减小在电荷泵模式过渡期间向电源的反冲电流的制作方法
【专利说明】减小在电荷泵模式过渡期间向电源的反冲电流
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2013年12月16日提交的、名称为“REDUCING KICKBACKCURRENT TO POWER SUPPLY DURING CHARGE PUMP MODE TRANSIT1NS，，、申请号为14/108，101的美国非临时专利申请的优先权，并且要求享有于2013年9月3日提交的、名称为“REDUCING KICKBACK CURRENT TO POWER SUPPLY DURING CHARGE PUMP MODETRANSIT10NS”、发明人为Bharath K.Thandri等、申请号为61/873，301的美国临时专利申请的优先权，并且要求享有于2013年5月17日提交的、申请号为61/824，677的美国临时专利申请的优先权，故以引用方式将这三个专利申请的全部内容并入本文中。
技术领域
[0003]本公开内容涉及集成电路。具体而言，本公开内容涉及放大器。
【背景技术】
[0004]在典型的Η类放大器系统100中，使用电荷栗104(其可以产生+/-电荷栗电压VCP( “+/-VCP”)或者+/-1/2电荷栗电压VCP( “+/-VCP/2”)或者+/-1/3电荷栗电压VCP( “+/-VCP/3”)或者+/-1.33电荷栗电压VCP( “+/_4/3*VCP”)或者某些其它电压电平)来为耳机放大器供电。图1示出了具有电荷栗104以及驱动耳机负载110的耳机放大器106的传统Η类放大器系统100。如图1所示，Η类控制模块108对电荷栗104以及用于驱动耳机负载的耳机放大器106进行控制。
[0005]电荷栗104由受时钟控制的开关网络(未示出)构成，并且产生用作以地居中的耳机放大器的供电的正供电电压(VDDCP)和负供电电压(VSSCP)。Η类控制模块108基于提供至耳机负载110的音频信号的振幅来确定电荷栗104的操作模式。电荷栗104在移动应用中的一种供电电压VCP是1.8V，并且电荷栗104的不同模式如下:+/-VCP(1.8V模式)示为“模式1 ”，+/-VCP/2 (0.9V模式)示为“模式2”，+/-VCP/3 (0.6V模式)示为“模式3”，+/-4*VCP/3 (2.4V模式)示为“模式4”。电荷栗104的每个模式可以包括将开关网络的不同组合设置为开或关。位于电荷栗104之外的外部栗式飞跨电容器112(Cflyl)和外部栗式飞跨电容器114(Cfly2)可以是2.2 μ F。外部保持电容器116(Chc]ldl)和外部保持电容器 118(Chc]ld2)可以是 2.2 μ F。
[0006]外部电源管理集成电路(PMIC) 102例如根据电池(未示出)的供电电压VP产生电荷栗电压VCP，并且可以是基于电感器的降压转换器或者低压差调节器。在稳态操作中，电容器112、电容器114、电容器116和电容器118上的电荷稳定到其各自的设计值。例如，当电荷栗工作在稳态下的模式1(1.8V模式)时，电容器112所保持的电荷为0，而电容器116、电容器114和电容器118的电荷各自为1.8*2.2 yF。然而，当电荷栗104工作在稳态下的模式2(0.9V模式)时，全部的四个电容器112、电容器114、电容器116和电容器118上的电荷各自为0.9*2.2yFo在模式3下，四个电容器112、电容器114、电容器116和电容器118中的每个电容器所保持的电荷是0.6*2.2yFo在模式4下，电容器112所保持的电荷为0，而电容器114、电容器116和电容器118的电荷各自为2.4*2.2 μ F。模式之间的电荷差异取决于模式过渡之前及其之后的电荷栗104配置。
[0007]在电荷栗模式过渡期间，来自电源电压VP或VCP的电流提供了电容器112、电容器114、电容器116和电容器118上的电荷的差异。如图2所示，对于从较低供电到较高供电的模式过渡(例如，从0.6V到0.9V，0.9V到1.8V，或者1.8V到2.4V)，最终模式与起始模式相比在电容器112、电容器114、电容器116和电容器118上具有更高的电荷量。在这些正电压倾斜过渡(针对电压VDDCP)中的任意一个过渡中，从电压电源VCP/VP汲取瞬时电流，来对电容器112、电容器114、电容器116和电容器118进行充电。对于从较高电源到较低电源的模式过渡(例如，从2.4V到1.8V、1.8V到0.9V或者0.8V到0.6V)，最终模式与起始模式相比在电容器112、电容器114、电容器116和电容器118上具有更低的电荷量。在这些负电压倾斜过渡(针对电压VDDCP)中的任意一个过渡中，如果过量电荷未在电荷栗104或者集成电路的其它部件中内部耗散，那么该过量电荷将向电压电源VCP/VP推送电流。在正电压倾斜过渡和负电压倾斜过渡两者中，由于这种过渡包括对相对较大的外部电容器进行充电/放电，因此从电源汲取或者向电源推送的电流急剧变化并且较大(在几百毫安量级)。当PMIC 102无法对电流中的突然变化作出反应时，供电电压也可能急剧变化，引起潜在的可靠性问题。
[0008]本文所提到的缺点仅是代表性的，并且包括该缺点仅仅是为了突出存在对改进的放大器系统(尤其是消费级设备)的需求。本文所述的实施例解决了某些缺点，但未必解决了本文所述或本领域公知的每个缺点。
【发明内容】
[0009]本公开内容所提出的技术减缓了在电荷栗模式从较高电压模式到较低电压模式的过渡期间的反冲电流，并且确保了可靠的系统操作。
[0010]在某些实施例中，当从高输出切换到低输出时，可以减小从电荷栗到控制器(例如，电源管理集成电路)的返回电流问题。例如，在一个实施例中，可以使电荷栗与电源断开，并且电荷栗切换到在没有电源的情况下在较低电压模式下运行(例如，通过利用残余电荷)。然后，负载电流使得电荷栗的一个或多个输出排出。当电荷栗输出减小至较低值时，可以将电荷栗重新连接到电源。
[0011]在另一个实施例中，电荷栗可以具有正电压输出端和负电压输出端。控制器可以如上所述使电荷栗与电源断开，并且允许负载电流使得电荷栗输出排出。控制器也可以在第一阶段下将一个电容器切换成与正输出端并联，并且在不同的第二阶段下将相同电容器切换成与负输出端并联，直到正输出和负输出两者都减小至较低电压值为止。在这之后可以将电荷栗重新连接到电源。
[0012]在另一些实施例中，电荷栗控制器可以如上所述使电荷栗与电源断开。控制器将使电荷栗处于放电状态，并且允许负载电流使得电荷栗飞跨电容器和/或保持电容器排出。在该实施例中，在电荷栗的正电压输出或者负电压输出达到目标值之后，电荷栗可以重新连接到电源。或者，在电荷栗的正电压输出和负电压输出两者都达到目标值之后，可以启用控制器。在另一个替代方案中，控制器可以等待直到电荷栗的正电压输出或者负电压输出达到目标值为止，然后控制器可以使还未达到目标值的输出快速地放电。
[0013]在一个实施例中，一种开环解决方案可以通过耦合到电荷栗的正电压输出端和负电压输出端的排出通路来使得飞跨电容器和/或保持电容器排出。可以通过耦合到电荷栗输出端的开关来激活这些排出通路。此外，附加的开关可以耦合在电荷栗的节点之间，以允许飞跨电容器与保持电容器之间电荷的重新分配。
[0014]前面已经相当宽泛地概述了本发明的实施例的某些特征以及技术优点，以便可以更好地理解下面的【具体实施方式】。下文将描述另外的特征以及优点，这些另外的特征以及优点形成了本发明的权利要求的主题。本领域普通技术人员应当理解的是，可以容易地将所公开的概念以及特定实施例用作于修改或者设计用于实现相同或相似目的的其它结构的基础。本领域普通技术人员还应当意识到，此类等效构造未背离所附权利要求书中所阐述的本发明的精神和范围。当结合附图进行考虑时，根据以下说明将更好地理解另外的特征。然而，应当清楚地理解的是，仅出于说明和描述的目的提供了附图中的每个图，并非旨在限制本发明。
【附图说明】
[0015]为了更加全面地理解所公开的系统以及方法，现在参考结合附图的以下实施方式。
[0016]图1是描绘了传统Η类放大器的框图。
[0017]图2是描绘了从传统Η类放大器的一个模式到另一个模式的模式变化的图。
[0018]图3是根据本公开内容的一个实施例，描绘了利用中间步进来进行向较高电压模式的示例性模式变化的图。
[0019]图4是根据本公开内容的一个实施例，描绘了利用中间步进来进行向较低电压模式的示例性模式变化的图。
[0020]图5是根据本公开内容的一个实施例，描绘了利用中间步进来进行非对称模式过渡的图。
[0021]图6Α是根据本公开内容的一个实施例，描绘了用于利用中间步进在模式之间进行过渡的放大器系统的框图。
[0022]图6Β是根据本公开内容的若干实施例，描绘了利用中间步进在模式之间进行过渡的放大器系统的框图。
[0023]图7是根据本公开内容的一个实施例，描绘了具有定义的负载的放大器系统的操作的流程图。
[0024]图8是根据本公开内容的一个实施例，描绘了放大器系统从较高电压模式到较低电压模式的操作的图。
[0025]图9是根据本公开内容的一个实施例，描绘了用于对电荷栗在模式之间的过渡进行控制的闭反馈环路的框图。
[0026]图10是根据本公开内容的一个实施例，描绘了利用闭反馈环路来进行放大器系统从较高电压模式到较低电压模式的操作的图。
[0027]图11Α是根据本公开内容的一个实施例，描绘了用于利用闭反馈环路来操作电荷栗的方法的流程图。
[0028]