使用間接輸出電壓感測的高電壓輸出分路調節器的製作方法

2023-12-11 17:19:17

專利名稱：使用間接輸出電壓感測的高電壓輸出分路調節器的製作方法
技術領域：
本申請案涉及包含高電壓調節電荷泵的功率轉換器裝置。

背景技術：
集成電路(IC)晶片上所實行的高電壓調節電荷泵通常具有有限負載電流驅動能力。這種有限負載電流驅動能力可以歸因於實行泵電容器的有限的具成本效益的可利用空間，該泵電容器對於高電壓應用而言，其每單位面積具有低電容。為了調節泵供應，大的反饋電阻器有必要限制用於低百分比的總負載驅動能力的電流，這是因為所使用的任何電流限制總的負載驅動能力。因此，泵電壓輸出越高，反饋電阻器的值越高並且任何輸出級的電壓需求也越高。標準高值並匹配良好的多晶矽電阻器的每平方材料通常展現低薄膜電阻，並且因此需要大的面積來實行。高值多晶矽電阻器需要額外的處理植入步驟來實行，從而增加額外成本。發明概述在一個實施方案中，提供ー種電壓調節器。該電壓調節器可以包含串聯耦合在輸出端與系統接地之間的ー個或多個齊納ニ極管。該電壓調節器也可以包含與該ー個或多個齊納ニ極管串聯耦合併且耦合在該ー個或多個齊納ニ極管與系統接地之間的電晶體。控制電路可以耦合到電晶體並且配置為調整電晶體以控制輸出電壓的電壓電平。控制電路可以包含參考齊納ニ極管，該參考齊納ニ極管具有大致上與該ー個或多個齊納ニ極管匹配的特性。控制電路可以經過配置使得電晶體大致上獨立於該ー個或多個齊納ニ極管的值而調整。附圖簡述在結合隨附圖式考慮下文詳細描述後將明白本發明的多個方面、實施方案、目標及優勢，其中在所有圖式中，相同的參考符號指代相同的部件。圖I圖解說明集成電路實例的高階功能方塊圖，該集成電路具有電荷泵，該電荷泵具有通過具有低電壓控制的分路調節器而調節的輸出電壓。圖2圖解說明圖I的分路調節器的實例的示意方塊圖。圖3圖解說明圖I的分路調節器的實例的電路圖。圖4圖解說明可與圖3的分路調節器一起使用的示例性電壓調節指示器電路的電路圖。圖5圖解說明圖I的分路調節器的另ー實例的電路圖，其中分路調節器具有用於產生負載獨立參考電流的電流鏡。
圖6是包含圖I的電荷泵和分路調節器的電子裝置的實例的方塊圖。附圖中主要組件的參考編號單100 系繞102電荷泵104分路調節器106集成電路(IC)晶片 108輸出端202分路齊納ニ極管204控制電路206參考齊納ニ極管208電晶體302 齊納電壓(Vz)305差分放大器306電阻器308電阻器310電阻器312 參考電壓 Vref314 低電壓 Aout2316Ishunt318參考電流Id400 電路402輸出端404電流鏡502 電壓 Vz2504電流鏡506 電流源 12900電子裝置902系統電路板903處理器904電可擦除存儲器906顯示器908顯示器控制器
具體實施例方式本發明的實施方案可以降低晶片上高電壓調節電荷泵的成本。本發明的實施方案可以在分路調節器配置中採用ー串齊納ニ極管，該分路調節器配置具有低電壓控制電路來調節高電壓輸出。參考圖式描述主_，其中在所有圖式中相同參考符號用於指代相同元件。在下列描述中，出於說明目的，闡明許多特定詳情以便提供對本發明的透徹理解。然而，顯然的是可以在不具有這些特定詳情的情況下實踐主在其他例子中，眾所周知的結構和裝置以方塊圖形式顯示以便有助於描述本發明。此外，詞「實例」在本文中用於意指充當實例、例子或圖解。本文中描述為「實例」的任何方面或設計不一定被解釋為優於其他方面或設計的優選或有利方面或設計。而是，詞「實例」的使用g在以具體方式呈現概念。此外，詞「耦合」在本文中用於意指直接或間接的電耦合或機械耦合。參考

圖1，圖解說明用於實行根據本公開內容的ー個方面的高電壓調節電荷泵102和分路調節器104的例示性系統100。在一個實例中，電荷泵102和分路調節器104布置在集成電路(IC)晶片106上。在其他實例中，電荷泵102和分路調節器104可以由分立組件和/或多個IC組成。系統100的分路調節器104採用ー串齊納ニ極管(例如，三個齊納ニ極管)使來自電荷泵102的過量電流分流以便調節輸出端108處的高輸出電壓Vout。分路調節器104 可利用齊納ニ極管串(例如，三個齊納ニ極管箝位)而在輸出端108處產生高輸出電壓。在一個實例中，輸出端108處的高輸出電壓可以為至少10V。在另ー實例中，輸出端108處的高輸出電壓可以為至少15伏。在另ー實例中，在輸出端108處的高輸出電壓可以為至少18V或任何所需高電壓值。分路調節器104中所利用的齊納ニ極管串可以在IC晶片106上佔據比傳統調節器相對較小的面積。根據ー個實施方案，IC晶片106上被齊納ニ極管串所佔據的總面積可以比現有調節器中所利用的面積小至少5到13倍，因為分路調節器104的一些實例不使用傳統調節器所使用的大型反饋電阻器。在操作中，電荷泵102可以在輸入端處接收電壓Vin，並在輸出端108處產生輸出電壓Vout。分路調節器104可以耦合到輸出端108並且可以將輸出電壓Vout調節為在所需電壓範圍內。特定而言，在電荷泵102所提供的電カ變化以及負載變化的情況下，分路調節器104可以嘗試調節輸出電壓Vout。在使用在低於輸出電壓Vout的電壓下操作的控制電路的同時，分路調節器104可提供這種電壓調節。下文提供關於分路調節器104的更多詳情。現在參考圖2，其圖解說明圖I的分路調節器104的一個實施方案的示意方塊圖。分路調節器104可以包含一串(即，串聯耦合的)齊納ニ極管202、控制電路204(例如，低電壓放大器迴路)、參考齊納ニ極管206以及電晶體208。該串齊納ニ極管202可以耦合到輸出端108。該串齊納ニ極管202可以彼此串聯耦合併且與電晶體208串聯耦合。特定而言，該串齊納ニ極管202和電晶體208可串聯耦合在輸出端108與系統接地(例如，0V，地面接地)之間。電晶體208可受控制電路204控制。控制電路204可以部分基於從參考齊納ニ極管206獲得的參考電壓(Vz)控制電晶體208。在操作中，電晶體208和齊納ニ極管202可以通過汲取到系統接地的過量電流而調節輸出端108處的輸出電壓。低電壓控制電路204可以控制電晶體208使得當在輸出端108處存在過量電流時(例如，當電荷泵102調節過度吋，即當電荷泵102提供多於負載所用的電流時)，電晶體208經過調整而從輸出端108汲取額外電流；由此減小輸出端108處輸出電壓Vout的升高。相反地，低電壓控制電路204可以控制電晶體208使得當在輸出端108處存在不充足電流時(例如，當電荷泵102調節不足時，即當負載和分路調節器104正汲取多於電荷泵102所提供的電流時)，電晶體208經過調整而從輸出端108處汲取較少電流；由此減小108處輸出電壓Vout的下降。低電壓控制電路204可以將跨參考齊納ニ極管206的電壓降用作參考電壓。在一個實例中，參考齊納ニ極管206可配置為具有大致上與該串齊納ニ極管202匹配的特性。在一個實例中，分路調節器104可以製造在單片集成電路上來實現匹配參考齊納ニ極管206和該串齊納ニ極管202的極好特性(例如，電流-電壓曲線)。圖3是分路調節器104的實例的電路圖。分路調節器104可以包含圖2中所示的該串齊納ニ極管202、控制電路204、參考齊納ニ極管206以及電晶體208。如所示，該串齊納ニ極管202以反向偏壓配置耦合在輸出電壓108與系統接地之間。即，齊納ニ極管202可以經過耦合使得陰極朝向輸出電壓108並且陽極朝向系統接地。由於齊納ニ極管202串聯耦合，所以當跨齊納ニ極管202的電壓降(N X Vz 304)等於或高於每個ニ極管202的齊納電壓(Vz)的和時，齊納ニ極管202將導通。即，當電壓降等於或大於N X Vz吋，N個齊納ニ極管202將導通。在一個實例中，ニ極管202的齊納電壓是5V使得跨圖3中的該串齊 納ニ極管202的電壓降為15V。電晶體208與該串齊納ニ極管202串聯耦合併耦合在齊納ニ極管202與系統接地之間。該串齊納ニ極管202與電晶體208的這種串聯可以稱為「分路電流路徑」。分路電流路徑將在輸出電壓Vout大於跨齊納ニ極管202的齊納電壓降時以及在電晶體208處於導通模式時導通(即，從輸出電壓108汲取較少電流)。電晶體208被控制用於在調節過度時段期間從輸出電壓Vout汲取電流。在電壓N X Vz2+Aout2(314)下調節輸出電壓Vout，其中Aout2小於Vz。當存在有限輸出電流能力(例如，歸因於電荷泵102中的小泵電容器)時，分路調節器104可以幫助產生高電壓輸出108，這是因為當調節不足吋，電流不是從輸出電壓汲取。這可以比具有電阻器鏈直接感測輸出電壓Vout的電路有利。參考齊納ニ極管206可以具有對應的齊納電壓(Vz) 302。齊納ニ極管202串中的每個齊納ニ極管也可以具有ー個齊納電壓Vz作為ー個近似值。跨該串齊納ニ極管202的電壓可以等於分路中的齊納ニ極管數目(N)乘以Vz或N Vz0在一個實施方案中，Vz可以是5V。當N是3時，跨齊納ニ極管202串的電壓可以為15V。當高輸出電壓Vout調節不足吋，不從輸出端108汲取電流。這可以使電荷泵102能夠在高負載時段期間提供其大部分輸出電流或全部輸出電流給負載。當電荷泵102上升到調節電壓(例如，通過降低負載汲取)吋，齊納柵極ニ極管202串和控制電路204可以通過將過量電流分流到系統接地而調節高輸出電壓Vout。儘管齊納ニ極管202串包含3個齊納ニ極管(zdl、zd2和zd3)，但是齊納ニ極管202串可以包含任何數目個齊納ニ極管。齊納ニ極管202串和參考齊納ニ極管206可以用任何適合的匹配良好的壓降元件例如ニ極管VBE、電阻器或肖特基ニ極管替代。在分路調節器路徑配置中，這消除了對直接輸出電壓感測的需要並且也消除了對高值電阻器的需要，直接輸出電壓感測和高值電阻器在集成電路內實行可能是困難的且/或昂貴的。在一個實例中，控制電路204可以包含差分放大器305、包含多個電阻器306、308、310的反饋網絡以及參考齊納ニ極管206。差分放大器305可以具有耦合到電晶體208的控制輸入端的輸出端。舉例而言，如果電晶體208是場效應電晶體(FET)，那麼差分放大器305的輸出可以耦合到FET的柵極。為控制差分放大器305的輸出，反饋網絡(例如，電阻器306、308、310)可以稱合到差分放大器305的非反相輸入端和反相輸入端中的任一者或兩者。在一個實例中，反饋網絡包含耦合在反相輸入端與參考齊納ニ極管206所提供的齊納電壓(Vz)之間的第一電阻器306。參考齊納ニ極管206可以反向偏壓配置耦合使得陰極耦合到第一電阻器306並且陽極耦合到系統接地。反饋網絡也可以包含第二電阻器308，其耦合在反相輸入端與系統接地之間；以及第三電阻器310，其耦合在反相輸入端與在一個或多個齊納ニ極管202與電晶體208之間的ー個點之間。差分放大器305的非反相輸入端可以耦合到參考電壓Vref 312。在這個配置中，可基於電阻器R1306、R2308和R3310的值；Vref312的值、N x Vz304;以及Vz 302判定高輸出電壓Vout。可根據等式(I)判定高輸出電壓Vout:
Vout = Vref(R3/R2+R3/Rl+l)-VzR3/Rl+NVz (I)因此,可基於差分放大器305的非反相輸入端處的參考電壓Vref312控制輸出電壓108。特定而言，控制電路204可以比較參考電壓Vref312和在一個或多個齊納ニ極管202與電晶體208之間的點處的低電壓。當在一個或多個齊納ニ極管202與電晶體208之間的點處的電壓相對於參考電壓Vref 312而言太高時，控制電路204可以通過調整電晶體208而從高輸出電壓Vout汲取額外電流。當在一個或多個齊納ニ極管202與電晶體208之間的點處的電壓相對於參考電壓Vref312而言太低時，控制電路204可以通過調整電晶體208從高輸出電壓Vout汲取較少電流。另外，如等式I所示，當R3/R1 = N吋，由於控制電路204的求和配置，可以消除齊納ニ極管302的處理可變性(例如，值)。即，在ー個實例中，參考齊納ニ極管206可以經過選擇而具有與一個或多個齊納ニ極管302相同的特性(例如，電流-電壓曲線)，並且第三電阻器R3 310的值除以第一電阻器R1306的值可以設置為ー個以上齊納ニ極管202中齊納ニ極管的數目。在圖3所示的實例中，R3/R1將設置為3。根據ー個實例，低電壓Aout2 314可以是Vz的任何所需分數值使得高輸出電壓Vout可以等於NVz+Aout2並且可採用任何所需值。當NxVz = R3/R1時，Vz的所有變化消除，並且高電壓輸出Vout取決於參考電壓Vref 312的值和極其匹配的電阻器306、308、310的比率，而非取決於齊納ニ極管202的值。在實踐中，如果分路電流(Ishunt 316)比參考電流Id 318 (參考ニ極管電流)大很多，那麼可能必須調整齊納ニ極管202串中的N個齊納ニ極管的大小來減小對應的電阻性斜率電阻，以便在分路電流Ishunt 316的大變化範圍內維持輸出電壓Vout的精確性。對於第一階而言，輸出電壓Vout的精確性取決於參考電壓Vref 312、控制電路204的電阻器Rl 306、R2 308、R3 310的匹配性和齊納ニ極管202的斜率電阻。現在參考圖4，圖解說明可以為分路調節器104提供電壓調節指示信號的示例性電路400。電路400可以輸出電壓調節指示信號(例如，調節中信號)來指示輸出端108處的輸出電壓Vout處於或高於所需電壓。在一個實例中，負載可配置為接收電壓調節指示信號作為分路調節器104正在調節輸出電壓Vout以及輸出電壓Vout處於(或高幹)所需電壓的指示。因此，任何組件和/或電路(諸如晶片上只讀存儲器，諸如電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)，其必須具有已知的供應電壓以便成功地執行循環，諸如擦除或寫入)利用已調節的供應得知調節何時達成。根據ー個實施方案，通過比較流過ー個或多個齊納ニ極管202的電流與可以指示輸出電壓Vout已經達到調節電壓的參考電流而產生電壓調節指示信號。當流過ー個或多個齊納ニ極管的電流超出參考電流吋，舉例而言，可以利用電壓調節指示信號以使使用已調節的供應的任何電路可得知調節何時達成。電壓調節指示信號可以使任何電路可感測輸出何時正處於調節中，而無需直接觀察和/或直接監控輸出電壓Vout。電路400可以包含電流鏡404。電流鏡404可以是半導體場效應電晶體(例如，M0SFET)1 I N1/N2電流鏡。N1、N2和18有助於偵測到何時分路電流Ishunt 316 (流過齊納ニ極管202串)的電流大於參考電流Id 318(圖2和圖3中所示的參考齊納ニ極管206中設置的電流)。當Ishunt 316大於Id 318時，輸出端108處的輸出電壓Vout已經達到其所需調節電壓。為了警示利用輸出電壓Vout的組件和/或電路，可以從輸出402提供電壓調節指示信號(Vout_ok)。當Ishunt 316大於Id 318並且Vout已經達到其調節高電壓時，電壓調節指示信號可為高。舉例而言，指示Vout正處於調節中的電壓調節指示信號可 以是Vdc供電軌相關的電壓。現在參考圖5，圖解說明分路調節器104的另ー示例性配置。圖5中所示的電路可以提供高電壓調節，同時確保輸出端108處的輸出電壓無關於流過ー個或多個齊納ニ極管202的分路電流(Ishunt)和一個或多個齊納ニ極管206的斜率電阻(Rslope)。為達到這個目的，可以提供修正參考電流給參考齊納ニ極管206。修正參考電流可以基於流過齊納ニ極管202串的分路電流Ishunt 316的電流鏡。當Ishunt 316負載是 Id 318時，參考電流Id 318是用於參考ニ極管206的低參考電流。對於Ishunt 316 >> Id 318，可以使用修正參考電流。修正參考電流可以包含將Ishunt 316加到Id 318使得一個或多個齊納ニ極管202和參考齊納ニ極管206兩者的斜率電阻都變得更接近地匹配。這可消除輸出電壓Vout對分路電流Ishunt 316和對形成分路的齊納ニ極管202串的斜率電阻的相關性。如上文所述，可以根據等式⑴判定圖3的電路的輸出電壓。在等式⑴中，使用近似法使得跨參考齊納ニ極管206的電壓302近似等於跨分路齊納ニ極管202中每ー個ニ極管的電壓304。然而，在實踐中，這種近似法並非總是這樣。近似無法法保持的一個例子是當Ishunt 316比Id 318大很多時。圖5的電路可以解決這個問題，並且可以精確地判定輸出電壓Vout。可以通過等式(2)得出圖5的電路的輸出電壓Vout Vout = Vref(R3/R2+R3/R1+1)-Vz I(R3/R1)+NVz2(2)在實踐中，跨齊納ニ極管的電壓取決於齊納ニ極管的斜率電阻。更準確地說，跨圖5的參考齊納ニ極管206的電壓Vz 1302可表示為取決於參考齊納ニ極管206的正確參考電流(Id 318+Ishunt 316)和有效斜率電阻(Rslope)。電流Id 318是恆定電流。參考齊納ニ極管206的有效斜率電阻是具有相同大小的齊納ニ極管的有效斜率電阻。跨參考齊納ニ極管206的電壓302 (Vzl)顯示在等式(4)中Vzl = Vz+(Id+Ishunt) Rslope(4)類似地，跨齊納ニ極管202串中的每個齊納ニ極管(在圖5中圖解說明，N = 3 zdl、zd2、zd3)的電壓Vz2502取決於齊納ニ極管202串中每個齊納ニ極管(zdl、zd2，、zd3)的分路調節電流Ishunt 316和有效斜率電阻(Rslope)。分路調節電流Ishunt 316是可變的(例如，其可以變大)。齊納ニ極管202串中的每個齊納ニ極管的有效斜率電阻(Rslope)是具有相同大小的齊納ニ極管的有效斜率電阻。跨齊納ニ極管202(zdl、zd2，、zd3)中的每個齊納ニ極管的電壓Vz2 502顯示於等式(5)中Vz2 = Vz+Ishunt Rslope(5)用等式(4)替代Vzl並且用等式(5)替代Vz2，那麼等式(2)變成Vout = Vref(R3/R2+R3/R1+1)-(Vz+(Id+Ishunt)Rslope)(R3/R1)+N(Vz+IshuntRslope) (6)在不具有分路電流Ishunt 316的情況下,項(Id+Ishunt) Rslope可能不足夠接近IshuntRslope，並且因此跨參考齊納ニ極管206的電壓Vzl 302可能不等於跨齊納ニ極管202串的電壓Vz2502。因此，當R3 310/R1 306 = N時，項Vzl 302和項Vz2 502將不會彼 此抵消。在等式(6)中，顯然的是當Ishunt 316 >> Id 318時,通過將Ishunt316加到Id 318，可以使修正參考電流近似等於Ishunt 316，並且當R3 310/R1 306 = N時，Vzl 302和Vz2 502可以抵消。因此，Vout 108的精確性將取決於參考電壓Vref 312以及涉及Rl306、R2 308和R3310的電阻器比率。圖5所示的電路可以通過確保使修正參考電流近似等於Ishunt316而實現輸出電壓Vout，該輸出電壓Vout僅取決於參考電壓Vref312以及涉及Rl 306、R2 308和R3 310的比率。首先偵測到分路電流(Ishunt)並且將其複製到源。舉例而言，可感測到分路電流(Ishunt)流過電晶體208的漏極。如所示,這可通過電流鏡504完成。電流鏡504可以是nMOS (η型金屬氧化物半導體場效應電晶體)，其可充當電流鏡(NI和Ν2)用於感測流過漏極Pl的分路電流。分路電流Ishunt316可以反映到電源(例如，圖5中所示作為電流源12的VDC電源)上的類似的pMOS (P型金屬氧化物半導體場效應電晶體)電流鏡。接著修正參考電流(Ishunt 316+Id 318)可提供給參考齊納ニ極管206。當Ishunt 316比Id 318大很多時，流到參考齊納ニ極管206中的電流近似為Ishunt 316，並且當R3 310/R1 306 =N時，等式(6)簡化為Vout = Vref(R3/R2+R3/R1+1)(7)其中Vout無關於齊納ニ極管202的分路電流(Ishunt)和斜率電阻(Rslope)。這使得可消除輸出電壓(Vout) 108對202與206的分路電流(Ishunt 316)和Rslope電阻的相關性。儘管圖5中圖解說明利用nMOS和pMOS系統的系統，但是可以將Ishunt 316複製到參考齊納ニ極管206中的任何類型的電路是在本公開內容的範圍內。圖6是包含電荷泵和分路調節器電路100的示例性裝置900的方塊圖。電子裝置900可以是任何適合的電子裝置，諸如電視機、監控器、行動電話、電腦、平板型電腦、膝上型電腦或其他裝置。電子裝置900可以包含系統電路板902，系統電路板902於其上具有處理器903和電可擦除存儲器(例如，EEPR0M)904。電可擦除存儲器904可耦合到處理器902。電可擦除存儲器904也可以耦合到電荷泵和分路調節器電路100。電荷泵和分路調節器電路100可配置為接收輸入電壓(Vin)並升高輸入電壓到較高電壓供電可擦除存儲器904使用。在一個實例中，電荷泵和分路調節器電路100可以提供高輸出電壓用於擦除電可擦除存儲器904。系統電路板902可耦合到顯示器906。系統電路板902可配置為提供輸出通道給顯示器906，並且輸出通道可通過電可擦除存儲器904而編程。顯示器906可以受顯示器控制器908控制。在操作中，可以通過致使電荷泵和分路調節器電路100輸出高電壓到電可擦除存儲器904，從而擦除電可擦除存儲器904使得電可擦除存儲器904可被重新編程而重新編程輸出通道。分路調節器可以調節輸出電壓使得輸出電壓不會上升到高於適合於電可擦除存儲器904的電壓。應理解，圖6所示的電子裝置900僅僅是ー個實例，並且電荷泵和分路調節器電路100可在其他電子裝置中使用。上文已描述的是本發明的多個實施方案。儘管已經僅關於多個實行方案中的ー個實行方案公開了ー個實施方案的特定特徵，但是這個特徵可以與任何給定或特定應用所需的和對該應用有利的其他實行方案的一個或多個其他特徵組合。此外，就術語「包含」、「具有」、「含有」、其變體以及其他類似術語用於詳細描述或權利要求項中而言，這些術語旨在 用類似於術語「包括」的方式而意為包含作為開放過渡詞，而不排除任何額外或其他元件。上文所述的組件和電路元件可以是任何適合的值，以便實行本發明的實施方案。舉例而言，電阻器可以具有任何適合的電阻，放大器可以提供任何適合的増益，電流源可以提供任何適合的安培數等等。電阻器和電容器可以具有任何適合的值且/或彼此間具有任何特定比率。此外，放大器可以包含任何適合的増益。當然，不可能出於描述本主g的目的而描述組件或動作的每個可設想到的組合，但是應明白本發明的許多其他組合和改變是可能的。因此，本主在包含處於隨附權利要求書的精神和範圍中的所有這些變更、修改和變動。
權利要求
1.一種電壓調節器，其包括 一個或多個齊納二極體，其串聯耦合在輸出端與系統接地之間，所述一個或多個齊納二極體經過耦合使得陰極朝向輸出電壓並且陽極朝向系統接地； 電晶體，其與所述一個或多個齊納二極體串聯耦合且耦合在所述一個或多個齊納二極體與系統接地之間；以及 控制電路，其耦合到所述電晶體並且配置為調整所述電晶體以控制所述輸出電壓的電壓電平，所述控制電路包含參考齊納二極體，所述參考齊納二極體具有大致上匹配於所述一個或多個齊納二極體的特性，所述控制電路經過配置使得電晶體大致上獨立於所述一個或多個齊納二極體的值而調整。
2.根據權利要求I所述的電壓調節器，其中所述一個或多個齊納二極體包括多個彼此串聯耦合的齊納二極體。
3.根據權利要求I所述的電壓調節器，其中所述控制電路包含放大器迴路。
4.根據權利要求3所述的電壓調節器，其中所述放大器迴路控制所述電晶體使得所述一個或多個齊納二極體與所述電晶體之間的電壓不會上升到高於基於參考電壓的值。
5.根據權利要求3所述的電壓調節器，其中所述放大器迴路包括 差分放大器，其具有反相輸入端、非反相輸入端以及輸出端，所述非反相輸入端耦合到參考電壓，並且所述輸出端耦合到所述電晶體； 第一電阻器，其耦合在所述反相輸入端與所述參考齊納二極體之間； 第二電阻器，其耦合在所述反相輸入端與系統接地之間；以及 第三電阻器，其耦合在所述反相輸入端與所述一個或多個齊納二極體與所述電晶體之間的一個點之間。
6.根據權利要求5所述的電壓調節器，其中所述放大器迴路經過配置使得所述第一電阻器除以所述第三電阻器的值等於所述一個或多個齊納二極體中的齊納二極體的數目。
7.根據權利要求6所述的電壓調節器，其中所述參考齊納二極體耦合在所述第一電阻器與系統接地之間使得陰極朝向所述第一電阻器，並且陽極朝向系統接地，其中參考電流流過所述參考齊納二極體。
8.根據權利要求7所述的電壓調節器，其包括 電流鏡，其配置為反映流過所述一個或多個齊納二極體進入所述參考齊納二極體中的電流。
9.根據權利要求I所述的電壓調節器，其包括 電壓調節指示器電路，其配置為比較流過所述一個或多個齊納二極體的分路電流與第二參考電流，並且在流過所述一個或多個齊納二極體的所述電流大於所述第二參考電流時輸出所述輸出電壓正處於調節中的指示。
10.一種調節輸出電壓的方法，所述方法包括 基於具有反饋網絡和參考電壓的放大器迴路在呈反向偏壓配置的一個或多個齊納二極體的陰極處輸出電壓，所述一個或多個齊納二極體串聯耦合在輸出電壓與系統接地之間； 如果所述一個或多個齊納二極體的所述陰極處的所述電壓高於基於所述反饋網絡和所述參考電壓的值，則從流過所述一個或多個齊納二極體的所述輸出電壓汲取額外電流；以及 如果所述一個或多個齊納二極體的所述陰極處的所述電壓低於所述值，則從流過所述一個或多個齊納二極體的所述輸出電壓汲取較少電流。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述放大器迴路包含差分放大器，所述差分放大器具有反相輸入端、非反相輸入端以及輸出端，所述非反相輸入端耦合到所述參考電壓，並且所述輸出端耦合到電晶體； 其中所述反饋網絡包含 第一電阻器，其耦合在所述反相輸入端與參考齊納二極體之間； 第二電阻器，其耦合在所述反相輸入端與系統接地之間；以及 第三電阻器，其耦合在所述反相輸入端與在所述一個或多個齊納二極體與所述電晶體之間的一個點之間。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述參考齊納二極體耦合在所述第一電阻器與系統接地之間使得陰極朝向所述第一電阻器並且陽極朝向系統接地，並且所述參考齊納二極體具有大致上與所述一個或多個齊納二極體匹配的特性；以及 其中所述放大器迴路經過配置使得所述第一電阻器除以所述第三電阻器的值等於所述一個或多個齊納二極體中的齊納二極體的數目。
13.根據權利要求12所述的方法，其中汲取額外電流包含在所述輸出電壓高於所述參考電壓乘以所述第三電阻器除以所述第二電阻器的值加所述第三電阻器除以所述第一電阻器的值加I的和時汲取額外電流；以及 其中汲取較少電流包含在所述輸出電壓低於參考電壓乘以所述第三電阻器除以所述第二電阻器的值加所述第三電阻器除以所述第一電阻器的值加I的和時汲取較少電流。
14.根據權利要求11所述的方法，其包括 當流過所述一個或多個齊納二極體的分路電流大於流過所述參考齊納二極體的電流時，輸出指示所述輸出電壓正處於調節中的信號。
15.根據權利要求11所述的方法，其包括 反映流過所述一個或多個齊納二極體進入所述參考齊納二極體中的電流。
16.—種集成電路,其包括 電荷泵，其具有用於接收輸入電壓的輸出端和用於提供輸出電壓的輸出端；以及 分路調節器，其耦合到所述電荷泵的所述輸出端，所述分路調節器包括 一個或多個壓降元件，其耦合在所述電荷泵的輸出端與系統接地之間； 電晶體，其與所述一個或多個壓降元件串聯耦合併且耦合在所述一個或多個壓降元件與系統接地之間；以及 放大器迴路，其耦合到所述電晶體並且配置為調整所述電晶體以汲取到系統接地的過量電流以便控制所述輸出電壓，所述放大器迴路包含參考壓降元件，所述參考壓降元件具有大致上與所述一個或多個壓降元件匹配的特性，所述控制電路經過配置使得所述電晶體大致上獨立於所述一個或多個壓降元件的值而調整。
17.根據權利要求16所述的集成電路，其中所述放大器迴路包括 差分放大器，其具有反相輸入端、非反相輸入端以及輸出端，所述非反相輸入端耦合到參考電壓，並且所述輸出端耦合到所述電晶體；第一電阻器，其耦合在所述反相輸入端與所述參考壓降元件之間； 第二電阻器，其耦合在所述反相輸入端與系統接地之間；以及第三電阻器，其耦合在所述反相輸入端與在所述一個或多個壓降元件與所述電晶體之間的一個點之間。
18.根據權利要求17所述的集成電路，其中所述放大器迴路經過配置使得所述第一電阻器除以所述第三電阻器的值等於所述一個或多個壓降元件中的壓降元件的數目。
19.根據權利要求16所述的集成電路，其中一個或多個壓降元件包含下列元件中的一個或多個電阻器、呈正向偏壓配置的二極體、或呈反向偏壓配置的齊納二極體。
20.一種電子裝置，其包括 處理器； 電可擦除存儲器，其耦合到所述處理裝置；以及 調節電壓轉換器，其配置為提供電力給所述電可擦除存儲器，所述調節電壓轉換器包含 電荷泵，其具有用於接收輸入電壓的輸入端以及用於提供電力給所述電可擦除存儲器的輸出端；以及 分路調節器，其耦合到所述電荷泵的輸出端，所述分路調節器包含 一個或多個齊納二極體，其以反向偏壓配置耦合在所述電荷泵的輸出端與系統接地之間； 電晶體，其與所述一個或多個齊納二極體串聯耦合併且耦合在所述一個或多個齊納二極體與系統接地之間； 差分放大器，其具有反相輸入端、非反相輸入端以及輸出端，所述非反相輸入端耦合到參考電壓，並且所述輸出端耦合到所述電晶體的柵極； 參考齊納二極體，其配置為具有流過其的參考電流並且以反向偏壓配置耦合；以及反饋網絡，其耦合到所述差分放大器、所述參考齊納二極體以及所述一個或多個齊納二極體與所述電晶體之間的一個點，其中所述反饋網絡經過配置使得所述電晶體大致上獨立於所述一個或多個齊納二極體的值而調整。
21.根據權利要求20所述的電子裝置，其中所述反饋網絡包含 第一電阻器，其耦合在所述反相輸入端與所述參考齊納二極體之間； 第二電阻器，其耦合在所述反相輸入端與系統接地之間；以及 第三電阻器，其耦合在所述反相輸入端與在所述一個或多個齊納二極體與所述電晶體之間的一個點之間。
22.根據權利要求21所述的電子裝置，其中所述反饋網絡經過配置使得所述第一電阻器除以所述第三電阻器的值等於所述一個或多個齊納二極體中的齊納二極體的數目。
23.根據權利要求20所述的電子裝置，其中所述參考齊納二極體具有類似於所述一個或多個齊納二極體的電流-電壓曲線。
全文摘要
本文所公開的實施方案提供一種電壓調節器，該電壓調節器具有串聯耦合在輸出電壓與系統接地之間的一個或多個齊納二極體。該一個或多個齊納二極體是呈反向偏壓配置。電晶體與該一個或多個齊納二極體串聯耦合併耦合在該一個或多個齊納二極體與系統接地之間。控制電路耦合到該電晶體並且配置為調整該電晶體以控制該輸出電壓的電壓電平。該控制電路經過配置使得電晶體大致上獨立於該一個或多個齊納二極體的值而調整。
文檔編號H02M3/07GK102684477SQ20121003213
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月6日 優先權日2011年2月7日
發明者A·P·勒費弗瑞, N·魯賓遜 申請人:英特賽爾美國股份有限公司