专利名称：：电荷泵电路及其运行方法电荷泵电路及其运行方法
技术领域：
：本发明涉及电荷泵电路，且具体而言，涉及提供双轨(dualrail)输出电压的电荷泵电路。电荷泵电路在本领域为已知。这些电路是一种DC-DC转换器，其使用电容器作为储能器件，且能够以比从输入源获得的电压更高或更低的电压提供电源。电荷泵电路能够具有高效率，有些时候高达90%-95%。电荷泵使用某种形式的开关设备以控制电容器到电压源和电容器彼此的连接，通常以获得不同于输入电压值的电压。该电荷泵包括通常被称为"飞跨电容(flyingcapacitor)"的电容器，其用于将电荷传输到一个或多个将^皮称为"存储电容(reservoircapacitor)w的输出电容器。这样的电荷泵可用来从单轨输入电压VDD生成双轨也即双极性的源电压(supplyvoltage)。已知的双轨电荷泵的一个缺点是，它们可能例如产生具有两倍于输入电压(VDD)大小的输出电压，也即，相对于乂>共端子(commonterminal)，一轨处于电压VDD,另一轨处于电压-VDD。如果使用这样的电荷泵例如为下述这样的电路供电将会是非常低效率的所述电路放大最大振幅远小于放大器电路的电源+/-丫00的信号。在这种情况下，大多数输出功率(且因此，输入功率)被浪费在产生热上，而不是用于驱动信号。本发明的一个目标是解决上面提到的缺点。在本发明的第一方面，提供了一种从跨越输入端子和公共端子接收到的单个输入源电压生成分轨(split-rail)电压源(voltagesupply)的方法，所述分轨源在第一和第二输出端子处被输出，所述第一和第二端子经由相应的第一和第二负栽并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，该方法使用单个飞跨电容来生成具有正输出电压和负输出电压的所述分轨源，所述正输出电压和负输出电压一同跨过(span)—个近似等于所述输入源的电压的电压，并且以^>共端子处的电压为中心。在本发明的另一方面，提供了一种从跨越输入端子和公共端子接收到的单个输入源生成分轨电压源的方法，所述分轨源在第一和第二输出端子处被输出，所述笫一和第二输出端子经由相应的第一和第二负载并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，该方法包括，以一状态序列在所述端子中的不同端子之间连接一个飞跨电容，以从所述输入源经由所述飞跨电容反复地将电荷包传输到所述存储电容，从而生成具有正输出电压和负输出电压的所述分轨源，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入源的电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心，而不使用第二飞跨电容。在本发明的又一方面，提供了一种从一个输入电压提供多个源电压的电荷泵电路，所述电荷泵电路具有第一和第二输出端子和一个公共端子，它们用于连接到第一和第二存储电容，所述电路还具有一对飞跨电容端子，其用于连接到飞跨电容，所述电路可操作以使用所述飞跨电容以产生跨越所述存储电容的正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以乂^共端子处的电压为中心。所述方法可包括至少第一和第二状态的交替重复，所述第一状态用于在相串联的飞跨电容和第一存储电容之间对输入电压进行分压，所述笫二状态用于将所述飞跨电容所分得的所述被分压电压的那部分跨越第二存储电容而施加。所述第一状态可通过将所述飞跨电容跨接在所述输入端子和所述第一输出端子之间而得到，且所述第二状态可通过将所述飞跨电容跨接在所述公共端子和所述第二输出端子之间而得到。在所述序列中可包括第三状态，所述第三状态用于将所述飞跨电容所分得的所述被分压电压的那部分跨越所述第一存储电容而施加。所述第三状态可通过将所述飞跨电容跨接在所述第一输出端子和所述公共端子之间而得到。所述第三状态可被包括的频繁程度不如第一和第二状态。所述方法可包括对第四状态和第五状态的交替重复，所述第四状态用于将所述飞跨电容充电至所述输入电压，所述笫五状态用于在相串联的第一存储电容和第二存储电容之间对所述飞跨电容上的电压进行分压。所述第四状态可通过将所述飞跨电容跨接在所述输入端子和所述公共端子之间而得到，而所述第五状态可通过将所述飞跨电容跨接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间而得到。所述状态序列可根据负载条件而变化。状态序列中的所述变化可包括当负载不对称时，降低第二状态被包括的频率。所述第一存储电容可仅当所述第一输出端子处的电压落到第一门限值以下时才充电，而所述第二存储电容可仅当所述第二输出端子处的电压落到第二门限值以下时才充电。所述第一和第二门限值至少之一可由用户设定，从而允许控制所述第一和第二输出端子处的电压电平(voltagelevel)。可选择一个信号以将其输入所述输入源端子，从而控制所述第一和第二输出端子处的电压电平。根据状态，所述飞跨电容的端子之一可被独立地连接到所述输入端子、所述第一输出端子或所述公共端子之一。替代地或附加地，根据状态，所述飞跨电容的另一端子可被独立地连接到所述第一输出端子、所述公共端子或所述第二输出端子之一。在本发明的又一方面，提供了一种用于提供多个输出电压的电荷泵电路，所述电路包括-输入端子和公共端子，用于连接到输入电压，-第一和第二输出端子，用于输出所述多个输出电压，所述输出端子在使用中经由相应的第一和第二负栽并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，-第一和第二飞跨电容端子，用于连接到飞跨电容，以及、-开关网络，其可以多个不同状态运行，以互连所述端子，所述电路可操作以仅使用所述飞跨电容与第一和第二存储电容来生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心。应注意，术语"一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且基本以公共端子处的电压为中心"，应被理解为例如涵盖了电路有轻负载的情况，其中输出电压电平实际上将是+/_(输入电压的一半减去力。W^。J，其中力。。d等于负载电流，i^。W等于负栽电阻。在本发明的又一方面，提供了一种用于提供多个输出电压的电荷泵电路，所述电路包括-输入端子和公共端子，用于连接到输入电压，-第一和笫二输出端子，用于输出所述多个输出电压，所述输出端子在使用中经由相应的第一和第二负载并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，-一对或多对飞跨电容端子，每对均包括第一和笫二飞跨电容端子，它们用于连接到一个或多个飞跨电容，飞跨电容的数量等于n，-开关网络，其可以多个不同状态运行，以互连所述端子，以及-控制器，用于以所述状态的一序列操作所述开关，所述序列适于根据状态经由所述飞跨电容反复地将电荷包从所述输入端子传输到所述存储电容，从而(在稳态下)生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压中每个的大小均基本达到所述输入电压的一个分数(fraction),其中所述输入电压的所述分数等于l/(n+l)，其中n是等于或大于1的整数。"分数"这个术语用在此处取其数学含义一一也即两个整数的比，且事实上是真分数。飞跨电容端子的数量可以是2n，如果某些电容器具有公共端子则飞跨电容端子的数量可以更少。还提供了一种用于从一个输入电压提供多个源电压的电荷泵电路，所述电荷泵电路具有第一和第二输出端子以及一个公共端子，它们用于连接到所述第一和第二存储电容；以及一对飞跨电容端子，其用于连接到飞跨电容；以及一个开关网络，该开关网络包括第一开关，用于将所述输入端子连接到所述飞跨电容端子中的第一飞跨电容端子，第二开关，用于将所述第一飞跨电容端子连接到所述第一输出端子，第三开关，用于将所述第一飞跨电容端子连接到所述公共端子，第四开关，用于将所述飞跨电容端子中的第二飞跨电容端子连接到所述第一输出端子，第五开关，用于将所述第二飞跨电容端子连接到所述公共端子，以及第六开关，用于将所述第二飞跨电容端子连接到所述第二输出端子。还公开了一种音频设备，该音频设备包括如此处所公开的电荷泵电路，所述电荷泵具有飞跨电容，该飞跨电容连接到所述第一和第二飞跨电容端子，所述电荷泵还具有第一和第二存储电容，该第一和第二存储电容分别连接在所述第一输出端子和所述公共端子之间以及所述第二输出端子和所述公共端子之间，所述音频设备还包括音频输出电路，该音频输出电路被连接以由所述转换器的所述第一和第二输出电压供电。所述音频设备可以是便携的。所述音频设备可被包含在通信设备中。所述音频设备可以是车内音频设备。所述音频设备可被包含在耳机设备或立体声耳机设备中。所述音频设备可包括音频输出换能器(transducer)，该音频输出换能器作为负载连接到所述音频输出电路的输出端子。本发明还提供了一种从跨越输入端子和公共端子接收到的单个输入源电压生成分轨电压源的方法，所述分轨源在第一和第二输出端子处被输出，所述第一和第二输出端子经由相应的第一和第二负载并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，所述方法使用单个飞跨电容生成具有正输出电压和负输出电压的所述分轨源，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入源的电压的电压，并且以7>共端子处的电压为中心。还提供了一种用于从一个输入电压提供多个源电压的电荷泵电路，所述电荷泵电路具有第一和第二输出端子以及一个公共端子，它们用于连接到所述第一和第二存储电容；一对飞跨电容端子，其用于连接到飞跨电容，所述电路可运行以使用所述飞跨电容产生跨越所述存储电容的正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心。在本发明的另一方面，提供了一种用于提供多个输出电压的电荷泵电路，所述电路包括-输入端子和公共端子，用于连接到输入电压，-第一和第二输出端子，用于输出所述多个输出电压，所述输出端子在使用中经由相应的第一和第二负栽并且经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，-第一和第二飞跨电容端子，用于连接到一个飞跨电容，以及—开关网络，其可以多个不同状态运行，以互连所述端子，所述电路可运行以仅使用所述飞跨电容与所述第一和第二存储电容生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心。本发明的更多可选特征如在所附权利要求中公开的。现在将参考附图仅以举例方式描述本发明的实施方案，在附图中图1示出了现有技术的反相电荷泵电路；图2a示出了和图l相同的电路，其中示出了开关阵列的细节；图2b和2c示出了图2a电路在运行中所使用的两个状态下的等效电路；图3示出了图1的电路的变体，其在闭环结构下运行；图4a示出了根据本发明的一个实施方案的电平移动(levelshifting)电荷泵电路；图4b示出了和图4a相同的电路，其中示出了开关阵列的细节；图5a和5b分别示出了以状态l运行的图4电路以及此状态的等效电路；图6a和6b分别示出了以状态2运行的图4电路以及此状态的等效电路；图7a和7b分别示出了以状态3运行的图4电路以及此状态的等效电路；图8是示出了用于以本发明的一个实施方案运行的图4电路的三个开关控制信号的时序图9示出了图4的电路的一个变体，其在闭环结构下运行；图IO示出了本发明的又一个实施方案，其中多个不同的输入电压值之一可被选为输入到此处公开的任何电平移动电荷泵的输入电压；以及图lla和llb以方框示意图示出了两个放大器电路，其中可使用任何体现本发明的电平移动电荷泵。具体实施例方式图1示出了现有技术的反相电荷泵(ICP)电路100，其从正输入电压(+VDD)生成负输出电压(Vout-)。在理想条件下，Vout-将基本等于-VDD，从而导致跨越节点Nl-N2的总电压等于2xVDD。电路100包括三个电容器---^个飞跨电容Cf和两个存储电容CR1和CR2——以及一个开关阵列110。电路IOO由控制器120控制，控制器120控制开关阵列110,从而导致电路100在两个主状态之间切换，如下所述。图2a示出了与ICP电路IOO相关联的开关阵列110。图2b和2c示出了两个主要的充电/放电运行状态的等效电路。开关SA1和SA2以及开关SB1和SB2被如所示地布置，且分别由公共控制信号(CSA和CSB)操作。为了产生电压Vout-，控制器操作所述开关阵列IIO以重复下列四个步骤1.起初，所有开关均打开；然后2.开关SA1和SA2被闭合(SB1和SB2保持打开)，导致ICP电路100以第一状态运行。飞跨电容Cf被连接在输入电压节点Nl和公共参考电压节点N3之间(如图2b所示)。所以，飞跨电容Cf充电至电压+VDD;然后3.开关SA1和SA2被打开(SB1和SB2保持打开)；然后4.开关SB1和SB2被闭合(SA1和SA2保持打开)，导致ICP电路100以第二状态运行。现在飞跨电容Cf和负存储电容CR2并联，也即，飞跨电容Cf被跨接在公共参考电压节点N3和输出电压节点N2之间(如图2c所示)。假设电容CR2在这第一个循环中起初被充电至0伏，那么电容CR2将和电容Cf分享电荷，以在每个电容的两端提供相等的电压。由于电容Cf和CR2的正极板(positiveplate)被连接到公共参考电压节点N3(地)，故相对于节点N3，节点N2处的电压比-VDD多少更正一些，取决于Cf与CR2各自的尺寸。该过程重复其自身，始自步骤l当所有开关均打开时。在每个四步循环中，电容CR2将被进一步充电，在多个四步循环之后最终达到稳态。这时，电容CR2已经基本被充电至-VDD(因此Vout-基本等于-VDD)，从而Cf所携电荷不再有任何进一步显著增加。所述开关阵列110可以如上所述在开环结构下运行，其中这些开关的开关频率是基本固定的。可以使实际的开关频率依赖于正使用该电路的应用，且该实际的开关频率可具有例如KHz到MHz的大小。如果有负载被施加到Vout-,那么该负载将使电容CR2持续放电。然后该电荷在状态2期间被来自电容Cf的电荷取代，导致Vout-比-VDD多少更正一些。平均差值(averagedifference)和电压脉动(ripple)将取决于Cf的值、CR2的值、开关频率和负载特性。图3示出了替代性的现有技术ICP电路300，其中开关阵列110在闭环结构下运行。替代性的现有技术ICP电路300不同于图1所示的电路之处在于，它的开关阵列控制逻辑310依赖于输出电压Vout-。所述ICP电路300包括分压器Rl、R2和比较器320,以及如前所述的开关阵列110和电容器Cf、CR1、CR2。对节点N2上的输出电压Vout-的调节是这样实现的通过内部电阻分压器R1、R2来检测输出电压Vout-,并当跨越电容CR2的电压Vout-比比较器320的参考输入Vref更正时，使能开关阵列110。当开关阵列110被使能时，2-相非重叠时钟信号K1、K2控制所述开关(未示出)。一个时钟信号(K1)控制开关SA1和SA2—一它们使得飞跨电容Cf能被充电至输入电压+VDD(见图2b),而另一个时钟信号(K2)控制开关SB1和SB2—一它们使得输出存储电容CR2能被充电至电压Vout-(见图2c)。应注意到，输出电压Vout-可被调节，以使其等于近似地电势和-VDD之间的任一电压，然而当输出电压Vout-等于-VDD时电荷泵自身是最有效率的。在实践中，目标电压将可能被设置为略高于-VDD，以减少脉动。与这些现有技术ICP电路(100，300)相关联的问题是，它们只能生成轨到轨大小大于输入电压的输出电压。在某些应用中这会是不利的，因为这可能不允许被供电电路有效率地运行，例如当这样的icp电路(IOO,300)被用于为这样的电路供电时所述电路放大最大振幅远小于放大器电路的电源+/400的信号。图4a是新颖的反相电荷泵电路的框图，我们将该电路称为"电平移动电荷泵"(LSCP)400。再次，有两个存储电容CR1和CR2、一个飞跨电容Cf以及一个由开关控制器420控制的开关阵列410。然而，在此布置中，存储电容CR1未直接连接到输入源电压VDD,而是仅通过开关阵列410连接到输入源电压VDD。应注意到，LSCP400被配置为开环电荷泵。因此，LSCP400依赖于跨接在每个输出N12-N11、N13-N11的两端之间的相应负载(未示出)，保持符合预定约束条件。LSCP400输出两个电压Vout+、Vout-，其参考于^>共电压源(节点Nll)。负载450连接到输出Vout+、Vout-、Nll并仅为i兌明而净皮示出。实际上，此负载450可以完全地或部分地与电源位于同一集成电路片上，或者替代地其可以位于片外(off-chip)。在下文讨论附图lla和llb时，进一步详述该思想。LSCP400运行，以使得对于输入电压+VDD,LSCP400生成这样的输出每个输出的大小均为输入电压VDD的一半。换句话说，在此笫一模式下生成的输出电压的标称大小为+VDD/2和-VDD/2。当有轻负载时，这些电平实际上将等于+/-^^^/2-/,"'及,。。,其中力w等于负载电流，及/。^等于负载电阻。应注意到，在此情况下，节点NU和N13之间的输出电压的大小(VDD)与节点N10和Nil之间的输入电压(VDD)的大小是相同的，或是基本相同的，但有所移动。这种特定形式的电荷泵与已知电路相比具有显著的优势，具体而言是因为能够仅仅使用单个飞跨电容生成降低的双极性的源。用于生成降低的输出电压的现有技术电路需要另外的飞跨电容。飞跨电容和存储电容通常具有使它们需要被置于片外的尺寸，因此消除一个电容和两个ic管脚是非常有益的。图4b示出了LSCP400的更多内部细节，尤其是示出了开关阵列410的细节。开关阵列410包括6个开关S1-S6，每个开关均被来自开关控制器420的相应控制信号CS1-CS6控制。所述开关被布置，以使得第一开关Sl被连接在飞跨电容Cf的正极板和输入电压节点N10之五开关S5被连接在飞跨电容的负极板和公共端子Nil之间，第六开关S6被连接在飞跨电容的负极板和第二输出端子N13之间。这些开关是适合于按照此处所述运行的开关。当然，并不排除提供另外的使得能实现其他运行模式的开关。应注意到，开关可以以多种不同方式实现(例如，MOS晶体管开关或MOS传输门开关)，取决于，例如，集成电路加工技术或输入和输出电压要求。选择合适的实现完全在有技术的读者的能力之内。在一个实施方案中，LSCP400具有三个基本运行状态，它们以具有三个阶段(phase)的高频循环重复，所述三个阶段可称为P1、P2和P3。图5a和5b示出了以笫一状态一一"状态l"—一运行的开关阵列410。参见图5a,开关S1和S4被闭合，以使得电容Cf和CR1彼此串联，且与输入电压+VDD并联。因此，电容Cf和CR1分享跨越它们而施加的输入电压+VDD。图5b示出了状态l运行的等效电路，其中电压+VDD被有效地施加在节点N10和Nil之间。对于需要对称但相反的极性的输出电压的应用，优选的是，Cf和CR1的值相等，以使得电容Cf、CR1当跨越电压源而串联时以相等的增量改变电压。如果两个电容起初被放电，或者确实预先被充电至任何相等的电压，则它们每一个的电压终将等于所施加的电压源的一半，在此情况下是输入电压VDD的一半。图6a和图6b示出了以笫二状态——"状态2"——运行的开关阵列410。参见图6a，开关S3和S6被闭合，以使得电容Cf和CR2彼此并联，且被连接在节点N11和N13之间。因此，跨越电容Cf的电压和跨越电容CR2的电压均衡。图6b示出了状态2情形的等效电路。应注意到，存储电容CR2的值不必与飞跨电容Cf的值相同。如果电容CR2远大于电容Cf,则电容CR2将需要更多的状态序列以充电至或接近于VDD/2。应该根据预计的负栽条件和所需的工作频率以及输出脉动容限来选择存储电容CR2的值。经过仅在状态1和状态2之间交替的多个循环，在理想状态下，跨越电容Cf和CR2的电压将收敛于电压+/-VDD/2。然而，LSCP400的输出端子上存在的显著负载将导致Vout+、Vout-从+Z-VDD有相应的电压下降。如果负载是对称的，在Vout+和Vout-上有相等的电流大小，则系统的对称将导致这两个输出下降相同的量。然而，如果例如在Vout+上存在显著的负载，但是在Vout-上没有负载或有轻负载，则跨越电容CR1的电压将降低。这将导致在状态1的末尾，跨越电容Cf的电压较大，该电压将随后在状态2被施加到电容CR2。如果仅使用状态1和状态2，则飞跨电容Cf将随后在状态1与电容CR1串联，但跨越它的电压仍较大，即使在起初。因此，电压Vout+和Vout-均将倾向于无益地(negatively)下降，也就是说共模未被控制。为了避免此效应，引入了第三状态——状态3，且状态1至3在相继循环中按阶段1至3重复。图7a和7b示出了以此状态3运行方式运行的开关阵列410。参见图7a,在状态3，开关S2和S5被闭合以使得电容Cf和CR1彼此并联，且被连接在节点N11和N12之间。因此，不管电容Cf和CR1的先前电压有什么差异，电容Cf和CRl都将被充电至相同电压。在稳态下(在许多循环之后)，电容Cf和CRl的电压均变得近似于VDD/2。图7b示出了状态3情形的等效电路。从而，该电路以均衡的电压结束状态3，在此后其回到状态1。从而理论上，所述电路将在状态1以Vout+=+VDD/2进入下一个循环的阶段l,取决于负载条件和开关序列。在状态2和3，在实践中跨越并联连接的各电容器的电压实际上可能不会在单个序列中完全均衡，尤其是当开关频率相对于LSCP的R-C时间常数为高时。更确切地说，在每个状态序列中，电荷的贡献将从电容传递到电容。在零负载或低负载条件下，这种贡献将把每个输出电压带到期望的电平。在较高负载条件下，输出存储电容CR1、CR2通常将达到较低的电压(具有一些脉动)。每个电容器的大小仅需要被设计为使得共模漂移的减小对于所有预计负载条件均处于可接受的范围内，替代地或附加地，可以采用具有较小导通电阻的较大的开关。图8示出了在主要运行实施方案的三个状态1、2和3期间用于控制开关(SI-S6)的非重叠控制信号(CS1-CS6)。如上所述，这只代表用于控制序列的许多可能情形中的一个实例。应该理解，不必观察上述三个状态的开环排序。例如，状态序列可以是1，2，3，1，2，3…(如上所述)；或1，3，2，1，3，2...;或1，2，1，3，1，2，1，3。还明显的是，第三状态的使用不必像其它两个状态那样频繁，例如可以i殳想序列1，2,1，2，1,2，3，1。甚至可以i殳想完全省去第三状态一一尽管仅在负栽很平衡的情况下，或省去用于共模稳定化的替代性方案。也存在其他开关和排序情形。例如，在一个替代性运行实施方案中，状态l可被第四状态一一"状态4"一一替代，藉此开关S1和S5被闭合(所有其他开关均打开)。在此状态，电容Cf充电至输入电压+VDD。第五状态——"状态5"——随后将以开关S2和S6闭合(所有其他开关打开)的方式运行，以使得飞跨电容Cf与相串联的存储电容CR1和CR2(在此情形下，电容CR1和CR2的电容可以相等)并联。这个替代性的开关和排序情形的特定实施例具有没有共模控制的缺点，因此这样的开关和排序情形将经受共模漂移。然而，通过在"正常"开关和排序循环期间以适当的间隔来改变开关序列，可以"重置，，此共模漂移。这些改变可被预先确定，或响应于所观察的情况而被启动。<table>tableseeoriginaldocumentpage20</column></row><table>表l表l示出了对应这五个状态的开关(SI-S6)状态，"0"表示打开的开关，"1"表示闭合的开关。状态l、2和3被用在主要运行实施方案中，而状态4和5用在替代性运行实施方案中。应注意到，电容Cb、CR1和CR2的大小可被选择以满足所要求的脉动容限(与尺寸/成本相对)，因此，每个状态的时钟阶段持续时间不必是1:1:1的比例。虽然上文描述了生成+/-丫00/2的输出的实施方案，但本领域技术人员将理解，上述教导可被用于通过增加飞跨电容Cf的数量并相应地改变开关网络来获得为VDD的任何分数的输出。在此情形下，输出和输入之间的关系是丫01^+/-=+/^00/(11+1)，其中n等于飞跨电容Cf的数量。也应理解，所述的具有多于一个飞跨电容的电路，根据其控制，将仍能够生成+/400/2的输出以及介于+Z-VDD/2和+Z-VDD/(n+l)之间的对应每个中间整数分母的输出。例如，具有两个飞跨电容的电路可生成输出VDD/3和VDD/2，具有三个飞跨电容的电路可生成输出VDD/4、VDD/3和VDD/2等等。图9示出了和图4所示电路相似的LSCP900，只是LSCP900还包括用于调节两个输出电压的两个比较器910a、910b。应注意到，LSCP900表示闭环LSCP。每个比较器910a、910b将它们各自的电荷泵输出电压(Vout+,Vout-)与相应的门限电压(Vmin+,Vmin-)作比较，并输出相应的电荷信号(chargesignal)CHCR1和CHCR2。这些电荷信号CHCR1、CHCR2被馈入开关控制模块420，以控制开关阵列410，从而导致LSCP900运行，以对随便哪个相关的存储电容进行充电。如果随便哪个输出电压的下降超过了其相应的门限，则使能该电荷泵；否则暂时停止该电荷泵。这降低了在切换开关的过程中消耗的功率，尤其在轻负载的情况下。该方案允许输出电压最高达+/400/2。还应注意到，在这个图9配置中，LSCP900也可被用于生成较高的电压，但伴随着效率的下降。在此情况下，参考电压0^!11+/7111111-)可被调整以相应地调整输出电压。飞跨电容Cf被充电至+VDD(通过开关Sl和S5)，且然后与存储电容CR1(通过开关S2、S5)或存储电容CR2(通过开关S3、S6)并联连接，以将电容CR1、CR2的电压提高到由参考电压设定的电平。这样的操作增加了存储电容CR1、CR2上的脉动电压，但也减少了开关损耗。然而，通过相对于充电电容Cf调节存储电容CR1、CR2，可以降寸氐j咏动电压。图IO示出了本发明的又一个实施方案，其中多个不同输入电压值中的一个可被选作LSCP400、900的输入电压。该图示出了具有多个不同电压输入(+Vinl到+VinN)的输入选择器1000,所选择的实际输入由控制输入Ic确定。所选取的电压电平随后用作电平移动电荷泵400、900的输入电压VDD。图lla表示了一个典型应用，其中双轨源电压Vout+和Vout-由如此处所述的这样的电荷泵400、900所生成，电荷泵400、900由例如单轨源电压VDD供电。替代地，电荷泵400、900可由多个源电压供电，如图IO中所示。在和图lla、llb相关联的描述中，标记VDD、Vout十等应被解释为指代相应的端子或该端子处的电压，根据上下文而定。参见图lla，源电压VDD被示为给处理电路20供电。输入信号S1可以是模拟信号或数字信号。在S1是模拟信号的情况下，处理电路20将是纯模拟型电路，诸如运算放大器、多路复用器、增益块等等。在Sl是数字信号而输出级是模拟的情况下，处理电路20可以是数字和模拟电路的混合，其中信号Sl被直接地或通过某些数字信号处理馈入DAC(未示出)，随后该DAC的输出被馈入模拟电路，如上所述。处理电路20输出一个已处理的信号S2—一其在此特定实施方案中是一个被传入电平移动器30的模拟信号。电平移动器30可由例如直流阻隔电容来实现。输出放大器40由电荷泵400、900所生成的双轨源电压Vout+和7011卜以电平+/-丫00/2(或VDD的其他分数)供电。输入信号S1-—如果是模拟的一一以及处理电路20中的模拟信号，通常将以地电势和VDD之间的电压为参考，而电平移动后的信号S2'以大约地为参考，如由分轨源Vout+、Vout-运行的输出放大器所要求的。电平移动后的信号S2'被馈入输出放大器40，放大器40输出一个放大的输出信号S3，信号S3被馈入以地为参考的(groundreferenced)负栽一一其为信号换能器50的形式。在输出放大器40是开关(D类或PWM)放大器或l位数字(Sigma-delta)型输出级的情况下，信号S1、S2可以从输入到输出一直是数字形式的，或者可以以模拟形式开始，然后在处理电路20中被转换成数字形式。图llb示出了图11a的布置的更具体应用为清楚起见电荷泵400、900和供电连接已被略去。此实施例中的应用是立体声放大器，其中负栽是立体声耳机51。该放大器的信号处理元件是成双的，以处理左信道信号和右信道信号，如它们的参考符号中的后缀'I/和'R'所示。源电压Vout+和Vout-可被两个信道共享，尽管如果该应用需要，用于不同信道的独立供电也是可能的。一个应用领域是便携音频设备诸如MP3播放器，例如其中分轨源允许有DC-耦合输出一一其是所希望的以维持低音响应而不必使用大的去耦电容。需要生成分轨源的能力的其它可能的应用领域包括(l)用于处理模拟复合视频信号的电路的电压源，其中以地为参考的DC-耦合输出信号可以避免黑电平下降(black-leveldroop);以及(2)用于数据链路或调制解调器的线路驱动器诸如ADSL,其中以地为参考的DC-耦合输出信号可以减弱基线漂移效应(baselinewandereffect)。出于成本和尺寸的原因，能够将MP3播放器、移动电话或任意其他应用的功能集成到少量集成电路中是很重要的。因此将用于源电压生成的电路——在此情况下是电荷泵400、900——与功能电路20、30、40等集成到一起是有利的。一般而言，电荷泵400、900包括不能够实际地被集成而必须位于片外的电容器，因此对集成电路片管脚数和整体电路尺寸带来了影响。由于许多电路要求具有双极性的源(分轨源)，这促进了对能够使用单个电容器一一而不是对于每个所需的输出电压使用一个电容器一一生成两个(或更多)输出电压源的电压生成电路的发展。控制方案、控制器形式以及甚至开关网络的细节方面的许多其他修改是可改变的。有技术的读者将理解，对这些电路的上述及其他修改和增加是可能的，而不脱离如所附权利要求所限定的、本发明的精神和范围。因此，提出上述实施方案是为了说明，而不是为了限制本发明的范围。为了解释此说明书和权利要求，读者应注意词语"包括"不排除除在权利要求中列出的元件或步骤以外的元件或步骤的存在，单数冠词"一"或"一个"不排除复数(除非上下文另有要求)，并且单个元件也可实现权利要求中所述的多个元件的功能。权利要求中任何参考标记均不应被理解为对权利要求的范围进行限制。在权利要求陈述元件"被连接"或"用于连接，，的情况下，这不应被解释为要求排除任何其他元件的直接连接，而应被解释为足以使那些元件能够如所述地起作用的连接。有技术的读者将理解，良好的、实用的设计可能包括许多此处未提及的执行例如启动和关闭功能、检测功能、故障保护或诸如此类的辅助部件，这些辅助部件中的一些已被提及，且这些辅助部件中没有一个有损于上述本发明的各实施方案中和权利要求中的本发明的基本功能特性。在上迷整个描述中，标记Vout+、Vout-和VDD等应被解释为指代相应的端子或该端子处的电压，根据上下文而定。除了电荷泵电路自身内的变化和修改，本发明还包括所有形式的纳入了所迷电荷泵设备和系统，还有图11中所示的放大器应用。此电路可被用于为所有形式的设备一—包括通信设备——的输出级供电，其中输出级可驱动天线或传输线路，电-光换能器(发光器件)或机电换能器。权利要求1.一种从跨越输入端子和公共端子接收到的单个输入源生成分轨电压源的方法，所述分轨源在第一和第二输出端子处被输出，所述第一和第二输出端子经由相应的第一和第二负载并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，该方法包括，以一状态序列在所述端子中的不同端子之间连接一个飞跨电容，以便从所述输入源经由所述飞跨电容反复地将电荷包传输到所述存储电容，从而生成具有正输出电压和负输出电压的所述分轨源，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入源的电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心。2.根据权利要求1所述的方法，包括至少第一和第二状态的交替重复，所述第一状态用于在相串联的飞跨电容和第一存储电容之间对所述输入电压进行分压，所述第二状态用于将所述飞跨电容所分得的所述被分压电压的那部分跨越所述第二存储电容而施加。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一状态是通过将所述飞跨电容跨接在所述输入端子和所述第一输出端子之间而得到的，所述第二状态是通过将所述飞跨电容跨接在所述公共端子和所述第二输出端子之间而得到的。4.根据权利要求2或3所述的方法，包括在所述序列中包括第三状态的重复，所述第三状态用于将所述飞跨电容所分得的所述^:分压电压的那部分跨越所述第一存储电容而施加。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三状态是通过将所述飞跨电容跨接在所述第一输出端子和所述公共端子之间而得到的。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中所述第三状态被包括的频繁程度不如所述第一和第二状态。7.根据权利要求1所述的方法，包括第四和第五状态的交替重复，所述第四状态用于将所述飞跨电容充电至所述输入电压，所述第五状态用于在相串联的第一存储电容和第二存储电容之间对所述飞跨电容上的电压进行分压。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第四状态是通过将所述飞跨电容跨接在所述输入端子和所述公共端子之间而得到的，所述第五状态是通过将所述飞跨电容跨接在所述第一输出端子和所述第二输出端子之间而得到的。9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述状态序列根据负栽条件而改变。10.根据权利要求9所述的方法，其中状态序列的所述改变包括若负载不对称，则降低第二状态被包括的频率。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述第一存储电容仅当所述第一输出端子处的电压落到第一门限值以下时才充电，所述第二存储电容仅当所述第二输出端子处的电压落到第二门限值以下时才充电。12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一和第二门限值中至少一个是可由用户设定的，从而允许控制所述第一和第二输出端子处的电压电平。13.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括选择待输入到所述输入源端子的信号，从而控制所述第一和第二输出端子处的电压电平。14.根据任一前述权利要求所述的方法，其中根据状态，所述飞跨电容的端子之一独立地连接到所述输入端子、所述第一输出端子或所述z^共端子之一。15.根据权利要求14所述的方法，其中根据状态，所述飞跨电容的另一端子独立地连接到所述第一输出端子、所述公共端子或所述第二输出端子之一。16.用于提供多个输出电压的电荷泵电路，所述电路包括-输入端子和公共端子，用于连接到输入电压，-第一和第二输出端子，用于输出所述多个输出电压，所述输出端子在使用中经由相应的第一和第二负栽并且经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，-第一和第二飞跨电容端子，用于连接到飞跨电容，-开关网络，其可以多个不同状态运行，以互连所述端子，以及-控制器，用于以所述状态的一序列操作所述开关，所述序列适于根据状态经由所述飞跨电容反复地将电荷包从所述输入端子传输到所述存储电容，从而生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以7>共端子处的电压为中心。17.根据权利要求16所迷的电路，其中所述开关网络可以至少第一状态和第二状态运行，所述控制器适于以一序列一一其交替重复所述第一和第二状态一一操作所述开关，所述第一状态用于在相串联的飞跨电容和第一存储电容之间对所述输入电压进行分压，所述第二状态用于将所述飞跨电容所分得的所述被分压电压的那部分跨越第二存储电容而施加。18.根据权利要求17所述的电路，其中在所述第一状态下，所述第一和第二飞跨电容端子分别连接到所述输入端子和所述第一输出端子，在所述第二状态下，所述第一和第二飞跨电容端子分别连接到所述公共端子和所述第二输出端子。19.根据权利要求17或18所述的电路，其中所述开关网络还可以第三状态运行，所述第三状态用于将所述飞跨电容所分得的所述^皮分压电压的那部分跨越所述第一存储电容而施加，且其中所述控制器适于在所述序列中包括所述第三状态的重复。20.根据权利要求19所述的电路，其中在所述第三状态下，所述第一和第二飞跨电容端子分别连接到所述第一输出端子和所述公共端子。21.根据权利要求19或20所迷的电路，其中所述控制器适于以不如所述第一和第二状态的频繁程度包括所述第三状态。22.根据任一前述权利要求所述的电路，其中所述开关网络可以至少第四状态和第五状态运行，所迷第四状态用于将所述飞跨电容充电至所述输入电压，所述第五状态用于在相串联的第一存储电容和第二存储电容之间对所述飞跨电容上的电压进行分压，且其中所迷控制器适于以一序列一一其交替重复所述第四状态和所述第五状态一一操作所述开关。23.根据权利要求22所述的电路，其中在所述第四状态下，所述第一和第二飞跨电容端子分别被连接到所述输入端子和所述公共端子，在所述第五状态下，所迷第一和第二飞跨电容端子分别被连接到所述第一输出端子和所述第二输出端子。24.根据任一前述权利要求所述的电路，其中所述控制器适于才艮据负载条件来改变状态序列。25.根据权利要求24所述的电路，其中状态序列的所述改变包括若负栽不对称，则降低第二状态被包括的频率。26.根据权利要求24或25所述的电路，其中所述电荷泵电路^皮布置为在闭环结构下运行。27.根据权利要求24、25或26所述的电路，其可运行，以使得所述第一存储电容仅当所述第一输出端子处的电压落到第一门限值以下时才充电，且所述第二存储电容仅当所述第二输出端子处的电压落到第二门限值以下时才充电。28.根据权利要求27所述的电路，其中还包括至少一个比较器，用于将所述输出端子中每个输出端子处的电压与至少一个参考电压相比较。29.根据权利要求28所述的电路，其中所述至少一个参考电压是可由用户设置的，从而允许控制所述第一和第二输出端子处的电压电平。30.根据任一前述权利要求所述的电路，还包括输入选择器，用于根据控制信号选择待输入到所述输入源端子的信号，从而控制所述第一和第二输出端子处的电压电平。31.根据任一前述权利要求所述的电路，其中所述开关网络可运行，以将所述第一飞跨电容端子独立地连接到所述输入端子、所述第一输出端子和所述公共端子中任一。32.根据任一前述权利要求所述的电路，其中所述开关网络可运行，以将所述第二飞跨电容端子独立地连接到所述第一输出端子、所述公共端子和所述第二输出端子中任一。33.根据任一前述权利要求所述的电路，其中所述开关网络包括一第一开关，用于将所述输入端子连接到所述第一飞跨电容端子，-第二开关，用于将所述第一飞跨电容端子连接到所述第一输出"^"，-第三开关，用于将所述第一飞跨电容端子连接到所述公共端子，_第四开关，用于将所述第二飞跨电容端子连接到所述第一输出端子，_第五开关，用于将所述第二飞跨电容端子连接到所述公共端子，以及_第六开关，用于将所述第二飞跨电容端子连接到所述第二输出端子。34.用于提供多个输出电压的电荷泵电路，所述电路包括一输入端子和公共端子，用于连接到输入电压，-第一和第二输出端子，用于输出所述多个输出电压，所述输出端子在使用中经由相应的第一和第二负载并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，-一对或多对飞跨电容端子，每对均包括第一和第二飞跨电容端子，它们用于连接到一个或多个飞跨电容，飞跨电容的数量等于n,-开关网络，其可以多个不同状态运行，以互连所述端子，以及-控制器，用于以所述状态的一序列操作所述开关，所述序列适于根据状态经由所述飞跨电容反复地将电荷包从所述输入端子传输到所述存储电容，从而生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压中每个的大小均基本达到所述输入电压的一个分数，所述输入电压的所述分数等于1/(n+l),其中n是等于或大于1的整数。35.根据权利要求34所述的电路，其中n-l，从而所述输入电压的所述分数基本为1/2。36.根据权利要求34所述的电路，其中n>l，从而所述输入电压的所述分数基本为l/(n+l)。37.根据权利要求36所述的电路，其中所述电路能够生成大小处于所述输入电压的不同分数的输出电压。38.根据权利要求37所述的电路，其中所述输入电压的所述不同分数包括2和(n+l)之间各整数中一些或全部的倒数。39.—种音频设备，包括根据权利要求1至38中任一所述的电荷泵电路，所述电荷泵具有飞跨电容，其连接到所述第一和第二飞跨电容端子；第一和第二存储电容，其分别连接在所述第一输出端子和所述公共端子之间以及所述第二输出端子和所述公共端子之间，所述音频设备还包括音频输出电路，该音频输出电路被连接以由所述转换器的所述第一和第二输出电压供电。40.根据权利要求39所述的音频设备，其为便携形式的。41.一种通信设备，纳入了根据权利要求39或40所述的音频设备。42.—种车内音频设备，纳入了根据权利要求39所述的音频设备。43.—种耳机设备，纳入了根据权利要求39、40、41或42所述的音频设备。44.一种立体声耳机设备，纳入了根据权利要求39、40、41或42所述的音频设备。45.根据权利要求39至44中任一所述的音频设备，还包括音频输出换能器，其作为负载连接到所述音频输出电路的输出端子。46.用于提供多个输出电压的电荷泵电路，所述电路包括一输入端子和公共端子，用于连接到输入电压，-第一和第二输出端子，用于输出所述多个输出电压，所述输出端子在使用中经由相应的第一和第二负栽并且还经由相应的第一和第二存储电容连接到所述公共端子，-第一和第二飞跨电容端子，它们用于连接到飞跨电容，-开关网络，其可以多个不同状态运行，以互连所述端子，所述多个不同状态包括至少笫一状态和第二状态，所述第一状态用于在相串联的飞跨电容和第一存储电容之间对所述输入电压进行分压，所述第二状态用于将所述飞跨电容所分得的所述被分压电压的那部分跨越第二存储电容而施加，以及-控制器，用于以所述状态的一序列操作所述开关，所述控制器适于以一序列一一其交替重复所述第一和第二状态一一操作所述开关，从而生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心。47.根据权利要求46所述的电路，其中所述开关网络还可以第三状态运行，所述第三状态用于将所述飞跨电容所分得的所述被分压电压的那部分跨越所述第一存储电容而施加，且其中所述控制器适于在所述序列中包括所述第三状态的重复。全文摘要公开了使用单个飞跨电容提供多个输出电压的电荷泵电路以及相关联的方法和设备，所述电路包括开关网络(410)，其可以多个不同状态运行；以及控制器(420)，其用于以所述状态的一序列操作所述开关以便生成正输出电压和负输出电压，所述正输出电压和负输出电压一同跨过一个近似等于所述输入电压的电压，并且以公共端子处的电压为中心。文档编号H02M3/07GK101611532SQ200780051680公开日2009年12月23日申请日期2007年12月21日优先权日2006年12月22日发明者J·L·彭诺科,J·P·莱索,P·J·弗瑞斯申请人:沃福森微电子股份有限公司