[发明专利]开关电容器电压转换器

说明书

技术领域

本发明一般而言涉及电压转换技术，更具体而言，涉及开关电容器电压转换器以及用于集成电路器件的方法。

背景技术

功率管理已经成为先进计算体系的关键组成部分，所述先进计算体系包括高端微处理器系统和可移动的电子设备。然而，现存的片上方案限制了在同时实现高输出电流和高功率转换效率方面的成功。

具体而言，用于CMOS(互补金属氧化物半导体)技术的标称电源电压(V_DD)值由于性能和功率的缩放而在过去数年内逐渐降低。而保持功率输送系统中的效率随着V_DD的按比例缩小变得更加困难。在V_DD＝1伏(V)时，从外部功率源到在V_DD下操作的电路的能量损耗显著。由于在输送网上的功率损耗与电压的平方(V²)成反比，因此对于所谓的“低”V_DD电路(例如，约300-500毫伏(mV)，功率输送的效率问题进一步加剧。

此外，在同一IC芯片上的逻辑电路、SRAM和嵌入的DRAM需要多个电源电压。使用线性串联电压调节器或电感降压转换器来产生这些电压。片上线性调节器使用电阻元件来降低电压，因而不是能量有效的。通常，降压转换器需要分立的片外电感器来实现高功率转换效率。然而，由于在硅衬底上集成高质量电感器的困难，片上集成降压转换器具有差的功率转换效率。

因此，希望能够提供用于集成电路器件的改善的电压转换系统和具有多个电压域的系统。

发明内容

在一个示例性实施例中，一种用于集成电路的片上电压转换装置包括：第一电容器；第一NFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的第一电极耦合到第一电压域的低侧电压轨；第一PFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的所述第一电极耦合到所述第一电压域的高侧电压轨；第二NFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的第二电极耦合到第二电压域的低侧电压轨，其中所述第二电压域的所述低侧电压轨对应于所述第一电压域的所述高侧电压轨；以及第二PFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的所述第二电极耦合到所述第二电压域的高侧电压轨。

在另一实施例中，一种用于集成电路的片上电压转换系统包括：时钟源，其具有多个时钟相位；多个对应于多个相位中的一个的起动信号；以及多个电压转换器，其受到所述起动信号的控制，其中每个电压转换器包括：第一电容器；第一NFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的第一电极耦合到第一电压域的低侧电压轨；第一PFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的所述第一电极耦合到所述第一电压域的高侧电压轨；第二NFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的第二电极耦合到第二电压域的低侧电压轨，其中所述第二电压域的所述低侧电压轨对应于所述第一电压域的所述高侧电压轨；以及第二PFET器件，其被配置为选择性地将所述第一电容器的所述第二电极耦合到所述第二电压域的高侧电压轨。

在另一实施例中，一种用于集成电路的片上电压转换系统包括：时钟源，其具有多个时钟相位；多个对应于多个相位中的一个的起动信号；以及多个电压转换器，其受到所述起动信号的控制，其中每个电压转换器包括：第一电容器；与第一电压域相关联的NFET器件和PFET器件的第一对，其中所述第一对中的第一NFET被配置为选择性地将所述第一电容器的第一电极耦合到所述第一电压域的低侧电压轨，并且所述第一对中的第一PFET器件被配置为选择性地将所述第一电容器的所述第一电极耦合到所述第一电压域的高侧电压轨；与第二电压域相关联的NFET器件和PFET器件的第二对，其中所述第二对中的第二NFET器件被配置为选择性地将所述第一电容器的第二电极耦合到所述第二电压域的低侧电压轨，其中所述第二电压域的所述低侧电压轨对应于所述第一电压域的所述高侧电压轨，并且所述第二电压域的第二PFET器件被配置为选择性地将所述第一电容器的所述第二电极耦合到所述第二电压域的高侧电压轨；以及与所述第一电容器串联的一个或多个附加的电容器；用于一个或多个附加的电容器中的每一个的与一个或多个附加的电压域相关联的NFET器件和PFET器件的一个或多个附加的对，以限定多级转换器，所述多级转换器将N个电压单位的电压电平标称地(nominally)转换为M个电压单位的电压电平，反之亦然；其中N表示开关器件的对的总数目，N-1表示电容器的总数目，并且1≤M≤N-1。