电压转换器以及用于电压转换的方法与流程

电压转换器通常将dc电压转换成另一dc电压。电压转换器能够实现为电荷泵，所述电荷泵包括几个在操作期间充电和放电的电容器。所述电容器可以具有最大操作电压。

本专利申请的目的是提供一种电压转换器以及一种用于电压转换的方法，其中，降低跨电压转换器的电容的电压。

所述目的通过独立权利要求来解决。进一步的改进和实施例在从属权利要求中描述。

在实施例中，电压转换器包括第一、第二和第三电容、第一和第二时钟端子、电源端子以及转移装置。转移装置的输入耦合到电源端子并且转移装置的输出耦合到电压转换器的输出端子。第一电容器的第一电极连接到第一时钟端子并且第一电容器的第二电极连接到转移装置的第一节点。第二电容器的第一电极连接到第二时钟端子并且第二电容器的第二电极连接到转移装置的第二节点。第三电容器的第一电极永久直接地连接到第一电容器的第二电极并且第三电容器的第二电极连接到转移装置的第三节点。

有利地，第一和第二时钟端子不直接连接到第三电容器。因此，在操作期间，未给第三电容器的第一或第二电极提供参考电位。第三电容器的两个电极之间的电压差等于或小于在电源端子处分接的输入电压的两倍。

在实施例中，第一和第二电容器两者具有第一电容值并且第三电容器具有第二电容值。第一电容值大于第二电容值。

在实施例中，电压转换器包括第四电容器，所述第四电容器具有永久直接地连接到第二电容器的第二电极的第一电极以及连接到转移装置的第四节点的第二电极。

在实施例中，电压转换器包括至少第n电容器，其具有永久直接地连接到第(n-2)电容器的第二电极的第一电极以及连接到转移装置的第n节点的第二电极，其中n大于4。n可以是5、6等等。因此，第五电容器的第一电极永久直接地连接到第三电容器的第二电极。第六电容器的第一电极永久直接地连接到第四电容器的第二电极，等等。

在实施例中，转移装置包括第一、第二和第三电路元件。第一电路元件将电源端子耦合到第一节点，第二电路元件将第一节点耦合到第二节点，第三电路元件将第二节点耦合到第三节点。

在实施例中，第三节点通过最后的电路元件或者通过至少另外的电路元件和最后的电路元件的串联电路耦合到转移装置的输出。

在实施例中，第一、第二和第三电路元件中的每个实现为二极管。最后的电路元件和/或另外的电路元件还可以实现为二极管。

在可替代实施例中，第一、第二和第三电路元件中的每个实现为场效应晶体管。最后的电路元件和/或另外的电路元件还可以实现为场效应晶体管。

在可替代实施例中，电压转换器包括输出电容器，所述输出电容器将转移装置的输出耦合到参考电位端子。

在可替代实施例中，电压转换器不包括具有直接连接到转移装置的输出的第一电极以及直接连接到参考电位端子的第二电极的任何电容器。

在实施例中，电压转换器包括第一开关装置，所述第一开关装置具有第一和第二开关。第一开关将转移装置的输入耦合到第一节点。第二开关将第一节点耦合到转移装置的第一中间节点。转移装置可以包括第一开关装置。

在另一改进中，第一开关装置包括第三开关，所述第三开关将第二节点耦合到转移装置的第一中间节点。

第一开关装置可以可选地包括第四开关，所述第四开关将转移装置的输入耦合到第二节点。

在实施例中，电压转换器包括第一备用电容器，所述第一备用电容器将第一中间节点耦合到参考电位端子。有利地，第一备用电容器可以有助于储存能量。第一备用电容器可以减少电压转换器的输出电压的脉动。

在实施例中，电压转换器包括第二开关装置，所述第二开关装置具有第五和第六开关。第五开关将第一中间节点耦合到第三节点。第六开关将第三节点耦合到转移装置的第二中间节点。转移装置可以包括第二开关装置。

第二开关装置可以可选地包括第七开关，所述第七开关将第四节点耦合到转移装置的第二中间节点。

第二开关装置可以可选地包括第八开关，所述第八开关将第一中间节点耦合到第四节点。

在实施例中，电压转换器包括第二备用电容器，所述第二备用电容器将第二中间节点耦合到第一中间节点。有利地，跨第一备用转换器的电压可以等于跨第二备用转换器的电压，例如在电压转换器的操作稳定状态下。由于第二备用电容器不连接到地而连接到第一中间节点，因此跨第一备用电容器的电压和跨第二备用电容器的电压可以近似相等。有利地，可以不必利用能够经受高电压的电容器来实现备用电容器。电容转换器可以不具有任何高电压电容器。

在实施例中，电压转换器实现为dickson电荷泵电容器装置。电压转换器被设置为在输出端子处生成高输出电压。电压转换器被设计为内部电荷泵，输出电压高于所用电容器的最大操作电压。所述电压转换器提供提高的电荷泵效率和减小的尺寸。

在实施例中，用于电压转换的方法包括将输入电压提供给转换装置的输入，将第一时钟信号提供给第一电容器的第一电极，将第二时钟信号提供给第二电容器的第一电极以及在转换装置的输出处分接输出电压。第一电容器的第二电极连接到转移装置的第一节点。第二电容器的第二电极连接到转移装置的第二节点。第三电容器的第一电极永久直接地连接到第一电容器的第二电极。第三电容器的第二电极连接到转移装置的第三节点。

有利地，第一和第二时钟信号不直接施加到第三电容器。因此，在操作期间不将参考电位提供给第三电容器的第一或者第二电极。在第三电容器的两个电极之间的电压差等于或小于输入电压的两倍。因此，跨第三电容器的电压减少。

在实施例中，第一时钟信号的脉冲和第二时钟信号的脉冲交替。第二时钟信号的一个脉冲在第一时钟信号的两个脉冲之间，等等。

在实施例中，电压转换器不具有任何电阻器。电损耗通过避免电阻器而减少。

在实施例中，用于电压转换的方法包括将输入电压提供给转移装置的输入，将第一时钟信号提供给第一电容器串联电路的外部端子，将第二时钟信号提供给第二电容器串联电路的外部端子，以及在转移装置的输出处分接输出电压。

在实施例中，第一电容器串联电路包括第一和第三电容器。第二电容器串联电路包括第二和第四电容器。

在实施例中，第一电容器串联电路的另外的外部端子、第一电容器串联电路的电容器之间的一个或多个节点、第二电容器串联电路的另外的外部端子以及第二电容器串联电路的电容器之间的一个或多个节点连接到转移装置的不同节点。因此，电荷在第一时钟信号脉冲期间经由转移装置从第一电容器串联电路提供给第二电容器串联电路，并且电荷在第二时钟信号脉冲期间经由转移装置从第二电容器串联电路提供给第一串联电容器。

示例性实施例的附图的以下描述可以进一步说明和解释本发明的方面。具有相同结构和相同效果的设备和电路部件分别具有相同的附图标记。设备和电路部件在不同的附图中在功能方面彼此对应，对于以下附图中的每一个不再重复其描述。

图1a至图1c示出电压转换器的示例性实施例。

图2示出电压转换器的另一示例性实施例。

图3a和图3b示出电压转换器的另一示例性实施例。

图4a至图4c示出电压转换器以及在电压转换器处分接(tap)的信号的示例性实施例。

图5示出包括电压转换器的半导体的示例性实施例。

图1a示出电压转换器10的示例性实施例，所述电压转换器包括第一、第二和第三电容器11至13以及转移装置15。电压转换器10包括耦合到转移装置15的输入17的电源端子16。电源端子16可以连接到未示出的电压源。转移装置15的输出18连接到电压转换器10的输出端子19。此外，电压转换器10包括第一和第二时钟端子21、22。第一电容器11的第一电极连接到第一时钟端子21。第一电容器11的第二电极连接到转移装置15的第一节点23。第二电容器12的第一电极连接到第二时钟端子22。第二电容器12的第二电极连接到转移装置15的第二节点24。第三电容器13的第一电极连接到第一电容器11的第二电极。此外，第三电容器13的第二电极连接到转移装置15的第三节点25。

此外，电压转换器10可以包括第四电容器14，第四电容器14具有第一电极，所述第一电极连接到第二电容器12的第二电极。第四电容器14的第二电极可以连接到转移装置15的第四节点26。

第三电容器13的第一电极永久直接地连接到第一电容器11的第二电极。相应地，第四电容器14的第一电极永久直接地连接到第二电容器12的第二电极。第三电容器13的第一和第二电极没有直接连接到第一或第二时钟端子21、22。相应地，第四电容器14的第一和第二电极没有直接连接到第一或第二时钟端子21、22。

转移装置15包括第一、第二和第三电路元件31至33。第一电路元件31将转移装置15的输入17耦合到第一节点23。第二电路元件32将第一节点23耦合到第二节点24。相应地，第三电路元件33将第二节点24耦合到第三节点25。第四电路元件34将第三节点25耦合到第四节点26。最后的电路元件35将转移装置15的最后节点耦合到转移装置15的输出18。因此，在图1a示出的实施例中，最后节点是第四节点26，最后的电路元件35将第四节点26耦合到转移装置15的输出18。

因此，转移装置15实现为电路元件31至34和最后的电路元件35的串联电路。在图1a示出的示例中，转移装置15实现为第一至第四电路元件31至34和最后的电路元件35的串联电路。电路元件31至34中的每个以及最后的电路元件35实现为二极管。转移装置15实施为二极管的串联电路。二极管被定向为使得电流可以从转移装置15的输入17流到转移装置15的输出18。二极管中的每个可以实施为pn结。在二极管的每个中，阳极被导向到转移装置15的输入17并且阴极被定向到转移装置15的输出18。

电压转换器10包括输出电容器37，所述输出电容器37将电压转化器10的输出端子19耦合到参考电位端子38。

电压转换器10包括第一级27和第二级28。第一级27包括第一和第二电容器11、12以及第一和第二电路元件31、32。相应地，第二级28包括第三和第四电容器13、14以及第三和第四电路元件33、34。

第一和第二电容器11、12两者可以具有第一电容值c1。第三和第四电容器13、14两者可以具有第二电容值c2。第一电容值c1可以大于第二电容值c2，因此c2<c1。c1和c2之间的关系可以是：

1.6·c2<c1<2.4·c2

例如c1＝2·c2

通过实现具有比第三电容器13高的电容值的第一电容器11，跨第一电容器11的电压和跨第三电容器13的电压基本相同。在输出端子19处输出电压vo上升的时间减少。

在替代的未示出的实施例中，电压转换器10包括另外的电容器和电路元件。

图1b示出电压转换器10的另一示例性实施例。图1b中示出的电压转换器10的电路部件以及电路部件之间的耦合与图1a中示出的电压转换器的电路部件以及耦合相同。电压转换器10包括第一电容器串联电路41和第二电容器串联电路42。第一电容器串联电路41包括第一和第三电容器11、13。第一时钟端子21连接到第一电容器串联电路41的外部端子43。第一电容器串联电路41的电容器11、13之间的节点以及另外的外部端子45连接到转移装置15的节点。因此，第一电容器串联电路41连接到第一和第三节点23、25。

相应地，第二电容器串联电路42包括第二和第四电容器12、14。第二时钟端子22连接到第二电容器串联电路42的外部端子44。第二电容器串联电路42的电容器12、14之间的节点以及第二电容器串联电路42的另外的外部端子46连接到转移装置15的节点。更具体地，第二电容器串联电路42连接到第二和第四节点24、26。

在电压转换器10具有第五电容器的情况下，第一电容器串联电路41包括第五电容器。另外，第二电容器串联电路42可以包括第六电容器。

第一电容器串联电路41具有第一数量n1个电容器。

相应地，第二电容器串联电路42具有第二数量n2个电容器。第一数量n1和第二数量n2遵循以下等式：

2≤n1＝n2或2≤n1＝n2+1

第一电容器串联电路41不具有将第一电容器串联电路41的一个电容器连接到另一电容器的电阻器、二极管或晶体管。第一电容器串联电路41的不同电容器之间的连接只由连接线构成。相应地，第二电容器串联电路42不具有将第二电容器串联电路42的一个电容器连接到另一电容器的电阻器、二极管或晶体管。第二电容器串联电路42的不同电容器之间的连接只由连接线构成。

为电源端子16供应输入电压vin。在电压转换器10的输出端子19处提供输出电压vo。给第一时钟端子21施加第一时钟信号φ1，并且给第二时钟端子22施加第二时钟信号φ2。第一时钟信号φ1和第二时钟信号φ2的脉冲高度可以等于输入电压vin。

图1c示出随时间t的变化而变化的第一和第二时钟信号φ1、φ2的示例性实施例。电源转换器10具有预充电模式pm和充电模式cm。预充电模式pm能够称为预充电阶段。充电模式cm能够称为充电阶段。充电模式cm在预充电模式pm之后。在预充电模式pm中，经由电源端子16将输入电压vin提供给电压转换器10并且对第一电容器11充电。

在充电模式cm中，第一时钟信号φ1和第二时钟信号φ2的脉冲交替。因此，第二时钟信号φ2的脉冲在第一时钟信号φ1的两个脉冲之间。相应地，第一时钟信号φ1的脉冲在第二时钟信号φ2的两个脉冲之间(除了第一时钟信号φ1的第一个脉冲)。第一时钟信号φ1的脉冲具有第一持续时间t1并且第二时钟信号φ2的脉冲具有第二持续时间t2。第一持续时间t1和第二持续时间t2可以相等。

在第一时钟信号φ1的脉冲和随后的第二时钟信号φ2的脉冲之间存在非重叠时间tn1。在第二时钟信号φ2的脉冲和随后的第一时钟信号φ1的脉冲之间还存在另一非重叠时间tn2。非重叠时间tn1和另一非重叠时间tn2可以具有相同的持续时间。因此，时钟信号φ1、φ2的周期t能够根据以下公式来计算：

t＝t1+tn1+t2+tn2

因此，周期t周期性重复。在充电模式cm，电压转换器10利用四个阶段操作。第一时钟信号φ1的脉冲形成第一阶段。非重叠时间tn1实现第二阶段。第二时钟信号φ2的脉冲形成第三阶段。另一非重叠时间tn2实现第四阶段。有利地，使用非重叠时间tn1、tn2能够避免从输出端子19向后流到输入17的电流或者沿不期望的方向流动的任何其它电流。优选地，电压转化器10的效率通过非重叠时间tn1、tn2提高。

在操作的开始，在预充电模式pm下，经由第一电路元件31将输入电压vin提供给第一电容器11的第二电极。因此，输入电压vin提供在第一电容器11的两个电极之间。在充电模式cm下，通过第一时钟信号φ1的脉冲，将输入电压vin提供给第一电容器11的第一电极并且因此在第一电容器11的第二电极处分接的电压上升到2·vin。因此，电荷经由第二电路元件32从第一电容器11的第二电极流到第二电容器12的第二电极。

通过第二时钟信号的脉冲φ2，输入电压vin提供到第二电容器12的第一电极并且因此在第二电容器12的第二电极处分接的电压上升到接近输入电压vin的三倍。因此，电荷经由第三电路元件33从第二电容器12的第二电极流到第三电容器13的第二电极。

通过第一时钟信号的后续脉冲φ1，由第一和第三电容器11、13储存的电荷经由转移装置15提供给第二和第四电容器12、14。相应地，通过第二时钟信号φ2的脉冲，由第二和第四电容器12、14储存的电荷经由转移装置15提供给第三电容器13和输出电容器37。

在预充电模式pm下，将第一和第二电容器11、12的第二电极以及第三和第四电容器13、14的两个电极充电到输入电压vin减电压降，所述电压降由二极管的正向电压降vd引起。在充电模式cm期间，输出电容器37可以被充电达到以下值：

vo＝(n+1)·(vin-vd)

n＝n1+n2

其中vo是输出电压，vin是输入电压，vd是二极管中的一个的正向电压降，n是第一电容器串联电路41和第二电容器串联电路42的电容器11至14的数量。n是除了输出电容器37之外耦合到传输装置15的电容器11到14的数量。因此，二极管的数量是n+1。从电压转换器10流到未示出的负载的输出电流在以上公式中被忽略。

有利地，高电压电容器13、14的电压平衡通过前任迪克森(dickson)级(一个或多个)来提供。前任dickson级包括第一和第二电容器11、12。所有电容器具有相同的正向电压。在右侧的电容器13、14与不具有堆叠电容器的图4a中所示的标准迪克森电荷泵具有相同的电容值。只是在前任级中电容器11、12必须被加倍以得到相同的效率。在该示例中，这导致6:10＝-40％的电容器阵列尺寸减小。这还使两个右侧电容器13、14的底板寄生效应的开关损耗减少到二分之一。不再有浮动或者高欧姆的电容器节点。因此，不需要如图4b所示的平衡电阻器，所述平衡电阻器会增加电压转换器10的尺寸并且降低效率。

有利地，使用二极管的电压转换器10可以适用于例如输入电压vin或者输出电压vo的更高值。在更高的电压时，由二极管的正向电压降vd引起的损耗可能只具有很小的影响。

图2示出电压转换器10的示例性实施例，其是图1a至图1c示出的电压转换器的进一步改进。第一至第四电路元件31至34以及最后的电路元件35实现为晶体管。所述晶体管可以实施为场效应晶体管。例如，第一至第四电路元件31至34以及最后的电路元件35的晶体管实现为n-沟道场效应晶体管。在这种情况下，第一和第三电路元件31、33的晶体管由第二时钟信号φ2控制并且第二和第四电路元件32、34的晶体管由第一时钟信号φ1控制。最后的电路元件35由用于控制倒数第二个电路元件的相同信号控制，即在图2中的情况下由第三电路元件33的控制信号，即第二时钟信号φ2控制。电路元件31至34、35中的两个连续元件不由相同时钟信号φ1、φ2控制，并且因此不在相同的时间点导通。

在图2示出的电压转换器10中，在预充电模式pp下，第一至第四电路元件31至34以及最后的电路元件35可以设置为导通状态使得输出电压vo升高至输入电压vin的值。而且，第一和第二电容器11、12的第一电极被充电使得输入电压vin能够在第一电容器11的两个电极之间以及在第二电容器12的两个电极之间分接。此外，在预充电模式pp下，第三和第四电容器13、14的第一和第二电极被充电至输入电压vin。

在没有负载连接到电压转化器10的输出端子19的情况下，在第一时钟信号φ1和第二时钟信号φ2的几个脉冲之后，通过忽略在转移装置15的晶体管处的电压降，输出电压vo可以上升到以下的值：

vo＝(n+1)·vin

n＝n1+n2

其中n是第一和第二串联电路41、42的电容器11至14的数量。n是除了输出电容器37之外耦合到转移装置15的电容器11到14的数量。

有利地，能够通过使用晶体管而不是二极管的电压转换器10生成更高的输出电压vo。有利地，在电容器11至14中的一个电容器的两个电极之间分接的电压的最大值是输入电压vin的两倍。因此，电容器11至14中的每一个必须仅经受2·vin。只有输出电容器37必须被制造为使得其适用于在较高的电压下操作。

在可替代的未示出的实施例中，晶体管可以实施为p-沟道场效应晶体管。第一和第三电路元件31、33可以由第二时钟信号φ2的反相信号控制。相应地，第二和第四电路元件32、34可以由第一时钟信号φ1的反相控制。最后的电路元件35可以由用于控制倒数第二个电路元件的相同信号控制，即在图2的情况下由第三电路元件33的控制信号，即第二时钟信号φ2的反相控制。

图3a示出电压转换器10的另一示例性实施例，其是图1a至图1c以及图2所示的实施例的进一步改进。电压转换器10包括数量l个级。数量l至少是2。第一数量n1与第二数量n2相等并且与级的数量l相等。在图3a中示出的示例中，n1＝n2＝l＝4。因此，电压转化器10包括第一级27、第二级28、第三级48和第四级49。电压转化器10包括第五至第八电容器50至53。第三级48包括第五和第六电容器50、51。第四级49包括第七和第八电容器52、53。

第五电容器50的第一电极永久直接地连接到第三电容器13的第二电极。第五电容器50的第二电极连接到转移装置15的第五节点54。第六电容器51的第一电极直接永久地连接到第四电容器14的第二电极。第六电容器51的第二电极连接到转移装置15的第六节点55。第七电容器52的第一电极直接永久地连接到第五电容器50的第二电极。此外，第七电容器52的第二电极连接到转移装置15的第七节点56。第八电容器53的第一电极直接永久地连接到第六电容器51的第二电极。第八电容器53的第二电极连接到转移装置15的第八节点57。

转移装置15包括可以同等实现的数量l个开关装置60至63。因此，l个级中的每一个包括开关装置和两个电容器。开关装置60至63中的每一个耦合到第一电容器串联电路41的一个电容器以及耦合到第二电容器串联电路42的一个电容器。由于在图3a示出的示例中n1＝n2＝l＝4，转移装置15包括第一至第四开关装置60至63。

第一个开关装置60将转移装置15的输入17耦合到转移装置15的第一中间节点68。第一开关装置60包括第一至第四开关64至67。第一开关64将转移装置15的输入17耦合到第一节点23。第二开关65将第一节点23耦合到第一中间节点68。此外，第三开关66将第二节点24耦合到第一中间节点68。第四开关67将输入17耦合到第二节点24。

第二开关装置61将第一中间节点68耦合到第二中间节点73。第二开关装置61如第一开关装置60那样配置。第二开关装置61包括第五至第八开关69至72。第五开关69将第一中间节点68耦合到第三节点25。第六开关70将第三节点25耦合到第二中间节点73。此外，第七开关71将第四节点26耦合到第二中间结点73。第八开关72将第一中间节点68耦合到第四节点26。

第三开关装置62将第二中间节点73耦合到第三中间节点78。第三开关装置62包括第九至第十二开关74至77。

此外，第四开关装置63包括第十三至第十六开关79至82。第四开关装置63将第三中间节点78耦合到转移装置15的输出18。第三和第四开关装置62、63如第一和第二开关装置60、61那样实现。在第三中间节点78处提供第三电压v3。

转移装置15的开关实现为场效应晶体管。转移装置15的开关可以实现为n-沟道场效应晶体管。

第五和第六电容器50、51两者可以具有第三电容值c3。第七和第八电容器52、53两者可以具有第四电容值c4。c1、c2、c3以及c4之间的关系可以是：

c4<c3<c2<c1，

其中c1是第一级27的两个电容器11、12的电容值，c2是第二级28的两个电容器13、14的电容值，c3是第三级48的两个电容器50、51的电容值，c4是第四级49的两个电容器52、53的电容值。

例如：8·c4＝4·c3＝2·c2＝c1

第一时钟信号φ1控制第一开关装置60的第二开关65。此外，第一时钟信号φ1控制另外的开关装置61至63中的相应开关，即第二开关装置61的第六开关70、第三开关装置62的第十开关75以及第四开关装置63的第十四开关80。

第二时钟信号φ2控制第一开关装置60的第一开关64。相应地，第二时钟信号φ2控制另外的开关装置61至63中的相应开关，即第二开关装置61的第五开关69、第三开关装置62的第九开关74以及第四开关装置63的第十三开关79。

第三时钟信号φ3控制第一开关装置60的第三开关66。相应地，第三时钟信号φ3控制另外的开关装置61至63中的相应开关，即第二开关装置61的第七开关71、第三开关装置62的第十一开关76以及第四开关装置63的第十五开关81。

第四时钟信号φ4控制第一开关装置60的第四开关67。相应地，第四时钟信号φ4控制另外的开关装置61至63中的相应开关，即第二开关装置61的第八开关72、第三开关装置62的第十二开关77以及第四开关装置63的第十六开关82。

第一时钟信号φ1在脉冲期间将由第一时钟信号φ1控制的开关设置为导通状态。相应地，第二到第四时钟信号φ2、φ3、φ4在这些时钟信号的脉冲期间将由这些时钟信号控制的开关设置为导通状态。

在预充电模式pp，第一和第四开关64、67可以设置为导通状态。因此，在预充电模式pp期间，第一和第二电容器11、12通过输入电压vin充电。

在充电模式cp，第一和第二时钟信号φ1、φ2如图1c所示那样生成。第三时钟信号φ3可以实现为第一时钟信号φ1与第二时钟信号φ2的or(或)组合：

ф3＝ф1∩ф2

因此，在充电模式cp，第三时钟信号φ3可以具有第一时钟信号φ1的脉冲和第二时钟信号φ2的脉冲。

在充电模式cp，第四时钟信号φ4的值始终是0。因此，在充电模式cp，由第四时钟信号φ4控制的开关永久地处于非导通状态。

在图3a中，电压转换器10实现为具有修改的拓扑的四级dickson电荷泵。

在预充电模式pp的可替代实施例中，四个开关装置60至63的开关64至67、69至72、74至77、79至82中的每一个设置为导通状态。因此，在预充电模式pp的结束处，输出电压vo具有输入电压vin的值。

可替代地，第三时钟信号φ3的值始终是1。因此，在充电模式cp，由第三时钟信号φ3控制的开关永久地处于导通状态。

在实施例中，图1a、图1b以及图2中示出的第一电路元件31由图3a和图3b中示出的第一开关64实现。第二电路元件32由第二和第三开关65、66实现。第三电路元件33由第三和第五开关66、69实现。第四电路元件34由第六和第七开关70、71实现。最后的或者第五电路元件35由第七和第九开关71、74实现。开关64-67、69-72、74-77、79-82实现为晶体管。

在未示出的可替代实施例中，第三开关66、第七开关71、第十一开关76以及第十五开关81被替换成导线。

在未示出的可替代实施例中，第四开关67、第八开关72、第十二开关77以及第十六开关82能够被省略。

在未示出的可替代实施例中，第四级49被省略。因此，第三中间节点78直接连接到转移装置15的输出18。

在未示出的可替代实施例中，第三和第四级48、49被省略。第二中间节点73直接连接到转移装置15的输出18。

可替代地，转移装置15的开关可以实现为p-沟道场效应晶体管。如关于图2所解释的，时钟信号φ1至φ4可以被替换成相应的反相时钟信号。

在未示出的可替代实施例中，电压转换器10包括将第四级49耦合到输出18的另外的级。

在实施例中，在非重叠时间tn1、tn2期间，开关64-67、69-72、74-77、79-82中的每个或者所述开关的至少一子集可以设置为非导通状态。

图3b示出电压转换器10的另一示例性实施例，其是上述实施例的进一步改进。电压转换器10包括将第一中间节点68耦合到参考电位端子38的第一备用电容器85。此外，电压转换器10包括将第二中间节点73耦合到第一中间节点68的第二备用电容器86。此外，电压转换器10包括将转移装置15的输出18耦合到第二中间节点73的第三备用电容器87。因此，电压转换器10的输出端子19经由备用电容器85至87的串联电路耦合到参考电位端子38。

电压转换器10包括l个级。备用电容器的数量等于级27、28、48的数量l。电压转换器10包括数量l个备用电容器85至87，这些备用电容器设置在输出端子19和参考电位端子38之间的串联电路中。除了备用转换器85至87，电压转换器10还包括2·l个电容器11至14、50、51。

在图3b示出的示例中，数量l为三(第一数量n1和第二数量n2等于3)。因此，电压转换器10正好包括三个级27、28、48。因此，转移装置15正好包括三个备用电容器85至87、三个开关装置61至63以及2·3个电容器，即六个电容器11至14、50、51。

在第一中间节点68和参考电位端子38之间产生第一电压v1。第一电压v1跨第一备用电容器85分接。在第二中间节点73和参考电位端子38之间产生第二电压v2。第二电压v2和第一电压v1之间的差v2-v1跨第二备用电容器86分接。

有利地，输出电压vo在任何电容器11至14、50至53、85至87上不下降。这些电容器中的每个仅必须经受输出电压vo的部分。因此，电容器上的应力减少。单个输出电容器(例如图1a、图1b以及图2中示出的输出电容器37)能够添加到图3a和图3b中示出的电压转换器10，但是能够使用三个备用电容器85至87省略该单个输出电容器。由于第二备用电容器86不连接到地但是连接到第一中间节点68，跨第一备用电容器85的第一电压v1可以近似等于跨第二备用电容器86的电压v2-v1。有利地，跨备用转换器85、86、87的电压相等，例如在电压转换器10的操作稳定状态。

用于说明目的，图4a示出电压转换器10的示例性实施例。电压转换器10实施为标准dickson电荷泵。第三电容器13的第一电极连接到第一时钟端子21并且不连接到第二电容器12的第二电极。类似地，第四电容器14的第一电极连接到第二时钟端子22并且不连接到第三电容器13的第二电极。第三和第四电容器13、14实现为高电压电容器。

用于说明目的，图4b示出电压转换器10的示例性实施例。第三电容器13和另外的第三电容器100的串联电路将第一时钟端子21耦合到第三节点25。第四电容器14和另外的第四电容器101的串联电路将第二时钟端子22耦合到第四节点。第一电阻器102与第三电容器13并联连接。第二电阻器103与另外的第三电容器100并联连接。第三电阻器104与第四电容器14并联连接。第四电阻器105与另外的第四电容器105并联连接。由于第一和第二电阻器102、103，跨第三电容器13的电压近似等于跨另外的第三电容器100的电压。电压转换器10实施为具有低电压电容器11至14、100、101以及平衡电阻器102至105的修改的dickson电荷泵。

图4c示出不同电压转换器的信号的示例性实施例。所述信号通过模拟产生。在图4c的上半部分，示出了输出电压vo随着时间t的变化。在图4c的下半部分，示出了经由电源端子16以及第一和第二时钟端子21、22流到电压转换器10的输入电流in随着时间t的变化。曲线a示出图3a所示的具有四级的电压转换器10的输出电压vo和输入电流in。曲线b示出如图4a所示的包括高电压电容器的dickson电荷泵的输出电压vo和输入电流in。曲线c示出实施为如图4b所示的dickson电荷泵的电压转换器的输出电压vo和输入电流in，在该dickson电荷泵中高电压电容器被堆叠电容器替代。直到时间点t＝2.6微秒，没有负载电流流过电压转换器10的输出端子19。因此，输出电压vo上升，而输入电流in随着时间t下降。在时间t＝2.6微秒之后，负载电流流入，因此输出电压vo从最大值下降并且输入电流in上升至输入电流in的新稳定状态值。

根据模拟，具有四级的电压转换器10具有35.1％的电荷泵效率、0.87ma的输入电流in、9.07v的输出电压vo并且使用60pf的电容器阵列。与这些模拟结果不同，图4a的具有高电压电容器的标准dickson电荷泵实现45.3％的电荷泵效率、0.81ma的输入电流in、10.96v的输出电压vo并且使用16pf的电容器阵列。图4b的具有低电压电容器和平衡电阻器的dickson电荷泵实现18.9％的电荷泵效率、1.59ma的输入电流in、9.05v的输出电压vo并且使用120pf的电容器阵列和18mohm的电阻器阵列。

在实施例中，图1a至1c、2、3a和3b的电压转换器10被设置为不需要平衡电阻器的、飞跨电容器的布置。有利地，平衡电阻器的面积和功耗通过图1a至1c、2、3a和3b的电压转换器10而消除。这导致电容器阵列的尺寸减小。在右侧的电容器50至53具有与带有高电压电容器的非堆叠版本相同的电容值。

图5示出包括电压转换器10的半导体本体88的示例性实施例。在图5中，示出半导体本体88的横截面。半导体本体88包括转移装置15和电容器11至14。例如，示出第一开关64和第一电容器11。半导体本体88包括半导体衬底89。电容器11至14被制造成金属-绝缘体-金属电容器。第一电容器11的第一电极实现为第一导电层90，第一电容器11的第二电极实现为第二导电层91。第一和第二导电层90、91可以实现为金属和/或多晶硅和/或硅化物层。绝缘层92设置在第一和第二导电层90、91之间。第一电容器11通过至少另外的绝缘层93与半导体衬底89分开。

未示出的输出电容器37可以实现为金属-绝缘体-金属电容器、金属或多晶硅到衬底电容器，或者在半导体本体88外部的外部电容器。

第一开关64实现场效应晶体管。因此，第一开关64包括源极区94、漏极区95、栅极98以及沟道。源极区94、漏极区95以及沟道设置在阱96中。所述阱位于深阱97中。所述深阱97设置在半导体衬底89中。

第一开关64实现为n沟道场效应晶体管。因此，源极区94和漏极区95被n型掺杂。阱96制造成p阱。深阱97实现为深n阱。半导体衬底89被p型掺杂。

在可替代实施例中，第一开关64实施为p沟道场效应晶体管。

如图2所示的第一电路元件31的场效应晶体管还可以实现为图5所示的场效应晶体管。

转移装置15和第一至第四电容器11至14集成在半导体本体88中。这是减小跨电容器11至14的电压的结果。

附图标记

10电压转换器

11第一电容器

12第二电容器

13第三电容器

14第四电容器

15转移装置

16电源端子

17输入

18输出

19输出端子

21第一时钟端子

22第二时钟端子

23第一节点

24第二节点

25第三节点

26第四节点

27第一级

28第二级

31至34第一至第四电路元件

35最后的电路元件

37输出电容器

38参考电位端子

41第一电容器串联电路

42第二电容器串联电路

43、44外部端子

45、46另外的外部端子

48第三级

49第四级

50至53第五至第八电容器

54至57第五至第八节点

60至63第一至第四开关装置

64至67第一至第四开关

68第一中间节点

69至72第五至第八开关

73第二中间节点

74至77第九至第十二开关

78第三中间节点

79至82第十三至第十六开关

85至87第一至第三备用电容器

88半导体本体

89半导体底衬

90、91导电层

92、93绝缘层

94源极区

95漏极区

96阱

97深阱

98栅极

100、101另外的电容器

102至105电阻器

cm充电模式

in输入电流

pm预充电模式

t时间

t周期

tn1、tn2非重叠时间

t1第一持续期间

t2第二持续期间

vin输入电压

vo输出电压

v1、v2、v3电压

φ1至φ4第一至第四时钟信号