(57)【要約】  チャージポンプ回路要素（１）が、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を生成するように動作する電圧マルチプライヤー（５）及びチャージポンプ（３０）を含むマスターチャージポンプ（２）、及び後にフィルタリングされるブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を生成するように動作する電圧マルチプライヤー（３６）及びチャージポンプ（５０）を含むスレーブチャージポンプ（３）を含む。ブーストされレギュレートされていない電圧は、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を生成するように、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）に応答して、フィルタリングされレギュレートされる。基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に関連するブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）は、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）に応答して、フィードバック回路要素（６１、６２、６５）によって制御される。
2014533090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャージポンプ回路要素であって、
（ａ）マスターチャージポンプ回路要素であって、
（１）第１のレギュレートされていない電圧を生成するためのマスター電圧マルチプライヤー回路要素、及び第１のレギュレートされた電圧を生成するように、前記第１のレギュレートされていない電圧をレギュレートするための関連する第１のレギュレーション回路要素、及び、
（２）ブーストされレギュレートされていない電圧を生成するように、前記第１のレギュレートされた電圧をブーストするためのマスターポンピング回路要素、
を含む、前記マスターチャージポンプ回路要素と、
（ｂ）スレーブチャージポンプ回路要素であって、
（１）第２のレギュレートされていない電圧を生成するためのスレーブ電圧マルチプライヤー回路要素、及び第２のレギュレートされた電圧を生成するように前記第２のレギュレートされていない電圧をレギュレートするための関連する第２のレギュレーション回路、及び、
（２）ブーストされた制御電圧を生成するように前記第２のレギュレートされた電圧をブーストするためのスレーブポンピング回路要素、
を含む、前記スレーブチャージポンプ回路要素と、
（ｃ）第３のレギュレーション回路要素であって、前記ブーストされた制御電圧に応答して、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧を生成するために、前記ブーストされレギュレートされていない電圧をレギュレートするように結合される、前記第３のレギュレーション回路要素と、
（ｄ）所定の基準電圧に従って前記ブーストされた制御電圧のレギュレーションを制御するように、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧と前記第２のレギュレーション回路との間に結合されるフィードバック回路要素と、
を含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項２】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記マスター電圧マルチプライヤー回路要素が電圧トリプラーを含み、前記マスターポンピング回路要素が多段ディクソンチャージポンプを含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項３】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記スレーブ電圧マルチプライヤー回路要素が電圧トリプラーを含み、前記スレーブポンピング回路要素が多段ディクソンチャージポンプを含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項４】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、
前記第３のレギュレーション回路要素がＮチャネルソースフォロワートランジスタ、及び前記ソースフォロワートランジスタのゲートに結合される第１のローパスフィルタを含み、
前記ソースフォロワートランジスタのドレインが前記第１のブーストされレギュレートされていない電圧を受け取るように結合され、
前記ソースフォロワートランジスタのソースが前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧を提供するように結合される、
チャージポンプ回路要素。
【請求項５】
請求項４に記載のチャージポンプ回路要素であって、ブーストされレギュレートされた低ノイズバイアス電圧を生成するために、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧を受け取り且つフィルタリングするように結合される第２のローパスフィルタを含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項６】
請求項５に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズバイアス電圧が可変負荷に結合される、チャージポンプ回路要素。
【請求項７】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記ブーストされレギュレートされていない電圧を受け取り、前記ブーストされレギュレートされていない電圧からリップル電圧成分及び過渡電圧成分をフィルタリングするキャパシタを含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項８】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、
前記第１のレギュレーション回路要素が、第１のソースフォロワートランジスタ、第１の増幅器、及び第１の相互コンダクタンス増幅器を含み、
前記第１のソースフォロワートランジスタのドレインが前記第１のレギュレートされていない電圧に結合され、
前記第１のソースフォロワートランジスタのソースが前記第１のレギュレートされた電圧を生成し、
前記第１のソースフォロワートランジスタの前記ソースが前記第１の増幅器の入力にも結合され、
前記第１の増幅器の出力が前記第１の相互コンダクタンス増幅器の入力に結合され、
前記第１の相互コンダクタンス増幅器の出力が前記第１のソースフォロワートランジスタのゲートに結合され、
前記第１の相互コンダクタンス増幅器が前記第１のレギュレートされていない電圧をフィルタリングするように構成される、
チャージポンプ回路要素。
【請求項９】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、
前記第２のレギュレーション回路が、第２のソースフォロワートランジスタ、第２の増幅器、及び第２の相互コンダクタンス増幅器を含み、
前記第２のソースフォロワートランジスタのドレインが前記第２のレギュレートされていない電圧に結合され、
前記第２のソースフォロワートランジスタのソースが前記第２のレギュレートされた電圧を生成し、
前記第２の相互コンダクタンス増幅器の出力が前記第２のソースフォロワートランジスタのゲートに結合され、
前記第２の増幅器の出力が前記第２の相互コンダクタンス増幅器の入力に結合され、
前記第２の増幅器の第１の入力が、前記所定の基準電圧を受け取るように結合され、
前記第２の増幅器の第２の入力が前記フィードバック回路要素の出力に結合され、
前記第２の相互コンダクタンス増幅器が前記第２のレギュレートされていない電圧をフィルタリングするように構成される、
チャージポンプ回路要素。
【請求項１０】
請求項９に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記第２の増幅器が積分増幅器として構成される、チャージポンプ回路要素。
【請求項１１】
請求項２に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記マスターチャージポンプ回路要素が、前記クロック信号の振幅に前記第１のレギュレートされた電圧の大きさをトラッキングさせるように、前記マスターポンピング回路要素の前記多段ディクソンチャージポンプへの入力としてクロック信号を生成するためのクロックレベルシフト回路を含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項１２】
請求項３に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記スレーブチャージポンプ回路要素が、前記クロック信号の振幅に前記第２のレギュレートされた電圧の大きさをトラッキングさせるように、前記スレーブポンピング回路要素の前記多段ディクソンチャージポンプへの入力としてクロック信号を生成するためのクロックレベルシフト回路を含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項１３】
請求項１に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記フィードバック回路要素が、前記ブーストされた制御電圧を、前記所定の基準電圧に対してスケールアップさせるように、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧とフィードバック増幅器の入力との間に結合される分圧器回路要素を含む、チャージポンプ回路要素。
【請求項１４】
請求項１３に記載のチャージポンプ回路要素であって、前記フィードバック増幅器がユニティゲインバッファとして構成される、チャージポンプ回路要素。
【請求項１５】
ブーストされた低ノイズ基準電圧を生成するための方法であって、
（ａ）マスター電圧マルチプライヤー回路を用いて第１のレギュレートされていない電圧を生成し、第１のレギュレートされた電圧を生成するように、前記第１のレギュレートされていない電圧をレギュレートすること、
（ｂ）ブーストされレギュレートされていない電圧を生成するように、マスターポンピング回路を用いて前記第１のレギュレートされた電圧をブーストすること、
（ｃ）スレーブ電圧マルチプライヤー回路を用いて第２のレギュレートされていない電圧を生成し、第２のレギュレートされた電圧を生成するように、前記第２のレギュレートされていない電圧をレギュレートすること、
（ｄ）ブーストされた制御電圧を生成するように、スレーブポンピング回路を用いて前記第２のレギュレートされた電圧をブーストすること、
（ｅ）ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧を生成するように、前記ブーストされた制御電圧に応答して、前記ブーストされレギュレートされていない電圧を生成すること、及び
（ｆ）前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧と前記第２のレギュレーション回路要素との間に結合されるフィードバック回路要素を用いて、所定の基準電圧に従って前記ブーストされた制御電圧のレギュレーションを制御すること、
を含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、
ローパスフィルタを用いて前記ブーストされた制御電圧をフィルタリングすること、及び
前記フィルタリングされブーストされた制御電圧をＮチャネルソースフォロワートランジスタのゲートに印加すること、
を含み、
前記ソースフォロワートランジスタのドレインが、前記第１のブーストされレギュレートされていない電圧を受け取るように結合され、
前記ソースフォロワートランジスタのソースが、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧を提供するように結合される、
方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
マスター電圧トリプラー回路要素及びマスターディクソンチャージポンピング回路要素を用いて前記ブーストされレギュレートされていない電圧を生成すること、及び
スレーブ電圧トリプラー回路要素及びマスターディクソンチャージポンピング回路要素を用いて前記ブーストされた制御電圧を生成すること、
を含む方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の方法であって、ブーストされレギュレートされた低ノイズバイアス電圧を生成するように、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧をフィルタリングすることを含む方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧とフィードバック増幅器の入力との間に結合される分圧器回路要素を用いて、所定の基準電圧に対して前記ブーストされた制御電圧をスケールアップすることを含む方法。
【請求項２０】
ブーストされた低ノイズ基準電圧を生成するためのシステムであって、
（ａ）マスター電圧マルチプライヤー回路を用いて第１のレギュレートされていない電圧を生成するため、及び、第１のレギュレートされた電圧を生成するように前記第１のレギュレートされていない電圧をレギュレートするための手段と、
（ｂ）ブーストされレギュレートされていない電圧を生成するように、マスターポンピング回路を用いて前記第１のレギュレートされた電圧をブーストするための手段と、
（ｃ）スレーブ電圧マルチプライヤー回路を用いて第２のレギュレートされていない電圧を生成するため、及び、第２のレギュレートされた電圧を生成するように前記第２のレギュレートされていない電圧をレギュレートするための手段と、
（ｄ）ブーストされた制御電圧を生成するように、スレーブポンピング回路を用いて前記第２のレギュレートされた電圧をブーストするための手段と、
（ｅ）ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧を生成するように、前記ブーストされた制御電圧に応答して、前記ブーストされレギュレートされていない電圧をレギュレートするための手段と、
（ｆ）前記ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧と前記第２のレギュレーション回路との間に結合されるフィードバック回路要素を用いて、所定の基準電圧に従って前記ブーストされた制御電圧のレギュレーションを制御するための手段と、
を含むシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、全般的に、チャージポンプ回路に関し、より特定的に、低ノイズ、高増倍係数（high multiplication factor）チャージポンプ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の電圧ブースト回路のインダクタのような大型外部部品が使用できない、寸法に制約のあるシステムを含む多くのパワー重視及びコスト重視用途において、集積回路での「高増倍係数」のバイアス電圧の生成が必要とされる。通信システム用のバイアス電圧生成回路要素は、スプリアスＲＦノイズレベルの生成、及びシステムのＲＦ部品への結合における厳しい制限を満たすように設計されなければならない。また、バイアス電圧を生成し、様々な用途のために電圧を駆動するために、例えば、ＲＦ−ＭＥＭＳバラクターアレイ製品内のＭＥＭＳ（マイクロ電子機械システム）アクチュエータを駆動するために、標準ＲＦ（無線周波数）通信周波数帯域内で非常に低いスプリアスノイズ成分を備える高電圧増倍又はマルチプライヤー回路要素が必要とされる。そのような高電圧増倍回路要素は、スプリアスの生成及び／又は負荷に敏感なノイズ生成、及び標準ＲＦ通信帯域内のノイズエネルギーのレベルについての極めて厳しい制限を満たすことがしばしば重要である。
【０００３】
既知の高電圧増倍チャージポンプ回路は、通常、単一の高電圧ポンプに依存し、そこでは負荷に供給される出力電圧のレギュレーションが単一の高電圧チャージポンプによって生成される電圧から引き出される。電圧レギュレーションの制御が、可変負荷を駆動するものと同じチャージポンプから引き出される場合、多くのＲＦ用途に適切な量よりも、はるかに多い負荷依存ノイズ成分及びスプリアスノイズ成分が存在し得る。（出力リップル電圧は、更にフィルタリングされて出力レギュレーションのために使用されるが、チャージポンプによって生成されるスプリアスノイズの生成において主要な影響要因である。また、所謂「モバイル製品市場」の用途のための集積回路設計において、低電力消費は重要な考慮事項である。
【０００４】
このように、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法に対する満たされていない需要が存在する。
【０００５】
また、負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低レベルのスプリアスＲＦノイズ及びノイズエネルギーを生成する、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法に対する満たされていない需要が存在する。
【０００６】
また、負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低レベルの負荷依存ノイズを生成する、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法に対する満たされていない需要が存在する。
【０００７】
負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低いスプリアスＲＦノイズレベル及びエネルギーを生成し、出力電圧の正確なレギュレーションを提供するためにチャージポンプ回路の出力回路要素からのフィードバックに依存しない、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法に対する満たされていない需要が存在する。
【０００８】
負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低レベルのスプリアスＲＦノイズ及びノイズエネルギーを生成し、相対的に小電力を消費する、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法に対する満たされていない需要が存在する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の一つの目的は、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法を提供することである。
【００１０】
負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低レベルのスプリアスＲＦノイズ及びノイズエネルギーを生成する、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１１】
負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低レベルの負荷依存ノイズを生成する、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１２】
負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低いスプリアスＲＦノイズレベル及びエネルギーを生成し、出力電圧の正確なレギュレーションを提供するためにチャージポンプ回路の出力回路要素からのフィードバックに依存しない、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１３】
負荷に供給される出力電圧の正確なレギュレーションを提供し、非常に低レベルのスプリアスＲＦノイズ及びノイズエネルギーを生成し、相対的に小電力を消費する、低ノイズ、高電圧増倍チャージポンプ回路及び方法を提供することが本発明の別の目的である。
【００１４】
簡潔に説明すると、及び本発明の一実施形態に従って、本発明は、マスターチャージポンプ（２）を含むチャージポンプ回路要素（１）を提供する。マスターチャージポンプ（２）は、後にフィルタリングされる、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を生成するように動作する電圧マルチプライヤー（５）及びチャージポンプ（３０）を含む。チャージポンプ回路要素（１）はさらに、スレーブチャージポンプ（３）を含む。スレーブチャージポンプ（３）は、後にフィルタリングされる、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を生成するように動作する電圧マルチプライヤー（３６）及びチャージポンプ（５０）を含む。ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）は、フィルタリングされブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）に応答してレギュレートされて、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を生成する。基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に対するブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）の値は、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）に応答して、フィードバック回路要素（６１、６２、６５）によって制御される。
【００１５】
一実施形態において、本発明はチャージポンプ回路要素（１）を提供する。チャージポンプ回路要素（１）はマスターチャージポンプ回路要素（２）を含む。マスターチャージポンプ回路要素（２）は第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）を生成するためのマスター電圧マルチプライヤー回路要素（５）、及び第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成するように第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）をレギュレートするための関連する第１のレギュレーション回路要素（１０、１２、１４）、及びブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を生成するように第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）をブーストするためのマスターポンピング回路要素（３０）を含む。マスターチャージポンプ回路要素（２）はさらにスレーブチャージポンプ回路要素（３）を含む。スレーブチャージポンプ回路要素（３）は、第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）を生成するためのスレーブ電圧マルチプライヤー回路要素（３６）、及び第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成するように第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）をレギュレートするための関連する第２のレギュレーション回路（４０、３８、４６）、及びブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を生成するように第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）をブーストするためのスレーブポンピング回路要素（５０）を含む。第３のレギュレーション回路要素（５８、５６）が、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）に応答して、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を生成するために、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）をレギュレートするように結合される。フィードバック回路要素（６１、６２、６５）は、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に従って、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）のレギュレーションを制御するように、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）と第２のレギュレーション回路（４０、３８、４６）との間に結合される。
【００１６】
一実施形態において、マスター電圧マルチプライヤー回路要素（５）は電圧トリプラーを含み、マスターポンピング回路要素（３０）は多段ディクソンチャージポンプを含み、スレーブ電圧マルチプライヤー回路要素（３６）は電圧トリプラーを含み、スレーブポンピング回路要素（５０）は多段ディクソンチャージポンプを含む。
【００１７】
一実施形態において、第３のレギュレーション回路要素（５８、５６）はＮチャネルソースフォロワートランジスタ（５８）、及びソースフォロワートランジスタ（５８）のゲートに結合される第１のローパスフィルタ（５６）を含む。ソースフォロワートランジスタ（５８）のドレインは、第１のブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を受け取るように結合され、ソースフォロワートランジスタ（５８）のソースは、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を提供するように結合される。一実施形態において、チャージポンプ回路要素は第２のローパスフィルタ（７２）を含む。第２のローパスフィルタ（７２）は、ブーストされレギュレートされた低ノイズバイアス電圧（ＶＢＩＡＳ）を生成するために、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を受け取り、且つ、フィルタリングするように結合される。
【００１８】
一実施形態において、ブーストされレギュレートされた低ノイズバイアス電圧（ＶＢＩＡＳ）は可変負荷（７５）に結合される。一実施形態において、キャパシタ（Ｃｄｅｃ）が、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を受け取り、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）からリップル電圧成分及び過渡電圧成分をフィルタリングする。
【００１９】
一実施形態において、第１のレギュレーション回路要素（１０、１２、１４）は、第１のソースフォロワートランジスタ（１４）、第１の増幅器（１０）、及び第１の相互コンダクタンス増幅器（１２）を含む。第１のソースフォロワートランジスタ（１４）のドレインは、第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）に結合される。第１のソースフォロワートランジスタ（１４）のソースは、第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成し、さらに、第１の増幅器（１０）の入力に結合される。第１の増幅器（１０）の出力が、第１の相互コンダクタンス増幅器（１２）の入力に結合され、第１の相互コンダクタンス増幅器（１２）の出力が、第１のソースフォロワートランジスタ（１４）のゲートに結合される。第１の相互コンダクタンス増幅器（１２）は、第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）をフィルタリングするように構成される。一実施形態において、第２のレギュレーション回路要素（４０、３８、４６）は、第２のソースフォロワートランジスタ（４６）、第２の増幅器（４０）、及び第２の相互コンダクタンス増幅器（３８）を含む。第２のソースフォロワートランジスタ（４６）のドレインは、第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）に結合される。第２のソースフォロワートランジスタ（４６）のソースは、第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成する。第２の相互コンダクタンス増幅器（３８）の出力が、第２のソースフォロワートランジスタ（４６）のゲートに結合される。第２の増幅器（４０）の出力が、第２の相互コンダクタンス増幅器（３８）の入力に結合される。第２の増幅器（４０）の第１の入力が、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）を受け取るように結合され、第２の増幅器（４０）の第２の入力が、フィードバック回路要素（６１、６２、６５）の出力（Ｖｆｂａｃｋ）に結合される。第２の相互コンダクタンス増幅器（３８）は、第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）をフィルタリングするように構成される。一実施形態において、第２の増幅器（４０）は積分増幅器として構成される。一実施形態において、マスターチャージポンプ回路要素（２）は、クロック信号の振幅に第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）の大きさをトラッキングさせるように、マスターポンピング回路要素（３０）の多段ディクソンチャージポンプへの入力としてクロック信号を生成するためのクロックレベルシフト回路（３３）を含む。また、スレーブチャージポンプ回路要素（３）は、クロック信号の振幅に第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）の大きさをトラッキングさせるように、スレーブポンピング回路要素（５０）の多段ディクソンチャージポンプへの入力としてクロック信号を生成するための２段クロックレベルシフト回路（４９）を含む。
【００２０】
一実施形態において、フィードバック回路要素（６１、６２、６５）は、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に対してスケールアップさせるように、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）とフィードバック増幅器（６５）の入力との間に結合される分圧器回路要素（６１、６２）を含む。フィードバック増幅器（６５）はユニティゲインバッファとして構成され得る。
【００２１】
一実施形態において、本発明は、ブーストされた低ノイズ基準電圧（Ｖｒｅｇ、ＶＢＩＡＳ）を生成するための方法を提供する。この方法は、マスター電圧マルチプライヤー回路（５）を用いて第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）を生成し、第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成するために第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）をレギュレートすること、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を生成するためにマスターポンピング回路（３０）を用いて第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）をブーストすること、スレーブ電圧マルチプライヤー回路（３６）を用いて第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）を生成し、第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成するために第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）をレギュレートすること、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を生成するためにスレーブポンピング回路（５０）を用いて第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）をブーストすること、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）に応答して、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を生成するために、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）をレギュレートすること、及びブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）と第２のレギュレーション回路（４０、３８、４６）との間に結合されるフィードバック回路要素（６１、６２、６５）を用いて、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に従って、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）のレギュレーションを制御することを含む。
【００２２】
一実施形態において、この方法は、ローパスフィルタ（５６）を用いて、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）をフィルタリングすること、及びフィルタリングされブーストされた制御電圧（Ｖｅｃｔｌ＿ｆｉｌｔ）をＮチャネルソースフォロワートランジスタ（５８）のゲートに印加することを含む。ソースフォロワートランジスタ（５８）のドレインは、第１のブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を受け取るように結合され、ソースフォロワートランジスタ（５８）のソースは、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を提供するように結合される。
【００２３】
一実施形態において、この方法は、マスター電圧トリプラー回路要素（５）及びマスターディクソンチャージポンピング回路要素（３０）を用いて、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を生成すること、及びスレーブ電圧トリプラー回路要素（３６）及びマスターディクソンチャージポンピング回路要素（３０）を用いて、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を生成することを含む。
【００２４】
一実施形態において、この方法は、ブーストされレギュレートされた低ノイズバイアス電圧（ＶＢＩＡＳ）を生成するために、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）をフィルタリングすることを含む。
【００２５】
一実施形態において、この方法は、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）とフィードバック増幅器（６５）の入力との間に結合される分圧器回路要素（６１、６２）を用いて、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に対して、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）をスケールアップさせることを含む。
【００２６】
一実施形態において、本発明は、ブーストされた低ノイズ基準電圧（Ｖｒｅｇ、ＶＢＩＡＳ）を生成するためのシステム（１）を提供する。システム（１）は、マスター電圧マルチプライヤー回路を用いて第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）を生成し、第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成するために第１のレギュレートされていない電圧（Ｍｔ３ｘ）をレギュレートするための手段（５）、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）を生成するためにマスターポンピング回路を用いて第１のレギュレートされた電圧（Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ）をブーストするための手段（３０）、スレーブ電圧マルチプライヤー回路（３６）を用いて第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）を生成し、第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）を生成するために第２のレギュレートされていない電圧（Ｓｔ３ｘ）をレギュレートするための手段（３６）、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）を生成するためにスレーブポンピング回路（５０）を用いて第２のレギュレートされた電圧（Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ）をブーストするための手段（５０）、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）に応答して、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）を生成するために、ブーストされレギュレートされていない電圧（Ｖｕｎｒｅｇ）をレギュレートするための手段（５８）、及び、ブーストされレギュレートされた低ノイズ電圧（Ｖｒｅｇ）と第２のレギュレーション回路（４０、３８、４６）との間に結合されるフィードバック回路要素を用いて、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ＿ＳＨ）に従って、ブーストされた制御電圧（Ｖｃｔｌ）のレギュレーションを制御する手段（６１、６２、６５）を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態のマスター／スレーブチャージポンプの概略図である。
【００２８】
【図２】図１のブロック５及び３６で用いられる電圧トリプラー回路要素回路要素の概略図である。
【００２９】
【図３】図１のブロック３０及び５０に用いられるディクソンチャージポンプ回路要素の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は高電圧マスター／スレーブチャージポンプ１を示し、高電圧マスター／スレーブチャージポンプ１は、外部可変負荷を駆動するマスターポンプ２、及びマスターポンプ３の出力をレギュレートするために固定の内部負荷を駆動するスレーブポンプ３を含む。マスターポンプ２の出力コンダクタ３４上に生成されるレギュレートされていない出力電圧Ｖｕｎｒｅｇは、Ｎチャネルソースフォロワートランジスタ５８のドレインに接続される。ソースフォロワートランジスタ５８のソースは、コンダクタ６０によって二次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２の入力に接続される。二次ローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２の出力７４は、可変負荷７５に印加される低ノイズバイアス電圧ＶＢＩＡＳを導通する。スレーブ段３が可変負荷ではなく本質的に固定の負荷を有するので、スレーブ段３によって生成される出力電圧Ｖｃｔｌに比べ、Ｖｕｎｒｅｇはより大きい負荷に起因する摂動及び／又はノイズを被り得る。ソースフォロワートランジスタ５８のゲートは、コンダクタ５７によって二次ＬＰＦ５６の出力に接続される。二次ＬＰＦ５６の入力は、スレーブポンプ３の出力５４に接続される。ソースフォロワートランジスタ５８のソース６０はフィードバック増幅器６５にも結合され、フィードバック増幅器６５の出力６６は、スレーブポンプ３の基準電圧入力を制御するフィードバック信号Ｖｆｂａｃｋを提供する。
【００３１】
更に具体的には、マスターポンプ２は、詳細を図２に示すマスター電圧トリプラー回路５を含む。クロック生成回路４が、従来の弛緩発振器８を含み、弛緩発振器８は通常のクロック生成回路要素２６への入力としてコンダクタ７上にクロック信号ＯＳＣを提供する。クロック生成回路要素２６は、信号ＳＡＭＰＬＥをコンダクタ２７上に、及び信号ＯＳＣ＿ＤＩＶ１６をコンダクタ２８上に生成する。クロック信号ＯＳＣ＿ＤＩＶ１６は、ＯＳＣの周波数の１６分の１であり得る周波数を有する。マスタートリプラー回路５のクロック入力が、コンダクタ７上でＯＳＣを受け取るように接続される。
【００３２】
マスタートリプラー回路５は、ＶＤＤによって電源供給され、接地を基準とする。マスタートリプラー回路５は、３倍されたレギュレートされていない出力信号Ｍｔ３ｘをコンダクタ６上に生成する。コンダクタ６が、Ｎチャネルソースフォロワートランジスタ１４のドレインに、及び相互コンダクタンス増幅器１２の高側供給電圧端子に接続され、それは「ＧｍＣｌ」フィルタリング機能を実行する。相互コンダクタンス増幅器１２の低側供給電圧端子は接地に接続される。ソースフォロワートランジスタ１４のソースは、レギュレートされた電圧Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇをコンダクタ１６上に生成する。コンダクタ１６は、レジスタ１９及び１７を含むフィードバックレジスタディバイダネットワークの第１の端子に接続される。このネットワークの第２の端子は接地に接続される。レジスタ１９と１７との間の、レジスタディバイダネットワークの中間ノード１８は、利得Ａ１を有する演算増幅器１０の（−）入力に結合される。このように、マスタートリプラー回路５上のレギュレートされていない出力電圧Ｍｔ３ｘに関連するフィードバック回路要素は、高利得増幅器と、それに続く、相互コンダクタンス増幅器１２内に具現化されたＧｍＣｌフィルタとを含む。ＧｍＣｌフィルタリング回路は、数百ミリボルトのＭｔ３ｘ内に電圧ヘッドルームを有する固定の利得を生成するために用いられる。ＧｍＣｌフィルタリングは、接地を基準とし、レギュレートされていない電圧Ｍｔ３ｘにおける出力リップル電圧成分を減衰させる。
【００３３】
増幅器１０の出力は、相互コンダクタンス増幅器１２の入力に接続される。増幅器１０の高側供給端子はＶＤＤに接続され、その低側供給端子は接地に接続される。増幅器１０の（＋）入力はコンダクタ２４上の基準信号Ｖｒｅｆ＿ＳＨを受け取る。固定Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇ電圧の値は、マスターディクソンチャージポンプ２の負荷及び信頼性要件に従って選択される。増幅器１０、相互コンダクタンス増幅器１２、ソースフォロワートランジスタ１４、及び、ソースフォロワートランジスタ１４のソースと増幅器１０の（−）入力との間に結合される抵抗分圧器１９、１７を含むフィードバックループは、マスタートリプラー回路５によって生成されたコンダクタ６上のレギュレートされていない電圧Ｍｔ３ｘ上で動作して、コンダクタ１６上にレギュレートされた電圧Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇが生成される。
【００３４】
Ｖｒｅｆ＿ＳＨは、イネーブルされた従来のバンドギャップ電圧回路２０及びサンプル／ホールド回路２２を含む回路によって生成される。バンドギャップ電圧回路２０は、バンドギャップ電圧Ｖｂｇをコンダクタ２１上に生成する。コンダクタ２１はサンプル／ホールド回路２２の基準電圧入力に接続される。サンプル／ホールド回路２２の出力は、コンダクタ２４に接続され、それが増幅器１０の（＋）入力に印加される。出力電圧Ｖｂｇは、回路２０の固有のバンドギャップ電圧に対して、スケールアップ又はスケールダウンされ得る。サンプル入力信号ＳＡＭＰＬＥが、サンプル／ホールド回路２２がいつバンドギャップ電圧ＶｂｇをサンプリングしてＶｒｅｆ＿ＳＨを生成するかを制御する。バンドギャップ電圧回路２０はイネーブル信号ＥＮによってイネーブルされる。
【００３５】
また、マスターポンプ２は、Ｍ段（Ｍは整数）のディクソンチャージポンプ回路３０を含む。ディクソンチャージポンプ回路３０は、コンダクタ１６上のレギュレートされた出力電圧Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇを受け取り、また、レベルシフター３３によって生成される上述のクロック信号ＯＳＣ＿ＤＩＶ１６のレベルシフトされたバージョンも受け取る。コンダクタ３２上でＯＳＣ＿ＤＩＶ１６がシフトされるレベルは、Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇによって制御される。マスターディクソンチャージポンプ回路３０の詳細を図３に示す。ＯＳＣ＿ＤＩＶ１６がレベルシフター３３によってシフトされるレベルは、Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇによって制御される。マスターディクソンチャージポンプ３０の出力は、マスターポンプ出力コンダクタ３４に接続され、レギュレートされていない出力電圧Ｖｕｎｒｅｇがコンダクタ３４上に生成される。
【００３６】
マスターポンプ出力コンダクタ３４は、キャパシタＣｄｅｃの一方の端子に接続され、キャパシタＣｄｅｃの他方の端子は接地に接続される。キャパシタＣｄｅｃは、高電圧デカプリングストレージキャパシタであり、これは、Ｖｕｎｒｅｇにおける出力リップル電圧成分を減衰させ、また、過渡事象の間、コンダクタ３４を介してマスターディクソンチャージポンプ３０から電荷を受け取るため、及びソースフォロワートランジスタ５８のドレインへ電荷を提供するためのストレージデバイスとしても機能する。マスターディクソンチャージポンプ３０によってコンダクタ３４上に生成される、レギュレートされていない電圧Ｖｕｎｒｅｇは、ソースフォロワートランジスタ５８のドレインに結合される。ソースフォロワートランジスタ５８のソースは、マスターポンプ２のレギュレートされた出力電圧Ｖｒｅｇをコンダクタ６０上に生成する。コンダクタ６０は、二次ＬＰＦ７２の入力及び抵抗分圧器６１、６２の端子に接続される。ソースフォロワートランジスタ５８は、ソースフォロワートランジスタ５８のドレインに印加されるレギュレートされていない信号Ｖｕｎｒｅｇとそのソース上に生成されるレギュレートされた信号Ｖｒｅｇとの間に、およそ４０〜６０ｄＢのリップル電圧振幅減衰を提供する。
【００３７】
マスター／スレーブ高電圧チャージポンプ１のスレーブポンプ３はスレーブトリプラー回路３６を含み、その詳細は図２に示すマスタートリプラー回路５のものと本質的に同じである。スレーブトリプラー３６のクロック入力が、コンダクタ７上のクロック信号ＯＳＣを受け取るように接続される。スレーブポンプ３は、ＶＤＤによって電力供給され、接地を基準とする。スレーブトリプラー３６は、レギュレートされていない出力信号Ｓｔ３ｘをコンダクタ３７上に生成する。コンダクタ３７は、Ｎチャネルソースフォロワートランジスタ４６のドレインに、及び相互コンダクタンス増幅器３８の高側供給電圧端子に接続される。相互コンダクタンス増幅器３８の低側供給電圧端子は、接地（又はＶｓｓ）に接続される。ソースフォロワートランジスタ４６のソースは、レギュレートされた電圧Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇをコンダクタ４７上に生成する。コンダクタ４７は、Ｎ段（Ｎは整数）のスレーブディクソンチャージポンプ回路５０の入力に接続される。その詳細を図３に示す。
【００３８】
相互コンダクタンス増幅器３８の入力は、コンダクタ４１によって、積分増幅器４０及び後述するスイッチドキャパシタ回路６８、６９、７０によって生成される出力電圧Ｖｉｎｔｇを受け取るように接続される。増幅器４０の高側供給端子はＶＤＤに接続され、その低側供給端子は接地に接続される。積分増幅器４０の（＋）入力は、コンダクタ２４上の、上述の基準信号Ｖｒｅｆ＿ＳＨを受け取る。積分増幅器４０の（−）入力は、積分キャパシタ４２によってコンダクタ４１に結合され、また、スイッチ７０の一方の端子に接続され、スイッチ７０の他方の端子は、スイッチ６８の一方の端子に、及びキャパシタ６９の一方の端子に接続される。スイッチ６８の他方の端子は、コンダクタ６６上のフィードバック信号Ｖｆｂａｃｋを受け取るように接続される。キャパシタ６９の他方の端子は接地に接続される。
【００３９】
スレーブディクソンチャージポンプ５０のクロック入力が、従来のレベルシフター３３によって生成されるＯＳＣ＿ＤＩＶ１６のレベルシフトされたバージョンを受け取る。ＯＳＣ＿ＤＩＶ１６がコンダクタ５１上でシフトされるレベルは、Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇによって制御される。スレーブディクソン段５０の出力は、スレーブポンプ出力コンダクタ５４に接続される。スレーブポンプ３によってコンダクタ５４上に生成される出力電圧は、ブーストされた制御電圧Ｖｃｔｌである。これは、ブーストされ、フィルタリングされ、ほぼリップルフリーである信号Ｖｃｔｌ＿ｆｉｌｔをコンダクタ５７上に生成するように、二次ＬＰＦ（ローパスフィルタ）５６によってフィルタリングされ得る。フィルタリングされた電圧Ｖｃｔｌ＿ｆｉｌｔは、Ｎチャネルソースフォロワートランジスタ５８のゲートを駆動する。Ｎチャネルソースフォロワートランジスタ５８のドレインは、マスターポンプ２によって生成されるレギュレートされていない出力電圧Ｖｕｎｒｅｇを受け取るように接続される。ソースフォロワートランジスタ５８のソースは、コンダクタ６０に接続され、レギュレートされた出力電圧Ｖｒｅｇがコンダクタ６０の上に生成される。
【００４０】
フィードバック増幅器６５はユニティゲインバッファとして動作し得る。その高側供給電圧端子はＶＤＤに接続され、その低側供給電圧端子は接地に接続される。フィードバック増幅器６５の（−）入力は、コンダクタ６３によって分圧器レジスタ６２の一方の端子に接続され、分圧器レジスタ６２の他方の端子は接地に接続される。また、コンダクタ６３は別の分圧器レジスタ６１の一方の端子に接続され、分圧器レジスタ６１の他方の端子は、ソースフォロワートランジスタ５８、スレーブポンプ３、及び二次ＬＰＦ５６の動作によって、コンダクタ６０上に生成されるレギュレートされた電圧信号Ｖｒｅｇを受け取る。増幅器６５の出力はフィードバック信号Ｖｆｂａｃｋをフィードバックコンダクタ６６上に生成する。フィードバックコンダクタ６６は、増幅器６５の（＋）入力に、及び積分増幅器４０及びスイッチドキャパシタ回路６８、６９、７０を含む上述の積分器の入力に接続される。
【００４１】
マスターポンプ２によって生成されるレギュレートされていない電圧Ｖｕｎｒｅｇは、ソースフォロワートランジスタ５８を介して、相対的に大きく可変の負荷７５（即ち、ユーザアプリケーション）を駆動するための、レギュレートされ高度にブーストされた電圧ＶＢＩＡＳを提供するために用いられる。スレーブチャージポンプ３は、高度にブーストされたリップルフリーの制御電圧Ｖｃｔｌを生成するために用いられる。この制御電圧Ｖｃｔｌは、二次ＬＰＦ５６の入力キャパシタンス、ソースフォロワートランジスタ５８のゲートキャパシタンス、及び、微量の関連するＰＮ接合漏れ電圧を含む、非常に小さい一定負荷を駆動する。スレーブトリプラー３６は、図２に示すように、スレーブトリプラー３６のチャージポンプセクションに結合される高電圧トランジスタからの小さい容量性負荷及び低レベルの逆ＰＮ接合漏れを駆動可能であることのみを必要とされるので、スレーブトリプラー３６とスレーブディクソンチャージポンプ５０とを組み合わせたサイズが最小化され得、クロックされるポンプ事象間の過渡出力ドループ特性が顕著に軽減され得る。
【００４２】
Ｖｃｔｌ＿ｆｉｌｔの如何なるリップルノイズ成分もＶｒｅｇに直接的に結合されるため、ソースフォロワートランジスタ５８のゲートに印加されるフィルタリングされた電圧Ｖｃｔｌ＿ｆｉｌｔが極く低いノイズ振幅であることが、ソースフォロワートランジスタ５８のソース上のレギュレートされた電圧Ｖｒｅｇにおける、低い総リップル電圧振幅を達成するために極めて重要である。スレーブチャージポンプ３の上述の非常に軽い負荷は、非常に低いＶＢＩＡＳ出力リップル電圧振幅を達成することに実質的に貢献し、それは、チャージポンプの出力リップル周波数成分とＲＦ信号周波数との間の生成された混合周波数に関連する相互変調ひずみ条件を緩和する。二次ＬＰＦ５６及び二次ＬＰＦ７２は、ＶＢＩＡＳにおけるスプリアスＲＦノイズ成分の一層の減衰を提供し、従って、ＲＦ信号との混合のレベルを低減する。
【００４３】
スレーブポンプ３の目的はマスターポンプ２によって駆動されるレギュレートされた出力電圧Ｖｒｅｇを制御するようにソースフォロワートランジスタ５８のゲートキャパシタンスを含む小さい負荷のみを駆動することであるため、スレーブポンプ３の物理的サイズは、マスターポンプ２のサイズよりもかなり小さくなり得る。即ち、マスターポンプ２は、より大きい可変負荷７５又はＶＢＩＡＳが印加されるユーザアプリケーションを駆動し、一方、スレーブポンプ３は、ソースフォロワートランジスタ５８のゲートの相対的に小さい容量性負荷やスレーブポンプ２の高電圧トランジスタ内に存在する低レベルのＰＮジャンクション漏れを駆動するだけである。
【００４４】
このように、高電圧マスター／スレーブチャージポンプ１では、スレーブチャージポンプ３は、非常に低く且つ固定レベルの負荷のみを有し、また、より一層重く且つ可変の負荷がかかるマスターチャージポンプ２のレギュレーションの供給元である。設計により、スレーブチャージポンプ３によって生成される基準電圧のレギュレーションは、非常に低いリップル電圧を有し、その結果、マスターチャージポンプ２によって生成されるレギュレートされていない出力電圧Ｖｕｎｒｅｇをレギュレートすることによって生成されるレギュレートされた電圧Ｖｒｅｇもまた非常に低いリップル電圧成分を有する。更に、このことは、標準ＲＦ帯域内の周波数成分について特に当てはまる。これに対し、従来技術は、大きく、可変である出力負荷を駆動するため、及びそれ自体の自己レギュレーションを提供するために１つのチャージポンプのみを使用し、そのため、大きく、可変である出力負荷に供給されるレギュレートされた出力電圧においてそのような非常に低いリップル電圧成分を有することができない。
【００４５】
一実装において、ＶＤＤは３ボルトであり得、コンダクタ６上のレギュレートされていない出力Ｍｔ３ｘは３×ＶＤＤ×（電圧トリプラー５の効率）であり得、即ち、９ボルトに近いがそれ未満であり得る。相互コンダクタンス増幅器１２の「ＧｍＣｌフィルタリング」機能は、ソースフォロワートランジスタ１４のゲート電圧を制御するために、レギュレートされていない出力電圧Ｍｔ３ｘを用いる。増幅器１０の出力と相互コンダクタンス増幅器１２は、ソースフォロワートランジスタ１４のゲートを駆動するように、共に動作する。増幅器１０の電圧出力は、相互コンダクタンス増幅器１２の入力段の電流に変換され、その後、再度変換されて、相互コンダクタンス増幅器１２の出力上の入力電圧の４倍に戻される。相互コンダクタンス増幅器１２のＧｍＣｌフィルタリング機能は、マスタートリプラー回路５によって生成されるレギュレートされていない電圧Ｍｔ３ｘからのノイズの大半をフィルタリング除去する。その結果のコンダクタ１６上の電圧Ｍｔ３ｘ＿ｒｅｇは、その信頼性限度の範囲内で、マスターディクソンポンプ３０の最大動作効率のために設計された固定電圧までレギュレートされる。マスターディクソンチャージポンプ３０によって生成されるレギュレートされていない電圧Ｖｕｎｒｅｇは、適切な電圧ヘッドルームを提供するように、コンダクタ６０上のレギュレートされた電圧Ｖｒｅｇよりも適切に高い一定の範囲内である必要がある。また、Ｖｒｅｇは、種々の関連する集積回路構成要素の最大許容動作電圧によって決められる最大動作レベルを超えないものとする。
【００４６】
スレーブポンプ３の出力電圧Ｖｃｔｌは、固定電圧までレギュレートされないが、前述のフィードバック制御ループに従ってレギュレートされる。フィードバック制御ループは、Ｖｒｅｇがソースフォロワートランジスタ５８のゲートに印加される電圧Ｖｃｔｌ＿ｆｉｌｔに厳密に従うため、フィルタリングされ、レギュレートされ、ほぼリップルフリーである出力電圧Ｖｒｅｇを提供するようにソースフォロワートランジスタ５８を制御する。その結果の、コンダクタ６０上のレギュレートされた電圧Ｖｒｅｇは、抵抗分圧器６１、６２によって分割されて、バッファ増幅器６５の（−）入力に、スケールダウンされたＶｒｅｇのレプリカを提供する。Ｖｒｅｇは、特定された全ＶＤＤ供給範囲、例えば２．３ボルト〜３．６ボルト、に亘り、およそ３０ボルトであり得る。その場合、コンダクタ６６上のフィードバック電圧Ｖｆｂａｃｋは、レジスタディバイダネットワーク６１及び６２を介して生成され、ユニティゲインバッファ６５を介してバッファリングされた、３０Ｖｒｅｆ＝ボルトのスケールダウンされた表現であり得、スレーブポンプ３の積分増幅器４０の基準電圧Ｖｒｅｆ＿ＳＨに極めて近くなる。コンダクタ６６上のフィードバック電圧Ｖｆｂａｃｋは、スイッチドキャパシタ回路６８、６９、７０と共に、非常に低い帯域幅のフィードバックを提供し、非常に小さい電流／電力消費を必要とする。積分器４０の出力Ｖｉｎｔｇは、ＧｍＣ２フィルタとして機能する相互コンダクタンス増幅器３８の入力に行く（即ち、相互コンダクタンス増幅器１２と同様に動作する）。相互コンダクタンス増幅器３８の出力は、コンダクタ４４によってソースフォロワートランジスタ４６のゲートに接続される。スレーブポンプ３内のソースフォロワートランジスタ４６のソースは、スレーブディクソンチャージポンプ５０の第１段入力に接続される。
【００４７】
先行技術の図２は、図１のマスタートリプラー回路５及びスレーブトリプラー３６の両方を実装するために用いられ得る電圧トリプラー５を示す。電圧トリプラー５は、電圧トリプラーを含む、多段電圧ブースター回路のための周知の基本構造の僅かな変型である。コンダクタ７９上の利用可能な供給電圧ＶＤＤは、ＮチャネルトランジスタＭＮ１及びＭＮ０、ＰチャネルトランジスタＭＰ０及びＭＰ２、及びキャパシタＣ６及びＣ７を含む第１のブースト段への入力である。非重複クロック信号ＣＬＫ及びその論理相補信号ｎＣＬＫが、それぞれ、コンダクタ８４及び８５を介してキャパシタＣ６及びＣ７の下側端子に印加される。キャパシタＣ６の上側端子は、コンダクタ８１によってトランジスタＭＮ１のソース、トランジスタＭＰ０のゲート、及びトランジスタＭＰ２のドレインに接続される。キャパシタＣ７の上側端子は、コンダクタ８０によってトランジスタＭＮ０のソース、トランジスタＭＰ２のゲート、及びトランジスタＭＰ０のドレインに接続される。トランジスタＭＮ１及びＭＮ０のドレインは、ＶＤＤ入力コンダクタ７９に接続され、トランジスタＭＰ０及びＭＰ２のソースはコンダクタ７８に接続され、ブーストされた電圧２×ＶＤＤがコンダクタ７８の上に生成される。ストレージキャパシタＣ１が、コンダクタ７８上のブーストされた電圧２×ＶＤＤを維持するために必要な、周期的に補充される電荷を蓄積する。ラッチ回路９０、ＮＯＲゲート８８及び８９、及びバッファ８６及び８７は、図１のクロック信号回路４によって生成される基本クロック信号ＯＳＣに応答して、非重複クロック信号ＣＬＫ及びｎＣＬＫを生成するように動作する。電圧トリプラー５は、システムクロックＯＳＣが継続する場合でも、マスター／スレーブチャージポンプ１がオフにされ得るように、イネーブルされた回路である。
【００４８】
同様に、コンダクタ７９上の「一度ブーストされた」電圧２×ＶＤＤは、電圧トリプラー５の第２のブースト段への入力である。第２のブースト段は、ＮチャネルトランジスタＭＮ３及びＭＮ４、ＰチャネルトランジスタＭＰ５及びＭＰ４、及びキャパシタＣ３及びＣ４を含む。非重複クロック信号ＣＬＫ及びｎＣＬＫは、それぞれ、コンダクタ８４及び８５を介してキャパシタＣ３及びＣ４の下側端子に印加される。キャパシタＣ３の上側端子は、コンダクタ８２によってトランジスタＭＮ３のソース、トランジスタＭＰ５のゲート、及びトランジスタＭＰ４のドレインに接続される。キャパシタＣ４の上側端子は、コンダクタ８３によりトランジスタＭＮ４のソース、トランジスタＭＰ４のゲート、及びトランジスタＭＰ５のドレインに接続される。トランジスタＭＮ３及びＭＮ４のドレインは、２×ＶＤＤコンダクタ７８に接続され、トランジスタＭＰ５及びＭＰ４のソースは、「２倍ブーストされた」電圧トリプラー出力コンダクタ６に接続され、ブーストされた電圧３×ＶＤＤがコンダクタ６の上に生成される。ストレージキャパシタＣ２が、電圧トリプラー出力コンダクタ６上のブーストされた電圧３×ＶＤＤを維持するために必要な、周期的に補充される電荷を蓄積する。（付加的な「ＶＤＤレベルのブースト」を電圧トリプラー出力電圧に提供することが望ましい場合、付加的な同様のブースト段を付加することができることに留意されたい。）
【００４９】
ダイオード接続されたＰチャネルトランジスタＭＰ３のソース、ゲート、及びバルク電極は、電圧トリプラー５の出力コンダクタ６に接続される。ダイオード接続されたトランジスタＭＰ３のドレインは電圧トリプラー５の入力コンダクタ７９に接続される。電圧トリプラー５に電源が供給されると、ダイオード接続されたトランジスタＭＰ３は、出力コンダクタ６上にＶＤＤを１ダイオード降下下回る値に等しい初期電圧を提供するように動作し、これは、出力コンダクタ６上の電圧を３×ＶＤＤにブーストする際に有用であり得る。
【００５０】
電圧トリプラー５の動作の例として、コンダクタ８１上の電圧が高である結果として、トランジスタＭＮｌがオフで、トランジスタＭＮ０がオンであると仮定し、また、ｎＣＬＫが低でＣＬＫが高であると仮定する。また、トランジスタＭＰ０がオフになると仮定する。トランジスタＭＮ０がオンであるので、キャパシタＣ７は、コンダクタ８０の電圧をＶＤＤまでブーストするように充電される。その後、ｎＣＬＫが高になり、ＣＬＫが低になると、コンダクタ８０の電圧は２×ＶＤＤまでブーストされ、トランジスタＭＰ０がオンにされる。これによって、コンダクタ７８上の２×ＶＤＤを補充するように、キャパシタＣ７上の電荷がトランジスタＭＰ０を介して「プッシュ」される。動作は、コンダクタ８０の電圧が高である結果として、トランジスタＭＮ０がオフになり、トランジスタＭＮｌがオンになる場合と同様である。ＣＬＫが低であり、ｎＣＬＫが高であると、トランジスタＭＰ１がオフになり、トランジスタＭＮｌがオンになり、そのため、キャパシタＣ６は、コンダクタ８１の電源をＶＤＤまでブーストするように充電される。その後、ＣＬＫが高レベルになり、ｎＣＫが低レベルになると、コンダクタ８１の電圧が２×ＶＤＤまでブーストされ、ＭＰ１がオンになる。これによって、コンダクタ７８上の２×ＶＤＤを補充するように、キャパシタＣ６上の電荷がトランジスタＭＰ１を介して「プッシュ」される。
【００５１】
ＮチャネルトランジスタＭＮ３及びＭＮ４、ＰチャネルトランジスタＭＰ５及びＭＰ４、及びキャパシタＣ３及びＣ４を含む、上述の第２のブースト段の動作は、全体的に第１のブースト段の上述の動作と同様であるが、第２のブースト段への入力がＶＤＤではなく、２×ＶＤＤであり、その出力が２×ＶＤＤではなく、３×ＶＤＤである点が異なる。
【００５２】
図３は、図１のマスターディクソンチャージポンプ３０及びスレーブディクソンチャージポンプ５０を実装するために用いられ得るディクソンチャージポンプ３０を示す。図３を参照すると、コンダクタ１６上のディクソンチャージポンプ入力電圧ＶＩＮは、図１のＭｔ３ｘ＿ｒｅｇ又はＳｔ３ｘ＿ｒｅｇのいずれかであり得る。コンダクタ１６は、ダイオードＤ０のアノード、ＮチャネルトランジスタＭＮ０のドレイン、ダイオードＤｌのアノード、及びＮチャネルトランジスタＭＭ５のドレインに接続される。トランジスタＭＮ０のソースは、コンダクタ９４によって、ダイオードＤ０のカソード、ポンプキャパシタＣ０の一方の端子、ＰチャネルトランジスタＭＰ０のソース、トランジスタＭＮ５のゲート、及びＰチャネルトランジスタＭＰ１０のゲートに接続される。トランジスタＭＮ５のソースは、コンダクタ９５によって、ダイオードＤｌのカソード、ポンプキャパシタＣ１の一方の端子、トランジスタＭＰ１０のソース、トランジスタＭＮ０のゲート、及びトランジスタＭＰ０のゲートに接続される。トランジスタＭＰ０及びＭＰ１０のドレインはコンダクタ３４に接続され、コンダクタ３４の上に図１のＶｕｎｒｅｇ又はＶｃｔｌが生成され得る。ポンプキャパシタＣ０の他方の端子はｎＣＬＫに接続され、ポンプキャパシタＣ１の他方の端子は、ｎＣＬＫと位相が１８０度ずれたＣＬＫに接続される。前述のように、２つのディクソンチャージポンプ３０及び５０に印加されるクロック信号ＣＬＫ及びｎＣＬＫの周波数は、２つの電圧トリプラー５及び３６を駆動するクロック信号の周波数の１６分の１である。周波数における大きな差の理由は、ディクソンチャージポンプには、電圧トリプラーにおけるものより、はるかに大きな電圧増があるためであり、これが、ディクソンチャージポンプより高い周波数で電圧トリプラーを動作させることによって維持される大きな電流負荷を電圧トリプラー上にもたらす。より高い出力電圧Ｖｕｎｒｅｇ又はＶｃｔｌを生成するために適切な数のディクソンチャージポンプがカスケードされ得る。
【００５３】
ディクソンチャージポンプ３０の動作の例として、ｎＣＬＫが低電圧レベルになり、ＣＬＫが高電圧レベルになると仮定する。ｎＣＬＫの低レベルは、トランジスタＭＰ１０をオンにし、トランジスタＭＮ５をオフにする。ＣＬＫの高レベルへの遷移により、キャパシタＣ１上の蓄積された電荷がトランジスタＭＰ１０を通して流れ、それによって、コンダクタ３４上の電圧をチャージアップ、又は「ポンピング」して、コンダクタ３４に結合される可変負荷７５（図１）を駆動する。ＣＬＫの高レベルは、トランジスタＭＮ０をオンにし、トランジスタＭＰ０をオフにする。その結果、コンダクタ１６上の入力電圧が、トランジスタＭＮ０を通して電流を流して、キャパシタＣ０を充電する。同様に、ＣＬＫが低電圧レベルになり、ｎＣＬＫが高電圧になると、ＣＬＫの低レベルが、トランジスタＭＰ０をオンにし、トランジスタＭＮ０をオフにする。ｎＣＬＫの高レベルへの遷移は、キャパシタＣ０上に蓄積された電荷をトランジスタＭＰ０を通して流し、それによって、コンダクタ３４上の電圧をチャージアップ又はポンピングして、それに接続される負荷を駆動する。ｎＣＬＫの高レベルは、トランジスタＭＮ５をオンにし、トランジスタＭＰ１０をオフにする。その結果、コンダクタ１６上の入力電圧が、トランジスタＭＮ５を通して電流を流し、キャパシタＣ１を充電する。
【００５４】
スレーブトリプラーは、レギュレートされていない電圧Ｓｔ３ｘを生成し、電圧Ｓｔ３ｘがその後、制御されたレギュレートされた電圧としてＳｔ３ｘ＿ｒｅｇを生成するようにレギュレートされる。Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ電圧レベルは、Ｖｆｂａｃｋ及び基準電圧Ｖｒｅｆ＿ＳＨに応答して、Ｖｒｅｇの値を制御するフィードバックループによって制御される。Ｖｒｅｇは、Ｖｆｂａｃｋを生成するように、抵抗性スケールダウンされ、バッファリングされる。Ｖｆｂａｃｋはスイッチドキャパシタ積分増幅器４０の（−）入力上でサンプリングされ、スイッチドキャパシタ積分増幅器４０は、ＶｆｂａｃｋをＶｒｅｆ＿ＳＨに合致させるようにスレーブディクソンチャージポンプ３を制御するように動作する。この結果、積分器出力電圧Ｖｉｎｔｇが低帯域幅となる。Ｖｉｎｔｇは、その後、固定利得を有する相互コンダクタンス増幅器３８のＧｍＣ２フィルタリング機能を介して流れて、ソースフォロワートランジスタ４６のゲートを駆動し、それによって、制御されレギュレートされた電圧Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ電圧を生成する。Ｓｔ３ｘ＿ｒｅｇ電圧はスレーブディクソンチャージポンプ５０の入力及びクロックレベルシフター４９の２入力に結合される。
【００５５】
図１に示すマスタースレーブチャージポンプトポロジーは、マスターポンプ２の出力を、後でソースフォロワートランジスタ５８のノイズに敏感なゲートへの入力を制御するために用いられる、スレーブポンプ３のはるかに低いノイズ出力から切断する。その結果、ＲＦ通信帯域における非常に低いリップルノイズ振幅及び低スプリアスノイズ成分となり、また、可変負荷７５の大きな変動に対するＶｒｅｇ及びＶＢＩＡＳの感応度が極めて低くなる。
【００５６】
図１のマスター／スレーブチャージポンプ１は、スプリアスＲＦノイズが非常に低レベルで、且つブーストされた電圧の負荷依存変動が非常に低い、正確にレギュレートされブーストされた高電圧源を生成することによって、低電力、低ノイズ用途に適する高増倍係数バイアス電圧の生成を提供する。
【００５７】
当業者であれば、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に変更が行なわれ得ること、及び他の多くの実施形態が可能であることが理解されるであろう。
【図１−１】
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【図１−２】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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