CN103376812B - 用于可编程电压源的***和方法 - Google Patents

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Abstract

用于可编程电压源的***和方法。根据实施例，一种操作电荷泵的方法包括给多个时钟产生器提供第一可编程电压，所述多个时钟产生器具有耦合到相应电荷泵电容器组的第一节点的输出，并且从所述相应电荷泵电容器组之一中选择一个电容器的第二节点。时钟产生器产生具有与第一可编程电压成比例的幅度的多个时钟信号。

Description

用于可编程电压源的***和方法
技术领域
本发明总体上涉及半导体电路和方法，更尤其涉及一种用于可编程电压源的***和方法。
背景技术
音频扩音器通常用于多种消费应用中，如蜂窝电话、数字音频录音机、个人计算机和远程会议***。特别地，低成本驻极体电容扩音器（ECM）用于批量生产的成本敏感型应用中。ECM扩音器通常包括驻极体材料膜，其被安装在具有声音端口和电输出端子的小封装内。驻极体材料被粘附到振动膜或构成振动膜本身。大多数ECM扩音器还包括能被对接到目标应用（例如蜂窝电话）内的音频前端放大器的前置放大器。另一种扩音器是一种微机电***（MEMS）扩音器，其能被实现成直接蚀刻在集成电路上的压敏振动膜。
环境声压级跨越了一个非常大的动态范围。例如，人类听力的阈值在大约0dBSPL，会话语音在大约60dBSPL，而50米外的喷气式飞机的声音在大约140dBSPL。虽然扩音器（例如MEMS扩音器）的振动膜可能能够承受高强度声信号并如实地将这些高强度声信号转换成电信号，但是处理这样的高电平信号造成一些困难。例如，用于声学扩音器的许多放大器和前置放大器被优化用于特定的动态范围。因此，这些***可能不能处理整个音频范围而不增加显著失真。
发明内容
根据一个实施例，一种操作电荷泵的方法包括给多个时钟产生器提供第一可编程电压，所述多个时钟产生器具有耦合到相应电荷泵电容器组的第一节点的输出，并且从所述相应电荷泵电容器组之一中选择一个电容器的第二节点。时钟产生器产生具有与第一可编程电压成比例的幅度的多个时钟信号。
本发明的一个或多个实施例的细节将在下面的附图和描述中被阐明。本发明的其它特征、目的和优点将由所述描述和附图以及由权利要求而变得明显。
附图说明
为了更完整地理解本发明以及本发明的优点，现在参考下面结合附图进行的描述，在附图中：
图1a-b示出了根据本发明的实施例的扩音器接口***的框图；
图2a-c示出了实施例电压产生器和相应的波形图；
图3a-h示出了实施例电压产生器的原理图；并且
图4a-c示出了阻抗调节电路的多种实施例实施方式。
除非另外指出，不同图中的相应数字和符号一般指相应的部件。各图被绘制用以清楚地说明优选实施例的相关方面并且没必要按比例绘制。为了更清楚地说明某些实施例，表示相同结构、材料、或工艺步骤的变化的字母会跟在图号后。
具体实施方式
目前优选的实施例的形成和使用在下面被详细讨论。然而，应该认识到，本发明提供了可以在很多种特定环境下被具体实施的许多可应用的发明构思。讨论的特定实施例仅仅是说明形成和使用本发明的特定方式，并没有限制本发明的范围。
将关于特定环境下的实施例，即可以与例如MEMS或驻极体电容扩音器（ECM）的电容性信号源一起使用的用于偏置产生器的可编程电压源，来描述本发明。然而，本发明也可以被应用到其它类型的电路和***，例如音频***，通信***，传感器***和其它的使用可编程电压源来提供例如偏压的***。
图1a示出了配置成被耦合到MEMS扩音器102的实施例放大器集成电路（IC）100，所述MEMS扩音器被以虚线示出以表明扩音器102没必要被包括在IC100上。在一些实施例中，扩音器102也可以被包括在IC100上或在被容纳在相同封装内的分离管芯上。在替代性实施例中，其它扩音器类型，如ECM扩音器、或其它类型电容性传感器电路可以代替MEMS扩音器102被使用。
IC100具有可变增益放大器106、模数转换器（A/D）108、信号检测和电平适配块112、和可调偏置产生器104。放大器106具有放大MEMS扩音器102的输出的一个或多个级，所述MEMS扩音器102的输出经由输入焊盘116被耦合到IC100。在一些实施例中，例如可以如在2011年7月14日提交的题为“SystemandMethodforCapacitiveSignalSourceAmplifier”的共同未决申请号13/183,193中描述的那样来实现放大器106的各部分，在此通过引用并入该申请的全部内容。替换地，可变增益放大器106可根据本领域中已知的技术来被实现。放大器106也可以被实现为其增益由信号检测和适配块112控制的可变增益放大器。在一个实施例中，ADC108输出放大器106的信号输出的数字表示。这个数字表示可以是在输出焊盘118处的扩音器信号的数字字、比特流、或者脉冲宽度调制表示的形式，如在2012年4月16日提交的题为“SystemandMethodforHighInputCapacitiveSignalAmplifier”的共同未决申请号13/447,792中描述的那样，在此通过引用并入该申请的全部内容。替代地，扩音器信号的模拟表示可以被耦合到输出焊盘118。
在一些使用MEMS扩音器的实施例中，偏置产生器104在引脚117处为扩音器102自身提供偏压。依照特定的扩音器和***实施方式，该偏压可以是在大约3V和大约16V之间。替代地，可以使用其它电压范围。
在一个实施例中，信号检测和电平适配块112测量在可变增益放大器106的输出处的幅度，并且根据测量的幅度计算增益控制信号GC。增益控制信号GC控制偏置产生器104，所述偏置产生器104给耦合到放大器106的MEMS扩音器102提供偏压。在一些实施例中，MEMS扩音器102的增益与提供的偏压成比例。通过响应检测到的信号电压来改变偏压，电容性传感器的灵敏度被改变，这导致改变在放大器106的输入处的信号电平。应该进一步认识到，在替代实施例中，IC100上的部件可以使用多于一个的部件和/或多于一个的IC来实现。
图1b示出了信号检测和电平适配块112的实施例实施方式。峰值检测器122在放大器106的输出处检测峰值信号并且控制器124根据峰值检测器122的输出通过增益控制信号GC和偏置产生器104控制***的增益。在一些实施例中，例如可以如在2011年8月25日提交的题为“SystemandMethodforLowDistortionCapacitiveSignalSourceAmplifier”的共同未决申请号13/217,890中描述的那样来实现峰值检测块122和控制器124的实施方式，在此通过引用并入该申请的全部内容。
图2a示出了可以用于实现偏压产生器104（图1a）的实施例可控电压源200。可控电压源200通过电荷泵202产生偏压VBIAS。电荷泵202包括被布置成迪克森（Dickson）电荷泵构造的多个升压电容器206a到206e和开关207a到207e。升压电容器206a到206e被分成两组：一组具有耦合到驱动电路236的第一节点，并且另一组具有耦合到驱动电路238的第一节点。在电荷泵驱动电路236和238的操作期间，第一和第二电容器组的各自节点被以交替的方式驱动，而开关207a到207e***作成功能性二极管以在VBIAS下产生升高的电压。在使用开关来代替实际二极管的实施例中，可以在不产生大约每级0.6V的电压降的情况下实现升压。在替代实施例中，开关207a到207e可以用实际二极管代替。时钟产生器210产生触发开关207a到207e和驱动电路236和238的时钟信号。在一些实施例中，时钟产生器210产生非重叠时钟相位。虽然电荷泵202被示为具有五个电容器级，根据***的特定需要和规范，任何数目的电容器和开关级可以被包括在本发明的实施例中。
在一个实施例中，电压VBIAS可以被以多种方式调节以获得粗略和精确的电压控制。粗略电压控制可以通过选择性地将电荷泵级经由开关网络204耦合到输出节点VBIAS来获得，所述开关网络204包括相应于电荷泵202的各个级的开关208a到208e。在一些实施例中，开关网络204包括用于电荷泵202的每个相应级的开关。替代地，电荷泵202中的级的子集可以在开关网络204中具有相应开关。开关网络204内开关的状态可以由解码器212基于M比特数字输入MBITS控制。在一个实施例中，数字输入MBITS为产生八个粗略电压步进的三比特宽。替代地，更多或更少的比特可用于解码器212。
可以通过改变驱动电路236和238的驱动电压来获得精确的电压控制。在一个实施例中，数模转换器（DAC）230响应数字输入字DACIN产生电压VA。电压VA可以使用放大器228被缓冲来产生电压VB，所述电压VB耦合到驱动器236和238的供给输入以及开关207e处的电荷泵202的第一级。放大器228为电荷泵202提供低阻抗驱动并帮助防止由电荷泵202产生的噪声和干扰反馈到DAC230中。在一些实施例中，放大器228可用轨到轨放大器来实现以便覆盖较大的动态范围和/或适应提供大输出范围的DAC架构。通过改变VB，在电荷泵的每一级看到的电压可以根据被调节，其中X代表电荷泵202中的级数。应该认识到由于电荷泵202内的寄生损耗，这个关系可能是近似的。在一个实施例中，用于设置电压VBIAS的数字输入字可以被安排在两部分中。在一个实施例中，数字输入字的首先M比特限定了粗略电压设置以及接下来的N比特限定了精确电压设置。替代地，精确和粗略控制比特可以被不同地分配。
电压VBIAS的进一步控制也可以通过阻抗调节电路214来获得。在一个实施例中，阻抗调节电路214包括可变电流源226、降尺度电路（downscalingcircuit）222、和误差放大器224。误差放大器224比较DAC230输出电压VA和被降尺度的偏置型式，并且调节电流源226的电流以最小化降尺度电路222的输出和电压VA之间的误差。在一些实施例中，阻抗调节电路214的使用可以被省略。
在实施例中，信号VBIAS的输出电压范围可以在大约2.5V到大约19V之间被编程。取决于应用及其规范，粗略调整步进可以从大约0.5V变化到高达3到4V；然而，也可以使用在这个范围外的粗略调整步进。在每个粗略调整步进之间的精确调整范围由DAC230的分辨率的比特数确定。在一个实施例中，DAC230是六比特DAC，在这种情况下每个粗略调整步进被分成了26或64个步进。应该理解，在替代实施例中，VBIAS的输出电压范围以及粗略和精确调节分辨率可以与此处描述的不同。例如，大于19V和小于2.5V的输出电压可以是可获得的。在一些实施例中，可以使用负电压电荷泵产生负输出电压。
DAC230可以使用多种已知架构来实现。在一些实施例中，DAC230基于参考电压VREF_DAC产生输出电压VA，所述参考电压VREF_DAC可以使用带隙电压或使用其它电压参考产生技术来产生。在图示的实施例中，带隙电压VBG被放大器234缓冲以在VREF_DAC提供低阻抗输出并且防止开关干扰反馈到电压产生电路中。
向上/向下计数器232可以被提供在N比特数字字NBITS和DAC输入DACIN之间以便提供从一个输出电压设置到下一个的平稳过渡。信号RAMP_CONTROL确定计数器232增加还是减少。在一些实施例中，粗略设置MBITS可以与精确设置控制NBITS和RAMP_CNTL一起排序以确保粗略设置之间的平稳过渡。替代地，向上/向下计数器232可以被省略。
在一个实施例中，具有在mHz到Hz范围的拐角频率（cornerfrequency）的低通滤波器220可以在衰减器设置的变化期间通过开关218被绕过。绕过低通滤波器220允许在VBIAS的电压改变在设置改变期间快速稳定（settle）。例如，这个特征可以被用来允许扩音器102的偏置改变在偏置改变后快速稳定。替代地，低通滤波器220和/或开关218在一些实施例中可以被省略。
图2b示出了说明可控电压源200的操作的实例波形图250。在所示实例中，控制信号NBITS、MBITS和RAMP_CNTL被断言（asserted）使得输出电压VBIAS在相应于MBITS=4和NBITS=0的初始电压252处开始，并斜升到相应于MBITS=6和NBITS=33的第二电压254。接下来，RAMP_CNTL从逻辑高变到逻辑低，过程控制MBITS被设置为3，并且精确控制NBITS被设置成22，从而引起缓冲DAC电压VB和VBIAS以步进方式降低到第三电压256。在一个实施例中，各级之间的电压步进不是恒定的。在第一顺序中，输出处的电压步进可被近似成：VBIAS=Vref_DAC*(M+1)/(2N)，其中M是电荷泵中的级数且N是DAC的比特分辨率。在一些实施例中，当应用斜坡时，MBIT设置可以对每个电压输出设置保持恒定。使用VBIAS的斜坡输出可以被应用到例如在于2011年11月17日提交的题为“GlitchDetectionandMethodforDetectingaGlitch”的共同未决申请号13/299,098中所描述的那些***，在此通过引用并入该申请的全部内容。在这样的应用中，斜坡被产生直到最大的DAC值并且当传感器板坍塌（collapse）时（如由拉入检测器（pull-indetector）所感测到的）自动停止。替代地，可以使用除了斜坡函数以外的其它函数来增加VBIAS，例如指数函数，该指数函数可以例如通过在输出电压过渡期间改变MBIT和NBIT的值来生成。在一个实施例中，最大的DAC输出电压大约低于本地供给电压150mV并且最小的DAC输出电压大约是150mV。在一个实例中，假定大约1.35V的额定供给电压，DAC输出电压范围可以是在大约150mV和大约1.2V之间。然而，应该理解，DAC输出范围可以根据特定实施例的供给电压范围、DAC架构和规范来变化。
应该认识到在波形图250中示出的实例仅仅是许多不同应用实例中的一个。在本发明的替代实施例中，可以用不同的方式来控制输出电压VBIAS。例如，在一些实施例中VBIAS的电压改变可以不使用向上/向下计数器232而直接获得，在这种情况下，输出电压的改变可以以一个或二个步进实现，而不是如图2c中的波形图260所示的那样以多个增加的步进实现。在进一步的实施例中，可以使用其它步长来代替如图2b中所示的单一步长。
图3a示出了根据本发明的另一个实施例的电压产生电路300。电荷泵306产生可被低通滤波器308滤波的电压CP_OUT以产生输出电压VBIAS。在一些实施例中，信号CNGB触发绕过低通滤波器308的开关310。在一些实施例中，低通滤波器308在上电或者在输出电压VBIAS的设置的改变期间被绕过。替代地，低通滤波器308和/或开关310可以被省略。
在一个实施例中，电荷泵306产生输出电压CP_OUT，该输出电压CP_OUT可以在粗略步进中用M比特数字字MIN[M:1]并且在精确步进中通过DAC304和DAC输出电压VDAC调节。DAC304根据N比特输入字D[N:1]产生电压VDAC；然而在替代实施例中DAC304可根据D[N:1]产生输出电流。向上/向下计数器302可被用来产生DAC输入字D[N:1]。在一些实施例中，向上/向下计数器302可被省略。
放大器314可被用来缓冲电压VREF以给DAC304提供参考电压。在一些实施例中，放大器314提供低阻抗缓冲电压给DAC304并防止DAC304中的开关噪声影响产生VREF的参考产生器。在替代实施例中，放大器314可被省略。
图3b示出根据本发明的一个实施例的电荷泵306的详细原理图。功能性二极管块320a到320f被耦合到电容器322a到322f，功能性二极管块324和326被分别耦合到电容器322c和322f的端子和输出开关332a和332b。电容器322a到322f根据特定应用和它的规范可以具有在大约500fF和大约3pF之间的电容值；然而，也可以使用在这个范围外的其它值。在一些实施例中，功能性二极管块324的输出被包括电阻器330a和电容器328a的低通RC网络滤波，并且功能性二极管块326的输出被包括电阻器330b和电容器328b的低通RC网络滤波。这些低通滤波器的拐角频率被设置成大约15KHz，然而可以使用其它拐角频率。输出开关可以通过选择信号S[1]到S[J]被触发，其中J表示耦合分支的数目。在一个实施例中，选择信号S[J:1]由解码M比特粗略调节字MIM[M:1]的解码器342产生。虽然为了简化图示只示出了两个耦合分支，但是应该理解J可为任何值。应进一步理解，虽然为了简化图示只示出了六个电容器和它们相应的开关，但可使用任何数目的电荷泵电容器和开关。例如，在一个实施例中，使用了12个开关，12个电容器和两个输出耦合分支。
在一个实施例中，功能性二极管块320a接收由电压缓冲器334产生的参考电压，所述电压缓冲器334也为时钟缓冲器336和338提供供给电压。在一个实施例中，时钟产生器340基于输入时钟信号CLKIN产生时钟信号Q1，Q1N，Q2，Q2N，Q3和Q3N。这些时钟信号被用来驱动功能性二极管块320a到320f，324和326，以及时钟缓冲器336和338的输入，所述时钟缓冲器336和338的输出驱动电容器322a到322f的端子。
图3c示出了可用来实现图3b所示的功能性二极管块320a到320f，324和326的实施例功能性二极管块350。功能性二极管块350包括PMOS器件352，354和356以及输入耦合电容器358和360。PMOS器件352是将功能性二极管350的输入I耦合到功能性二极管350的输出O的传输晶体管（passtransistor）。交叉耦合晶体管354和356和输入耦合电容器358和360在功能性二极管处在非导通状态期间的时刻提供关断晶体管352的升压时钟。通过使用电路350，可以避免由于晶体管352的阈值电压的低效率。在替代实施例中，pn结二极管、二极管连接的晶体管、或其它合适器件可以被用来代替功能性二极管350。应该理解图3c示出了功能性二极管电路的一个实例。在替代实施例中，可使用其它拓补结构。
图3d示出了实施例时钟产生器340的原理图，所述时钟产生器340为电容器322a到322f，和功能性二极管320a到320f，324和326提供了相控时钟（phasedclock）。图3e示出了时钟产生器340的计时图。在一个实施例中，驱动时钟缓冲器336和338的时钟信号Q1和Q1N具有最宽脉冲宽度，驱动一些功能性二极管的时钟信号Q2和Q2N具有较窄的脉冲宽度，并且驱动其余功能性二极管的时钟信号Q3和Q3N具有最窄的脉冲宽度。在一个实施例中，Q2相对于Q1的上升沿，Q1相对于Q2的下降沿，Q3相对于Q2的上升沿和Q2相对于Q3的下降沿被延迟了Tnovl。通过使用实施例时钟定相方案，例如图3e中所示的时钟定相方案，功能性二极管在信号驱动电容器322a到322f改变状态之前处于稳定中。在替代实施例中，可以使用其它时钟相位关系。
图3f示出了实施例输出开关370，其可以用来例如实现图3b中所示的输出开关332a和332b。输出开关370包括由PMOS晶体管372和374、NMOS晶体管376和378、以及将标准逻辑电平信号SW转换成操作开关370需要的更高逻辑电平的反相器380构成的电平位移电路。在一个实施例中，电平位移器的输出用来驱动被布置成反相器构造的PMOS晶体管382和NMOS晶体管384，以及PMOS晶体管386。当开关370接通时，PMOS晶体管388被NMOS晶体管390拉低，从而在节点I和O之间产生低阻抗路径。当开关370关断时，PMOS晶体管386通过PMOS晶体管386将PMOS388的栅极拉高。应该理解如图3f所示的输出开关370只是输出开关电路的一个实例。在本发明的替代实施例中，可以用其它电路拓补结构来实现开关。
图3g示出了DAC304的实施例实施方式。在一个实施例中，面板（deck）304被实现成六比特基于R-2R的DAC。PMOS开关晶体管394a到394f和NMOS开关晶体管392a到392f根据N比特输入字NIN[N:1]选择性地将R-2R梯形物内的电阻器耦合到参考电压VREF或者耦合到地，其中N=6。替代地，其它比特宽度可以被用于NIN。在一个实施例中，R值大约是100KΩ；然而，可以使用其它电阻值。在节点VDAC取DAC的输出。应该理解图3g中所示的DAC304是实施例DAC实施方式的一个实例。在本发明的替代实施例中可以使用其它电路和DAC拓补结构。
图3h示出了可用来实现图3b中所示电压缓冲器334和图2a中所示电压缓冲器228的实施例轨到轨运算放大器334。放大器334具有包括由NMOS晶体管381和383制成的NMOS差分对，和由PMOS晶体管385和387制成的PMOS差分对的两个输入差分对。NMOS差分对的输出被耦合到折叠式共源共栅PMOS晶体管389和391，并且PMOS差分对的输出被耦合到折叠式共源共栅晶体管393和395。PMOS晶体管375控制耦合到折叠式共源共栅NMOS晶体管393和395中的信号电流的量。例如，当输入VINP和VINN的输入共模电压接近低于电源一个PMOS阈值时，PMOS晶体管375将偏置电流从PMOS晶体管385和387转移开，并且通过电流镜晶体管377，379，369，371和373将这个被转移的电流镜像到折叠式共源共栅NMOS晶体管393和395。NMOS输出晶体管367被耦合到PMOS晶体管389和NMOS晶体管393的漏极。应该理解图3h中所示的电路334只是可以用来实现这个DAC输出缓冲器的许多可能电路中的一个实例。在本发明的替代实施例中，可以使用其它电路拓补结构。例如，在一些实施例中，如果不需要轨到轨操作可使用更简单的结构。
图4a示出了可以例如用来实现图3a中所示的阻抗调节电路312的阻抗调节电路。在一个实施例中，阻抗调节电路312包括降尺度器（downscaler）400，和包括共源共栅晶体管402和电流镜晶体管404的电流源。在一个实施例中，降尺度器在节点OUT处产生降尺度电压，所述降尺度电压与输入节点VP和输入节点VIN之间的电压差成比例。图4b-c示出了其它实施例阻抗调节电路。
图4b示出了包括PMOS晶体管403，406，408和412、齐纳二极管410、和NMOS二极管404的实施例阻抗调节电路。在一个实施例中，电流镜PMOS晶体管408产生与节点VP和VIN之间的电压差成比例的电流，所述电压差被施加在齐纳二极管410和二极管连接的PMOS晶体管406的两端。这个成比例的电流穿过PMOS共源共栅晶体管412并且经由电流镜NMOS器件414和404和通过PMOS输出晶体管403被镜像回到VP。
图4c示出了根据使用多个串联耦合的二极管连接的PMOS晶体管430的另一实施例的阻抗调节电路，所述二极管连接的PMOS晶体管的一个节点被耦合到放大器428。放大器428的输出被耦合到可控电流源436。在一个实施例中，放大器428被实现为耦合到反馈电阻器434和串联输入电阻器432的反相反馈结构中的运算放大器。在一个实施例中，放大器428的闭环增益和相关反馈电阻器在大约1MΩ和大约10MΩ之间。然而，在替代实施例中，取决于特定应用和它的规范，可以使用其它放大器和反馈拓补结构和其它增益。在一些实施例中，PMOS晶体管430可以例如使用配置在高压n-阱中的低压PMOS器件或高压PMOS器件来被实现。应该理解图4a-c的电路只是实施例阻抗调节电路的两个实例。在本发明的替代实施例中，可以使用其它电路拓补结构。
按照一个实施例，一种操作电荷泵的方法包括给具有耦合到相应电荷泵电容器组的第一节点的输出的多个时钟产生器提供第一可编程电压。时钟产生器产生具有与第一可编程电压成比例的幅度的多个时钟信号。该方法进一步包括从所述相应电荷泵电容器组之一中选择一个电容器的第二节点并将选择的第二节点耦合到电荷泵的输出。
在一些实施例中，提供第一可编程电压包括将数模（D/A）转换器的输出耦合到所述相应电荷泵电容器组的第一节点。在一个实施例中，提供第一可编程电压根据第一电压粒度控制电荷泵的输出电压，选择所述一个电容器的第二节点根据第二电压粒度控制电荷泵的输出电压，并且第二电压粒度比第一电压粒度更粗糙。
在一个实施例中，该方法可以进一步包括调节电荷泵的输出阻抗，其中调节电荷泵的输出阻抗进一步调节电荷泵的输出电压。调节电荷泵的输出阻抗也可以包括调节耦合到电荷泵的输出的电流源的电流。在一些实施例中，调节电流源包括根据在与电荷泵的输出电压成比例的电压和第一可编程电压之间的差值来调节电流。
在一个实施例中，该方法进一步包括将电荷泵的输出电压耦合到电容性信号源的偏置端子，所述电容性信号源可包括MEMS扩音器。
按照另一个实施例，可编程电压源包括在输出节点产生第一电压的可编程电压产生器、和包括第一和第二时钟产生器的多级电荷泵、第一和第二组电容器、输出耦合开关、和输出开关控制器。第一时钟产生器被耦合到可编程电压产生器，并且被配置成产生具有与第一电压成比例的幅度的第一时钟信号。第二时钟产生器被耦合到可编程电压产生器并且被配置成产生具有与第一电压成比例的幅度的第二时钟信号。第一组电容器具有耦合到第一时钟信号的第一节点并且第二组电容器具有耦合到第二时钟信号的第一节点。而且，输出耦合开关被耦合在第一和第二组电容器的电容器的第二节点和可编程电压源的输出之间。输出开关控制器被配置成触发输出耦合开关之一。
在一个实施例中，其中可编程电压产生器包括数模（D/A）转换器。在一些实施例中，多级电荷泵的各级包括耦合在两个电容器之间的功能性二极管。功能性二极管可使用例如MOS传输晶体管来实现。在一些实施例中，多级电荷泵包括迪克森电荷泵。在一个实施例中，可编程电压产生器也包括耦合到粗略数字输入和可选择开关的控制节点之间的解码器。
在一些实施例中，可编程电压产生器也包括耦合到可编程电压源的输出节点的可控电流源、和耦合到可控电流源的控制节点的电流控制电路。电流控制电路可基于可编程电压源的输出处的电压和第一电压来调节可控电流源。在一些实施例中，电流控制电路包括具有耦合到可编程电压源的输出的输入的电压降尺度器、和误差放大器，该误差放大器具有耦合到电压降尺度器的第一输入，耦合到第一电压的第二输入，和耦合到可控电流源的控制节点的输出。
在一个实施例中，可编程电压产生器提供了对可编程电流源的输出处的电压的精确控制，并且输出耦合开关提供对可编程电流源的输出处的电压的粗略控制。
按照进一步的实施例，可编程电压源包括数模（D/A）转换器，和耦合到D/A转换器的输出的多个时钟产生器。该多个时钟产生器被配置以产生具有与在D/A转换器的输出处的第一信号成比例的幅度的时钟信号。可编程电压源也包括耦合到该多个时钟产生器的多级电荷泵、开关网络、和开关网络控制器。该多级电荷泵产生与第一信号成比例的输出电压，并且开关网络中的每个开关包括耦合到该多级电荷泵内的相应电容器的第一端，和耦合到可编程电压源的输出节点的第二端。在一个实施例中，开关网络控制器被配置成触发开关网络的开关。在一些实施例中，该多级电荷泵包括迪克森电荷泵。可编程电压源可被设置在集成电路上，并且该***可进一步包括耦合到可编程电压源的输出的MEMS扩音器。
在一个实施例中，D/A转换器包括耦合到第一数字输入总线的输入，其中第一数字输入总线提供对可编程电压源的输出节点处的电压的精确控制。而且，开关网络可以包括耦合到第二数字输入总线的输入，其中第二数字输入总线提供对可编程电压源的输出节点处的所述电压的粗略控制。
在一个实施例中，该***也包括耦合到可编程电压源的输出节点的可控电流源，和耦合到可控电流源的控制节点的电流控制电路。电流控制电路可基于可编程电压源的输出处的电压和第一信号来调节可控电流源。在一些实施例中，该***进一步包括耦合到D/A的输入的向上/向下计数器。
提供对电荷泵精确电压控制的实施例***的优点包括通过MEMS扩音器的偏压提供准确增益控制的能力。另外的优点包括不用改变通过MEMS扩音器或电容性传感器看到的负载就能调节MEMS扩音器或电容性传感器的增益的能力。
针对MEMS器件的一些实施例实施方式的另外的优点包括在工厂中对于优化SNR的最后测试时在MEMS扩音器或电容性传感器的调整过程中调节灵敏度的能力。通过这样做，扩音器灵敏度的统计过程分布宽度（statisticalprocessspread）被降低了，从而增加了MEMS器件的产量。
虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但该描述并不旨在以限制性的意义来被解释。示例性实施例的各种修改和结合，以及本发明的其它实施例，对于参考了该描述的本领域技术人员来说是明显的。因此所附权利要求旨在包括任何这种修改或实施例。

Claims (24)

1.一种操作电荷泵的方法，该方法包括：
提供第一可编程电压到多个时钟产生器，该多个时钟产生器具有耦合到相应电荷泵电容器组的第一节点的输出，所述时钟产生器产生具有与第一可编程电压成比例的幅度的多个时钟信号；
从所述相应电荷泵电容器组之一中选择一个电容器的第二节点；
将选择的第二节点耦合到电荷泵的输出。
2.权利要求1的方法，其中提供第一可编程电压包括将数模（D/A）转换器的输出耦合到所述相应电荷泵电容器组的第一节点。
3.权利要求1的方法，其中：
提供第一可编程电压根据第一电压粒度控制电荷泵的输出电压；并且
选择所述一个电容器的第二节点根据第二电压粒度控制电荷泵的输出电压；
第二电压粒度比第一电压粒度粗糙。
4.权利要求1的方法，进一步包括调节电荷泵的输出阻抗，其中调节电荷泵的输出阻抗进一步调节电荷泵的输出电压。
5.权利要求4的方法，其中调节电荷泵的输出阻抗包括调节耦合到电荷泵的输出的电流源的电流。
6.权利要求5的方法，其中调节电流源包括根据与电荷泵的输出电压成比例的电压与第一可编程电压之间的差值来调节电流。
7.权利要求1的方法，进一步包括：
将电荷泵的输出电压耦合到电容性信号源的偏置端子。
8.权利要求7的方法，其中电容性信号源包括MEMS扩音器。
9.一种可编程电压源,包括：
在输出节点产生第一电压的可编程电压产生器；
多级电荷泵，所述多级电荷泵包括：
与可编程电压产生器耦合的第一时钟产生器，其中第一时钟产生器被配置成产生具有与第一电压成比例的幅度的第一时钟信号；
与可编程电压产生器耦合的第二时钟产生器，其中第二时钟产生器被配置成产生具有与第一电压成比例的幅度的第二时钟信号；
具有耦合到第一时钟信号的第一节点的第一组电容器；
具有耦合到第二时钟信号的第一节点的第二组电容器；
在第一和第二组电容器的电容器的第二节点与可编程电压源的输出之间耦合的输出耦合开关；
被配置成触发输出耦合开关之一的输出开关控制器。
10.权利要求9的可编程电压源，其中可编程电压产生器包括数模（D/A）转换器。
11.权利要求9的可编程电压源，其中所述多级电荷泵的各级包括在两个电容器之间耦合的功能性二极管。
12.权利要求11的可编程电压源，其中功能性二极管是MOS传输晶体管。
13.权利要求9的可编程电压源，其中所述多级电荷泵包括迪克森电荷泵。
14.权利要求9的可编程电压源，进一步包括在粗略数字输入与输出耦合开关的可选择开关的控制节点之间耦合的解码器。
15.权利要求9的可编程电压源，进一步包括：
耦合到可编程电压源的输出节点的可控电流源；和
耦合到可控电流源的控制节点的电流控制电路，电流控制电路依据在可编程电压源的输出处的电压和第一电压来调节可控电流源。
16.权利要求15的可编程电压源，其中电流控制电路包括：
具有耦合到可编程电压源的输出的输入的电压降尺度器;
误差放大器，其具有耦合到电压降尺度器的输出的第一输入，耦合到第一电压的第二输入，以及耦合到可控电流源的控制节点的输出。
17.权利要求9的可编程电压源，其中：
可编程电压产生器提供对可编程电压源的输出处的电压的精确控制；并且
输出耦合开关提供对可编程电压源的输出处的电压的粗略控制。
18.一种***包括：
可编程电压源，包括：
数模（D/A）转换器；
耦合到数模转换器的输出的多个时钟产生器，该多个时钟产生器被配置成产生具有与数模转换器的输出处的第一信号成比例的幅度的时钟信号；
耦合到该多个时钟产生器的多级电荷泵，该多级电荷泵产生与第一信号成比例的输出电压；
包括开关的开关网络，其中开关网络的每个开关包括耦合到该多级电荷泵内的相应电容器的第一端，和耦合到可编程电压源的输出节点的第二端；以及
被配置成触发开关网络的开关的开关网络控制器。
19.权利要求18的***，其中该多级电荷泵包括迪克森电荷泵。
20.权利要求18的***，其中可编程电压源设置在集成电路上。
21.权利要求18的***，进一步包括耦合到可编程电压源的输出的MEMS扩音器。
22.权利要求18的***，其中：
数模转换器包括耦合到第一数字输入总线的输入，第一数字输入总线提供对可编程电压源的输出节点处的电压的精确控制；
开关网络包括耦合到第二数字输入总线的输入，第二数字输入总线提供了对可编程电压源的输出节点处的电压的粗略控制。
23.权利要求18的***，进一步包括：
耦合到可编程电压源的输出节点的可控电流源；以及
耦合到可控电流源的控制节点的电流控制电路，电流控制电路根据可编程电压源的输出处的电压和第一信号调节可控电流源。
24.权利要求18的***，进一步包括耦合到该数模转换器的输入的向上/向下计数器。
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