电子设备的制作方法

本申请要求于2017年8月24日提交的名称为“Nano-amp quiescent current DC-DC converter”(纳安培静态电流DC-DC转换器)的美国临时申请No.62/549,645的权益和优先权，该临时申请的内容据此全文以引用方式并入。

技术领域

本申请涉及电子设备，具体涉及减少休眠模式下电路的电流消耗的DC-DC转换器。

背景技术：

随着物联网(IoT)的发展，许多电池供电的设备以低占空比操作，从而在休眠模式下花费大部分时间，同时仅在短周期期间激活以进行采集和/或建立连接。在此类情形下，休眠模式功率可成为平均电流消耗的主要因素。

技术实现要素：

根据一个方面，电子设备包括开关转换器，该开关转换器被配置为在电子设备的运行模式下从电池电压生成具有第一电压电平的输出电压。开关转换器被配置为在电子设备的休眠模式下从电池电压生成具有第二电压电平的输出电压。第二电压电平小于第一电压电平。开关转换器包括钟控比较器和电压比较器。开关转换器被配置为在运行模式下使用钟控比较器生成具有第一电压电平的输出电压。开关转换器被配置为在休眠模式下使用电压比较器生成具有第二电压电平的输出电压。

根据某个方面，电子设备可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。钟控比较器可在时钟信号所指示的时间处将基准电压与输出电压进行比较，并且响应于基准电压小于输出电压，钟控比较器可生成充电信号以触发泵循环，从而增加输出电压，使之更接近第一电压电平。电压比较器可将内部基准电压与输出电压进行比较，并且响应于内部基准电压小于输出电压，电压比较器可生成充电信号以触发泵循环，从而增加输出电压，使之更接近第二电压电平。电压比较器可包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管耦接到第二晶体管，使得第一晶体管的电压阈值与第二晶体管的电压阈值的组合限定内部基准电压。开关转换器可包括脉冲发生器，该脉冲发生器连接到钟控比较器和电压比较器。脉冲发生器在运行模式期间可响应于来自钟控比较器的充电信号而生成脉冲信号。脉冲发生器在休眠模式期间可响应于来自电压比较器的充电信号而生成脉冲信号。脉冲发生器可包括电流偏置发生器，该电流偏置发生器被配置为生成偏置电流以使脉冲发生器的一个或多个节点偏置。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据恒定的充电电流来生成脉冲信号，其中通过开关转换器的电感器提供恒定量的电流。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据恒定的输出电压纹波来生成脉冲信号。开关转换器可包括电流限制器，该电流限制器被配置为监测流过开关转换器的电感器的电流，并且响应于流过电感器的电流超过电流阈值，电流限制器可停止充电循环。电子设备可包括线性调节器，并且电流限制器可响应于流过电感器的电流超过电流阈值而触发线性调节器。

根据一个方面，电子设备包括开关转换器，该开关转换器被配置为在电子设备的运行模式下从电池电压生成具有第一电压电平的输出电压。开关转换器被配置为在电子设备的休眠模式下从电池电压生成具有第二电压电平的输出电压。第二电压电平小于第一电压电平。开关转换器包括钟控比较器，该钟控比较器被配置为在运行模式期间生成第一充电信号；电压比较器，该电压比较器被配置为在休眠模式期间生成第二充电信号；以及脉冲发生器，该脉冲发生器被配置为响应于第一充电信号或第二充电信号而生成用于驱动开关电路的脉冲信号。

根据某个方面，电子设备可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。钟控比较器可在时钟信号所指示的时间处将基准电压与输出电压进行比较，并且响应于基准电压小于输出电压，钟控比较器可生成第一充电信号。电压比较器可将内部基准电压与输出电压进行比较，并且响应于内部基准电压小于输出电压，电压比较器可生成第二充电信号。电压比较器可包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管耦接到第二晶体管，使得第一晶体管的电压阈值与第二晶体管的电压阈值的组合限定内部基准电压。脉冲发生器可包括电流偏置发生器，该电流偏置发生器被配置为生成偏置电流以使脉冲发生器的一个或多个节点偏置。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据开关转换器的电感器中恒定的充电电流来生成脉冲信号。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据恒定的输出电压纹波来生成脉冲信号。

根据一个方面，用于减少具有开关转换器的电子设备中的电流消耗的方法包括在电子设备的运行模式期间由钟控比较器将输出电压与基准电压进行比较；响应于输出电压小于基准电压，由钟控比较器生成第一充电信号以触发泵循环，从而使用开关转换器增加输出电压；在电子设备的休眠模式期间由电压比较器将输出电压与电压比较器的内部电压基准进行比较；以及响应于输出电压小于内部电压基准，由电压比较器生成第二充电信号以触发泵循环，从而使用开关转换器增加输出电压。

根据某个方面，该方法可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。该方法还可包括监测流过开关转换器的电感器的电流；响应于该电流超过电流阈值而停止开关转换器的充电循环；以及使用线性调节器代替开关转换器来增加输出电压。该方法还可包括响应于第一充电信号或第二充电信号，由脉冲发生器生成脉冲信号以控制开关转换器的切换操作。

一个或多个实施方式的细节在随附附图和以下描述中阐明。其他特征将从说明书和附图中以及从权利要求中显而易见。

附图说明

图1示出了根据一个方面具有开关转换器的电子设备。

图2示出了根据另一个方面的开关转换器。

图3A示出了根据一个方面描绘流过开关转换器的电感器的电流的曲线图。

图3B示出了根据一个方面描绘开关转换器的信号的曲线图。

图4示出了描绘开关转换器的总效率的曲线图。

图5示出了根据一个方面的开关转换器的电压比较器。

图6A示出了根据一个方面描绘开关转换器的脉冲发生器的信号的曲线图。

图6B示出了根据一个方面描绘开关转换器的电感器的信号的曲线图。

图7示出了根据一个方面的开关转换器的脉冲发生器。

图8示出了根据一个方面的开关转换器的电流限制器。

图9示出了根据一个方面描绘开关转换器的示例性操作的流程图。

具体实施方式

本公开涉及不仅在峰值功率消耗阶段期间而且在轻负载条件下提供有效能量转换的DC-DC开关转换器(例如，降压转换器)。例如，本文所讨论的开关转换器可在运行模式下操作以生成具有第一电压电平的输出电压，并且有效地切换到休眠模式以生成具有第二电压电平的输出电压(反之亦然)，其中第二电压电平小于第一电压电平。第二电压电平(例如，休眠电压)可用于对电池供电的设备的电路的一部分进行供电。例如，在休眠模式下，电路的一部分被去激活，同时电路的另一部分被供电以在休眠模式期间提供一种或多种操作，诸如对实时时钟进行供电和/或保持记忆存留。

本文所讨论的开关转换器可减少休眠模式期间从电池汲取的电流量，从而节省功率。开关转换器可包括钟控比较器和电压比较器(和调节器)。开关转换器在运行模式下可使用钟控比较器来生成具有第一电压电平的输出电压，并且在休眠模式下可使用电压比较器来生成具有第二电压电平的输出电压。开关转换器可包括电流限制器电路，该电流限制器电路监测流过开关转换器的电感器的电流，并且响应于该电流超过阈值电平(例如，在存在高磁场或电感器饱和的情况下)，电流限制器电路可停止开关转换器的充电循环和/或自动地切换到线性调节器以便帮助防止过电流情形。此外，定时电路和/或电流限制器电路在充电循环期间(在运行模式或休眠模式期间)可通过使定时电路和/或电流限制器电路的一个或多个内部节点偏置(例如，使用两个1nA电流)而快速激活，并且在空闲模式下可消耗相对较少量的电流(例如，两个1nA电流)。另外，定时电路可根据电感器中恒定的最大充电电流或根据恒定的输出电压纹波来生成脉冲。

图1示出了根据一个方面具有开关转换器106的电子设备100。开关转换器106是直流(DC)-DC转换器。电子设备100还包括电池102以及由电池102供电的电路104。电子设备100可在运行模式和休眠模式下操作。在休眠模式下，电路104的一部分不由电池102供电(或被去激活)以便节省功率消耗。从运行模式到休眠模式的转变(反之亦然)可由电路104以编程方式确定。在一些示例中，电子设备100在大部分时间内在休眠模式下操作，并且周期性地苏醒(或转变为运行模式)以在返回到休眠模式之前执行一个或多个任务。

电子设备100可以是使用电池102为电路104供电的任何类型的设备。在一些示例中，电子设备100是包括网络接口(例如，Wi-Fi、移动接口、短程协议诸如蓝牙、近场通信(NFC)等)的网络设备，该网络接口被配置为连接到网络诸如互联网。在一些示例中，电子设备100是可植入到例如患者体内的医疗设备。电池102可以是为电路104供电的任何类型的设备，其包括具有外部连接的一个或多个电化学电池。在一些示例中，电池102是例如3V电池。在一些示例中，电池是例如1.5V电池。然而，电池102可提供任何电平的电池电压(例如，在1.5V至5V的范围内)。电路104包括集成电路，这些集成电路被配置为根据存储于存储器中的可执行指令来执行一个或多个计算机操作。在一些示例中，电路104包括实时时钟、存储器、逻辑部件和/或其他类型的电子部件。

在休眠模式下，开关转换器106被配置为以减少电子设备100的电流消耗的方式从电池102所提供的电压生成较低的输出电压。在一些示例中，开关转换器106被配置为有效地从大约3V输入电压产生大约1V输出电压，使得电子设备100的电流消耗减少(如与仅使用线性调节器122时相比)。在一些示例中，如与仅使用线性调节器122时相比，电流消耗可减少三倍。另外，开关转换器106可提供宽操作范围(例如，100nA至100mA)内的提高的DC-DC转换效率。

在运行模式下，开关转换器106可使用钟控比较器108激活充电循环(例如，触发其切换操作)以对于相对较高的负载生成和保持第一电压电平下的输出电压。在休眠模式下，开关转换器106可使用电压比较器110激活充电循环(例如，触发其切换操作)以对于相对较低的负载生成和保持第二电压电平下的输出电压。在一些示例中，在切换操作空闲(其可处于运行模式或休眠模式)的空闲阶段期间，开关转换器106可从电池102汲取相对较少量的电流。开关转换器106可快速转变为充电循环，在该充电循环中通过对开关转换器106的一个或多个内部节点进行电流偏置，使之接近其有效操作电压，从而恢复切换操作。

开关转换器106可包括定时电路112、开关电路114和储能元件116。定时电路112可包括被配置为驱动开关电路114的电路。在一些示例中，定时电路112被配置为生成驱动信号或脉冲以控制开关电路114。开关电路114可包括一个或多个开关，所述一个或多个开关被配置为根据定时电路112的驱动信号来操作。在一些示例中，开关电路114可包括第一晶体管和第二晶体管。在一些示例中，开关电路114包括晶体管和二极管。储能元件116可包括电感器或电容器中的至少一者。储能元件116中的电流由开关电路114的切换控制，该开关电路的切换由定时电路112控制。

响应于来自电路104的运行模式信号，开关转换器106可在运行模式下操作。在运行模式下，开关转换器106可使用钟控比较器108生成和保持第一电压电平下的输出电压。在运行模式下，钟控比较器108在时钟信号CLK所指示的时间处将基准电压VREF(例如，外部基准电压)与输出电压进行比较，并且响应于输出电压小于基准电压VREF，钟控比较器108可生成充电信号以触发充电循环，从而增加输出电压，使之更接近第一电压电平。在一些示例中，钟控比较器108在时钟信号CLK的上升沿处将基准电压VREF与输出电压进行比较。响应于充电信号，定时电路112可生成控制开关电路114的切换的定时信号(或脉冲)。在充电阶段期间，开关电路114引起流过储能元件116的电流增加。在放电阶段期间，开关电路114引起流过储能元件116的电流减少。然后，响应于时钟信号的后续上升沿，钟控比较器108将基准电压VREF与输出电压进行比较，并且响应于输出电压小于基准电压VREF，钟控比较器108生成另一个充电信号(例如，逻辑高信号)以触发定时电路112，这引起开关电路114在上述整个充放电阶段中泵送输出电压。

响应于来自电路104的休眠模式信号，开关转换器106可在休眠模式下操作。在休眠模式下，开关转换器106可使用电压比较器110生成和保持第二电压电平下的输出电压。并非接收对于钟控比较器108的外部基准信号，电压比较器110包括共同限定内部基准电压的第一晶体管103和第二晶体管105。在一些示例中，第一晶体管103是N沟道晶体管。在一些示例中，第二晶体管105是P沟道晶体管。第二晶体管105连接到第一晶体管103，使得第一晶体管103的电压阈值(Vth)与第二晶体管105的电压阈值(Vth)的组合限定内部基准电压(例如，2Vth)。

电压比较器110可将输出电压与内部电压基准进行比较，并且响应于输出电压小于内部电压基准，电压比较器110可生成充电信号以触发充电循环，从而增加输出电压，使之更接近第二电压电平。响应于充电信号，定时电路112可生成定时信号(或脉冲)，该定时信号(或脉冲)以与上述相同的方式在充电循环的充放电阶段内控制开关电路114的切换。例如，开关电路114引起流过储能元件116的电流增加，并且在放电阶段期间，开关电路114引起流过储能元件116的电流减少。

开关转换器106可包括电流限制器电路120，该电流限制器电路被配置为限制储能元件116中的电流量以便防止过电流事件。在一些示例中，电流限制器电路120是定时电路112的一部分。电流限制器电路120可监测流过储能元件116的电流量，并且响应于流过储能元件116的电流量大于阈值电平，电流限制器电路120可停止开关转换器106的充电循环。在一些示例中，响应于该电流大于阈值电平，电流限制器电路120可自动地切换到线性调节器122以调节输出电压。在一些示例中，由于相对较高的外部磁场(例如，MRI)，储能元件116可变得饱和。在这些情况下，电流限制器电路120可检测流过储能元件的高量电流，然后停止开关转换器106的充电循环并且自动地切换到线性调节器122以提供目标输出电压。线性调节器122可保持稳定电压，其中线性调节器122的电阻根据负载而变化，从而产生相对恒定的输出电压。在一些示例中，线性调节器122包括低压差调节器(LDO)。在一些示例中，线性调节器122包括并联调节器、串联调节器、固定调节器或可变调节器。

图2示出了根据一个方面的开关转换器206，该开关转换器被配置为从电池电压VBAT生成输出电压VCC。在一些示例中，开关转换器206可包括参考图1的开关转换器106描述的任何特征。开关转换器206包括钟控比较器208、电压比较器210、定时电路212、开关电路214和储能元件216。定时电路212包括脉冲发生器220和零电流检测器222。开关电路214包括晶体管228和晶体管230。晶体管228可以是P沟道晶体管。晶体管230可以是N沟道晶体管。储能元件216包括电感器219和电容器226。

在一些示例中，钟控比较器208、电压比较器210、脉冲发生器220和零电流检测器222中的每一者具有低静态电流(例如，在它们未操作时从电池102消耗很少乃至零的功率)。在一些示例中，钟控比较器208的静态电流为大约0nA，电压比较器210的静态电流为大约5nA，脉冲发生器220的静态电流为大约2nA，并且零电流检测器的静态电流为大约0nA。

钟控比较器208的输出连接到逻辑或门224的第一输入，并且电压比较器210的输出连接到逻辑或门224的第二输入。脉冲发生器220的输入连接到逻辑或门224的输出。晶体管228的栅极连接到脉冲发生器220的输出。脉冲发生器220的输出连接到零电流检测器222。晶体管228的源极连接到电池电压VBAT(例如，连接到图1的电池102)。晶体管228的漏极连接到节点215。在一些示例中，节点215是VDC引脚或端子。晶体管230的漏极连接到节点215。晶体管230的源极接地。晶体管230的栅极连接到零电流检测器222。节点215上的电压是电压VDC，该电压提供给零电流检测器222。电感器219的第一端子连接到节点215，并且电感器219的第二端子连接到输出节点217。输出节点217上的电压是输出电压VCC。在一些示例中，输出节点217是VCC引脚或端子。电容器226的第一端子连接到输出节点217，并且电容器226的第二端子接地。

响应于来自图1的电路104的运行模式信号，开关转换器206可在运行模式下操作。在一些示例中，运行模式下的开关转换器206的功率消耗在毫安范围内(例如，1mA至500mA)。在运行模式下，开关转换器206可使用钟控比较器208生成和保持第一电压电平下的输出电压VCC。在一些示例中，由于输出电流相对较低，开关转换器206可主要在不连续模式下操作。

在运行模式下，钟控比较器208可接收输出电压VCC、时钟信号CLK和电压基准VREF。在一些示例中，电压基准VREF被限定在大约1V或1.2V。在运行模式下，钟控比较器208在时钟信号CLK的上升沿处可将输出电压VCC与电压基准VREF进行比较。响应于输出电压VCC低于电压基准VREF，钟控比较器208在钟控比较器208的输出处生成充电信号(例如，逻辑高)，这引起逻辑或门224转变为逻辑高，从而触发脉冲发生器220和零电流检测器222。在一些示例中，对脉冲发生器220和零电流检测器222进行电流偏置，使之接近其操作电压，使得脉冲发生器220和零电流检测器222可立刻快速激活。换句话讲，脉冲发生器220和零电流检测器222被去激活直到需要它们泵送输出电压为止(从而节省功率)。响应于输出电压VCC等于或大于电压基准VREF，钟控比较器208的输出保持处于逻辑低状态，从而不触发脉冲发生器220。

响应于脉冲发生器220被触发，脉冲发生器220生成特定持续时间的脉冲以激活晶体管228(例如，晶体管228在该脉冲持续时间期间被激活)。另外，如随后在本公开中所解释，脉冲发生器220可被配置为根据恒定的电感最大电流或恒定的输出电压纹波来生成目标电压。

图3A示出了根据一个方面的曲线图300，该曲线图描绘了在充电循环期间流过电感器219的电流IL随时间的变化。图3B示出了根据一个方面的曲线图350，该曲线图描绘了在充电循环期间输出电压VCC随时间的变化。参见图2、图3A和图3B，当晶体管228激活(或导通)时，开关转换器206在充电循环的充电周期302(例如，T1至T2)内，并且流过电感器219的电流线性地增加(例如，从零到最大阀)。

在脉冲结束时，晶体管228被去激活，并且晶体管230被激活。当晶体管228被去激活并且晶体管230被激活时，开关转换器206在放电周期304(例如，T2至T3)内。在放电周期304期间，流过电感器219的电流递减(例如，负斜率)，并且电容器226被再充电。在放电周期304期间，零电流检测器222可测量节点215处的电流。响应于节点215处的电流为零或基本上接近零，零电流检测器222可使晶体管230去激活。然后，在空闲周期306(例如，T3至T4)期间，开关转换器206一直等到钟控比较器208检测到时钟信号CLK的后续上升沿，并且响应于检测到时钟信号CLK的后续上升沿，钟控比较器208将输出电压VCC与电压基准VREF进行比较，然后执行与上述相同的操作(例如，T4至T5的充电循环，及T5至T6的放电周期，之后是另一个空闲周期)。在一些示例中，在空闲周期306期间，电感器219可出于抗振铃目的而被短接。

响应于来自图1的电路104的休眠模式信号，开关转换器206可在休眠模式下操作。在休眠模式下，开关转换器206可使用电压比较器210生成和保持第二电压电平下的输出电压VCC。并非接收对于钟控比较器208的外部基准信号，电压比较器210具有由N沟道晶体管的电压阈值(例如，Vthn)和P沟道晶体管的电压阈值(例如，Vthp)共同限定的内部基准电压(例如，Vthn+Vthp)。与钟控比较器208不同，电压比较器210不使用时钟信号进行比较。相反，电压比较器210可连续地将输出电压VCC与内部基准电压进行比较，并且响应于输出电压VCC低于内部基准电压，电压比较器210可生成充电信号(例如，逻辑高)，从而触发脉冲发生器220。定时电路212、开关电路214和储能元件216以与参照运行模式所讨论的相同的方式操作。

图4示出了根据一个方面的曲线图400，该曲线图描绘了对于开关转换器206的休眠模式402和运行模式404而言总效率与负载电流的关系。如图4所示，开关转换器206对多种输出电流提供相对较高的总效率。

图5示出了根据一个方面的电压比较器510。电压比较器510可为图1至图2的电压比较器110或210的示例，并且可包括参照图1至图2所讨论的任何特征。例如，在休眠模式下，电压比较器510可将内部基准电压(例如，2Vth)与输出电压VCC进行比较，并且响应于输出电压VCC小于内部基准电压，电压比较器510可生成充电信号NSTART以触发图2的脉冲发生器220。

电压比较器510可包括晶体管堆叠536，该晶体管堆叠限定与输出电压VCC进行比较的内部基准电压。晶体管堆叠536包括晶体管554和晶体管555。在一些示例中，晶体管554是N沟道晶体管。在一些示例中，晶体管555是P沟道晶体管。晶体管555连接到晶体管554，使得晶体管555的电压阈值(Vth)与晶体管554的电压阈值(Vth)的组合限定内部基准电压(例如，2Vth)。晶体管堆叠536连接到输出电压VCC且连接到电压VSSC。例如，晶体管555的源极连接到输出电压VCC，并且晶体管555的漏极连接到晶体管554的漏极。晶体管554的源极连接到电压VSSC。

电压比较器510可包括调节器电路532，该调节器电路被配置为调节流过晶体管堆叠536的电流。在一些示例中，调节器电路532被配置为保持晶体管堆叠536中的恒定电流(例如，1nA)。例如，调节器电路532可包括晶体管540、晶体管542、晶体管552和晶体管554。晶体管228是图2的开关电路214的一部分。电压VGS是晶体管228的栅极-源极电压。晶体管228的漏极连接到电池电压VBAT，晶体管228的栅极连接到晶体管542的漏极，并且晶体管228的源极连接到晶体管555的源极。

晶体管540、晶体管542、晶体管552和晶体管554被配置为作为镜射电流基准IREF的电流镜进行操作。电流镜的输出可提供给晶体管堆叠536(例如，晶体管555的栅极和晶体管554的栅极被配置为接收电流镜的输出)。晶体管540的源极连接到电池电压VBAT，并且晶体管542的源极连接到电池电压VBAT。晶体管540的栅极连接到晶体管542的栅极。晶体管540的漏极被配置为接收电流基准IREF。晶体管542的漏极连接到晶体管552的漏极。

当晶体管堆叠536中的电流太低(例如，低于恒定电流)时，晶体管542可将电压VGS上拉到电池电压VBAT，从而增加晶体管堆叠536中的电流。当晶体管堆叠536中的电流太高(例如，高于恒定电流)时，晶体管552可将电压VGS下拉，从而减少晶体管堆叠536中的电流。

电压比较器510可包括比较器电路534，该比较器电路被配置为响应于输出电压小于如由晶体管堆叠536所限定的内部基准电压而生成充电信号NSTART。比较器电路534可包括晶体管548、晶体管550、晶体管558和晶体管556以及触发器560。

图6A示出了根据一个方面的曲线图600，该曲线图描绘了充电信号NSTART、输出电压VCC和电压VGS随时间的变化。图6B示出了根据一个方面的曲线图650，该曲线图描绘了流过图2的电感器219的电流IL。

参见图5、图6A和图6B，当输出电压足够高(例如，大于内部基准电压)时，调节器电路532可将电压VGS下拉。输出电压VCC可逐渐降低(例如，由电容器226的放电所引起)。然后，当输出电压VCC接近目标电压时，晶体管堆叠536中的电流减少并且电压VGS增加，并且在晶体管228被激活之前，可生成充电信号NSTART(例如，反相信号)，这引起图2的脉冲发生器220被触发，从而在图2的电容器226上添加电荷。换句话讲，当电压VGS增加(由于输出电压VCC接近目标电压)时，更高的电压VGS可将电压NLOW下拉，这会切换触发器560以启动充电/放电循环。然后，电压NLOW再次被上拉以形成短脉冲。

图7示出了根据一个方面的脉冲发生器720。脉冲发生器720可为图2的脉冲发生器220的示例，并且可包括参照图2描述的任何特征。脉冲发生器720生成具有特定持续时间的脉冲信号。脉冲发生器720可被偏置为接近其操作电压，使得脉冲发生器720可相对较快地启动脉冲发生。例如，节点790由偏置电流IBN(例如，1nA偏置电流)进行偏置。

在一些示例中，脉冲发生器720可根据恒定的充电电流来生成脉冲信号，其中通过电感器219提供恒定量的电流(例如，最大量的电流)。在一些示例中，脉冲发生器720可根据恒定的输出电压纹波来生成脉冲信号，其中电感器电流减少以提供恒定的输出电压纹波。例如，输出电压VCC的最小值和最大值限定电压纹波，并且取决于电池电压。

对于一些电池电压电平而言，提供流过电感器219的恒定电流可引起更高的电压纹波。因此，为了提供更恒定的电压纹波，脉冲发生器720可根据恒定的输出电压纹波来操作。在一些示例中，脉冲发生器720根据恒定的充电电流来生成脉冲电流，这提供了比恒定的输出电压纹波更好的效率。然而，在一些示例中，开关转换器可能对电压纹波敏感，因此脉冲发生器720能够以恒定的输出电压纹波配置进行操作。

脉冲发生器720包括偏置电流发生器762，该偏置电流发生器被配置为生成偏置电流IBIAS；比例电流发生器764，该比例电流发生器被配置为生成比例电流(如下文进一步所述)；以及电荷脉冲发生器766，该电荷脉冲发生器被配置为生成脉冲信号的斜坡。

偏置电流发生器762包括开关761、电阻器RB 763、晶体管765和晶体管767。开关761具有连接到电池电压的第一端子，以及连接到电阻器RB 763的第二端子。开关761在断开位置与闭合位置之间的转变基于充电信号CHG(例如，接收自钟控比较器208或电压比较器210)。例如，当充电信号CHG转变为逻辑高时，开关761可闭合，这引起偏置电流发生器762生成偏置电流IBIAS。晶体管765和晶体管767可为N沟道晶体管。晶体管765和晶体管767可被配置为电流镜。

比例电流发生器764可包括电压比较器769、电阻器RD 768、晶体管770、晶体管771、晶体管772、晶体管774和开关773。开关773在断开位置与闭合位置之间的转变基于充电信号CHG(例如，接收自钟控比较器208或电压比较器210)。

晶体管770和晶体管774可以是N沟道晶体管。晶体管771和晶体管772可以是P沟道晶体管。电阻器RD 768具有连接到电池电压VBAT的第一端子以及连接到节点750(例如，由偏置电流IBN偏置)的第二端子。晶体管770的漏极连接到节点750。电压比较器769包括连接到输出电压VCC的第一输入、连接到节点750的第二输入以及连接到节点790的输出。电压比较器769可将输出电压VCC与节点750处的电压进行比较，并且响应于节点750处的电压大于输出电压VCC，电压比较器769的输出转变为逻辑高状态。

电压比较器769被配置为基于由偏置电流发生器762生成的偏置电流IBIAS来激活。晶体管771的栅极连接到节点790，晶体管771的漏极连接到节点790，并且晶体管772的栅极连接到节点790。晶体管771的源极和晶体管772的源极连接到电池电压VBAT，并且晶体管772的漏极连接到开关773。晶体管774的漏极连接到开关773。晶体管770和晶体管774被配置为作为电流镜进行操作。

电荷脉冲发生器766包括微调电容器778、开关777、开关776和电压比较器779。晶体管228可以是P沟道晶体管(例如，参照图2所讨论的开关电路的一部分)。开关777在断开位置与闭合位置之间的转变基于充电信号CHG(例如，接收自钟控比较器208或电压比较器210)。开关776在断开位置与闭合位置之间的转变基于信号CST。例如，脉冲发生器720可根据恒定的输出电压纹波或图2的电感器219中恒定的充电电流来生成脉冲信号，如上所解释。如果脉冲发生器720被配置为恒定的输出电压纹波，则信号CST可处于逻辑高状态，这指示闭合开关776。如果脉冲发生器720被配置为恒定的充电电流，则信号CST可处于逻辑低状态，这指示断开开关776。

晶体管228的栅极连接到节点790，晶体管228的源极连接到电池电压VBAT，并且晶体管228的漏极连接到电压比较器779的输入和开关777。当开关777处于闭合位置时，微调电容器778连接到晶体管228的漏极和电压比较器779的输入。电压比较器779被配置为基于由偏置电流发生器762生成的偏置电流IBIAS来激活。电压比较器779可将基准电压VREF与微调电容器778的电压进行比较，并且响应于微调电容器778的电压超过基准电压VREF，电压比较器779的输出转变为逻辑高状态。

脉冲发生器720响应于来自图2的钟控比较器208或电压比较器210的充电信号CHG而(经由图2的逻辑或门224)激活。例如，响应于充电信号CHG，开关761、开关773和开关777可转变为闭合状态。静态电流被限制为相对较低的值(例如，1nA)，该值是用于将节点790偏置为接近其操作点的电流。

在充电周期期间，偏置电流发生器762被激活以生成电压比较器769和电压比较器779的偏置电流IBIAS。偏置电流IBIAS与(VBAT-Vthn)/RB成比例，其中VBAT是电池电压，Vthn是晶体管765的阈值电压，并且RB是电阻器RB 763的值。在充电周期期间，比例电流发生器764被激活以生成与(VBAT-VCC)/RD成比例的电流，其中VBAT是电池电压，VCC是输出电压，并且RD是电阻器RD 768的值。与(VBAT-VCC)/RD成比例的电流用于将微调电容器778充电到基准电压VREF(例如，从微调电容器778上的0V到基准电压VREF的线性斜坡)，该基准电压限定充电持续时间，继而限定图2的电感器219中的最大电流。

如果选择恒定的VCC纹波，则将恒定电流ICST(例如，来自电流限制器)添加到比例电流。如果选择恒定的输出电压纹波，则开关776可响应于信号CST而转变为闭合状态，这引起恒定电流ICST添加到比例电流。一旦微调电容器778的电压达到基准电压VREF(例如，电压比较器779的输出变高)，就停止充电循环。例如，电压比较器779可生成停止信号STOP1，并且脉冲发生器720转变回具有其低电流消耗(例如，1nA)的空闲模式。

图8示出了根据一个方面的电流限制器820。电流限制器820可以是图1的电流限制器电路120的示例。电流限制器820被配置为监测流过电感器219的电流。电流限制器820被配置为响应于流过电感器219的电流大于限流阈值而停止充电循环。电流限制器电路120可仅在充电周期期间激活。电流限制器电路120的静态电流可被限制为低电平(例如，1nA)，该低电平是用于将节点898偏置为接近其操作电压的电流IBN。

电流限制器820包括恒定电流发生器880，该恒定电流发生器被配置为生成与VREF/RC成比例的恒定电流；以及电流比较器882，该电流比较器被配置为将恒定电流与流过电感器219的电流进行比较。

恒定电流发生器880可包括电压比较器881、晶体管883、晶体管884、晶体管885、晶体管886、晶体管890、电阻器889、开关887和开关888。晶体管883、晶体管885和晶体管886可以是P沟道晶体管，并且晶体管890可以是N沟道晶体管。电压比较器881可基于由图2的脉冲发生器220生成的偏置电流IBIAS来激活。电压比较器881的输出连接到节点898。晶体管883的源极、晶体管884的源极、晶体管885的源极以及晶体管886的源极连接到电池电压VBAT。晶体管883的漏极和栅极连接到节点898。晶体管884的栅极、晶体管885的栅极以及晶体管886的栅极连接到节点898。晶体管884的源极(经由受充电信号CHG控制的开关887)选择性地连接到电阻器889，并且晶体管885的源极(经由受充电信号CHG控制的开关888)选择性地连接到晶体管890。晶体管886的源极被配置为接收恒定电流ICST。

电流比较器882可包括晶体管893、晶体管891和电压比较器895。晶体管228和晶体管230是开关晶体管，并且此前参照图2进行了讨论。晶体管893的栅极被配置为接收充电信号CHG。晶体管893和晶体管228被配置为作为电流镜(1:N)进行操作。晶体管893的漏极连接到晶体管891的漏极。晶体管891的栅极连接到晶体管890的栅极。

如果晶体管228的漏极-源极电压超过晶体管228的除以N型式(加载有以上所生成的恒定电流)的漏极-源极电压，则这由电压比较器895检测到，从而停止充电循环(STOP2)。在正常条件下，当脉冲发生器720将停止充电循环时，不会触发信号STOP2。然而，如果电感器219被短接或置于极高磁场(例如，MRI)中，则有效电感可比正常情况低得多(由于饱和)并且电流可比正常情况上升得快得多，从而达到限流阈值。在这种事件中，开关电路可切换为线性调节(LDO模式)以避免任何损坏，使之保持功能。

图9示出了根据一个方面描绘开关转换器的示例性操作的流程图900。虽然图9的流程图900以顺序的次序示出了操作，但应当理解，这仅仅是示例性的，并且可包括附加或替代操作。此外，图9的操作和相关操作能够以与所示不同的次序或者以并行或重叠的方式执行。图9的操作可由本文所讨论的任何开关转换器执行。

操作902包括在电子设备的运行模式期间由钟控比较器将输出电压与基准电压进行比较。

操作904包括响应于输出电压小于基准电压，由钟控比较器生成第一充电信号以触发泵循环，从而使用开关转换器增加输出电压。

操作906包括在电子设备的休眠模式期间由电压比较器将输出电压与电压比较器的内部电压基准进行比较。

操作908包括响应于输出电压小于内部电压基准，由电压比较器生成第二充电信号以触发泵循环，从而使用开关转换器增加输出电压。

根据一个方面，电子设备包括开关转换器，该开关转换器被配置为在电子设备的运行模式下从电池电压生成具有第一电压电平的输出电压。开关转换器被配置为在电子设备的休眠模式下从电池电压生成具有第二电压电平的输出电压。第二电压电平小于第一电压电平。开关转换器包括钟控比较器和电压比较器。开关转换器被配置为在运行模式下使用钟控比较器生成具有第一电压电平的输出电压。开关转换器被配置为在休眠模式下使用电压比较器生成具有第二电压电平的输出电压。

根据某个方面，电子设备可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。钟控比较器可在时钟信号所指示的时间处将基准电压与输出电压进行比较，并且响应于基准电压小于输出电压，钟控比较器可生成充电信号以触发泵循环，从而增加输出电压，使之更接近第一电压电平。电压比较器可将内部基准电压与输出电压进行比较，并且响应于内部基准电压小于输出电压，电压比较器可生成充电信号以触发泵循环，从而增加输出电压，使之更接近第二电压电平。电压比较器可包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管耦接到第二晶体管，使得第一晶体管的电压阈值与第二晶体管的电压阈值的组合限定内部基准电压。开关转换器可包括脉冲发生器，该脉冲发生器连接到钟控比较器和电压比较器。脉冲发生器在运行模式期间可响应于来自钟控比较器的充电信号而生成脉冲信号。脉冲发生器在休眠模式期间可响应于来自电压比较器的充电信号而生成脉冲信号。脉冲发生器可包括电流偏置发生器，该电流偏置发生器被配置为生成偏置电流以使脉冲发生器的一个或多个节点偏置。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据恒定的充电电流来生成脉冲信号，其中通过开关转换器的电感器提供恒定量的电流。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据恒定的输出电压纹波来生成脉冲信号。开关转换器可包括电流限制器，该电流限制器被配置为监测流过开关转换器的电感器的电流，并且响应于流过电感器的电流超过电流阈值，电流限制器可停止充电循环。电子设备可包括线性调节器，并且电流限制器可响应于流过电感器的电流超过电流阈值而触发线性调节器。

根据一个方面，电子设备包括开关转换器，该开关转换器被配置为在电子设备的运行模式下从电池电压生成具有第一电压电平的输出电压。开关转换器被配置为在电子设备的休眠模式下从电池电压生成具有第二电压电平的输出电压。第二电压电平小于第一电压电平。开关转换器包括钟控比较器，该钟控比较器被配置为在运行模式期间生成第一充电信号；电压比较器，该电压比较器被配置为在休眠模式期间生成第二充电信号；以及脉冲发生器，该脉冲发生器被配置为响应于第一充电信号或第二充电信号而生成用于驱动开关电路的脉冲信号。

根据某个方面，电子设备可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。钟控比较器可在时钟信号所指示的时间处将基准电压与输出电压进行比较，并且响应于基准电压小于输出电压，钟控比较器可生成第一充电信号。电压比较器可将内部基准电压与输出电压进行比较，并且响应于内部基准电压小于输出电压，电压比较器可生成第二充电信号。电压比较器可包括第一晶体管和第二晶体管。第一晶体管耦接到第二晶体管，使得第一晶体管的电压阈值与第二晶体管的电压阈值的组合限定内部基准电压。脉冲发生器可包括电流偏置发生器，该电流偏置发生器被配置为生成偏置电流以使脉冲发生器的一个或多个节点偏置。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据开关转换器的电感器中恒定的充电电流来生成脉冲信号。脉冲发生器在运行模式或休眠模式下可根据恒定的输出电压纹波来生成脉冲信号。

根据一个方面，用于减少具有开关转换器的电子设备中的电流消耗的方法包括在电子设备的运行模式期间由钟控比较器将输出电压与基准电压进行比较；响应于输出电压小于基准电压，由钟控比较器生成第一充电信号以触发泵循环，从而使用开关转换器增加输出电压；在电子设备的休眠模式期间由电压比较器将输出电压与电压比较器的内部电压基准进行比较；以及响应于输出电压小于内部电压基准，由电压比较器生成第二充电信号以触发泵循环，从而使用开关转换器增加输出电压。

根据某个方面，该方法可以包括以下特征中的一个或多个(或它们的任何组合)。该方法还可包括监测流过开关转换器的电感器的电流；响应于该电流超过电流阈值而停止开关转换器的充电循环；以及使用线性调节器代替开关转换器来增加输出电压。该方法还可包括响应于第一充电信号或第二充电信号，由脉冲发生器生成脉冲信号以控制开关转换器的切换操作。

应当理解，在前面的描述中，当元件被提及连接到另一个元件，电连接到另一个元件，耦接到另一个元件，或电耦接到另一个元件时，该元件可直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在一个或多个中间元件。相反，当元件被提及直接连接到另一个元件、或直接耦接到另一个元件时，不存在中间元件。虽然在整个详细描述中可能不会通篇使用术语直接连接到…、或直接耦接到…，但是被示为直接连接或直接耦接的元件能够以此类方式提及。本申请的权利要求(如果有的话)可被修订以叙述在说明书中描述或者在附图中示出的示例性关系。本文所述的各种技术的实施方式可在数字电子电路中、计算机硬件、固件、软件中或它们的组合中实现(例如，包括在其中)。方法的部分也可通过专用逻辑电路例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)进行，并且装置可实现为该专用逻辑电路。

一些实施方式可使用各种半导体处理和/或封装技术来实现。一些实施方式可使用与半导体衬底相关联的各种类型的半导体处理技术来实现，该半导体衬底包括但不限于例如硅(Si)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等等。

虽然所描述的实施方式的某些特征已经如本文所述进行了说明，但是本领域技术人员现在将想到许多修改形式、替代形式、变化形式和等同形式。因此，应当理解，所附权利要求旨在涵盖落入实施方案的范围内的所有此类修改形式和变化形式。应当理解，这些修改形式和变化形式仅仅以示例的方式呈现，而不是限制，并且可以进行形式和细节上的各种改变。除了相互排斥的组合以外，本文所述的装置和/或方法的任何部分可以任意组合进行组合。本文所述的实施方案可包括所描述的不同实施方案的功能、部件和/或特征的各种组合和/或子组合。