專(zhuān)利名稱：低功率反饋和用于能量捕獲器的dc-dc轉(zhuǎn)換器和電壓調(diào)節(jié)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及DC-DC (直流-直流)轉(zhuǎn)換器和電壓調(diào)節(jié)器，特別是其低功率實(shí)現(xiàn)方法，其特別適于與能量捕獲器(energy harvester) 一起使用。
背景技術(shù)：
圖I示出傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器或LDO (低壓降輸出)電壓調(diào)節(jié)器1，該電壓調(diào)節(jié)器I包括基準(zhǔn)電壓電路3，其提供基準(zhǔn)電壓Vkef至誤差放大器2的輸入端(_)?；鶞?zhǔn)電壓電路3通常是I. 2伏帶隙電路。誤差放大器2的輸出端2A耦合到輸出級(jí)4的輸入端。輸出級(jí)4在導(dǎo)體5上產(chǎn)生輸出電壓Votjt,導(dǎo)體5稱合到負(fù)載6的一個(gè)端子。負(fù)載6的另一端子接地。電阻性分壓器電路包括串聯(lián)電阻器RO和Rl的電阻性分壓器電路，其耦合在Vqut和地之間。 電阻器RO和Rl間的接合點(diǎn)經(jīng)導(dǎo)體7耦合到耦合至誤差放大器2的輸入端(+ )。誤差放大器2和輸出級(jí)4耦合耦合在Vdd和地之間。DC-DC轉(zhuǎn)換器或者LDO電壓調(diào)節(jié)器I的電壓調(diào)節(jié)回路包括輸出級(jí)4、誤差放大器2、基準(zhǔn)電壓3和電阻性分壓器R0、R1。電阻性分壓器R0、R1可以設(shè)置直流輸出電壓Vqut的期望值，并允許可以將Vqut值設(shè)置在一個(gè)水平低于，等于或高于上述VKEF。電阻器RO和Rl通常是和集成電路芯片一起安裝在印制電路板上的外部電阻器，集成電路芯片還有包括DC-DC轉(zhuǎn)換器I的其他元件。由于印制電路板上存在泄漏電流，通常外部電阻RO電阻器RO和Rl值不超過(guò)約1-2兆歐。如果電阻器RO和Rl在集成電路芯片上形成，則由于其占據(jù)大量芯片面積而導(dǎo)致會(huì)造成高費(fèi)用。在上述兩種情況，如果在極低功率應(yīng)用中，如能量捕捉器系統(tǒng)，通常稱為“毫微功率(nanopower)”電路的非常低功率的電路被用于實(shí)施誤差放大器2和輸出級(jí)4，則反饋電阻器網(wǎng)絡(luò)R0、R1上功率消耗是主要的。在低功率應(yīng)用中，通過(guò)電阻性分壓器R0、R1上的典型的幾微安電流，占DC-DC轉(zhuǎn)換器或LDO電壓調(diào)節(jié)器I消耗的總電流的相當(dāng)大甚至主要部分，且因此在幾微安或更小的小負(fù)載電流時(shí)顯著削弱轉(zhuǎn)換器I的效率。這里使用的術(shù)語(yǔ)“DC-DC轉(zhuǎn)換器”旨在包括各種DC-DC轉(zhuǎn)換器，例如升壓轉(zhuǎn)換器、降壓轉(zhuǎn)換器，和升壓/降壓轉(zhuǎn)換器，還旨在包括LDO電壓調(diào)節(jié)器。這里使用的術(shù)語(yǔ)“毫微功率”旨在包括汲取約低于I微安DC電流的電路和/或者電路元件。各種低功率誤差放大器的配置眾所周知并在后面描述，圖6示出已知的低功率誤差放大器。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明的一實(shí)施例提供了一種轉(zhuǎn)換器(10)，其用于將第一直流電壓(Vdd)轉(zhuǎn)換成第二直流電壓(Vott),該轉(zhuǎn)換器包括響應(yīng)于第一直流電壓(Vdd)和誤差放大器(20)的輸出產(chǎn)生第二直流電壓(Vtot)的輸出級(jí)(40)。通過(guò)周期性地耦合分壓器的第一端子到第二直流電壓，采樣電路(15)周期性地激勵(lì)分壓器(R0，R1)，并且周期性地耦合被激勵(lì)的分壓器的輸出(14)到反饋導(dǎo)體(7)從而刷新耦合在第二電壓和反饋導(dǎo)體之間的第一電容器(CO)。反饋導(dǎo)體(7)耦合到誤差放大器輸入端。轉(zhuǎn)換器(10)在毫微功率能量捕獲器應(yīng)用中特別有用。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了將第一直流電壓(Vdd)轉(zhuǎn)換到第二個(gè)直流電壓(Vout)的DC-DC轉(zhuǎn)換電路，其包括具有經(jīng)耦合接收第一基準(zhǔn)電壓(Vkef)的第一輸入端(_)的誤差放大器(20)，和在輸出導(dǎo)體(5)上產(chǎn)生第DC電壓(Vtot)的輸出級(jí)(40)。輸出級(jí)(40)具有率禹合到誤差放大器(20)輸出端(2A)的第一輸入端和經(jīng)稱合接收第一DC電壓(Vdd)的第二輸入端。第一電容器(CO)具有耦合到輸出導(dǎo)體(5)上的第一端子和由反饋導(dǎo)體(7)耦合到誤差放大器(20)的第二個(gè)輸入端(+ )的第二端子。分壓器(RO，Rl)具有耦合到第二基準(zhǔn)電壓(GND)的第一端子。米樣電路(15)包括第一米樣開(kāi)關(guān)(SO)和第二米樣開(kāi)關(guān)(SI),其中第ー采樣開(kāi)關(guān)具有耦合到分壓器(R0，R1)的第二端子的第一端子和耦合到輸出導(dǎo)體(5)的第ニ端子，第二采樣開(kāi)關(guān)(SI)具有耦合到反饋導(dǎo)體(7)的第一端子和耦合至分壓器(R0，Rl) 的輸出端(14)的第二端子。定時(shí)器或時(shí)序電路(11)具有耦合到第一采樣開(kāi)關(guān)(SO)控制端子從而周期性激勵(lì)分壓器(R0，R1)的第一個(gè)輸出端(12)，和耦合到第二采樣開(kāi)關(guān)(SI)控制端子從而在分壓器(R0，R1)被激勵(lì)時(shí)周期性地刷新第一電容器(CO)的第二輸出端(13)，以便降低分壓器中的平均功率消耗。在一個(gè)實(shí)施例中，第二個(gè)電容(Cl)耦合在反饋導(dǎo)體(7)和第二基準(zhǔn)電壓(GND)之間。在一個(gè)描述的實(shí)施例中，分壓器包括第一電阻器(RO)和第二電阻器(R1)，其中第一電阻器具有耦合至第一采樣開(kāi)關(guān)(SO)第一端子的第一端子和耦合到分壓器的輸出端(14)的第二端子，第二電阻器(Rl)具有耦合至分壓器輸出端(14)的第一端子和耦合至第二電壓基準(zhǔn)(GND)第二端子。第二電容器(Cl)的電容等于第一電容器(CO)的電容乘以第一電阻器的電阻(RO)與第二電阻器的電阻(Rl)相除的比值。在一個(gè)實(shí)施例中，第一采樣開(kāi)關(guān)(SO)包括第一晶體管(MO)，其中第一采樣開(kāi)關(guān)
(SO)的第一端子、第二端子和控制端子分別是第一晶體管(MO)的第一、第二載流電極和控制電極，且其中第二采樣開(kāi)關(guān)(SI)包括第二晶體管(M1)，其中第二采樣開(kāi)關(guān)(SI)的第一、第二和控制端子分別是第二晶體管(Ml)的第一、第二載流電極和控制電極。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出級(jí)(40)包括低壓降電壓調(diào)節(jié)器電路。在另ー個(gè)實(shí)施例中，輸出級(jí)(40)包括降壓/升壓轉(zhuǎn)換器(22)，其具有耦合至第一 DC電壓(Vdd)的輸入端，耦合至誤差放大器(20)輸出端(2A)的控制輸入端,和I禹合至輸出導(dǎo)體(5)的輸出端。在ー個(gè)實(shí)施例中，輸出級(jí)(40)包括晶體管(圖5A中M2)，該晶體管的具有耦合至第一 DC電壓(Vdd)的源極，耦合至誤差放大器(20)輸出端(2A)的柵極，耦合至輸出導(dǎo)體(5)的漏扱。在所述實(shí)施例中，第一 DC電壓(Vdd)是來(lái)自于能量捕獲器件的捕獲電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)序電路(11)激勵(lì)分壓器(R0，R1)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，其中，至少足夠允許第一電容器(CO)恢復(fù)在第二開(kāi)關(guān)(SI)斷開(kāi)時(shí)由于寄生泄露電流導(dǎo)致的電荷損失。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)序電路(11)至少每秒約一次激勵(lì)分壓器(R0，R1)。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)序電路(11)包括振蕩器(17)，其經(jīng)耦合驅(qū)動(dòng)分頻器(18)和用于解碼分頻器(18)不同輸出的解碼電路(20)，以便在時(shí)序電路(11)的第一(12)和第二輸出端上產(chǎn)生信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，誤差放大器(20)是跨導(dǎo)放大器。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供降低用來(lái)轉(zhuǎn)換第一DC電壓(Vdd)為第二DC電壓(Vqut)的轉(zhuǎn)換器(10)的功率消耗的方法，所述方法包括耦合轉(zhuǎn)換器(10)的誤差放大器(20)的第一輸入端(_)從而接收第一基準(zhǔn)電壓(Vkef),并稱合誤差放大器(20)的輸出端(2A)到轉(zhuǎn)換器(10)的輸出級(jí)(40)的輸入端，轉(zhuǎn)換器(10)具有經(jīng)耦合接收第一 DC電壓(Vdd)的第二輸入端，從而在轉(zhuǎn)換器(10)的輸出端(5)產(chǎn)生第DC電壓(Vtot);并通過(guò)周期性地耦合分壓器第一端子到第DC電壓(Vott)從而周期性激勵(lì)分壓器(R0，Rl)，并且周期性地耦合被激勵(lì)的分壓器(R0，Rl)的輸出端(14)，以便刷新第一電容器(CO)其中該第一電容器(CO)耦合在第二 DC電壓(Vott)和反饋導(dǎo)體(7)之間，該反饋導(dǎo)體(7)耦合到誤差放大器(20)第二輸入端(+ )。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括周期性地閉合第一采樣開(kāi)關(guān)(SO)從而從輸出導(dǎo)體(5)激勵(lì)分壓器(R0，R1)，和周期性地閉合第二采樣開(kāi)關(guān)(SI)，從而耦合被激勵(lì)的分壓器(R0，Rl)輸出端到反饋導(dǎo)體(7)足夠的時(shí)間量，以確保跨第一電容器(CO)的電壓被恢復(fù)，其中，恢復(fù)第一電容器(CO )的任何寄生泄露電荷,該電荷寄生泄露可在分壓器(RO, Rl)未被激勵(lì)時(shí)發(fā)生。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括通過(guò)耦合反饋導(dǎo)體(7)和第二基準(zhǔn)電壓(GND)之間的第二電容器(Cl)，來(lái)確保誤差放大器(20)的穩(wěn)定性，以便第一電容器(CO)和第二電容器(Cl)用作分壓器，其分壓比等于分壓器(R0，Rl)的分壓比。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種降低轉(zhuǎn)換器(10)功率消耗的電路，該轉(zhuǎn)換器(10)用于將第一 DC電壓(Vdd)轉(zhuǎn)換為第DC電壓(VQUT)，所述電路包括響應(yīng)于誤差放大器
(20)的輸出并響應(yīng)于第一 DC電壓(VDD)，而在轉(zhuǎn)換器(10)輸出端(5)產(chǎn)生第DC電壓(Vqut)的裝置(40);和周期性地激勵(lì)分壓器(R0，Rl)裝置(15)，其用于周期性地耦合分壓器第一端子到第二直流電壓(Vott)而周期性地激勵(lì)分壓器(R0，R1)，并通過(guò)周期性地耦合被激勵(lì)的分壓器(R0，R1)的輸出端(14)至反饋導(dǎo)體(7)從而刷新耦合在第二直流電壓(Vtot)和反饋導(dǎo)體(7)之間的第一電容器(CO)，其中反饋導(dǎo)體(7)耦合到誤差放大器(20)的輸入端。


下面參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖I是傳統(tǒng)DC-DC轉(zhuǎn)換器或LDO電壓調(diào)節(jié)器示意圖。圖2是圖I中DC-DC轉(zhuǎn)換器或LDO電壓調(diào)節(jié)器的一種非常低功率實(shí)施例的示意圖。圖3包括圖2中電路15的示意圖。圖4是圖2和圖3中時(shí)序電路11 一種傳統(tǒng)實(shí)施例的方框圖。圖5A和5B是圖2中輸出電路40的一種實(shí)施例的方框圖。圖6是圖2中誤差放大器20的非常低功率實(shí)施的示意圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，圖I中轉(zhuǎn)換器I的高功率消耗問(wèn)題是通過(guò)下述方法解決的從轉(zhuǎn)換器I反饋回路移除電阻性分壓器R0，R1，并且替換成單獨(dú)的反饋電容器CO或電容性反饋分壓器CO，Cl，如圖2中DC-DC轉(zhuǎn)換器10所示。電阻性分壓器R0，Rl被周期性地激勵(lì)從而顯著降低其平均功率消耗，并且已激勵(lì)的電阻性分壓器R0，Rl的輸出被采樣足夠長(zhǎng)時(shí)間，從而通過(guò)替代由于寄生電流導(dǎo)致的任何直流電荷損耗，以便刷新反饋電容器CO或電容性反饋分壓器CO，Cl的電壓。圖2中的DC-DC轉(zhuǎn)換器10可以是傳統(tǒng)的DC-DC轉(zhuǎn)換器或LDO電壓調(diào)節(jié)器，并包括毫微功率電壓基準(zhǔn)電路3，它施加基準(zhǔn)電壓Vkef到毫微功率誤差放大器20的輸入端(_)。可使用各種非常低功率，即毫微功率，帶隙基準(zhǔn)電路(其Vkef約為I. 2伏)或逆帶隙基準(zhǔn)電路(其Vkef約為200毫伏)的已知實(shí)施。誤差放大器20的輸出端2A連接到毫微功率輸出級(jí)40的輸入端。輸出級(jí)40在導(dǎo)體5上產(chǎn)生輸出電壓Votjt,其連接到負(fù)載6的ー個(gè)端子。負(fù)載6的另ー個(gè)端子接地?？墒褂谜`差放大器20的不同實(shí)施，如圖6所示。反饋電容器CO耦合在輸出導(dǎo)體5和反饋導(dǎo)體7之間。可選的電容器Cl連接在反饋導(dǎo)體7和地之間，以便電容器CO和Cl在Vot和誤差放大器20的輸入端(+ )之間形成電容性反饋分壓器。誤差放大器20和輸出級(jí)40耦合在Vdd和地之間。包括串聯(lián)電阻器RO和Rl的電阻性分壓器電路的一端接地，另一端耦合至第一采樣開(kāi)關(guān)SO的第一端子。采樣開(kāi)關(guān)SO的第二端子耦合至Vtot，控制端子由導(dǎo)體12耦合至?xí)r序電路11的輸出端。電阻器RO和Rl之間的接頭14是電阻性分壓器R0，R1輸出端，并耦合到第二采樣開(kāi)關(guān)SI的第一端子，第ニ采樣開(kāi)關(guān)SI具有連接到反饋導(dǎo)體7的第二端子。采樣開(kāi)關(guān)SI的控制端子由導(dǎo)體13耦合至?xí)r序電路11的另ー個(gè)輸出端。反饋導(dǎo)體7耦合至誤差放大器20的輸入端(+ )。采樣開(kāi)關(guān)SO和SI以及時(shí)序電路11包括在采樣電路15中。如果使用電容器Cl，則其電容優(yōu)選 等于 COX (R0/R1)。
根據(jù)本發(fā)明，Vqut通過(guò)采樣開(kāi)關(guān)SO周期性地激勵(lì)電阻性分壓器R0，Rl，其中采樣開(kāi)關(guān)SO由時(shí)序電路11在導(dǎo)體12上產(chǎn)生的第一米樣信號(hào)控制。在基本上相同的時(shí)間間隔內(nèi)，響應(yīng)于時(shí)序電路11在導(dǎo)體13上產(chǎn)生的第二采樣信號(hào)，反饋電容器CO中DC充電量通過(guò)采樣開(kāi)關(guān)SI周期性地由電阻性分壓器R0，Rl的輸出導(dǎo)體14刷新。反饋電容器CO的周期性地刷新是必要的，因?yàn)榧纳孤╇娏骺娠@著減小反饋電容器CO兩端上的電壓。采樣開(kāi)關(guān)SI導(dǎo)通的刷新間隔一般是幾微秒，且在電阻性分壓器R0，Rl被激勵(lì)時(shí)，通過(guò)導(dǎo)通采樣開(kāi)關(guān)S0，近似毎秒都必須產(chǎn)生。時(shí)序電路11決定電阻性分壓器R0，Rl毎次被激勵(lì)的持續(xù)時(shí)間和周期，以及被激勵(lì)的電阻性分壓器R0，Rl的導(dǎo)體14上輸出電壓的每次采樣的持續(xù)時(shí)間。如果使用可選電容器Cl，則電容性分壓器CO，Cl執(zhí)行與圖I中電阻性分壓器R0，Rl基本一祥的反饋功能，且進(jìn)ー步幫助確保圖2中誤差放大器20的穩(wěn)定性。由于電阻性分壓器S0，SI上沒(méi)有恒定的DC電流，因此，分壓器S0，SI的總電流和功率消耗，且因此DC-DC轉(zhuǎn)換器10的總電流和功率消耗相比圖I中轉(zhuǎn)換器I被顯著減小?？傊?，本發(fā)明以電容性反饋電路取代圖I中功率消耗電阻性反饋網(wǎng)絡(luò)，而該電容性反饋電路通過(guò)采樣周期性被激勵(lì)的電阻性分壓電路而周期性刷新，如圖2所示。在簡(jiǎn)單實(shí)施中，通過(guò)開(kāi)關(guān)SI和反饋導(dǎo)體7，從電阻性分壓器網(wǎng)絡(luò)R0，Rl輸出端14采樣跨電容器CO的電壓。電容器CO存儲(chǔ)等于基準(zhǔn)電壓Vkef和Vott之間差的電壓。在另ー個(gè)實(shí)施中，使用兩個(gè)電容器Cl和CO的優(yōu)點(diǎn)是其提供増益約大于2而非單位増益的誤差放大器20，單位增益在僅使用反饋電容CO時(shí)產(chǎn)生。這導(dǎo)致上述誤差放大器20穩(wěn)定性的提高。圖3示出采樣電路15的ー種實(shí)施，其中圖2中的時(shí)序電路11通過(guò)導(dǎo)體12施加“激勵(lì)”脈沖到P溝道晶體管MO的柵極，該晶體管MO用作開(kāi)關(guān)S0。晶體管MO的源極連接到輸出導(dǎo)體5，晶體管MO的漏極連接到分壓器電阻器RO的上部端子。導(dǎo)體12上“激勵(lì)”脈沖的持續(xù)時(shí)間足夠激勵(lì)電阻性分壓器R0，Rl,時(shí)間長(zhǎng)度至少足夠允許刷新電容器CO，且如果使用電容器Cl，也足夠刷新電容器Cl。時(shí)序電路11也可以通過(guò)導(dǎo)體13施加“刷新”脈沖至P溝道晶體管Ml的柵極，當(dāng)電阻性分壓器R0，Rl被激勵(lì)吋，晶體管Ml用作開(kāi)關(guān)SI。每個(gè)“刷新”脈沖導(dǎo)通晶體管Ml的時(shí)間量都足夠刷新反饋電容器CO。導(dǎo)體12和導(dǎo)體13上的脈沖長(zhǎng)度至少足夠能保證寄生電流不會(huì)使反饋電容器CO上的電壓減小超過(guò)預(yù)定值。圖4示出圖2中定時(shí)器11的傳統(tǒng)實(shí)施，其包括傳統(tǒng)時(shí)鐘振蕩器17，其輸出端連接包括觸發(fā)器鏈的傳統(tǒng)分頻器18相連。分頻器18的不同抽頭19由解碼和控制電路20解碼從而在導(dǎo)體12和導(dǎo)體13上產(chǎn)生上述控制信號(hào)。現(xiàn)有技術(shù)圖5A和5B示出圖2中輸出電路40的兩種實(shí)施。圖5A中所示的輸出電路40包括P溝道晶體管M2，其源極耦合至VDD，柵極耦合至誤差放大器20的輸出端2A，其漏極連接至Vott導(dǎo)體5。圖5B中所示的輸出電路40包括傳統(tǒng)降壓/升壓轉(zhuǎn)換器22，其輸入端子耦合到VDD，其控制輸入端耦合至誤差放大器20的輸出端2A，其輸出端耦合至Vtot導(dǎo)體5。圖6示出前述圖2中低功率誤差放大器20的一種實(shí)施例。圖6所示的誤差放大器20實(shí)施為毫微功率級(jí)AB跨導(dǎo)誤差放大器。應(yīng)該理解，低功率或者毫微功率DC-DC轉(zhuǎn)換 器一個(gè)最重要的參數(shù)是空載靜態(tài)電流，其通常由其中的誤差放大器控制。誤差放大器帶寬(bandwidth)需要比DC-DC轉(zhuǎn)換器的帶寬大，且與誤差放大器的靜態(tài)電流大致成比例。誤差放大器的增益決定DC-DC轉(zhuǎn)換器的頻率穩(wěn)定性，且保持穩(wěn)定在5-10%之間。誤差放大器的偏置決定DC-DC轉(zhuǎn)換器的精度，且應(yīng)盡可能低，理想地低于I毫伏。圖6中所示的誤差放大器20中，晶體管MO和Ml的電流分別等于電流12和13，只要包括圖6中晶體管MO和Ml的反饋回路和包括晶體管Ml和M5的反饋回路中的增益大于I。結(jié)果，被圖6中晶體管M3和M4成鏡像的晶體管M2和M4中的電流差為dIout=d (VFB_Vin) /R0。在該電路中，通過(guò)晶體管MO的電流等于12，其使得晶體管MO的柵源電壓VesQ等于晶體管Ml的柵源電壓Vesi,并且dIout=d(VFB-Vin)/R0。電流Il等于13,且電流IO由反饋回路M6-M7-M8-M9輸送，恰足夠保持電路操作，并且使通過(guò)晶體管M4的電流和通過(guò)晶體管M5的電流都等于導(dǎo)體2A中的誤差放大器20產(chǎn)生的電流lout。當(dāng)輸入差分電壓為零時(shí)，誤差放大器20的靜態(tài)電流Iq近似等于12+13。12和13的值決定反饋回路Ml，M5和M0-M6-M7-M8-M9的帶寬，且應(yīng)該根據(jù)誤差放大器20所需的帶寬選擇。模擬顯示，對(duì)于O. 35微米最小溝道長(zhǎng)度的CMOS制造工藝，靜態(tài)電流Iq約等于I微安/IOOkHz帶寬。誤差放大器20的精度和偏置可通過(guò)保持圖6中的晶體管MO和Ml的漏極電壓相等而改善。因此，通過(guò)使用電容性反饋網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明解決了上面提到的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，該電容性反饋網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)采樣表示電阻性分壓器DC輸出的電壓而周期性刷新的，該電阻性分壓器自身被周期性激勵(lì)。這顯著減小電阻性分壓器的平均電流和功率消耗，且因此允許實(shí)施在能量捕獲應(yīng)用中有用的極低功率的DC-DC轉(zhuǎn)換器。可對(duì)上面例示性實(shí)施例做出變化。例如，以相應(yīng)的電容性分壓器取代電阻性分壓器是可行的，其中每個(gè)電容器被周期性地短路，從而恰在激勵(lì)電容性分壓器之前復(fù)位電容性分壓器中每個(gè)電容器為零伏特。電容性分壓器輸出可用于周期性地刷新CO?；蛘?，上述電容性分壓器中的電容器可耦合至已知電壓基準(zhǔn)，如帶隙電壓基準(zhǔn)，使得復(fù)位后跨每個(gè)電容器的電壓為不等于零的已知值。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍內(nèi)，許多其他實(shí)施例都是可能的。具有上述示例性實(shí)施例中一個(gè)或者更多個(gè)特征或步驟的不同組合的實(shí)施例也涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)，這些示例性實(shí)施例具有全部或僅部分特征或步驟。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)換第一 DC電壓為第二 DC電壓的電路,其包括 誤差放大器，其具有經(jīng)耦合接收第一基準(zhǔn)電壓的第一輸入端； 輸出級(jí)，其在輸出導(dǎo)體上產(chǎn)生第二 DC電壓,所述輸出級(jí)具有I禹合到所述誤差放大器輸出端的第一輸入端和經(jīng)耦合接收所述第一 DC電壓的第二輸入端； 第一電容器，其具有耦合至所述輸出導(dǎo)體的第一端子和由反饋導(dǎo)體耦合至所述誤差放大器的第二輸入端的第二端子； 分壓器，其具有耦合至第二基準(zhǔn)電壓的第一端子； 采樣電路，其包括第一采樣開(kāi)關(guān)、第二采樣開(kāi)關(guān)和時(shí)序電路，從而減小所述分壓器功率消耗；其中所述第一采樣開(kāi)關(guān)具有耦合至所述分壓器第二端子的第一端子和耦合至所述輸出導(dǎo)體的第二端子，所述第二采樣開(kāi)關(guān)具有耦合至所述反饋導(dǎo)體的第一端子和耦合至所述分壓器輸出的第二端子，所述時(shí)序電路具有耦合至所述第一采樣開(kāi)關(guān)的控制端子從而周期性激勵(lì)所述分壓器的第一輸出端和耦合至所述第二采樣開(kāi)關(guān)的控制端子從而在所述分壓器被激勵(lì)時(shí)周期性刷新所述第一電容器的第二輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其包括耦合在所述反饋導(dǎo)體和所述第二基準(zhǔn)電壓之間的第二電容器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述分壓器包括第一端子耦合到所述第一采樣開(kāi)關(guān)的所述第一端子而第二端子耦合至所述分壓器的所述輸出端的第一電阻器，和第一端子耦合至所述分壓器的所述輸出端而第二端子耦合至所述第二基準(zhǔn)電壓的第二電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的電路，其中所述第二電容器的電容等于所述第一電容器的電容乘以所述第一電阻器電阻除以所述第二電阻器電阻的比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電路，其中所述第一采樣開(kāi)關(guān)包括第一晶體管，其中所述第一采樣開(kāi)關(guān)的所述第一端子、第二端子和控制端子分別是所述第一晶體管的第一、第二載流電極和控制電極，且其中所述第二采樣開(kāi)關(guān)包括第二晶體管，其中所述第二采樣開(kāi)關(guān)的所述第一、第二和控制端子分別是所述第二晶體管的第一、第二載流電極和控制電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電路，其中所述輸出級(jí)包括降壓/升壓轉(zhuǎn)換器，所述轉(zhuǎn)換器具有耦合至所述第一 DC電壓的輸入端，耦合至所述誤差放大器的所述輸出端的控制輸入端，以及耦合至所述輸出導(dǎo)體的輸出端。
7.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電路，其中所述輸出級(jí)包括具有耦合至所述第一DC電壓的源極、耦合至所述誤差放大器的柵極和耦合至所述輸出導(dǎo)體的漏極的晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電路，其中所述第一DC電壓是從能量捕獲器件捕獲的電壓信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電路，其中所述時(shí)序電路約每秒至少激勵(lì)所述分壓器一次。
10.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的電路，其中所述時(shí)序電路激勵(lì)所述分壓器的時(shí)間量至少足夠允許所述第一電容器恢復(fù)由于所述第二開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的寄生泄漏電流造成的電荷損失。
11.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的電路，其中所述時(shí)序電路包括振蕩器，所述振蕩器經(jīng)耦合驅(qū)動(dòng)分頻器和解碼電路，該解碼電路用于解碼所述分頻器的各種輸出以便在所述時(shí)序電路的所述第一和第二輸出端是產(chǎn)生信號(hào)。
12.—種降低用于轉(zhuǎn)換第一 DC電壓為第二 DC電壓的轉(zhuǎn)換器的功率消耗的方法，其包括: (a)耦合所述轉(zhuǎn)換器中誤差放大器的第一輸入端從而接收第一基準(zhǔn)電壓，并耦合所述誤差放大器的輸出端至所述轉(zhuǎn)換器輸出級(jí)的第一輸入端，所述轉(zhuǎn)換器具有經(jīng)耦合接收所述第一 DC電壓的第二輸入端，從而在所述轉(zhuǎn)換器的輸出端產(chǎn)生所述第二 DC電壓；以及 (b)通過(guò)周期性地耦合分壓器的第一端子至所述第二DC電壓而周期性地激勵(lì)分壓器，并且周期性地耦合被激勵(lì)的分壓器的輸出端，從而刷新耦合在所述第二 DC電壓和耦合至所述誤差放大器第二輸入端的反饋導(dǎo)體之間的第一電容器 。
13.根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，其中步驟(b)包括周期性地閉合第一采樣開(kāi)關(guān)從而從所述輸出導(dǎo)體激勵(lì)所述分壓器，并閉合第二采樣開(kāi)關(guān)從而耦合所述被激勵(lì)的分壓器的輸出端至所述反饋導(dǎo)體足夠量的時(shí)間，以確保所述第一電容器兩端的電壓恢復(fù)，其中，所述第一電容器恢復(fù)在所述分壓器未被激勵(lì)時(shí)自第一電容器的寄生泄露電荷。
14.根據(jù)權(quán)利要求12中所述的方法，其中通過(guò)耦合所述反饋導(dǎo)體和所述第二基準(zhǔn)電壓之間的第二電容器，確保所述誤差放大器的穩(wěn)定性，以便所述第一和第二電容器用作分壓比等于所述分壓器的分壓比的分壓器。
15.—種降低用于轉(zhuǎn)換第一 DC電壓為第二 DC電壓的轉(zhuǎn)換器功率消耗的電路,其包括 響應(yīng)于誤差放大器的輸出并響應(yīng)于所述第一 DC電壓,在所述轉(zhuǎn)換器輸出端上產(chǎn)生所述第二 DC電壓的裝置；以及 用于周期性地激勵(lì)分壓器的裝置，其通過(guò)周期性地耦合分壓器第一端子至所述第二 DC電壓從而周期性地激勵(lì)分壓器，并且耦合被激勵(lì)的分壓器的輸出至反饋導(dǎo)體從而刷新耦合在所述第二 DC電壓和所述反饋導(dǎo)體之間的第一電容器，其中所述反饋導(dǎo)體耦合至所述誤差放大器的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)換第一DC電壓(VDD)為第DC電壓(VOUT)的轉(zhuǎn)換器(10)，其包括響應(yīng)于第一DC電壓(VDD)和誤差放大器(20)的輸出而產(chǎn)生第DC電壓(VOUT)的輸出級(jí)(40)。通過(guò)周期性耦合分壓器的第一端子至第DC電壓，采樣電路(15)周期性地激勵(lì)分壓器(R0，R1)，并且周期性耦合被激勵(lì)的分壓器的輸出端(14)至反饋導(dǎo)體(7)，從而刷新耦合在第DC電壓和反饋導(dǎo)體之間的反饋電容器。且反饋導(dǎo)體耦合到所述誤差放大器的輸入端。
文檔編號(hào)G05F1/56GK102822760SQ201080065703
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者V·V·伊萬(wàn)諾夫, T·V·卡爾特霍夫 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司