(57)【要約】  一実施形態では、回路は、第１の入力電圧に結合された第１の負荷回路を備える。電流シンク回路が第１の負荷回路の出力に結合される。第２の負荷回路が接地に結合される。第２の入力電圧と第２の負荷回路の出力との間に電流ソース回路が結合される。電流ソース回路を通る電流を低減するために電流シンク回路から電流ソース回路の出力に電流を与えるために、第１の負荷回路の出力と第２の負荷回路の出力との間に電荷リサイクル回路が結合される。電荷リサイクル回路は電荷ポンプであり得る。【選択図】図１
2017514445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力電圧に結合された第１の負荷回路と、
前記第１の負荷回路の出力に結合された電流シンク回路と、
接地に結合された第２の負荷回路と、
第２の入力電圧と前記第２の負荷回路の出力との間に結合された電流ソース回路と、
前記電流ソース回路を通る電流を低減するために前記電流シンク回路から前記電流ソース回路の前記出力に電流を与えるために、前記第１の負荷回路の前記出力と前記第２の負荷回路の前記出力との間に結合された電荷リサイクル回路と
を備える、回路。
【請求項２】
前記電荷リサイクル回路は、電荷ポンプである、
請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の負荷回路を通る電流にほぼ等しい電流を、前記電流シンク回路から前記電流ソース回路の前記出力に与える、
請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記電流シンク回路と前記電流ソース回路との前記それぞれの出力に結合されたゲートを有するカスコードデバイスを備えるスイッチングレギュレータをさらに備える、
請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記第１の入力電圧と接地との間に直列に結合された、第１のスイッチングトランジスタと、第１のカスコードトランジスタと、第２のカスコードトランジスタと、第２のスイッチングトランジスタとを備えるスイッチングレギュレータをさらに備え、前記第１のスイッチングトランジスタは、前記第１の負荷回路に結合されたゲートを有し、前記第１のカスコードトランジスタは、前記電流ソース回路に結合されたゲートを有し、前記第２のカスコードトランジスタは、前記電流シンク回路に結合されたゲートを有し、前記第２のスイッチングトランジスタは、前記第２の負荷回路に結合されたゲートを有する、
請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の入力電圧に基づく可変利得を有する、
請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記電流ソース回路は、低ドロップアウトレギュレータであり、前記電流シンク回路は、低ドロップアウトレギュレータである、
請求項１に記載の回路。
【請求項８】
前記電荷リサイクルの前記タイミングを制御するためのクロック信号を与えるために、前記電荷リサイクル回路に結合された電圧制御発振器をさらに備える、
請求項１に記載の回路。
【請求項９】
前記クロック信号は、前記第１の入力電圧に基づく、
請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
出力を有する電流ソース回路と、
出力を有する電流シンク回路と、
第１の制御信号がアクティブであることに応答して第１の電圧信号を第１の電力スイッチングデバイスに結合するように構成された第１のスイッチと、
第２の制御信号に応答して前記第１のスイッチングデバイスを前記電流ソース回路の前記出力に結合するように構成された第２のスイッチ、ここにおいて、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号とが、重複しない信号である、と、
前記第１の制御信号に応答して前記電流シンク回路の前記出力を第２の電力スイッチングデバイスに結合するように構成された第３のスイッチと、
前記第２の制御信号に応答して前記第２の電力スイッチングデバイスを接地に結合するように構成された第４のスイッチと、
前記電流ソース回路の前記出力および前記電流シンク回路の前記出力に結合された電荷リサイクル回路、前記電荷リサイクル回路は、前記第２の制御信号が非アクティブであることと、前記第１の制御信号が非アクティブであることとに応答して、前記電流ソース回路から電荷を受信し、前記第２の制御信号がアクティブであることに応答して、前記電流シンク回路に電荷を与える、と
を備える、回路。
【請求項１１】
前記電流ソース回路は、低ドロップアウトレギュレータであり、前記電流シンク回路が低ドロップアウトレギュレータである、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の電圧信号に基づいて調整される調整可能利得を有する、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１３】
前記第１の電力スイッチングデバイスの第１の端子と第２の端子とがそれぞれ、前記第１の電圧信号と電力カスコードデバイスの第１の端子とに結合され、前記第１の電力スイッチングデバイスのゲートが前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとに結合され、
前記第１の電力カスコードデバイスの第２の端子は、出力端子に結合され、前記電力カスコードデバイスのゲートは、前記電流ソース回路の前記出力に結合され、
前記第２の電力スイッチングデバイスの第１の端子は、接地に結合され、前記第２の電力スイッチングデバイスのゲートは、前記第３のスイッチと前記第４のスイッチとに結合され、
前記第２の電力カスコードデバイスの第１の端子と第２の端子とはそれぞれ、前記第２の電力スイッチングデバイスの前記出力端子と第２の端子とに結合され、前記第２の電力カスコードデバイスのゲートは、前記電流シンク回路の前記出力に結合される、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１４】
前記電流シンク回路は、第２の電圧信号に結合される、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１５】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の電圧信号と前記第２の電圧信号とに基づいて調整される調整可能利得を有する、
請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
第１の入力電圧から、第１のノードに結合された第１の負荷回路に第１の電流を与えることと、前記第１のノードが第１のノード電圧にある、
第２のノードから、接地に結合された第２の負荷回路に第２の電流を与えることと、
前記第１のノードから電流シンク回路を通じて接地に第３の電流をシンクすることと、
第２の入力電圧から前記第２のノードに第４の電流をソースすること、前記第２のノードは、第２のノード電圧にあり、前記第２のノード電圧は、前記第１のノード電圧よりも大きい、と、
前記第３の電流を低減するために、前記第１のノードから前記第２のノードに電荷を移すことと
を備える方法。
【請求項１７】
電荷ポンプが前記第１のノードから前記第２のノードに前記電荷を移す、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３の電流を約０まで低減するために、前記第１のノードから前記第２のノードに電荷を移すこと、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のノードと前記第２のノードとをスイッチングレギュレータのカスコードデバイスのそれぞれのゲートに結合することをさらに備える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記移された電荷は、前記第１のノード電圧と前記第２のノード電圧との間の差に基づいて調整される、
請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
[0001]本出願は、その内容の全体がすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる、２０１４年４月２４日に出願された「CHARGE-RECYCLING CIRCUITS」と題する米国出願第１４／２６０，５９２号の優先権を主張する。
【０００２】
[0002]本出願は、すべての目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１４年４月２４日に出願された「CHARGE PUMPS HAVING VARIABLE GAIN AND VARIABLE FREQUENCY」と題する米国出願第１４／２６０，６５８号、および２０１４年４月２４日に出願された「CHARGE-RECYCLING CIRCUITS INCLUDING SWITCHING POWER STAGES WITH FLOATING RAILS」と題する米国出願第１４／２６０，７３３号に関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]本開示は電荷リサイクル回路（charge-recycling circuit）に関し、詳細には、電荷ポンプを使用する電荷リサイクル回路に関する。
【０００４】
[0004]本明細書で別段に規定されていない限り、このセクションで説明する手法は、このセクションに含めることによって従来技術であると認められるものではない。
【０００５】
[0005]同じシステム中の負荷に対して電流を供給およびシンクするために、レギュレータがしばしば使用される。たとえば、低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ：low dropout regulator）が、第１のカスコード回路のノード上で電圧を生成するために使用され得、別のＬＤＯが、（たとえば、同じ集積回路上の）別のカスコード回路のノード上で別の電圧を生成するために使用され得る。各ＬＤＯを通る電流は、エネルギー損失、および効率の低減を生じる。また、エネルギー損失は、レギュレータとシステムとの動作温度を増加させる。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本開示は、電荷ポンプを使用する電荷リサイクル回路について説明する。
【０００７】
[0007]一実施形態では、回路は、第１の入力電圧に結合された第１の負荷回路を備える。電流シンク回路（current sinking circuit）が第１の負荷回路の出力に結合される。第２の負荷回路が接地に結合される。第２の入力電圧と第２の負荷回路の出力との間に電流ソース回路が結合される。電流ソース回路（current sourcing circuit）を通る電流を低減するために電流シンク回路から電流ソース回路の出力に電流を与えるために、第１の負荷回路の出力と第２の負荷回路の出力との間に電荷リサイクル回路が結合される。
【０００８】
[0008]一実施形態では、電荷リサイクル回路は電荷ポンプである。
【０００９】
[0009]一実施形態では、電荷リサイクル回路は、第１の負荷回路を通る電流にほぼ等しい電流を、電流シンク回路から電流ソース回路の出力に与える。
【００１０】
[0010]一実施形態では、回路は、電流シンク回路と電流ソース回路とのそれぞれの出力に結合されたゲートを有するカスコードデバイスを備えるスイッチングレギュレータをさらに備える。
【００１１】
[0011]一実施形態では、第１の入力電圧と接地との間に直列に結合された、第１のスイッチングトランジスタと、第１のカスコードトランジスタと、第２のカスコードトランジスタと、第２のスイッチングトランジスタとを備えるスイッチングレギュレータをさらに備える回路。第１のスイッチングトランジスタは、第１の負荷回路に結合されたゲートを有する。第１のカスコードトランジスタは、電流ソース回路に結合されたゲートを有する。第２のカスコードトランジスタは、電流シンク回路に結合されたゲートを有する。第２のスイッチングトランジスタは、第２の負荷回路に結合されたゲートを有する。
【００１２】
[0012]一実施形態では、電荷リサイクル回路は、第１の入力電圧に基づく可変利得を有する。
【００１３】
[0013]一実施形態では、電流ソース回路は低ドロップアウトレギュレータであり、電流シンク回路は低ドロップアウトレギュレータである。
【００１４】
[0014]一実施形態では、電荷リサイクルのタイミングを制御するためのクロック信号を与えるために、電圧制御発振器が電荷リサイクル回路に結合される。
【００１５】
[0015]一実施形態では、クロック信号は第１の入力電圧に基づく。
【００１６】
[0016]別の実施形態では、回路は、出力を有する電流ソース回路を備える。電流シンク回路が出力を有する。第１のスイッチは、第１の制御信号がアクティブであることに応答して第１の電圧信号を第１の電力スイッチングデバイスに結合するように構成される。第２のスイッチは、第２の制御信号に応答して第１のスイッチングデバイスを電流ソース回路の出力に結合するように構成される。第１の制御信号と第２の制御信号とは、重複しない信号である。第３のスイッチは、第１の制御信号に応答して電流シンク回路の出力を第２の電力スイッチングデバイスに結合するように構成される。第４のスイッチは、第２の制御信号に応答して第２の電力スイッチングデバイスを接地に結合するように構成される。電荷リサイクル回路は、電流ソース回路の出力と電流シンク回路の出力とに結合される。電荷リサイクル回路は、第２の制御信号が非アクティブであることと、第１の制御信号が非アクティブであることとに応答して、電流ソース回路から電荷を受信し、第２の制御信号がアクティブであることに応答して、電流シンク回路に電荷を与える。
【００１７】
[0017]一実施形態では、電流ソース回路は低ドロップアウトレギュレータであり、電流シンク回路は低ドロップアウトレギュレータである。
【００１８】
[0018]一実施形態では、電荷リサイクル回路は、第１の電圧信号に基づいて調整される調整可能利得を有する。
【００１９】
[0019]一実施形態では、第１の電力スイッチングデバイスの第１の端子と第２の端子とがそれぞれ、第１の電圧信号と電力カスコードデバイスの第１の端子とに結合され、第１の電力スイッチングデバイスのゲートが第１のスイッチと第２のスイッチとに結合される。第１の電力カスコードデバイスの第２の端子が出力端子に結合され、電力カスコードデバイスのゲートが電流ソース回路の出力に結合される。第２の電力スイッチングデバイスの第１の端子が接地に結合され、第２の電力スイッチングデバイスのゲートが第３のスイッチと第４のスイッチとに結合される。第２の電力カスコードデバイスの第１の端子と第２の端子とがそれぞれ、第２の電力スイッチングデバイスの出力端子と第２の端子とに結合され、第２の電力カスコードデバイスのゲートが電流シンク回路の出力に結合される。
【００２０】
[0020]一実施形態では、電流シンク回路は第２の電圧信号に結合される。
【００２１】
[0021]一実施形態では、電荷リサイクル回路は、第１の電圧信号と第２の電圧信号とに基づいて調整される調整可能利得を有する。
【００２２】
[0022]また別の実施形態では、方法は、第１の入力電圧から、第１のノードに結合された第１の負荷回路に第１の電流を与えることと、第１のノードが第１のノード電圧にある、第２のノードから、接地に結合された第２の負荷回路に第２の電流を与えることと、第１のノードから電流シンク回路を通じて接地に第３の電流をシンクすることと、第２の入力電圧から第２のノードに第４の電流をソースすることと、第２のノードが第２のノード電圧にあり、第２のノード電圧が第１のノード電圧よりも大きい、第３の電流を低減するために、第１のノードから第２のノードに電荷を移すこととを備える。
【００２３】
[0023]一実施形態では、電荷ポンプが第１のノードから第２のノードに電荷を移す。
【００２４】
[0024]一実施形態では、第３の電流を低減するために第１のノードから第２のノードに電荷を移すことは、第３の電流を約０まで低減する。
【００２５】
[0025]一実施形態では、本方法は、第１のノードと第２のノードとをスイッチングレギュレータのカスコードデバイスのそれぞれのゲートに結合することをさらに備える。
【００２６】
[0026]一実施形態では、移された電荷は、第１のノード電圧と第２のノード電圧との間の差に基づいて調整される。
【００２７】
[0027]以下の発明を実施するための形態および添付の図面は、本開示の性質と利点とのより良い理解を与える。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
[0028]次に続く説明、および特に図面に関して、示される詳細は例示的な説明の目的のための例を表しており、本開示の原理および概念的態様の説明を与えるために提示されることが強調される。この点について、本開示の基本的な理解のために必要とされるもの以外に、実装の詳細を示すための試みは行われない。次に続く説明は、図面とともに、本開示による実施形態がどのように実施され得るかを、当業者に明らかにする。
【図１】一実施形態による、電荷リサイクル回路を示すブロック図。
【図２】別の実施形態による、電荷リサイクル回路を示すブロック図。
【図３】また別の実施形態による、電荷リサイクル回路を示すブロック図。
【図４】一実施形態による、電流をリサイクルするためのプロセスフローを示す簡略図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
[0033]以下の説明では、説明の目的で、本開示の完全な理解を与えるために多数の例および具体的な詳細を記載する。ただし、特許請求の範囲において表される本開示は、単独で、または以下で説明する他の特徴との組合せで、これらの例における特徴の一部または全部を含み得、本明細書で説明する特徴と概念との変更形態と均等物とをさらに含み得ることが当業者には明らかであろう。
【００３０】
[0034]図１は、一実施形態による、電荷リサイクル回路１００を示すブロック図である。電荷リサイクル回路１００は、電流シンク回路１０２と、電流ソース回路１０４と、第１の負荷１０７と、第２の負荷１０９と、電荷リサイクル回路１１４と、電圧制御発振器（ＶＣＯ：voltage controlled oscillator）１１６とを備える。様々な実施形態では、電流シンク回路１０２は低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）（以下で「ＬＤＯ１０２」と呼ばれる）であり、演算増幅器１２２とパストランジスタ１２４とを備えることができる。様々な実施形態では、電流ソース回路１０４は低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）（以下で「ＬＤＯ１０４」と呼ばれる）であり、演算増幅器１３２とパストランジスタ１３４とを備えることができる。様々な実施形態では、電荷リサイクル回路１１４は、スイッチドキャパシタ回路、またはブースト電荷ポンプなどの電荷ポンプであり得る。電荷リサイクル回路１１４は以下で「電荷ポンプ１１４」と呼ばれる。電荷ポンプ１１４は、電荷ポンプ１１４を通じて移される電荷量の可変利得を有するようにプログラマブルであるか、または再構成可能であり得る。第１の負荷１０７は、並列に結合された抵抗器１０６とキャパシタ１１０とを含むことができる。第２の負荷１０９は、並列に結合された抵抗器１０８とキャパシタ１１２とを含むことができる。
【００３１】
[0035]電荷リサイクル回路１００は、ＬＤＯ１０２とＬＤＯ１０４との間に電流を結合する。ＬＤＯ出力電圧を維持することは、時々、一般に、エネルギー損失を生じるＬＤＯ１０２または１０４を通じて与えられる追加の電流を必要とし得る。一実施形態では、ＬＤＯ１０２または１０４のうちの一方によって必要とされる電流の変化は、ＬＤＯ１０２とＬＤＯ１０４の一方または両方を通る電流が低減されるようにＬＤＯ１０２または１０４から与えられ得、それによって、電力損失を低減する。これは電荷リサイクルと呼ばれる。図１に示されている一実施形態では、電荷ポンプ１１４が、電流を供給するＬＤＯ１０２の出力と電流をシンクするＬＤＯ１０４の出力との間に結合されている。一実施形態では、電荷リサイクル回路１００は、（たとえば、ＬＤＯ１０２、１０４のうちの一方の上の）電圧変化を検知し、他方のＬＤＯ１０２、１０４がそれの電流を増加させる必要がないように、他方のＬＤＯ１０２、１０４の出力により多くの電荷を与えるように電荷ポンプ１１４を再構成するフィードバック回路を備え、それにより電力損失を低減する。一実施形態では、フィードバック回路は、負荷１０７とＬＤＯ１０４との間の（電圧ＶＳ１における）共通ノードに結合されたセンス抵抗器１４４を備え、電圧Ｖｓ１を示すＶＣＯ１１６に、比較された電圧Ｖｅを与える比較器１４２をも備える。いくつかの実施形態では、フィードバック回路は、代わりに（電圧ＶＳ２において）ＬＤＯ１０２の出力に結合されるか、またはＬＤＯ１０２とＬＤＯ１０４の両方の出力に結合される、ＶＯＣ１１６にフィードバックを与える。ＶＣＯ１１６は、電荷ポンプ１１４中の電荷移転を制御するために電荷ポンプ１１４に１つまたは複数のクロック（ＣＬＫ）信号を与える。電荷ポンプ１１４が電圧をブーストすることができるので、電流リサイクルシステム１００は、電圧ＶＳ１と電圧ＶＳ２との間の電圧の大きい差の場合にも、および電圧ＶＳ２が電圧ＶＳ１よりも大きい場合、電荷移転を提供する。
【００３２】
[0036]ＬＤＯ１０４の出力は、電荷ポンプ１１４を通じてＬＤＯ１０２の出力に結合される。各ＬＤＯ１０２、１０４は、図２および図３に示されているようなシステム中の異なる回路ノードのための基準電圧を生成し得る。この例では、ＬＤＯ１０４に関連する第１の負荷１０７からの電流は、電荷ポンプ１１４を通じてＬＤＯ１０２に関連する第２の負荷１０９にチャネリングされる。したがって、第２の負荷１０９がより多くの電流を引き込むとき、ＬＤＯ１０２中のパストランジスタ１２４が追加の電流を与えるのではなく、電荷ポンプ１１４が追加の電流を与え得る。ＬＤＯ１０２中のパストランジスタ１２４によって生成される電力が低減されるので、電荷リサイクル回路１００の効率は改善される。一実施形態では、電荷ポンプ１１４は、負荷１０７を通る電流に等しいかまたはほぼ等しい電流を負荷１０９に与える。この例では、ＬＤＯ１０４中でシンクされる電流は、０に等しいか、または約０である。
【００３３】
[0037]図２は、一実施形態による、電荷リサイクル回路２００を示すブロック図である。電荷リサイクル回路２００の一実施形態の詳細が、図３に示されている。電荷リサイクル回路２００は、電力段２０２と、ハイサイド中間電圧源２４４と、ローサイド中間電圧源２４６とを備える。電力段２０２は、スイッチングドライバ２１０と、ハイサイドバッファ回路２１４と、ローサイドバッファ回路２１６とを備える。
【００３４】
[0038]スイッチングドライバ２１０は、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０と、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２と、ハイサイドカスコードトランジスタ２２４と、ローサイドカスコードトランジスタ２２６とを備える。スイッチングドライバ２１０は、バック変換器のためのスイッチングドライバであり得る。カスコードトランジスタ２２４および２２６は、それぞれ、スイッチングパワートランジスタ２２０および２２２にわたって、それぞれ電圧降下を低減するためのハイサイドカスコードトランジスタおよびローサイドカスコードトランジスタである。ハイサイド中間電圧源２４４およびローサイド中間電圧源２４６は、それぞれハイサイド中間電圧（ＶＨＳ：high side mid-voltage）およびローサイド中間電圧（ＶＬＳ：low side mid-voltage）を、ほぼ一定のゲート駆動電圧として、それぞれカスコードトランジスタ２２４およびカスコードトランジスタ２２６に与える。この例では、ローサイド中間電圧（ＶＬＳ）は、ハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）よりも大きい。一実施形態では、ハイサイド中間電圧源２４４はＬＤＯ１０２であり得、ローサイド中間電圧源２４６はＬＤＯ１０４であり得る。この例では、ハイサイド中間電圧源２４４の負荷はハイサイドバッファ回路２１４である。さらに、ハイサイド中間電圧源２４４は、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０へのスイッチング信号を生成するハイサイドドライバのための低い電源電圧として使用され得る。したがって、ハイサイドドライバはハイサイド中間電圧源２４４上の負荷である。
【００３５】
[0039]同様の構成がローサイドのために使用される。この例では、ローサイド中間電圧源２４６の負荷はローサイドバッファ回路２１６である。さらに、ローサイド中間電圧源２４６は、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２へのスイッチング信号を生成するローサイドドライバのための低い電源電圧として使用され得る。したがって、ローサイドドライバはローサイド中間電圧源２４６上の負荷である。バッファ回路２１４および２１６は、それぞれ、スイッチングドライバ２１０を駆動するためのプリドライバ回路（図示せず）から、事前電力段電圧ＶｐｒｅＰおよびＶｐｒｅＮを受信する。スイッチ（図２に図示せず、図３に関して説明する）は、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０とローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２との間の電荷リサイクルのための結合を行う。
【００３６】
[0040]図３は、一実施形態による、電荷リサイクル回路３００を示す詳細な回路である。電荷リサイクル回路３００は、図２のスイッチングレギュレータ２１０のために使用され得る。電荷リサイクル回路３００は、電荷ポンプ１１４と、ＶＣＯ１１６と、複数のスイッチ３１０、３１２、３１４、および３１６と、複数のＬＤＯ３４４および３４６とを備える。
【００３７】
[0041]電源電圧ＶＤＤに応答して、ＶＣＯ１１６は、この例では、１００ＭＨｚにおいて動作している重複しないクロックであるクロックφ１とクロックφ２とを生成する。クロックφ１およびクロックφ２は、電荷ポンプ１１６と、スイッチ３１０、３１２、３１４、および３１６のための制御信号とのタイミングのために使用される。
【００３８】
[0042]ＬＤＯ３４４は、ハイサイド基準電圧（ＶＲＥＦ−ＨＳ：high side reference voltage）に応答してハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）を生成する。ＬＤＯ３４４はＬＤＯ２４４であり得る。ＬＤＯ３４６は、ローサイド基準電圧（ＶＲＥＦ−ＬＳ：low side reference voltage）に応答してローサイド中間電圧（ＶＬＳ）を生成する。ＬＤＯ３４６はＬＤＯ２４６であり得る。ＬＤＯ３４４およびＬＤＯ３４６の出力（電圧ＶＨＳおよびＶＬＳ）は、電荷ポンプ１１４を通じて互いに結合される。この例では、電荷ポンプ１１４は、（約０．４〜０．８Ｖの間の）ハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）を受信し、ローサイド中間電圧（ＶＬＳ）を１．２Ｖ近くに維持するためにローサイド中間電圧（ＶＬＳ）に電荷を出力する。この例では、入力電圧Ｖｉｎは、電源Ｖｄｄに等しく、１．６から２Ｖまで変動し得、電荷ポンプ１１４は、ローサイド中間電圧（ＶＬＳ）を１．２Ｖ近くに維持するために電源Ｖｄｄの値に基づいて異なる利得を生成するように構成される。
【００３９】
[0043]入力電圧Ｖｉｎとハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）との間に結合されたスイッチ３１０および３１２は、ハイサイドドライバ中のスイッチである。ローサイド中間電圧ＶＬＳと接地との間に結合されたスイッチ３１４および３１６は、ローサイドドライバ中のスイッチである。
【００４０】
[0044]ハイサイドドライバ上で、スイッチ３１０は、第１の制御信号（たとえば、アクティブ状態またはオン状態にあること）に応答して、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０のゲートとスイッチ３２０とを入力電圧Ｖｉｎに選択的に結合する。スイッチ３１２は、第２の制御信号（たとえば、アクティブ状態またはオン状態にあること）に応答して、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０のゲートをＬＤＯ３４４の出力に選択的に結合する。
【００４１】
[0045]ローサイドドライバ上で、スイッチ３１６は、第２の制御信号（たとえば、アクティブ状態またはオン状態にあること）に応答して、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２のゲートを接地に選択的に結合する。スイッチ３１４は、第１の制御信号（たとえば、アクティブ状態またはオン状態にあること）に応答して、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２のゲートをＬＤＯ３４４の出力に選択的に結合する。
【００４２】
[0046]スイッチ３１０およびスイッチ３１４は第１の制御信号（クロックＰφ１）によって制御される。スイッチ３１２およびスイッチ３１６は第２の制御信号（クロックＰφ２）によって制御される。スイッチ３１０および３１４は、スイッチ３１２および３１６が閉じる前に開き、同様にスイッチ３１２および３１６は、スイッチ３１０およびスイッチ３１４が閉じる前に開く（「ブレークビフォアメーク」）。クロックＰφ１中に、ローサイドはオンである。クロックＰφ１はスイッチ３１０を閉じて、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０をオフにするためにハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０のゲートを入力電圧Ｖｉｎにプルし、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２をオンにするために、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２のゲートをローサイド中間電圧（ＶＬＳ）にプルする。クロックＰφ２中に、ハイサイドはオンである。クロックＰφ２はスイッチ３１２を閉じて、ハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０をオンにするためにハイサイドスイッチングパワートランジスタ２２０のゲートをハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）にプルし、スイッチ３１６を閉じて、ローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２をオフにするためにローサイドスイッチングパワートランジスタ２２２のゲートを接地にプルする。
【００４３】
[0047]電荷ポンプ１１４は、スイッチ制御マルチプレクサ３４０と、複数のキャパシタ３４２と、複数のスイッチＳ１Ｉ、Ｓ２Ｉ、Ｓ３Ｉ、Ｓ１Ｇ、Ｓ２Ｇ、Ｓ３Ｇ、Ｓ１Ｏ、Ｓ２Ｏ、Ｓ３Ｏ、Ｓ１Ｘ、Ｓ２Ｘ、およびＳ３Ｘとを備える。
【００４４】
[0048]スイッチ制御マルチプレクサ３４０は、比較器１４２からの比較電圧Ｖｅに応答して、電荷ポンプ１１４の利得を制御するための制御信号を、電荷ポンプ１１６を切り替えるために生成する。
【００４５】
[0049]スイッチＳ１Ｉ、Ｓ２ＩおよびＳ３Ｉは、それぞれ、スイッチ制御マルチプレクサ３４０からの対応する制御信号に応答してハイサイドからキャパシタ３４２に電荷を移すために、キャパシタ３４２−１〜３４２−３を、ＬＤＯ３４４によって与えられるハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）に選択的に結合する。
【００４６】
[0050]スイッチＳ１Ｇ、Ｓ２ＧおよびＳ３Ｇは、それぞれ、スイッチ制御マルチプレクサ３４０からの対応する制御信号に応答してキャパシタ３４２−１〜３４２−３を接地に選択的に結合する。
【００４７】
[0051]スイッチＳ１Ｏ、Ｓ２ＯおよびＳ３Ｏは、それぞれ、スイッチ制御マルチプレクサ３４０からの対応する制御信号に応答してキャパシタ３４２からローサイドに電荷を移すために、キャパシタ３４２−１〜３４２−３を、ＬＤＯ３４６によって与えられるローサイド中間電圧（ＶＬＳ）に選択的に結合する。
【００４８】
[0052]スイッチＳ１Ｘ、Ｓ２ＸおよびＳ３Ｘは、スイッチ制御マルチプレクサ３４０からの対応する制御信号に応答して、電圧をブーストし、電荷ポンプの利得を設定するために、選択されたキャパシタ３４２−１〜３４２−３を直列に、ハイサイド中間電圧（ＶＨＳ）に選択的に結合する。３つのキャパシタ３４２が図３に示されているが、電荷ポンプ１１４の利得の他の値を与えるために他の数が使用され得る。
【００４９】
[0053]本明細書で説明するスイッチは、１つまたは複数のトランジスタとして実装され得る。
【００５０】
[0054]図４に、一実施形態による、電流をリサイクルするためのプロセスフロー４００を示す簡略図を示す。４０２において、第１の負荷１０７に第１の入力電圧Ｖｉｎからの第１の電流を与える。この例では、第１の負荷１０７の出力端子は電圧Ｖｓ１にある。４０４において、第２の負荷１０９の入力端子に第２の電流を与える。この例では、第２の負荷１０９の入力端子は電圧Ｖｓ２にある。４０６において、第１の負荷１０７の出力端子からＬＤＯ１０４を通じて接地に第３の電流をシンクする。４０８において、第２の入力電圧から、たとえば、ＬＤＯ１０２を介して第２の負荷１０９の入力端子に第４の電流を供給する。いくつかの実施形態では、電圧Ｖｓ２は電圧Ｖｓ１よりも大きい。一実施形態では、第２の入力電圧は第１の入力電圧に等しい。４１０において、第３の電流を低減するために、電荷ポンプ１１４によって、第１の負荷１０７から第２の負荷１０９に電荷を移す。一実施形態では、電荷を移すことは、第３の電流を約０まで低減する。これは、ＬＤＯ１０４のパストランジスタ１３４をそのような時間において効果的にオフにする。
【００５１】
[0055]電荷ポンプ１１４は、電圧Ｖｓ１と電圧Ｖｓ２とに基づいて調整される調整可能利得を有する。一実施形態では、利得は、電圧Ｖｓ１と電圧Ｖｓ２との間の差に基づいて決定される。一実施形態では、利得は、電圧Ｖｓ２と電圧Ｖｓ１との比（Ｖｓ２／ＶＳ１）に基づいて決定される。図３の電荷ポンプ１１４の利得が１、２、３、および４の値を有するので、利得は、比よりも高い第１の利用可能な値であり得る。
【００５２】
[0056]上記の説明では、特定の実施形態の態様がどのように実装され得るかの例とともに、本開示の様々な実施形態を示した。上記の例は、上記実施形態のみであると見なされるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって定義された特定の実施形態のフレキシビリティと利点とを示すために提示された。上記の開示と以下の特許請求の範囲とに基づいて、特許請求の範囲によって定義された本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成、実施形態、実装形態、および等価物が採用され得る。
【図１】
2017514445.tif 000003
【図２】
2017514445.tif 000004
【図３】
2017514445.tif 000005
【図４】
2017514445.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月1日(2017.2.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力電圧に結合された第１の負荷回路と、
前記第１の負荷回路の出力に結合された電流シンク回路と、
接地に結合された第２の負荷回路と、
第２の入力電圧と前記第２の負荷回路の出力との間に結合された電流ソース回路と、
前記電流ソース回路を通る電流を低減するために前記電流シンク回路から前記電流ソース回路の前記出力に電流を与えるために、前記第１の負荷回路の前記出力と前記第２の負荷回路の前記出力との間に結合された電荷リサイクル回路と
を備える、回路。
【請求項２】
前記電荷リサイクル回路は、電荷ポンプである、
請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の負荷回路を通る電流にほぼ等しい電流を、前記電流シンク回路から前記電流ソース回路の前記出力に与える、
請求項１に記載の回路。
【請求項４】
前記電流シンク回路と前記電流ソース回路とのそれぞれの出力に結合されたゲートを有するカスコードデバイスを備えるスイッチングレギュレータをさらに備える、
請求項１に記載の回路。
【請求項５】
前記第１の入力電圧と接地との間に直列に結合された、第１のスイッチングトランジスタと、第１のカスコードトランジスタと、第２のカスコードトランジスタと、第２のスイッチングトランジスタとを備えるスイッチングレギュレータをさらに備え、前記第１のスイッチングトランジスタは、前記第１の負荷回路に結合されたゲートを有し、前記第１のカスコードトランジスタは、前記電流シンク回路に結合されたゲートを有し、前記第２のカスコードトランジスタは、前記電流ソース回路に結合されたゲートを有し、前記第２のスイッチングトランジスタは、前記第２の負荷回路に結合されたゲートを有する、
請求項１に記載の回路。
【請求項６】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の入力電圧に基づく可変利得を有する、
請求項１に記載の回路。
【請求項７】
前記電流ソース回路は、低ドロップアウトレギュレータであり、前記電流シンク回路は、低ドロップアウトレギュレータである、
請求項１に記載の回路。
【請求項８】
前記電荷リサイクル回路のタイミングを制御するためのクロック信号を与えるために、前記電荷リサイクル回路に結合された電圧制御発振器をさらに備える、
請求項１に記載の回路。
【請求項９】
前記クロック信号は、前記第１の入力電圧に基づく、
請求項８に記載の回路。
【請求項１０】
出力を有する電流ソース回路と、
出力を有する電流シンク回路と、
第１の制御信号がアクティブであることに応答して第１の電圧信号を第１の電力スイッチングデバイスに結合するように構成された第１のスイッチと、
第２の制御信号に応答して前記第１の電力スイッチングデバイスを前記電流シンク回路の前記出力に結合するように構成された第２のスイッチ、ここにおいて、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号とが、重複しない信号である、と、
前記第１の制御信号に応答して前記電流ソース回路の前記出力を第２の電力スイッチングデバイスに結合するように構成された第３のスイッチと、
前記第２の制御信号に応答して前記第２の電力スイッチングデバイスを接地に結合するように構成された第４のスイッチと、
前記電流ソース回路の前記出力および前記電流シンク回路の前記出力に結合された電荷リサイクル回路、前記電荷リサイクル回路は、前記第２の制御信号がアクティブであることと、前記第１の制御信号が非アクティブであることとに応答して、前記電流シンク回路の出力から電荷を受信し、前記第１の制御信号がアクティブであることに応答して、前記電流ソース回路の出力に電荷を与える、と
を備える、回路。
【請求項１１】
前記電流ソース回路は、低ドロップアウトレギュレータであり、前記電流シンク回路が低ドロップアウトレギュレータである、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１２】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の電圧信号に基づいて調整される調整可能利得を有する、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１３】
前記第１の電力スイッチングデバイスの第１の端子と第２の端子とがそれぞれ、前記第１の電圧信号と第１の電力カスコードデバイスの第１の端子とに結合され、前記第１の電力スイッチングデバイスのゲートが前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとに結合され、
前記第１の電力カスコードデバイスの第２の端子は、出力端子に結合され、前記第１の電力カスコードデバイスのゲートは、前記電流シンク回路の前記出力に結合され、
前記第２の電力スイッチングデバイスの第１の端子は、接地に結合され、前記第２の電力スイッチングデバイスのゲートは、前記第３のスイッチと前記第４のスイッチとに結合され、
前記第２の電力カスコードデバイスの第１の端子と第２の端子とはそれぞれ、前記第２の電力スイッチングデバイスの前記出力端子と第２の端子とに結合され、前記第２の電力カスコードデバイスのゲートは、前記電流ソース回路の前記出力に結合される、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１４】
前記電流シンク回路は、第２の電圧信号に結合される、
請求項１０に記載の回路。
【請求項１５】
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の電圧信号と前記第２の電圧信号とに基づいて調整される調整可能利得を有する、
請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
第１の入力電圧から、第１のノードに結合された第１の負荷回路に第１の電流を与えることと、前記第１のノードが第１のノード電圧にある、
第２のノードから、接地に結合された第２の負荷回路に第２の電流を与えることと、
前記第１のノードから電流シンク回路を通じて接地に第３の電流をシンクすることと、
第２の入力電圧から前記第２のノードに第４の電流をソースすること、前記第２のノードは、第２のノード電圧にあり、前記第２のノード電圧は、前記第１のノード電圧よりも大きい、と、
前記第３の電流を低減するために、前記第１のノードから前記第２のノードに電荷を移すことと
を備える方法。
【請求項１７】
電荷ポンプが前記第１のノードから前記第２のノードに前記電荷を移す、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第３の電流を約０まで低減するために、前記第１のノードから前記第２のノードに電荷を移すこと、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のノードと前記第２のノードとをスイッチングレギュレータのカスコードデバイスのそれぞれのゲートに結合することをさらに備える、
請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記移された電荷は、前記第１のノード電圧と前記第２のノード電圧との間の差に基づいて調整される、
請求項１６に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
[0056]上記の説明では、特定の実施形態の態様がどのように実装され得るかの例とともに、本開示の様々な実施形態を示した。上記の例は、上記実施形態のみであると見なされるべきではなく、以下の特許請求の範囲によって定義された特定の実施形態のフレキシビリティと利点とを示すために提示された。上記の開示と以下の特許請求の範囲とに基づいて、特許請求の範囲によって定義された本開示の範囲から逸脱することなく、他の構成、実施形態、実装形態、および等価物が採用され得る。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
第１の入力電圧に結合された第１の負荷回路と、
前記第１の負荷回路の出力に結合された電流シンク回路と、
接地に結合された第２の負荷回路と、
第２の入力電圧と前記第２の負荷回路の出力との間に結合された電流ソース回路と、
前記電流ソース回路を通る電流を低減するために前記電流シンク回路から前記電流ソース回路の前記出力に電流を与えるために、前記第１の負荷回路の前記出力と前記第２の負荷回路の前記出力との間に結合された電荷リサイクル回路と
を備える、回路。
［Ｃ２］
前記電荷リサイクル回路は、電荷ポンプである、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ３］
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の負荷回路を通る電流にほぼ等しい電流を、前記電流シンク回路から前記電流ソース回路の前記出力に与える、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ４］
前記電流シンク回路と前記電流ソース回路との前記それぞれの出力に結合されたゲートを有するカスコードデバイスを備えるスイッチングレギュレータをさらに備える、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ５］
前記第１の入力電圧と接地との間に直列に結合された、第１のスイッチングトランジスタと、第１のカスコードトランジスタと、第２のカスコードトランジスタと、第２のスイッチングトランジスタとを備えるスイッチングレギュレータをさらに備え、前記第１のスイッチングトランジスタは、前記第１の負荷回路に結合されたゲートを有し、前記第１のカスコードトランジスタは、前記電流ソース回路に結合されたゲートを有し、前記第２のカスコードトランジスタは、前記電流シンク回路に結合されたゲートを有し、前記第２のスイッチングトランジスタは、前記第２の負荷回路に結合されたゲートを有する、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ６］
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の入力電圧に基づく可変利得を有する、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ７］
前記電流ソース回路は、低ドロップアウトレギュレータであり、前記電流シンク回路は、低ドロップアウトレギュレータである、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ８］
前記電荷リサイクルの前記タイミングを制御するためのクロック信号を与えるために、前記電荷リサイクル回路に結合された電圧制御発振器をさらに備える、
Ｃ１に記載の回路。
［Ｃ９］
前記クロック信号は、前記第１の入力電圧に基づく、
Ｃ８に記載の回路。
［Ｃ１０］
出力を有する電流ソース回路と、
出力を有する電流シンク回路と、
第１の制御信号がアクティブであることに応答して第１の電圧信号を第１の電力スイッチングデバイスに結合するように構成された第１のスイッチと、
第２の制御信号に応答して前記第１のスイッチングデバイスを前記電流ソース回路の前記出力に結合するように構成された第２のスイッチ、ここにおいて、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号とが、重複しない信号である、と、
前記第１の制御信号に応答して前記電流シンク回路の前記出力を第２の電力スイッチングデバイスに結合するように構成された第３のスイッチと、
前記第２の制御信号に応答して前記第２の電力スイッチングデバイスを接地に結合するように構成された第４のスイッチと、
前記電流ソース回路の前記出力および前記電流シンク回路の前記出力に結合された電荷リサイクル回路、前記電荷リサイクル回路は、前記第２の制御信号が非アクティブであることと、前記第１の制御信号が非アクティブであることとに応答して、前記電流ソース回路から電荷を受信し、前記第２の制御信号がアクティブであることに応答して、前記電流シンク回路に電荷を与える、と
を備える、回路。
［Ｃ１１］
前記電流ソース回路は、低ドロップアウトレギュレータであり、前記電流シンク回路が低ドロップアウトレギュレータである、
Ｃ１０に記載の回路。
［Ｃ１２］
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の電圧信号に基づいて調整される調整可能利得を有する、
Ｃ１０に記載の回路。
［Ｃ１３］
前記第１の電力スイッチングデバイスの第１の端子と第２の端子とがそれぞれ、前記第１の電圧信号と電力カスコードデバイスの第１の端子とに結合され、前記第１の電力スイッチングデバイスのゲートが前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとに結合され、
前記第１の電力カスコードデバイスの第２の端子は、出力端子に結合され、前記電力カスコードデバイスのゲートは、前記電流ソース回路の前記出力に結合され、
前記第２の電力スイッチングデバイスの第１の端子は、接地に結合され、前記第２の電力スイッチングデバイスのゲートは、前記第３のスイッチと前記第４のスイッチとに結合され、
前記第２の電力カスコードデバイスの第１の端子と第２の端子とはそれぞれ、前記第２の電力スイッチングデバイスの前記出力端子と第２の端子とに結合され、前記第２の電力カスコードデバイスのゲートは、前記電流シンク回路の前記出力に結合される、
Ｃ１０に記載の回路。
［Ｃ１４］
前記電流シンク回路は、第２の電圧信号に結合される、
Ｃ１０に記載の回路。
［Ｃ１５］
前記電荷リサイクル回路は、前記第１の電圧信号と前記第２の電圧信号とに基づいて調整される調整可能利得を有する、
Ｃ１４に記載の回路。
［Ｃ１６］
第１の入力電圧から、第１のノードに結合された第１の負荷回路に第１の電流を与えることと、前記第１のノードが第１のノード電圧にある、
第２のノードから、接地に結合された第２の負荷回路に第２の電流を与えることと、
前記第１のノードから電流シンク回路を通じて接地に第３の電流をシンクすることと、
第２の入力電圧から前記第２のノードに第４の電流をソースすること、前記第２のノードは、第２のノード電圧にあり、前記第２のノード電圧は、前記第１のノード電圧よりも大きい、と、
前記第３の電流を低減するために、前記第１のノードから前記第２のノードに電荷を移すことと
を備える方法。
［Ｃ１７］
電荷ポンプが前記第１のノードから前記第２のノードに前記電荷を移す、
Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ１８］
前記第３の電流を約０まで低減するために、前記第１のノードから前記第２のノードに電荷を移すこと、
Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ１９］
前記第１のノードと前記第２のノードとをスイッチングレギュレータのカスコードデバイスのそれぞれのゲートに結合することをさらに備える、
Ｃ１６に記載の方法。
［Ｃ２０］
前記移された電荷は、前記第１のノード電圧と前記第２のノード電圧との間の差に基づいて調整される、
Ｃ１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2017514445.tif 000007
2017514445.tif 000008
2017514445.tif 000009