电荷泵电路、集成电路、电子设备及相关方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明实施例是关于一种电荷栗电路、用于该电荷栗电路的集成电路、电子设备以及相关方法，尤其是关于一种应用该电荷栗电路来关断晶体管器件的负电压产生电路。
【【背景技术】】
[0002]在无线电频率(射频，RF)开关领±或，例如射频绝缘体上硅结构(silicon-on-1nsulator，SOI)开关领域中，通常需要应用一负电压来禁能(关掉)运行在一大RF摆幅下的SOI开关。负电压的产生允许RF开关设计者避免使用隔直流电容器。该负电压通常使用一电荷栗电路来予以产生，该电荷栗电路则需要一振荡器来产生电荷栗时钟信号。耦接至电荷栗电路的振荡器通常会呈现较低的电流消耗，以及通常需要设计为具有一最小可能的突波电流(spur current)以避免无线电应用中的杂散信号。
[0003]负电压的产生需要一种能够将信号从正常的正电压域转换至负电压域，同时又能满足可靠性需求的机制。因此，一电压电平位移机制得以应用。
[0004]开关电容式电压变换器电路是公知的使用电容器来实现能量转换以及电压转换的电路。开关电容式电压转换器电路的一种已知的形式为电压反相器。因此，电荷栗的第一电容器在转换周期的第一个半周期内被充电至输入电压，而在转换周期的第二个半周期内，该电压被反相并被应用至第二电容器及负载中。输出电压与输入电压的极性相反，以及平均输入电流几乎与输出电流相等。开关频率的大小对所需的外部电容器的尺寸产生影响，越高的开关频率允许使用越小尺寸的外部电容器。
[0005]请参见图1，图1所示为现有技术中一种低噪声、反相电荷栗电路100的结构示意图。该电荷栗电路100可同时支持预设输出电压102(-4.1V)和可调输出电压104(-0.5V至_4.1V)。一外部正控制电压106被使用以用于设置负输出电压。该电荷栗电路100用于偏置砷化嫁场效应晶体管(Gallium Arsenide Field Effect Transistor，GaAs FET)器件，例如蜂窝手持机中的各功率放大器模块。
[0006]一输入电压(Vin)首先经由电容式电荷栗108在预设负输出电压102 (-4.1V)处被反相为一负电压。接着经由一内部线性调节器112进行调节，以产生输出电压104。该最小输出电压(即负性最大的输出电压V.)可通过反相正电压与后调节器的压差电压相加予以得到。
[0007]但是，上述现有的负电压产生电路存在一个或多个的缺陷。现有的负电压产生电路用于得到一固定的负电压或一可调电压。一些现有的负电压产生电路可用于产生可调负电压，但是需控制运作在负电源电压域。这种实现方式存在一定的缺陷，其会增加由负电源电压产生的电流，从而降低总效率以及增加与负电压的产生相关的突波的电压电平。而可取的是，该方式会降低或最小化负电压产生电路的启动时间。
[0008]因此，亟需一种解决方法能够在使用NMOS开关设备的前提下产生负电压，且最好这种技术是可编程的以及能够使用现有的电荷栗技术。【
【发明内容】
】
[0009]有鉴于此，本发明实施例的目的之一在于提供一种电荷栗电路、包含该电荷栗电路的电子设备，以及相关的方法，以解决上述问题。
[0010]一方面，本发明实施例提供一种电荷栗电路，用于产生一负电压，该电荷栗电路包含:时钟产生器，用于输出至少一个时钟信号；开关电容式电压变换器电路，包含多个电容元件，其中所述开关电容式电压变换器电路用于接收所述至少一个时钟信号并产生所述负电压；调节控制回路，用于提供从所述开关电容式电压变换器电路的输出端至所述开关电容式电压变换器电路的电源电压输入端的反馈路径；以及输出端，用于输出所述负电压，其中所述反馈路径包含运算放大器，用于产生根据反馈后的电平位移负电压产生最大充电电源电压，并将所述最大充电电源电压提供至所述开关电容式电压变换器电路的电源电压输入端，以在所述调节控制回路的启动阶段对所述多个电容元件中的至少一个充电。
[0011 ] 另一方面，本发明实施例提供一种电子设备，包含上述的电荷栗电路。
[0012]再一方面，本发明实施例提供一种集成电路，包含:开关电容式电压变换器电路，包含多个电容元件，其中所述开关电容式电压变换器电路用于接收所述至少一个时钟信号并产生所述负电压；调节控制回路，用于提供从所述开关电容式电压变换器电路的输出端至所述开关电容式电压变换器电路的电源电压输入端的反馈路径；以及输出端，用于输出所述负电压，其中所述反馈路径包含运算放大器，用于产生根据反馈后的电平位移负电压产生最大充电电源电压，并将所述最大充电电源电压提供至所述开关电容式电压变换器电路的电源电压输入端，以在所述调节控制回路的启动阶段对所述多个电容元件中的至少一个充电。
[0013]又一方面，本发明实施例提供一种使用电荷栗电路产生负电压的方法，所述方法包含:提供至少一时钟信号以输入至所述开关电容式电压变换器电路；在所述开关电容式电压变换器电路的回路启动期间，产生一最大充电电源电压至所述开关电容式电压变换器电路的电源电压输入端；通过所述最大充电电源电压对所述电荷栗电路的至少一个电容元件进行充电；通过所述开关电容式电压变换器电路产生所述负电压；通过所述开关电容式电压变换器电路输出所述负电压；以及反馈电平位移后的负电压至所述开关电容式电压变换器电路的电源电压输入端，从而形成所述电荷栗的一调节控制回路。
[0014]本发明实施例的电荷栗电路、包含该电荷栗电路的电子设备，以及相关的方法，用于产生一负电压，通过在反馈路径中设置运算放大器进行调节，以对回路稳定性进行补偿。
【【附图说明】】
[0015]图1所示为现有技术中一种低噪声、反相电荷栗电路100的结构示意图；
[0016]图2所示为依据本发明一实施例的电子设备200的结构示意图；
[0017]图3所示为本发明一实施例的电荷栗的两相时钟产生器电路的电路示意图；
[0018]图4为依据本发明一实施例的负电压产生电路的结构示意图；
[0019]图5所示为依据本发明一实施例的使用电荷栗电路产生调节负电压的方法流程图 500 ；
[0020]图6所示为依据本发明另一实施例的使用电荷栗电路产生调节负电压的方法流程图600。【【具体实施方式】】
[0021]在说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准贝1J。在通篇说明书及后续的权利要求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在本文中应解释为包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
[0022]本发明实施例是关于一电路，该电路具有杂波过滤特性但是其滤波器设置在调节控制回路中。本发明实施例依据一负电压产生电路来进行描述。本发明实施例同时还描述围绕在该负电压产生电路周边的一些辅助电路和/或其他优化实施例，例如电平位移电路。同时，本发明实施例还描述一可编程的输出电压，以及其中该电路还包含滤波特性以将杂散发射、尤其是射频频率中的杂散发射降至最低，同时估测以改善启动时间。
[0023]请参见图2，图2所示为依据本发明一实施例的电子设备200的结构示意图。如图2所示，该电子设备200包含一集成电路201，该集成电路201适用于一(高功率)RF开关电路。在本实施例中，该电子设备200包含一振荡器202。该振荡器202可操作地耦接于一两相时钟产生器204，该两相时钟产生器204可用于根据输入振荡信号203产生两相时钟信号205 (具有多个反相位)。该两相时钟信号205用于驱动一负电压产生器电路，该负电压产生器电路在本实施例中具体为一开关电容式电压变换器206。该开关电容式电压变换器206产生一负电压Vi3ff (在本实施例中，V-为-1.5V至-3V)。在本实施例中，该振荡器202以及开关电容式电压变换器206还可以耦接至一控制器208，该控制器208用于控制振荡器202及开关电容式电压变换器206的运作。
[0024]于本发明实施例中，该负电压产生器电路还可以包含一电平位移电路。该电平位移电路用于对提供至负电压产生器电路的一电压电平(例如Vdd 224，其电压值范围为
2-3V)进行位移操作，以产生一包含负电压的输出电压。该负电压可以来自开关电容式电压变换器206，并输出至一输出节点222，以及该负电压中包含一直流(DC)电压，其电压值范围为-1.5V至-3V。该负电压接着被提供至多个串联的高功率RF开关(图中未示出)，例如SOI开关。在此方式下，若需要的话，该多个串联的高功率RF开关可以选择性地在该足够大的负电压的控制下得以关闭。
[0025]但是，根据本发明一些实施例，一滤波器212，例如一输出低通滤波器，嵌入在输出调节回路中。在此实施例中，该滤波器212用于对开关电容式电压变换器206产生的负电压信号进行滤波，例如移除由用于控制该开关电容式电压变换器206的时钟信号所产生的时钟谐波及突刺。在一些实施例中，该滤波器为低通滤波器，且优选地为一多阶滤波器，而在现有的电荷栗电路中，滤波器通常并不会包含在输出路径中，其原因在于该滤波特性会在调节反馈回路中增加相位偏移，从而会带来不稳定性的风险。因此，在输出电压调节操作的