[发明专利]开关电容DC-DC转换器中的功率开关可靠性

说明书

技术领域

本发明涉及开关电容DC-DC转换器中的功率开关可靠性。

背景技术

各种移动或便携式电子器件可能已经通过在低电压（例如3.0伏特、1.5伏特等）下在这些器件内操作一些系统来减少功耗。这样的电子器件经常使用直流到直流转换器（“dc到dc转换器”或“dc-dc转换器”）来把可从其电源得到的电压“逐步减低”到被这些系统使用的较低的电压。

通常的dc-dc转换器包括开关电容dc-dc转换器，所述开关电容dc-dc转换器可以包含一个或多个控制一个或多个储能元件（例如“飞跨电容（flying capacitor）”等）的开关。这些开关确定储能元件何时充电和放电，以给负载供电。这些储能元件可以从被调节的电流源充电，并且可以至少部分地向与负载并联地耦合的“缓冲器”或者输出电容放电。

在开关电容dc-dc转换器（特别地以亚微米工艺来实施的那些转换器）中使用的开关可能遭受被称为热载流子应力（HCS）的情形，所述热载流子应力（HCS）可以随着时间的过去降低开关的性能。高能载流子（也被叫作热载流子）可以作为在工作期间在器件周围生成的高能电场的结果而在开关中被生成。这样的热载流子的存在触发众多物理损伤过程（被称为HCS），所述物理损伤过程可以在器件的使用期限内改变开关特性。长期工作可以引起使用诸如dc-dc转换器之类的开关的电路的故障。

例如，高能电场可以将开关材料（例如半导体材料）中的本地载流子加速到大大高于晶格温度的有效温度。热载流子可以向晶格传递可以破坏在Si/SiO₂界面处的接合（bond）的动能。同样地，作为高能电场的结果，载流子可以被注入到SiO₂层中，并且在那里可以变得被捕获。

诸如接合被破坏或载流子变得被捕获之类的意外事件可以在SiO₂层中创建不期望的电荷和/或引起可以减少沟道载流子迁移率并增加器件的阈值电压的界面陷阱。各种器件中的由HCS引起的相关问题可以包括：由于热载流子流入体中引起的衬底电流，因为热载流子流入栅的器件退化，减少的漏电流、减少的跨导和亚阈值斜率的降低。

一些解决方案已经被提供来减少HCS的影响。以开关的导通电阻/阻抗（R_ON）的增加或开关的面积的增加（以实现相同的R_ON值）为代价，如果不是所有的则是许多所提供的解决方案减少热载流子退化。开关的R_ON以及开关的面积都是开关电容dc-dc转换器中的重要的性能参数，特别是当以亚微米工艺来实施时。一般地，R_ON越低，性能越好，并且面积越小，器件越好地满足实施或设计标准。

发明内容

本发明提供了一种设备。所述设备包括储能元件、第一开关和第二开关。第一开关被耦合到储能元件的第一端子。第二开关被耦合到储能元件的第一端子，并且第二开关被布置来与第一开关偏移地来回切换（toggle）。

本发明还提供了一种直流到直流（dc-dc）转换器。所述直流到直流（dc-dc）转换器包括储能元件和多个开关。所述多个开关被耦合到储能元件的第一端子。所述多个开关中的至少一个被布置来接收切换信号。所述切换信号被布置来使多个开关中的一个或多个的切换在多个开关中的另一开关已来回切换时延迟预置的持续时间。

此外，本发明还提供了一种方法。所述方法包括：关于直流到直流（dc-dc）转换器的储能器件布置第一开关和第二开关，其中第一开关和第二开关中的一个或多个将所述储能器件耦合到电压源；来回切换第一开关；与来回切换第一开关同时地开始预置的延迟；在预置的延迟结束时来回切换第二开关。

附图说明

参照所附的附图，详细的描述被阐明。在附图中，参考数字的最左侧的（多个）数标识参考数字在其中第一次出现的图。相同参考数字在不同的图中的使用指示类似的或相同的项。

图1A是其中根据本公开内容的技术可以被实施的实例开关电容dc-dc转换器的示意图。图1A示出了在第一工作阶段中的实例dc-dc转换器。

图1B是图1A的实例开关电容dc-dc转换器在第二工作阶段中的示意图。

相对于在图1A和1B中示出的第一和第二工作阶段，图2是示出了控制各种开关的实例电压波形的波形图。

图3是图1A和1B的dc-dc转换器的被实施为开关集合的实例开关的示意图。同样被示出的是示出针对开关集合的偏移切换方案的实例时序图。