Capacitor DC
–
DC Converters》中Fig.10所示，在高于一定的开关频率的前提下，R
out
已经由R
FSL
主导，此时仅仅依靠调节R
SSL
以缩短上冲电压恢复时间的效果是不明显的。
[0007]MCW方案中通过多相共同工作使得多个飞电容并联以增加飞电容的容值，由此减小R
out
以缩短电压下冲的恢复时间，但依照论文《Analysis and Optimization of Switched
‑
Capacitor DC
–
DC Converters》中Fig.10所示，在高于一定的开关频率的前提下，R
out
已经由R
FSL
主导，此时仅仅依靠调节R
SSL
以缩短下冲电压恢复时间的效果同样是不明显的。
[0008]该论文中SFM技术与MCW技术都是基于调节R
SSL
以此来获得较好效果的电压恢复能力，但是在高开关频率的前提下，输出电阻R
out
已经由R
FSL
占主导地位，因此在高开关频率的前提下仅仅依靠调节R
SSL
已经无太好的缩短输出电压上冲/下冲恢复时间的效果。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路，用以解决现有技术中缩短输出电压上冲/下冲恢复时间的技术手段在高开关频率的前提下效果差的问题。
[0010]为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]一种高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路，包括比较器COMP1、比较器COMP2、比较器COMP3、反相器INV、开关S1至S4、电流源I
S1
与电源漏I
D1
、电流源I
S2
与电源漏I
D2
、电容C
Ctrl
、压控震荡器VCO、开启电压V
gs
调整模块、电荷泵模块以及电荷泵模块内部的MOS管宽长比选择模块，其中：
[0012]比较器COMP1的正端输入连接输出电压V
out
，负端输入连接参考电压V
REF
，其钟控端连接时钟信号CLK
comp1
，输出端一方面直接连接至S2，另一方面通过反相器INV连接至S1；比较器COMP2的正端输入连接参考电压V
L
，负端输入连接V
out
，输出端向开启电压V
gs
调整模块输出开启电压调整信号；比较器COMP3的正端输入连接参考电压V
H
，负端输入连接V
out
，输出端连接至MOS管宽长比选择模块输出宽长比调整信号；
[0013]开关S1串联在电源端VDD与电流源I
S1
之间，开关S2串联在电流源I
S1
与电流漏I
D1
之间，S1、S2均由比较器COMP1控制；开关S3串联在电源极VDD与电流源I
S2
之间，由比较器COMP2控制；开关S4串联在电流源I
S2
与电流漏I
D2
之间，由比较器COMP3控制；
[0014]电流源I
S1
串联在开关S1与开关S2之间，由开关S1控制；电流漏I
D1
串联在开关S2与地端之间，由开关S2控制；电流源I
S2
串联在S3与S4之间，由开关S3控制：电流漏I
D2
串联在开关S4与地端之间，由开关S4控制；
[0015]电容C
Ctrl
一端连接至地端，另一端连接至压控震荡器VCO的输入端；
[0016]压控震荡器VCO的输入端连接在电流源I
S1
与S2之间、电流源I
S2
与S4之间，并连接所述电容C
Ctrl
；压控振荡器VCO输出端同时输出多个相位的时钟信号至开启电压V
gs
调整模块，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路，其特征在于，包括比较器COMP1、比较器COMP2、比较器COMP3、反相器INV、开关S1至S4、电流源I
S1
与电源漏I
D1
、电流源I
S2
与电源漏I
D2
、电容C
Ctrl
、压控震荡器VCO、开启电压V
gs
调整模块、电荷泵模块以及电荷泵模块内部的MOS管宽长比选择模块，其中：比较器COMP1的正端输入连接输出电压V
out
，负端输入连接参考电压V
REF
，其钟控端连接时钟信号CLK
comp1
，输出端一方面直接连接至S2，另一方面通过反相器INV连接至S1；比较器COMP2的正端输入连接参考电压V
L
，负端输入连接V
out
，输出端向开启电压V
gs
调整模块输出开启电压调整信号；比较器COMP3的正端输入连接参考电压V
H
，负端输入连接V
out
，输出端连接至MOS管宽长比选择模块输出宽长比调整信号；开关S1串联在电源端VDD与电流源I
S1
之间，开关S2串联在电流源I
S1
与电流漏I
D1
之间，S1、S2均由比较器COMP1控制；开关S3串联在电源极VDD与电流源I
S2
之间，由比较器COMP2控制；开关S4串联在电流源I
S2
与电流漏I
D2
之间，由比较器COMP3控制；电流源I
S1
串联在开关S1与开关S2之间，由开关S1控制；电流漏I
D1
串联在开关S2与地端之间，由开关S2控制；电流源I
S2
串联在S3与S4之间，由开关S3控制：电流漏I
D2
串联在开关S4与地端之间，由开关S4控制；电容C
Ctrl
一端连接至地端，另一端连接至压控震荡器VCO的输入端；压控震荡器VCO的输入端连接在电流源I
S1
与S2之间、电流源I
S2
与S4之间，并连接所述电容C
Ctrl
；压控振荡器VCO输出端同时输出多个相位的时钟信号至开启电压V
gs
调整模块，用于调节电荷泵模块的时钟频率；开启电压V
gs
调整模块的输入端接收压控震荡器VCO产生的多相时钟信号以及COMP2产生的开启电压调整信号，其输出端输出多相时钟信号给电荷泵模块中的MOS管宽长比选择模块；电荷泵模块接收开启电压V
gs
调整模块输出的多相时钟信号，传递至MOS管宽长比选择模块，同时MOS管宽长比选择模块接收来自于COMP3产生的宽长比调整信号，MOS管宽长比选择模块用于减少电荷泵模块内开关管的宽长比；电荷泵模块输出端为输出电压V
out
。2.根据权利要求1所述的高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路，其特征在于，当比较器COMP1输出为低电平时，S1闭合而S2断开；当比较器COMP1输出为高电平时，S1断开而S2闭合；当比较器COMP2输出高电平时，S3闭合；当比较器COMP2输出低电平，S3断开；当比较器COMP3输出高电平时，S4闭合；当比较器COMP3输出低电平，S4断开。3.根据权利要求1所述的高开关频率电荷泵的电压快速恢复电路，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：温树豪，余凯，李思臻，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：