用于具有槽路电容器的MEMS反射镜的电荷恢复驱动器的制作方法

用于具有槽路电容器的mems反射镜的电荷恢复驱动器
技术领域
1.本公开涉及一种电荷恢复电路，与现有设计相比，该电荷恢复电路每供应电压子电平利用减少数目的槽路电容器，诸如可以用于微机电(mems)反射镜的驱动器中。


背景技术：

2.在许多应用的设计考虑中涉及对电子电路装置内的功率耗散的限制。例如，功率耗散提供了对系统的效率的测量。系统的效率影响系统的电源的设计。即，由于浪费能量并且需要更大的电源，因此低效率会导致更高的成本。这在电池供电系统(诸如现代增强现实和虚拟现实眼镜、和用于增强现实系统中的深度传感器以及便携式微型投影仪)中尤为重要，在这些系统中，期望设备在充电循环之间尽可能长地依靠电池电源运行，并且在仍然需要设备保持轻并且薄的情况下，这意味着包括特别大的电池通常不作为选择。
3.在对可以被建模为电容器cl的负载进行充电时考虑功率耗散。图1a中示出的是简单系统1，其中开关sw选择性地将负载电容器cl连接至供应电压v。考虑到开关sw(可能是mosfet)具有导通电阻，电容器cl最初被放电，并且开关sw的电阻两端的压降从初始值v(在开关sw闭合的时刻)改变为最终值零(一旦电容器cl已经被充电到电压v)。因此，倘若电容器c1的充电速率是线性的，那么电荷穿过开关的平均压降为v/2。因此，在该单开关sw情况下，将电容器cl从无电荷充电到电压v所耗散的能量将为e＝cv(v/2)＝cv2/2。放电过程可以类似地被考虑，因此该单开关系统的完整常规充放电循环将耗散等于e＝cv2的能量。
4.现在，考虑用于上述示例系统(例如虚拟现实、增强现实、微型投影仪、深度传感器等)中所使用的微机电(mems)致动器的驱动器的情况。mems致动器可以被建模为纳法数量级的负载电容器。为了驱动这种致动器，利用了脉冲电压(例如，pwm信号)。因此，这种负载电容器被驱动时的功耗(power consumption)等于电容乘以驱动信号的频率f，再乘以驱动信号的电压的平方。在数学上，这可以被表示为p＝cv2f。作为示例，利用纳法数量级的负载电容器、几十千赫兹的驱动频率以及达20到40伏的数量级的电压，功率耗散可以达几百毫瓦的数量级，这比用于便携式电子设备中所需的功率耗散更高。
5.针对这种mems应用，通常驱动信号的频率被固定在mems致动器的谐振频率，电容是基于致动器的设计，并且电压同样是基于致动器的设计以及其意图忍受的机械移动。因此，可能难以通过改变致动器的设计及其驱动信号来降低功耗。作为替代，可以使用其他技术。
6.例如，已经开发了用于mems致动器的“电荷恢复”驱动器。简单来说，电荷恢复驱动器利用一个或多个槽路电容器在驱动信号的一个边沿(例如，上升边沿)期间将电荷提供给负载电容器(致动器)，然后当电容器将要放电时，在下一个边沿(例如，下降边沿)期间，电荷恢复驱动器尝试恢复该电荷，该电荷将会以其他方式通过将该电荷转移回槽路电容器而丢失。因此，电荷恢复驱动器试图在一个边沿存储从电容器耗散的电荷，然后在下一个边沿重新使用该电荷。
7.然而，存在对这种电荷恢复驱动器的两个限制。首先，当负载电容器将要放电时，
应完全放电到接地，因此不可能从负载电容器恢复所有电荷。其次，在这种电荷恢复驱动器中的电荷恢复操作中所使用的开关内会出现不可避免的功率耗散。
8.现在考虑负载电容器是否要以n个阶跃(step)进行充电，使得每个阶跃都是v/n高。在这种情况下，每个阶跃的能量耗散将被表示为estep＝(cv/n)(v/2n)＝cv2/2n2。因此，为了以n个阶跃对电容器进行完全充电，我们将得到estepwise＝n*estep＝n(cv/n)(v/2n)＝cv2/2n，并且针对完全充放电循环，我们将得到estepwise＝cv2/n。因而，当以频率f运行时，功率耗散是cv2f/n；然后其可以减少n倍，其中n是用于充电/放电的阶跃的数目。
9.因此，已经开发了电荷恢复驱动器，该电荷恢复驱动器以逐步方式对电容性负载进行充电和放电。一种这样的已知现有技术电荷恢复驱动器被示出在美国专利第re37552号中，其中re37552的图3被再现为本公开的图1b。此处，电荷恢复驱动器5驱动电容性负载c1。供应电压v通过开关swn被选择性地连接至负载cl，并且负载cl可以通过复位开关sw0被选择性地短路至接地。一组槽路电容器ctn-1、...、ct1(这些槽路电容器中的每个槽路电容器具有比负载cl的电容大一个数量级的电容)通过开关swn-1、...、sw1被选择性地连接至负载cl。
10.在初始待机条件下，开关sw0闭合，并且在槽路电容器ctn-1、...、ct1上不存在电荷。当输入脉冲将被转移到负载cl时，开关sw0断开，而swn闭合。由于此时负载cl上以及槽路电容器ctn-1、...、ct1中的任何槽路电容器上都不存在电荷，因此，随着每个开关都以sw1、...、swn-1的顺序暂时闭合，将不存在通过开关swn-1、...、sw1中的任何开关的电荷转移(charge transfer)。当开关swn闭合时，电荷被施加至负载cl。在输入脉冲的后沿，放电循环在开关swn-1、...、sw1以相反的顺序暂时闭合时被发起。因此，开关swn断开，而开关swn-1闭合。然后开关swn-1断开，而开关sw2闭合等。在开关swn-1闭合时，相关联的槽路电容器ctn-1将接收负载电容cl上的大部分电荷。沿线的每个电容器将接收比紧接在前的电容器更低的电荷。在开关sw1断开后，开关sw0闭合以完成将负载cl上的其余电荷倾倒或放电到接地的循环。
11.因此，在若干循环期间，槽路电容器将接近其稳态电压。例如，槽路电容器ctn-1、...、ct1可以分别具有例如5伏、4伏、3伏、2伏和1伏的电荷。然后，在下一个循环开始时，在开关sw1闭合时，槽路电容器ct1上的电压被施加至负载cl，然后电容器ct2上的电压被施加至负载，依此类推。因此，在该示例中，首先将1伏施加至负载，然后2伏，然后3伏等。结果是，负载c1上的电压将逐渐地增加。
12.为了对负载电容进行放电，开关swn-1、...、sw1依次闭合和断开，到最后开关sw0闭合为止。因此，在放电期间，每个槽路电容器ctn-1、...、ct1接收到的电荷与其在充电阶段期间所传递的电荷量大致相同。
13.在不具有电荷恢复的情况下，该系统中的理论功率耗散将为p＝cv2f，其中c＝cl，v＝供应电压并且f＝开关频率。然而，利用n阶跃电荷恢复，由于上文详细解释的原因，因此理论系统功率耗散为p＝(cv2f)/n。
14.虽然图1b的系统5非常有用，但其需要m＝n-1个槽路电容器来产生n个电压子阶跃。由于槽路电容器是大的并且消耗面积，因此这种设计在一些应用中可以是不合需要的，这是由于更需要实现n个电压子阶跃，但m个槽路电容器的数目小于n。因而，需要该领域中的进一步发展。


技术实现要素：

15.本文中公开了一种用于负载对的电荷恢复驱动器，包括：第一槽路电容器，具有第一端子并且具有被耦合至接地的第二端子；第二槽路电容器，具有第一端子并且具有被耦合至接地的第二端子；第一输出节点和第二输出节点，被耦合至负载对；第一开关电路，被配置为选择性地将第一槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第二开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；第三开关电路，被配置为选择性地将第二槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第四开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；第五开关电路，被配置为选择性地将第二输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；以及控制电路装置。该控制电路装置被配置为：a)在初始阶段期间，使第四开关电路将第一输出节点耦合至接地并且使第五开关电路将第二输出节点耦合至供应电压；b)在第一阶段期间，使第一开关电路将第一输出节点耦合至第一槽路电容器的第一端子，并且使第三开关电路将第二输出节点耦合至第二槽路电容器的第一端子；c)在第二阶段期间，使第二开关电路将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；d)在第三阶段期间，使第一开关电路将第二输出节点耦合至第一槽路电容器的第一端子，并且使第三开关电路将第一输出节点耦合至第二槽路电容器的第一端子；e)在第四阶段期间，使第四开关电路将第一输出节点耦合至供应电压，并且使第五开关电路将第二输出节点耦合至接地；以及执行d)、c)、b)和a)。
16.用于负载对的另一电荷恢复驱动器在本文中被公开并且包括：槽路电容器，具有第一端子和第二端子；第一输出节点和第二输出节点，被耦合至负载对；第一开关电路，被配置为选择性地将槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第二开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；第三开关电路，被配置为选择性地将槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第四开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；第五开关电路，被配置为选择性地将第二输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；以及控制电路装置。该控制电路装置被配置为：a)在初始阶段期间，使第四开关电路将第一输出节点耦合至接地，并且使第五开关电路将第二输出节点耦合至供应电压；b)在第一阶段期间，使第三开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至第二输出节点，并且使第一开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点；c)在第二阶段期间，使第二开关电路将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；d)在第三阶段期间，使第三开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点，并且使第一开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至第二输出节点；e)在第四阶段期间，使第四开关电路将第一输出节点耦合至供应电压，并且使第五开关电路将第二输出节点耦合至接地；以及执行d)、c)、b)和a)。
17.本文中还公开了一种用于负载对的电荷恢复驱动器，包括：第一槽路电容器，具有第一端子和第二端子；第二槽路电容器，具有第一端子和第二端子；第一输出节点和第二输出节点，被耦合至负载对；第一开关电路，被配置为选择性地将第一槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第二开关电路，被配置为选择性地将第二槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第三开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；第四开关电路，被配置为选择性地将第二槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第五开关电路，被配置为选
择性地将第一槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第六开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；第七开关电路，被配置为选择性地将第二输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；以及控制电路装置。该控制电路装置被配置为：a)在初始阶段期间，使第六开关电路将第一输出节点耦合至接地，并且使第七开关电路将第二输出节点耦合至供应电压；b)在第一阶段期间，使第一开关电路将第一槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点，并且使第五开关电路将第一槽路电容器的第一端子耦合至第二输出节点；c)在第二阶段期间，使第二开关电路将第二槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点，并且使第四开关电路将第二槽路电容器的第一端子耦合至第二输出节点；d)在第三阶段期间，使第三开关电路将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；e)在第四阶段期间，使第四开关电路将第二槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点，并且使第二开关电路将第二槽路电容器的第二端子耦合至第二输出节点；f)在第五阶段期间，使第五开关电路将第一槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点，并且使第一开关电路将第一槽路电容器的第二端子耦合至第二输出节点；g)在第六阶段期间，使第六开关电路将第一输出节点耦合至供应电压，并且使第七开关电路将第二输出节点耦合至接地；以及执行f)、e)、d)、c)、b)和a)。
18.用于负载对的另一电荷恢复驱动器在本文中被公开并且包括：槽路电容器，具有第一端子和第二端子；第一输出节点和第二输出节点，被耦合至负载对；第一开关电路，被配置为选择性地将槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第二开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；第三开关电路，被配置为选择性地将槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点和/或第二输出节点；第四开关电路，被配置为选择性地将槽路电容器的第二端子耦合至接地；第五开关电路，被配置为选择性地将槽路电容器的第一端子耦合至供应电压；第六开关电路，被配置为选择性地将第一输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；第七开关电路，被配置为选择性地将第二输出节点耦合在供应电压和/或接地之间；以及控制电路装置。该控制电路装置被配置为：a)在初始阶段期间，使第六开关电路将第一输出节点耦合至接地，并且使第七开关电路将第二输出节点耦合至供应电压；b)在第一阶段期间，使第一开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点，并且使第三开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至第二输出节点；c)在第二阶段期间，使第一开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至第一输出节点，并且使第五开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至供应电压，同时允许第二输出节点浮置；d)在第三阶段期间，使第三开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至第二输出节点，并且使第四开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至接地，同时允许第一输出节点浮置；e)在第四阶段期间，使第二开关电路将第一输出节点和第二输出节点彼此耦合；f)在第五阶段期间，使第三开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点，并且使第四开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至接地，同时允许第二输出节点浮置；g)在第六阶段期间，使第一开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至第二输出节点，并且使第五开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至供应电压，同时允许第一输出节点浮置；h)在第七阶段期间，使第一开关电路将槽路电容器的第二端子耦合至第二输出节点，并且使第三开关电路将槽路电容器的第一端子耦合至第一输出节点；i)使第六开关电路将第一输出节点耦合至供应电压并且使第七开关电路将第二输出节点耦合至接地；以及执行h)、g)、f)、e)、d)、c)、
b)和a)。
附图说明
19.图1a示出了用于被建模为电容器的负载的现有技术驱动器。
20.图1b示出了用于被建模为电容器的负载的现有技术电荷恢复驱动器。
21.图2a示出了本文中所公开的用于被建模为一对电容器的负载对的现有技术电荷恢复驱动器。
22.图2b是示出了在操作期间的图2a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
23.图2c是示出了在操作期间的图2a的电荷恢复驱动器的开关的状态的时序图。
24.图3a示出了本文中所公开的用于被建模为一对电容器的负载对的第一改进电荷恢复驱动器。
25.图3b是示出了在操作期间的图3a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
26.图3c是示出了在操作期间的图3a的电荷恢复驱动器的开关的状态的时序图。
27.图4a示出了本文中所公开的用于被建模为一对电容器的负载对的第二改进电荷恢复驱动器。
28.图4b是示出了在操作期间的图4a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
29.图4c是示出了在操作期间的图4a的电荷恢复驱动器的开关的状态的时序图。
30.图5a示出了在第一操作阶段期间流过图3a的第一改进电荷恢复驱动器的电流。
31.图5b示出了在第一操作阶段期间流过图4a的第二改进电荷恢复驱动器的电流。
32.图6a示出了利用六个电压阶跃的第二改进电荷恢复驱动器的概念的扩展。
33.图6b是示出了在操作期间的图6a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
34.图6c是示出了在操作期间的图6a的电荷恢复驱动器的开关的状态的时序图。
35.图7示出了图6a的电荷恢复驱动器的模拟结果。
36.图8a示出了本文中所公开的用于被建模为一对电容器的负载对的第三改进电荷恢复驱动器。
37.图8b是示出了在操作期间的图8a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
38.图8c是示出了图8a的电荷恢复驱动器的哪些开关在哪些操作阶段期间闭合的开关致动图例。
39.图9a示出了利用八个阶跃的第三改进电荷恢复驱动器的概念的扩展。
40.图9b是示出了在操作期间的图9a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
41.图9c是示出了图9a的电荷恢复驱动器的哪些开关在哪些操作阶段期间闭合的开关致动图例。
42.图10示出了图9a的电荷恢复驱动器的模拟结果。
43.图11a示出了利用十个阶跃的第三改进电荷恢复驱动器的概念的扩展。
44.图11b是示出了在操作期间的图11a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
45.图11c是示出了图11a的电荷恢复驱动器的哪些开关在哪些操作阶段期间闭合的开关致动图例。
46.图12a示出了利用十四个阶跃的第三改进电荷恢复驱动器的概念的扩展。
47.图12b是示出了在操作期间的图12a的电荷恢复驱动器的负载电容器处的电压的曲线图。
48.图12c是示出了图12a的电荷恢复驱动器的哪些开关在哪些操作阶段期间闭合的开关致动图例。
具体实施方式
49.以下公开内容使得本领域的技术人员可以制作和使用本文中所公开的主题。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以将本文中所描述的一般原理应用于除上文详述的实施例和应用以外的实施例和应用。本公开不旨在限于所示出的示例，而是符合根据本文中所公开或建议的原理和特征的最广泛的范围。
50.首先，应注意，下面所描述的电荷恢复驱动器中的每个电荷恢复驱动器包括控制电路装置99，该控制电路装置99为那些电荷恢复驱动器的开关生成控制信号以提供下面所描述的操作。
51.现在参考图2a描述的是电荷恢复驱动器10，其中负载(例如，用于mems设备的致动器)被表示为负载电容器c
l,a
和c
l,b
。负载电容器c
l,a
被连接在节点n1与接地之间。开关s0a被连接在节点n1与接地之间，而开关s4a被连接在供应电压vcc与节点n1之间。负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间。开关s4b被连接在节点n2与接地之间，而开关s0b被连接在节点n2与vcc之间。
52.开关s3a被连接在节点n1与n5之间，并且开关s1b被连接在节点n5与n2之间。开关s2a被连接在节点n1与n4之间，并且开关s2b被连接在节点n4与n2之间。开关s1a被连接在节点n1与n3之间，并且开关s3b被连接在节点n3与n2之间。
53.第一槽路电容器c
t1
被连接在节点n3与接地之间。第二槽路电容器c
t2
被连接在节点n4与接地之间。第三槽路电容器c
t3
被连接在节点n5与接地之间。槽路电容器可以是芯片外分立组件。
54.另外参考图2b到图2c，现在描述电荷恢复驱动器10的操作。应了解，该设计意味着一个负载电容器c
l,a
上的电荷正在上升，而另一个负载电容器c
l,b
上的电荷正在下降，反之亦然，从而允许两个负载电容器共享相同的槽路电容器c
t1
、c
t2
、c
t3
。还应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。
55.最初，在阶段0期间，开关s0a、s0b闭合，而其他开关断开，结果是节点n1被耦合至接地以对负载电容器c
l,a
进行放电，并且节点n2被耦合至vcc以将负载电容器c
l,b
充电到vcc。这可以在图2b中观察到，其中最初，节点n2处的电压vb处于vcc，而节点n1处的电压va处于接地。
56.接下来，在阶段1期间，开关s0a、s0b断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于负载电容器c
l,a
两端的电荷是接地，因此电荷在槽路电容器c
t1
与负载电容器c
l,a
之间共享，从而将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)；相反，由于负载电容器c
l,b
两端的电荷为vcc，因此电荷在槽路电容器c
t3
与负载电容器c
l,b
之间共享，从而将负载电容器c
l,b
放电降到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。
57.然后，在阶段2期间，开关s1a、s1b断开，而开关s2a、s2b闭合。这具有将槽路电容器c
t2
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果，由于电荷共享，这导致负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
都被设置为第二阶跃电压v2(等于2vcc/4)。
58.在阶段3期间，开关s2a、s2b断开，而开关s3a、s3b闭合。这具有将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。这具有将电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
t1
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)的效果。这也具有将电荷从槽路电容器c
t3
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)的效果。
59.在阶段4期间，开关s3a、s3b断开，而开关s4a、s4b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至vcc并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地的效果。因此，此处，负载电容器c
l,b
被放电到接地，并且负载电容器c
l,a
被充电到vcc。
60.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
61.因此，现在，在返回到阶段3期间，开关s4断开，而开关s3a、s3a闭合。这具有将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t1
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t3
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。
62.同样，现在，在阶段2期间，开关s3a、s3b断开，而开关s2a、s2b闭合。这具有将槽路电容器c
t2
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果，由于电荷共享，这导致负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
都被设置为第二阶跃电压v2(等于2vcc/4)。
63.类似地，现在，在阶段1期间，开关s2a、s2b断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t3
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。而且，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t1
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)。
64.最后，我们返回到阶段0，在该阶段0期间，开关s1a、s1b断开，而开关s0a、s0b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至接地，从而将负载电容器c
l,a
放电到接地的效果；相反，这具有将负载电容器c
l,b
耦合至vcc，从而将负载电容器c
l,b
充电到vcc的效果。
65.因此，已经描述了电荷恢复驱动器10的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在四个阶跃)，那么与不具有电荷恢复的解决方案的2cv2f相反，该电荷恢复驱动器10的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器10使用m＝3个槽路电容器和2n 2＝10个开关已经将功率耗散降低了n＝4
倍。
66.可以改进图2a的电荷恢复驱动器10设计。在负载电容器将用高电压(例如40v)驱动的一些设计中，槽路电容器是分立设备，由于分立设备将要存储的电荷量，这些分立设备未与电荷恢复驱动器的其余部分集成在芯片上。因此，针对这种应用，需要在不降低由设计提供的功率耗散减少量的情况下减少槽路电容器的数目。此外，应注意，在上文中所描述的开关(例如，晶体管)是高压设备，因此增加这种开关的数目是不合需要的，这是由于这种开关消耗了不可忽略的片上面积并且是由于这种开关本身负责电荷恢复驱动器内的一部分功耗。实际上，由于这个原因，减少开关的数目将是合乎需要的。
67.在现有技术应用中，电荷恢复因子n的值以及功率耗散减少量通常受适用于该应用的外部电容器的最大数目m的限制，这两个量受关系m＝n-1约束。本公开的目的是示出在驱动负载对的情况下，如何利用有限数目的外部电容器m获得高值的电荷恢复因子n；这也是在与现有技术配置中相同的范围内采用若干开关来完成的，该现有技术配置具有相同恢复因子n。
68.第一改进实施例
69.倘若电压阶跃数目n是偶数，那么可以移除中央槽路电容器c
t2
，作为替代，在负载电容器c
l,a
和c
l,b
将具有相等电压的阶段期间使负载电容器c
l,a
和c
l,b
一起短路，如图3a中所示出并且现在所描述的。在图3a的电荷恢复驱动器20设计中，负载电容器c
l,a
被连接在节点n1与接地之间。开关s0a被连接在节点n1与接地之间，而开关s4a被连接在供应电压vcc与节点n1之间。负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间。开关s4b被连接在节点n2与接地之间，而开关s0b被连接在节点n2与vcc之间。应注意，槽路电容器可以是分立设备，并且未与电荷恢复驱动器20的其余部分集成在芯片上。
70.开关s3a被连接在节点n1与n5之间，并且开关s1b被连接在节点n5与n2之间。开关s2被连接在节点n1与n2之间。开关s1a被连接在节点n1与n3之间，并且开关s3b被连接在节点n3与n2之间。第一槽路电容器c
t1
被连接在节点n3与接地之间。第二槽路电容器c
t3
被连接在节点n5与接地之间。
71.因此，与图2a的电荷恢复驱动器10相比，图3a的电荷恢复驱动器20已经移除了槽路电容器c
t2
并且只具有一个开关s2，而非两个开关s2a、s2b。
72.另外参考图3b到图3c，现在描述电荷恢复驱动器20的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。最初，在阶段0期间，开关s0a、s0b闭合，而其他开关断开，结果是节点n1被耦合至接地以将负载电容器c
l,a
放电到接地，并且节点n2被耦合至vcc以将负载电容器c
l,b
充电到vcc。这可以在图3b中观察到，其中最初，节点n2处的电压vb处于vcc，而节点n1处的电压va处于接地。
73.接下来，在阶段1期间，开关s0a、s0b断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于负载电容器c
l,a
两端的电荷是接地，因此电荷在槽路电容器c
t1
与负载电容器c
l,a
之间共享，从而将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)；相反，由于负载电容器c
l,b
两端的电荷为vcc，因此电荷在槽路电容器c
t3
与负载电容器c
l,b
之间共享，从而将负载电容器c
l,b
放电降至第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。可以验证，电容器c
t1
的电压值vcc/4和电容器c
t3
的电压值3vcc/4是稳态值，即使从槽路电容器c
t1
和c
t3
上的不同电荷值开始，系统也在一些工作时间之后自动达到这些稳态值。
74.然后，在阶段2期间，开关s1a、s1b断开，而开关s2闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
的效果，由于电荷共享，这导致负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
都被设置为第二阶跃电压v2(等于2vcc/4)。因此，此处，来自负载电容器c
l,b
的放电电流流到负载电容器c
l,a
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
75.在阶段3期间，开关s2断开，而开关s3a、s3b闭合。这具有将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。这具有将电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
t1
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)的效果。这也具有将电荷从槽路电容器c
t3
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)的效果。
76.在阶段4期间，开关s3a、s3b断开，而开关s4a、s4b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至vcc并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地的效果。因此，此处，负载电容器c
l,b
被放电到接地，并且负载电容器c
l,a
被充电到vcc。
77.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
78.因此，现在回到阶段3，开关s4a、s4b断开，而开关s3a、s3b闭合。这具有将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t1
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t3
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。
79.回到阶段2，开关s3a、s3b断开，而开关s2闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
的效果，由于电荷共享，这导致负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
都被设置为第二阶跃电压v2(等于2vcc/4)。因此，此处，来自负载电容器c
l,a
的放电电流流到负载电容器c
l,b
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
80.回到阶段1，开关s2断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t1
耦合至负载电容器c
l,a
并且将槽路电容器c
t3
耦合至负载电容器c
l,b
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t3
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。而且，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t1
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)。
81.最后，在返回到阶段0后，开关s1a、s1b断开，而开关s0a、s0b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至接地，从而将负载电容器c
l,a
放电到接地的效果；相反，这具有将负载电容器c
l,b
耦合至vcc，从而将负载电容器c
l,b
充电到vcc的效果。
82.因此，已经描述了电荷恢复驱动器20的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在四个阶跃)，那么与不具有电荷恢复的解决方案的2cv2f相反，该电荷恢复驱动器20的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器20使用m＝2个槽路电容器和2n 1＝9个开关将功率耗散降低了n＝4倍，从而与图2a的设计(该设计使用3个槽路电容器和10个开关)相比，减少了外部电容器的数目和片上面积消耗。
83.第二改进实施例
84.与图3a的设计相比，可以移除接地槽路电容器c
t1
、c
t3
并且用单个浮置电容器c
t13
替换接地槽路电容器c
t1
、c
t3
，如图4a中所示出并且现在所描述的。因此，应注意，单个浮置电容器ct
13
将被耦合至相对于供应电压vcc与接地之间的中点对称的节点。
85.在图4a的电荷恢复驱动器30设计中，负载电容器c
l,a
被连接在节点n1与接地之间。开关s0a被连接在节点n1与接地之间，而开关s4a被连接在供应电压vcc与节点n1之间。负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间。开关s4b被连接在节点n2与接地之间，而开关s0b被连接在节点n2与vcc之间。应注意，槽路电容器可以是分立设备，并且未与电荷恢复驱动器30的其余部分集成在芯片上。
86.开关s3a被连接在节点n1与n5之间，并且开关s1b被连接在节点n5与n2之间。开关s2被连接在节点n1与n2之间。开关s1a被连接在节点n1与n6之间，并且开关s3b被连接在节点n6与n2之间。槽路电容器c
t13
被连接在节点n5与n6之间。
87.因此，与图3a的电荷恢复驱动器20相比，图4a的电荷恢复驱动器30已经替换了槽路电容器c
t1
和c
t3
。还应注意，不同于图3a的槽路电容器c
t1
和c
t3
，槽路电容器c
t13
不具有被直接电连接至接地的端子。
88.另外参考图4b到图4c，现在描述电荷恢复驱动器30的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。最初，在阶段0期间，开关s0a、s0b闭合，而其他开关断开，结果是节点n1被耦合至接地以将负载电容器c
l,a
放电到接地，并且节点n2被耦合至vcc以将负载电容器c
l,b
充电到vcc。这可以在图4b中观察到，其中最初，节点n2处的电压vb处于vcc，而节点n1处的电压va处于接地。
89.接下来，在阶段1期间，开关s0a、s0b断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t13
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于负载电容器c
l,a
两端的电荷是接地，因此电荷在槽路电容器c
t13
与负载电容器c
l,a
之间共享，从而将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)；相反，由于负载电容器c
l,b
两端的电荷为vcc，因此电荷在槽路电容器c
t13
与负载电容器c
l,b
之间共享，从而将负载电容器c
l,b
放电降至第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。此处，应注意，在该阶跃中负载电容器c
l,a
和c
l,b
没有最终被充电/放电到相同电压电平的原因在于，槽路电容器c
t13
在n＝4的这种情况下，在等于2vcc/4的电压下进行充电。可以验证，电容器c
t13
的该电压值是稳态值，即使从不同c
t13
电荷值开始，系统也在一些工作时间之后自动达到该稳态值。
90.在阶段2中，开关s1a、s1b断开，而开关s2闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
的效果，由于电荷共享，这导致负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
都被设置为第二阶跃电压v2(等于2vcc/4)。因此，此处，来自负载电容器c
l,b
的放电电流流到负载电容器c
l,a
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
91.在阶段3中，开关s2断开，而开关s3a、s3b闭合。这具有将槽路电容器c
t13
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。这具有将电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
t13
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)的效果。这也具有将电荷从槽路电容器c
t13
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)的效果。
92.在阶段4中，开关s3a、s3b断开，而开关s4a、s4b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至vcc并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地的效果。因此，此处，负载电容器c
l,b
被放电到接地，并且负载电容器c
l,a
被充电到vcc。
93.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
94.在返回到阶段3时，开关s4断开，而开关s3a、s3a闭合。这具有将槽路电容器c
t13
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t13
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t3
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。
95.在返回到阶段2时，开关s3a、s3b断开，而开关s2闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
的效果，由于电荷共享，这导致负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
都被设置为第二阶跃电压v2(等于2vcc/4)。因此，此处，来自负载电容器c
l,a
的放电电流流到负载电容器c
l,b
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
96.在返回到阶段1时，开关s2断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t13
耦合至负载电容器c
l,a
和耦合至负载电容器c
l,b
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t13
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/4)。而且，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t13
，以将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/4)。
97.最后，在返回到阶段0后，开关s1a、s1b断开，而开关s0a、s0b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至接地，从而将负载电容器c
l,a
放电到接地的效果；相反，这具有将负载电容器c
l,b
耦合至vcc，从而将负载电容器c
l,b
充电到vcc的效果。
98.因此，已经描述了电荷恢复驱动器30的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在四个阶跃)，那么与不具有电荷恢复的解决方案的2cv2f相反，该电荷恢复驱动器30的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器30使用m＝1个槽路电容器和2n 1＝9个开关已经将功率耗散降低了n＝4倍，从而与图3a的设计(该设计使用2个槽路电容器和9个开关)相比，减少了所使用的外部电容器的数目以及片上面积消耗。
99.第一改进实施例和第二改进实施例的电荷恢复驱动器的比较
100.例如，图5a到图5b图示了在阶段1期间电荷恢复驱动器20和电荷恢复驱动器30的电流流动等效(current flow equivalence)。如图5a中所示出，在电荷恢复驱动器20中，在操作期间，如在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间，电流流过开关s1b和s1a；类似地，如图5b中所示出，在电荷恢复驱动器30中，在操作期间，如在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间，电流流过开关s1b和s1a。因此，明显的是，由于电流流过相同开关，就负载电容器c
l,a
和c
l,b
处的电压而言，没有任何变化，因此由于寄生而产生的损耗相同，功耗也相同。
101.在查看图5a和图5b时可以容易地进行的另一观察是如果图5a中的电容器c
t1
和c
t3
的接地连接被移除，那么图5b的电气布局产生。因此，槽路电容器c
t13
具有等于槽路电容器c
t1
和c
t3
的串联电容的电容。
102.然而，应理解，c
t13
实际上可以具有等于c
t1
和c
t3
的电容的一半的电容，并且在输出
节点n1和n2处实现等效动态特性。换句话说，槽路传输线上的电压在每次输出转换时都会发生少量变化(并且在下一个相反转换时返回)。
103.针对图5a的设计，该电压纹波量可以被计算为其中c
t
＝c
t1
＝c
t3
，并且针对图5b的设计，可以被计算为其中c
t
＝c
t13
，并且在这两种情况下，c
l
＝c
l,a
＝c
l,b
。当2c
t13
＝c
t1
＝c
t3
时，两个公式的等效出现。
104.因此，c
t13
实际上可以具有等于c
t1
和c
t3
的电容的一半的电容并且在输出节点n1和n2处实现等效动态特性的事实得以证实。
105.因此，由于槽路电容器c
t13
具有等于槽路电容器c
t1
和c
t3
的电容的电容，因此与图5a的设计相比，图5b的设计中的槽路传输线上的纹波减少了一半。然而，如果槽路电容器c
t13
具有等于槽路电容器c
t1
和c
t3
的电容的一半的电容，那么图5b的设计中的槽路传输线上的纹波将与图4a的设计中相同。
106.第二改进实施例的扩展以利用更多电压阶跃
107.扩展图4a的电荷恢复驱动器30概念以利用更多电压阶跃的一般概念在于，针对给定数目的n个电压阶跃，槽路电容器的数目等于m＝(n-2)/2。现在参考图6a的电荷恢复驱动器40描述其示例，该电荷恢复驱动器40利用n＝6个电压阶跃。注意，此处使用了两个浮置槽路电容器c
t15
和c
t24
，这两个浮置槽路电容器c
t15
和c
t24
被耦合在相对于供应电压vcc与接地之间的中点对称的节点之间。
108.负载电容器c
l,a
被连接在节点n1与接地之间。开关s0a被连接在节点n1与接地之间，而开关s6a被连接在供应电压vcc与节点n1之间。负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间。开关s6b被连接在节点n2与接地之间，而开关s0b被连接在节点n2与vcc之间。应注意，槽路电容器可以是分立设备，并且未与电荷恢复驱动器40的其余部分集成在芯片上。
109.开关s5a被连接在节点n1与n5之间，并且开关s1b被连接在节点n5与n2之间。开关s4a被连接在节点n1与n7之间，并且开关s2b被连接在节点n7与n2之间。开关s3被连接在节点n1与n2之间。开关s2a被连接在节点n1与n8之间，并且开关s4b被连接在节点n8与n2之间。开关s1a被连接在节点n1与n6之间，并且开关s5b被连接在节点n6与n2之间。
110.槽路电容器c
t15
被连接在节点n5与n6之间，并且槽路电容器c
t24
被连接在节点n7与n8之间。
111.现在另外参考图6b到图6c描述电荷恢复驱动器40的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。最初，在阶段0期间，开关s0a、s0b闭合，而其他开关断开，结果是节点n1被耦合至接地以对负载电容器c
l,a
进行放电，并且节点n2被耦合至vcc以将负载电容器c
l,b
充电到vcc。这可以在图6b中观察到，其中最初，节点n2处的电压vb处于vcc，而节点n1处的电压va处于接地。
112.在阶段1期间，开关s0a、s0b断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t15
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于负载电容器c
l,a
两端的电荷是接地，因此电荷在槽路电容器c
t15
与负载电容器c
l,a
之间共享，从而将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)；相反，由于负载电容器c
l,b
两端的电荷为vcc，因此电荷在槽路
电容器c
t15
与负载电容器c
l,b
之间共享，从而将负载电容器c
l,b
放电降到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。应注意，此处在该阶跃中负载电容器c
l,a
和c
l,b
没有最终被充电/放电到相同电压电平的原因在于，电容器c
t15
在n＝6的这种情况下在等于4vcc/6的电压下进行充电，。可以验证，电容器c
t15
的该电压值是稳态值，即使从不同的c
t15
电荷值开始，系统也在一些工作时间之后自动达到该稳态值。类似地，电容器c
t24
的稳态电压值是2vcc/6。
113.在阶段2期间，开关s1a、s1b断开，而开关s2a、s2b闭合。这具有将槽路电容器c
t24
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器c
t24
流到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
t24
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)。
114.在阶段3期间，开关s2a、s2b断开，而开关s3闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
，从而均衡这两个负载电容器之间的电荷以使得它们的电荷都被设置为第三阶跃电压v3(等于3vcc/6)的效果。因此，此处，来自负载电容器c
l,b
的放电电流流到负载电容器c
l,a
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
115.在阶段4期间，开关s3断开，而开关s4a、s4b闭合。这具有将槽路电容器c
t24
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器ct
24
流到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
t24
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。
116.在阶段5期间，开关s4a、s4b断开，而开关s5a、s5b闭合。这具有将槽路电容器c
t15
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器ct
15
流到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
t15
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)。
117.在阶段6期间，开关s5a、s5b断开，而开关s6a、s6b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至vcc并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地的效果。因此，此处，负载电容器c
l,b
被放电到接地，并且负载电容器c
l,a
被充电到vcc。
118.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段5、阶段4、阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
119.返回到阶段5，开关s6a、s6b断开，而开关s5a、s5b闭合。这具有将槽路电容器c
t15
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器ct
15
流到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
t15
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。
120.返回到阶段4，开关s5a、s5b断开，而开关s4a、s4b闭合。这具有将槽路电容器c
t24
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器c
t24
流到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
t24
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)。
121.返回到阶段3，开关s4a、s4b断开，而开关s3闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
，从而均衡这两个负载电容器之间的电荷以使得它们的电荷都被设置为第三阶跃电压v3(等于3vcc/6)的效果。因此，此处，来自负载电容器c
l,a
的放电电流流到负载电容器c
l,b
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
122.返回到阶段2，开关s3断开，而开关s2a、s2b闭合。这具有将槽路电容器c
t24
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器c
t24
流向负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
t24
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。
123.返回到阶段1，开关s2a、s2b断开，而开关s1a、s1b闭合。这具有将槽路电容器c
t15
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。此时，由于电荷共享，电荷从槽路电容器c
t15
流向负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。同样，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
t15
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)。
124.最后，在返回到阶段0后，开关s1a、s1b断开，而开关s0a、s0b闭合。这具有将负载电容器c
l,a
耦合至接地并且将负载电容器c
l,b
耦合至vcc的效果，并且已经描述了电荷恢复驱动器40的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在六个阶跃)，那么与不具有电荷恢复的解决方案的2cv2f相反，该电荷恢复驱动器40的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器40使用m＝2个槽路电容器和2n 1＝13个开关已经将功率耗散降低了n＝6倍，从而与利用六个阶跃电压电平(等效的n＝6的现有技术解决方案将采用5个槽路电容器和14个开关)的现有设计相比，减少了外部电容器数目和片上面积消耗。
125.操作中的电荷恢复驱动器40的负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的电压的模拟可以在图7中观察到。
126.第三改进实施例
127.下面将描述使用浮置槽路电容器但具有控制方案的另一设计变型，该控制方案使负载电容器浮置一段时间。与第一改进实施例和第二改进实施例相比的最重要的变化在于，添加了开关以在某些操作阶段期间将槽路电容器的一个端子耦合至供应电压并且在某些其他操作期间将相同槽路电容器的另一端子耦合至接地。此外，对于具有n＝6个电压阶跃的实施例，第二阶段被分成两个阶段，即，阶段2和阶段3。如下文将解释的，在阶段2期间，槽路电容器被耦合至供应电压，因此槽路电容器的较低电压端可以用于固定负载电容器c
l,a
处的电压，而负载电容器c
l,b
浮置(float)并且维持其当前电压值。然后，在阶段3期间，槽路电容器被连接至接地，因此电容器的高压端可以用于固定负载电容器c
l,b
处的电压，而负载电容器c
l,a
浮置并且维持其当前电压值。
128.如图8a中所示出，电荷恢复驱动器50包括被连接在节点n1与接地之间的负载电容器c
l,a
。开关s10a被连接在节点n1与接地之间，而开关s11a被连接在供应电压vcc与节点n1之间。负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间。开关s11b被连接在节点n2与接地之间，而开关s10b被连接在节点n2与vcc之间。
129.开关s12被连接在节点n5与供应电压vcc之间，并且开关s13被连接在节点n6与接
地之间。开关s14被连接在节点n1与n5之间，并且开关s15被连接在节点n5与n2之间。开关s16被连接在节点n1与n2之间。开关s17被连接在节点n1与n6之间，并且开关s18被连接在节点n6与n2之间。槽路电容器c
t
被连接在节点n5与n6之间。应注意，槽路电容器可以是分立设备，并且未与电荷恢复驱动器50的其余部分集成在芯片上。
130.现在另外参考图8b到图8c描述电荷恢复驱动器50的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。还应了解，在驱动器50中并且利用在下文中所描述的致动序列，槽路电容器c
t
上的稳态电压是4vcc/6。
131.最初，在阶段0期间，开关s10a、s10b闭合，从而将负载电容器c
l,a
耦合至接地以将其放电到接地，并且将负载电容器c
l,b
耦合至供应电压vcc以将其充电到vcc，如可以在图8b中观察到的。
132.接下来，在阶段1期间，开关s15和s17闭合，而其余开关断开。这具有将槽路电容器c
t
耦合至负载电容器c
l,a
和c
l,b
的效果。由于从槽路电容器c
t
到负载电容器c
l,a
的电荷转移，这具有将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)的效果；相反，由于从负载电容器c
l,b
到槽路电容器c
t
的电荷转移，这具有将负载电容器c
l,b
放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)的效果。
133.在阶段2期间，开关s12和s17闭合，而其余开关断开。这具有将槽路电容器c
t
耦合至vcc并且将负载电容器c
l,a
耦合至槽路电容器c
t
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t
转移到负载电容器c
l,a
以将负载电容器c
l,a
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。应注意，由于开关s10b、s11b、s15、s16和s18断开，负载电容器c
l,b
浮置，因此负载电容器c
l,b
上的电荷在阶段2期间不会改变。
134.在阶段3期间，开关s13和s15闭合，而其余开关断开。这具有使槽路电容器c
t
接地并且将负载电容器c
l,b
耦合至槽路电容器c
t
的效果。结果是，由于从负载电容器c
l,b
到槽路电容器c
t
的电荷转移，负载电容器c
l,b
被放电到第三阶跃电压v4(等于4vcc/6)。此处，应注意，由于开关s11a、s14、s16、s17和s10a断开，负载电容器c
l,a
浮置，因此负载电容器c
l,a
上的电荷在阶段3期间不会改变，并且保持在第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。
135.在阶段4期间，开关16闭合，而其余开关断开，从而耦合负载电容器c
l,a
和c
l,b
，进而均衡这两个负载电容器之间的电荷以使得它们的电荷都被设置为第三阶跃电压v3(等于3vcc/6)。因此，此处，来自负载电容器c
l,b
的放电电流流到负载电容器c
l,a
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
136.在阶段5期间，开关s13和s14闭合，而其余开关断开。这具有使槽路电容器c
t
接地并且将负载电容器c
l,a
耦合至槽路电容器c
t
的效果。结果是，电荷从槽路电容器c
t
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)。应注意，由于开关s10b、s11b、s15、s16和s18断开，负载电容器c
l,b
浮置，因此负载电容器c
l,b
上的电荷在阶段5期间不会改变，从而保持在v3(等于3vcc/6)。
137.在阶段6期间，开关s12和s18闭合，而其余开关断开。这具有将槽路电容器c
t
耦合至供应电压vcc以及将负载电容器c
l,b
耦合至槽路电容器c
t
的效果。由于从负载电容器c
l,b
到槽路电容器c
t
的电荷转移，负载电容器c
l,b
被放电到第二阶跃电压(等于2vcc/6)。应注意，此处，由于开关s11a、s14、s16、s17和s10a断开，负载电容器c
l,a
浮置，因此负载电容器cl,a
上的电荷在阶段6期间不会改变，并且保持在第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)。
138.在阶段7期间，开关s14和s18闭合，而其余开关断开。这具有将槽路电容器c
t
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
两者的效果。由于从负载电容器c
l,b
到槽路电容器c
t
的电荷转移，负载电容器c
l,b
被放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)。相反，由于从槽路电容器c
t
到负载电容器c
l,a
的电荷转移，负载电容器c
l,a
被充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。
139.在阶段8期间，开关s11a、s11b闭合，而其余开关断开，从而具有将负载电容器c
l,a
耦合至供应电压vcc并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地的效果。因此，此处，负载电容器c
l,a
被充电到vcc，并且负载电容器c
l,b
被放电到接地。
140.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段7、阶段6、阶段5、阶段4、阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
141.返回到阶段7，开关s14和s18闭合，而其余开关断开。这具有将槽路电容器c
t
耦合至负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的效果。由于从负载电容器c
l,a
到槽路电容器c
t
的电荷转移，负载电容器c
l,a
被放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。相反，由于从槽路电容器c
t
到负载电容器c
l,b
的电荷转移，负载电容器c
l,b
被充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)。
142.返回到阶段6，开关s12和s18闭合，而其余开关断开。这具有将槽路电容器c
t
耦合至供应电压vcc以及将负载电容器c
l,b
耦合至槽路电容器c
t
的效果。由于从槽路电容器c
t
到负载电容器c
l,b
的电荷转移，负载电容器c
l,b
被充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。应注意此处，由于开关s11a、s14、s16、s17和s10a断开，负载电容器c
l,a
浮置，因此负载电容器c
l,a
上的电荷在阶段6期间不会改变，并且保持在第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)。
143.返回到阶段5，开关s13和s14闭合，而其余开关断开。这具有使槽路电容器c
t
接地并且将负载电容器c
l,a
耦合至槽路电容器c
t
的效果。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第四阶跃电压(等于4vcc/6)。应注意，由于开关s10b、s11b、s15、s16和s18断开，负载电容器c
l,b
浮置，因此负载电容器c
l,b
上的电荷在阶段5期间不会改变，从而保持在第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。
144.返回到阶段4，开关16闭合，而其余开关断开，从而耦合负载电容器c
l,a
和c
l,b
，进而均衡这两个负载电容器之间的电荷以使得它们的电荷都被设置为第三阶跃电压v3(等于3vcc/6)。因此，此处，来自负载电容器c
l,a
的放电电流流到负载电容器c
l,b
而不需要将该电荷存储在槽路电容器中并且将该电荷从槽路电容器放电。
145.返回到阶段3，开关s13和s15闭合，而其余开关断开，从而将槽路电容器c
t
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间。这具有将负载电容器c
l,b
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)的效果。由于开关s11a、s14、s16、s17和s10a断开，负载电容器c
l,a
浮置，因此负载电容器c
l,a
上的电荷在阶段3期间不会改变，并且保持在第三阶跃电压v3(等于3vcc/6)。
146.返回到阶段2，开关s12和s17闭合，而其余开关断开，从而将槽路电容器c
t
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/6)。由于开关s10b、s15、s16、s18和s11b保持断开，负载电容器c
l,b
浮置，因此负载电容器c
l,b
上的电荷在第四阶跃电压v4(等于4vcc/6)处保持不变。
147.返回到阶段1，开关s15和s17闭合，而其余开关断开，从而将槽路电容器c
t
耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间。这具有将电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
t
以及从槽
路电容器c
t
转移到负载电容器c
l,b
、以将负载电容器c
l,b
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/6)并将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/6)的效果。
148.最后，在返回到阶段0后，开关s10a和s10b闭合，而其余开关断开，从而将负载电容器c
l,b
充电到vcc并且将负载电容器c
l,a
完全放电到接地，并且已经描述了电荷恢复驱动器50的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在六个阶跃)，那么与不具有电荷恢复的解决方案的2cv2f相反，该电荷恢复驱动器50的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器50使用m＝1个槽路电容器和2n-1＝11个开关已经将功率耗散降低了n＝6倍，从而与利用六个阶跃电压电平的现有技术设计相比，减少了所使用的外部电容器的数目以及片上面积消耗。
149.与本文中所描述的第二改进实施例(例如在图6a中，其中n＝6)相比，负载电容器的低电压(接地)与高电压(vcc)之间的转换时间更长，并且利用更多的操作阶段，从而导致功率损失略微增加。然而，开关(晶体管)的数目从13个减少到11个，并且槽路电容器的数目从2个减少到1个(意味着外部槽路电容器的焊盘(pad)数目从4个减少到2个)，从而减少了面积消耗。
150.第三改进实施例的扩展以利用更多电压阶跃
151.现在首先参考图9a来描述示出第三改进实施例的扩展以利用n＝8个电压阶跃的示例。此处，电荷恢复驱动器60包括被连接在节点n1与接地之间的负载电容器c
l,a
，其中开关s11a被连接在节点n1与供应电压vcc之间，并且开关s10a被连接在节点n1与接地之间。此外，负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间，其中开关s10b被连接在节点n2与供应电压vcc之间，并且开关s11b被连接在节点n2与接地之间。
152.开关s12被连接在节点n5与供应电压vcc之间。开关s13被连接在节点n6与接地之间。槽路电容器c
th
被连接在节点n5与n6之间，并且槽路电容器c
ti
被连接在节点n7与n10之间。应注意，槽路电容器可以是分立设备，并且未与电荷恢复驱动器60的其余部分集成在芯片上。
153.开关s14被连接在节点n1与n5之间，并且开关s15被连接在节点n5与n2之间。开关s21被连接在节点n1与n7之间，并且开关s22被连接在节点n7与n2之间。开关s16被连接在节点n1与n2之间。开关s19被连接在节点n1与n10之间，并且开关s20被连接在节点n10与n2之间。开关s17被连接在节点n1与n6之间，并且开关s18被连接在节点n6与n2之间。
154.现在另外参考图9b到图9c描述电荷恢复驱动器60的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。还应了解，在驱动器60中并且利用在下文中所描述的致动序列，槽路电容器c
th
上的稳态电压是6vcc/8，并且槽路电容器c
ti
上的稳态电压是2vcc/8。
155.最初，在阶段0期间，开关s10a、s10b闭合，而其他开关断开。结果是，负载电容器c
l,a
被耦合至接地并且放到，而负载电容器c
l,b
被充电到供应电压vcc。
156.接下来，在阶段1期间，开关s15和s17闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
连接至槽路电容器c
th
的相对极板。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/8)，并且电荷从槽路电容器c
th
流到负载电容器c
l,a
,从而将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/8)。
157.在阶段2期间，开关s12和s17闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在
vcc与负载电容器c
l,a
之间，进而将负载电容器c
l,a
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/8)。由于此时开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b保持断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电位第七阶跃电压v7(等于7vcc/8)处。
158.在阶段3期间，开关s13和s15闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间，进而将负载电容器c
l,b
放电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/8)。由于此时开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a保持断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电位第二阶跃电压v2(等于2vcc/8)处。
159.在阶段4期间，开关s19和s22闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
耦合至槽路电容器c
ti
的相对极板。因此，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/8)，并且电荷从槽路电容器c
ti
流到负载电容器c
l,a
,从而将负载电容器c
l,a
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/8)。
160.在阶段5期间，开关s16闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
彼此耦合，结果是电荷直接从负载电容器c
l,b
流到负载电容器c
l,a
，使得两个负载电容器都将它们的电荷设置为第四阶跃电压v4(等于4vcc/8)。
161.在阶段6期间，开关s20和s21闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
耦合至槽路电容器c
ti
的相对极板。因此，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/8)，并且电荷从槽路电容器c
ti
流到负载电容器c
l,a
,从而将负载电容器c
l,a
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/8)。
162.在阶段7期间，开关s13和s14闭合，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。这具有将负载电容器c
l,a
充电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/8)的效果。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b保持断开，因此负载电容器c
l,b
保持浮置，并且其电荷在第三阶跃电压v3(等于3vcc/8)处保持不变。
163.在阶段8期间，开关s12和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与供应电压vcc之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
流到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/8)。由于此时开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a保持断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电位第六阶跃电压v6(等于6vcc/8)处。
164.在阶段9期间，开关s14和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在c
l,a
与c
l,b
之间。结果是，负载电容器c
l,b
将电荷转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/8)。类似地，槽路电容器c
th
将电荷转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/8)。
165.在阶段10期间，开关s11a和s11b闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
耦合至供应电压vcc并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地，以对负载电容器c
l,b
进行完全放电并且将负载电容器c
l,a
充电到v
cc
。
166.应了解，接下来，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段9、阶段8、阶段7、阶段6、阶段5、阶段4、阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
167.返回到阶段9，开关s14和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在c
l,a
与c
l,b
之间。结果是，负载电容器c
l,a
将电荷转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/8)。类似地，槽路电容器c
th
将电荷转移到负载电容器cl,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/8)。
168.返回到阶段8，开关s12和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与供应电压vcc之间。因此，电荷从槽路电容器c
th
流到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/8)。由于此时开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a保持断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电位第七阶跃电压v7(等于7vcc/8)处。
169.返回到阶段7，开关s13和s14闭合，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。这具有将负载电容器c
l,a
放电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/8)的效果。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b保持断开，因此负载电容器c
l,b
保持浮置，并且其电荷在第二阶跃电压v2(等于2vcc/8)处保持不变。
170.返回到阶段6，开关s20和s21闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
耦合至槽路电容器c
ti
的相对极板。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/8)，并且电荷从槽路电容器c
ti
流到负载电容器c
l,b
,从而将负载电容器c
l,b
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/8)。
171.返回到阶段5，开关s16闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
彼此耦合，结果是电荷直接从负载电容器c
l,a
流到负载电容器c
l,b
，使得两个负载电容器都将它们的电荷设置为第四阶跃电压v4(等于4vcc/8)。
172.返回到阶段4，开关s19和s22闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
耦合至槽路电容器c
ti
的相对极板。因此，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/8)，并且电荷从槽路电容器c
ti
流到负载电容器c
l,b
,从而将负载电容器c
l,b
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/8)。
173.返回到阶段3，开关s13和s15闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间，进而将负载电容器c
l,b
充电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/8)。由于此时开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a保持断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电位第三阶跃电压v3(等于3vcc/8)处。
174.返回到阶段2，开关s12和s17闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在vcc与负载电容器c
l,a
之间，进而将负载电容器c
l,a
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/8)。由于此时开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b保持断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电位第六阶跃电压v6(等于6vcc/8)处。
175.返回到阶段1，开关s15和s17闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
连接至槽路电容器c
th
的相对极板。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
流到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/8)，并且电荷从槽路电容器c
th
流到负载电容器c
l,b
,从而将负载电容器c
l,b
充电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/8)。
176.返回到阶段0，开关s10a、s10b闭合，而其他开关断开。因此，负载电容器c
l,a
被耦合至接地并且被放电，而负载电容器c
l,b
被充电到供应电压vcc，并且已经描述了电荷恢复驱动器60的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在八个阶跃)，那么该电荷恢复驱动器60的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器60使用m＝2个槽路电容器和15个开关已经将功率耗散降低了n＝8倍，从而与涉及通常利用7个槽路电容器和18个开关来完成八个阶跃电压电平的现有技术
设计相比，减少了外部电容器数目和片上面积消耗。操作中的电荷恢复驱动器60的负载电容器c
l,a
和负载电容器c
l,b
的电压的模拟可以在图10中观察到。
177.第三改进实施例的另一扩展以利用更多电压阶跃
178.现在首先参考图11a描述示出第三改进实施例的扩展以利用n＝10个电压阶跃的示例。此处，电荷恢复驱动器70包括被连接在节点n1与接地之间的负载电容器c
l,a
，其中开关s11a被连接在节点n1与供应电压vcc之间，并且开关s10a被连接在节点n1与接地之间。此外，负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间，其中开关s10b被连接在节点n2与供应电压vcc之间，并且开关s11b被连接在节点n2与接地之间。
179.开关s14被耦合在节点n1与节点n5之间，并且开关s15被耦合在节点n5与节点n2之间。开关s12被耦合在n5与供应电压vcc之间。开关s21被耦合在节点n1与节点n7之间，并且开关s22被耦合在节点n7与节点n2之间。开关s24被连接在供应电压vcc与节点n7之间。开关s16被耦合在节点n1与n2之间。开关s19被耦合在节点n1与节点n10之间，并且开关s20被耦合在节点n10与节点n2之间。槽路电容器c
ti
被耦合在节点n7与n10之间。开关s13被耦合在节点n10与接地之间。开关s17被耦合在节点n1与节点n6之间，并且开关s18被耦合在节点n6与节点n2之间。槽路电容器c
th
被耦合在节点n5与节点n6之间。开关s23被耦合在节点n6与接地之间。现在另外参考图11b到图11c描述电荷恢复驱动器70的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。还应了解，在驱动器70中并且利用在下文中所描述的致动序列，槽路电容器c
th
上的稳态电压是8vcc/10，并且槽路电容器c
ti
上的稳态电压是4vcc/10。
180.最初，在阶段0期间，开关s10a、s10b闭合，从而将负载电容器c
l,a
耦合至接地以将其放电到接地，并且将负载电容器c
l,b
耦合至供应电压vcc以将其充电到vcc，如可以在图11b中观察到的。
181.接下来，在阶段1期间，开关s15和s17闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间的效果。因此，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/10)。此外，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/10)。
182.在阶段2期间，开关s12和s17闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
th
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间的效果。因此，负载电容器c
l,a
被充电到第二阶跃电压(等于2vcc/10)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v9(等于9vcc/10)处。
183.在阶段3期间，开关s15和s23闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间的效果，并且负载电容器c
l,b
将电荷转移到槽路电容器c
th
，以将负载电容器c
l,b
放电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/10)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v2(等于2vcc/10)处。
184.在阶段4期间，开关s19和s22闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与负载电容器c
l,a
之间的效果。电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/10)。类似地，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/10)。
185.在阶段5期间，开关s13和s21闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间的效果，结果是负载电容器c
l,a
被充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/10)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v7(等于7vcc/10)处。
186.在阶段6期间，开关s20和s24闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与供应电压vcc之间的效果，从而在电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
的效果下，将负载电容器c
l,b
放电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/10)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v4(等于4vcc/10)处。
187.在阶段7期间，开关16闭合，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
耦合，进而准许从负载电容器c
l,b
到负载电容器c
l,a
的直接的电荷转移，结果是两个负载电容器都被设置为第五阶跃电压v5(等于5vcc/10)。
188.在阶段8期间，开关s19和s24闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间，以将负载电容器c
l,a
充电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/10)的效果。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v5(等于5vcc/10)处。
189.在阶段9期间，开关s13和s22闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间，从而将负载电容器c
l,b
放电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/10)的效果。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v6(等于6vcc/10)处。
190.在阶段10期间，开关s20和s21闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/10)。同样，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/10)。
191.在阶段11期间，开关s14和s23闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间，并且电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
以将负载电容器c
l,a
充电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/10)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v3(等于3vcc/10)处。
192.在阶段12期间，开关s12和s18闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在供应电压与负载电容器c
l,b
之间。电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/10)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v8(等于8vcc/10)处。
193.在阶段13期间，开关s14和s18闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/10)。同样，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/10)。
194.在阶段14期间，开关s11a、s11b闭合，而其他开关断开。这将负载电容器c
l,a
耦合至供应电压vcc以将负载电容器c
l,a
充电到vcc，并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地以将负载电容器c
l,b
完全放电到接地。
195.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段13、阶段12、阶段11、阶段10、阶段9、阶段8、阶段7、阶段6、阶段5、阶段4、阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
196.返回到阶段13，开关s14和s18闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/10)。同样，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/10)。
197.返回到阶段12，开关s12和s18闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在供应电压与负载电容器c
l,b
之间。电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/10)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v9(等于9vcc/10)处。
198.返回到阶段11，开关s14和s23闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间，并且电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
以将负载电容器c
l,a
放电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/10)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v2(等于2vcc/10)处。
199.返回到阶段10，开关s20和s21闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/10)。同样，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/10)。
200.返回到阶段9，开关s13和s22闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间，从而将负载电容器c
l,b
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/10)的效果。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v7(等于7vcc/10)处。
201.返回到阶段8，开关s19和s24闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间，以将负载电容器c
l,a
放电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/10)的效果。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v4(等于4vcc/10)处。
202.返回到阶段7，开关16闭合，而其他开关断开，从而将负载电容器c
l,a
和c
l,b
耦合，进而准许从负载电容器c
l,a
到负载电容器c
l,b
的直接的电荷转移，结果是两个负载电容器都被设置为第五阶跃电压v5(等于5vcc/10)。
203.返回到阶段6，开关s20和s24闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与供应电压vcc之间的效果，从而在电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
的效果下，将负载电容器c
l,b
充电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/10)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v5(等于5vcc/10)处。
204.返回到阶段5，开关s13和s21闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间的效果，结果是电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
，使得负载电容器c
l,a
被放电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/10)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v6(等于
6vcc/10)处。
205.返回到阶段4，开关s19和s22闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与负载电容器c
l,a
之间的效果。电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/10)。类似地，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第七阶跃电压v7(等于7vcc/10)。
206.返回到阶段3，开关s15和s23闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间的效果，并且槽路电容器c
th
将电荷转移到负载电容器c
l,b
，以将负载电容器c
l,b
充电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/10)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且保持在其先前电压v3(等于3vcc/10)处。
207.返回到阶段2，开关s12和s17闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
th
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间的效果。作为电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
的结果，负载电容器c
l,a
被放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/10)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b此时断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且保持在其先前电压v8(等于8vcc/10)处。
208.返回到阶段1，开关s15和s17闭合，而其他开关断开。这具有将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间的效果。因此，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/10)。此外，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/10)。
209.返回到阶段0，开关s10a、s10b闭合，从而将负载电容器c
l,a
耦合至接地以将其放电到接地，并且将负载电容器c
l,b
耦合至供应电压vcc以将其充电到vcc，如可以在图11b中观察到的。因此，已经描述了电荷恢复驱动器70的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在十个阶跃)，那么该电荷恢复驱动器70的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器70使用m＝2个槽路电容器和17个开关已经将功率耗散降低了n＝10倍，从而与涉及通常利用9个槽路电容器和22个开关来完成十个阶跃电压电平的现有技术设计相比，减少了外部电容器数目和片上面积消耗。
210.第三改进实施例的扩展以利用更多电压阶跃
211.现在首先参考图12a描述示出第三改进实施例的扩展以利用n＝14个电压阶跃的示例。此处，电荷恢复驱动器80包括连接在节点n1与接地之间的负载电容器c
l,a
，其中开关s11a被连接在节点n1与供应电压vcc之间，并且开关s10a被连接在节点n1与接地之间。此外，负载电容器c
l,b
被连接在节点n2与接地之间，其中开关s10b被连接在节点n2与供应电压vcc之间，并且开关s11b被连接在节点n2与接地之间。
212.开关s14被耦合在节点n1与节点n5之间，并且开关s15被耦合在节点n5与节点n2之间。开关s12被耦合在n5与供应电压vcc之间。开关s21被耦合在节点n1与节点n7之间，并且开关s22被耦合在节点n7与节点n2之间。开关s24被连接在供应电压vcc与节点n7之间。开关s25被耦合在节点n6与n7之间。开关s16被耦合在节点n1与n2之间。
213.开关s19被耦合在节点n1与节点n10之间，并且开关s20被耦合在节点n10与节点n2之间。槽路电容器c
ti
被耦合在节点n7与n10之间。开关s13被耦合在节点n10与接地之间。开关s17被耦合在节点n1与节点n6之间，并且开关s18被耦合在节点n6与节点n2之间。槽路电
容器c
th
被耦合在节点n5与节点n6之间。开关s23被耦合在节点n6与接地之间。
214.现在另外参考图12b到图12c描述电荷恢复驱动器80的操作。应了解，将分阶段地描述操作，其中每个阶段都长到足以实现槽路电容器与负载电容器之间的完整电荷转移，反之亦然。还应了解，在驱动器80中并且利用在下文中所描述的致动序列，槽路电容器c
th
上的稳态电压是8vcc/14，并且槽路电容器c
ti
上的稳态电压是4vcc/14。
215.最初，在阶段0期间，开关s10a、s10b闭合，从而将负载电容器c
l,a
耦合至接地以将其放电到接地，并且将负载电容器c
l,b
耦合至供应电压vcc以将其充电到vcc，如可以在图12b中观察到的。
216.在阶段1期间，开关s15、s19和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联连接在负载电容器c
l,b
与c
l,a
之间。结果是，负载电容器c
l,b
将电荷转移到c
th
c
ti
的串联电容，从而将负载电容器c
l,b
放电到第十三阶跃电压v13(等于13vcc/14)，并且c
th
c
ti
的串联电容将电荷转移到负载电容器c
l,a
，从而将其充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/14)。
217.在阶段2期间，开关s12、s19和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联连接在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。结果是，c
th
c
ti
的串联电容将电荷转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v13(等于13vcc/14)处。
218.在阶段3期间，开关s13、s15和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联连接在负载电容c
l,b
与接地之间。结果是，负载电容c
l,b
将电荷转移到串联电容c
th
c
ti
，从而将负载电容c
l,b
放电到第十二阶跃电压v12(等于12vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v2(等于2vcc/14)处。
219.在阶段4期间，开关s15和s17闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
串联耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第十一阶跃电压v11(等于11vcc/14)。此外，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/14)。
220.在阶段5期间，开关s13和s21闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v11(等于11vcc/14)处。
221.在阶段6期间，开关s20和s24闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第十阶跃电压v10(等于10vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v4(等于4vcc/14)处。
222.在阶段7期间，开关s19和s22闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间。因此，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/14)。此外，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电
容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/14)。
223.在阶段8期间，开关s12和s17闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。因此，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v9(等于9vcc/14)处。
224.在阶段9期间，开关s15和s23闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间。电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，并且因此负载电容器c
l,b
放电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v6(等于6vcc/14)处。
225.在阶段10期间，开关s16闭合，而其他开关断开。这将负载电容器c
l,a
耦合至负载电容器c
l,b
。电荷从负载电容器c
l,b
转移到负载电容器c
l,a
，因此两个负载电容器c
l,a
和c
l,b
都被设置为第七阶跃电压v7(等于7vcc/14)。
226.在阶段11期间，开关s14和s23闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。因此，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v7(等于7vcc/14)处。
227.在阶段12期间，开关s12和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v8(等于8vcc/14)处。
228.在阶段13期间，开关s20和s21闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
以将负载电容器c
l,b
放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/14)，并且电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,a
以将负载电容器c
l,a
充电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/14)。
229.在阶段14期间，开关s19和s24闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
ti
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。结果是，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第十阶跃电压v10(等于10vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v5(等于5vcc/14)处。
230.在阶段15期间，开关s13和s22闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
ti
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/13)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v10(等于10vcc/14)处。
231.在阶段16期间，开关s14和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在
负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,b
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/14)。此外，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第十一阶跃电压v11(等于11vcc/14)。
232.在阶段17期间，开关s13、s14和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。因此，电荷从串联电容c
th
c
ti
转移到负载电容器c
l,a
，从而将负载电容器c
l,a
充电到第十二阶跃电压v12(等于12vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v3(等于3vcc/14)处。
233.在阶段18期间，开关s12、s20和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到串联电容c
th
c
ti
，以将负载电容器c
l,b
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v12(等于12vcc/14)处。
234.在阶段19期间，开关s14、s20和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,b
转移到串联电容c
th
c
ti
，以将负载电容器c
l,b
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/14)。此外，电荷从串联电容c
th
c
ti
转移到负载电容c
l,a
，从而将负载电容c
l,a
充电到第十三阶跃电压v13(等于13vcc/14)。
235.在阶段20期间，开关s11a和s11b闭合，从而将负载电容器c
l,a
耦合至供应电压以将负载电容器c
l,a
充电到vcc，并且将负载电容器c
l,b
耦合至接地以将负载电容器c
l,b
完全放电到接地。
236.应了解，负载电容器c
l,a
和c
l,b
上的反向转换是在阶段19、阶段18、阶段17、阶段16、阶段15、阶段14、阶段13、阶段12、阶段11、阶段10、阶段9、阶段8、阶段7、阶段6、阶段5、阶段4、阶段3、阶段2、阶段1和最后阶段0以该反向顺序进行重复时完成的。
237.返回到阶段19，开关s14、s20和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到串联电容c
th
c
ti
，以将负载电容器c
l,a
放电到第十三阶跃电压v13(等于13vcc/14)。此外，电荷从串联电容c
th
c
ti
转移到负载电容c
l,b
，从而将负载电容c
l,b
充电到第一阶跃电压v1(等于vcc/14)。
238.返回到阶段18，开关s12、s20和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从串联电容c
th
c
ti
转移到负载电容器c
l,b
，以将负载电容器c
l,b
充电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v13(等于13vcc/14)处。
239.返回到阶段17，开关s13、s14和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。因此，电荷从负载电容器c
l,a
转移到串联电容c
th
c
ti
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第十二阶跃电压v12(等于12vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷
因此保持在其先前值v2(等于2vcc/14)处。
240.返回到阶段16，开关s14和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第十一阶跃电压v11(等于11vcc/14)。此外，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/14)。
241.返回到阶段15，开关s13和s22闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间。因此，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
以将负载电容器c
l,b
充电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/13)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v11(等于11vcc/14)处。
242.返回到阶段14，开关s19和s24闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
ti
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
以将负载电容器c
l,a
放电到第十阶跃电压v10(等于10vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v4(等于4vcc/14)处。
243.返回到阶段13，开关s20和s21闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与负载电容器c
l,b
之间。因此，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
以将负载电容器c
l,a
放电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/14)，并且电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
以将负载电容器c
l,b
充电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/14)。
244.返回到阶段12，开关s12和s18闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
以将负载电容器c
l,b
充电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v9(等于9vcc/14)处。
245.返回到阶段11，开关s14和s23闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。因此，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
以将负载电容器c
l,a
放电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v6(等于6vcc/14)处。
246.返回到阶段10，开关s16闭合，而其他开关断开。这将负载电容器c
l,b
耦合至负载电容器c
l,a
。电荷从负载电容器c
l,a
转移到负载电容器c
l,b
，因此两个负载电容器c
l,a
和c
l,b
都被设置为第七阶跃电压v7(等于7vcc/14)。
247.返回到阶段9，开关s15和s23闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,b
与接地之间。电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
，并且因此负载电容器c
l,b
被充电到第八阶跃电压v8(等于8vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v7(等于7vcc/14)处。
248.返回到阶段8，开关s12和s17闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在供
应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
以将负载电容器c
l,a
放电到第六阶跃电压v6(等于6vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v8(等于8vcc/14)处。
249.返回到阶段7，开关s19和s22闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间。结果是，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
以将负载电容器c
l,b
充电到第九阶跃电压v9(等于9vcc/14)。此外，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
以将负载电容器c
l,a
放电到第五阶跃电压v5(等于5vcc/14)。
250.返回到阶段6，开关s20和s24闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在供应电压vcc与负载电容器c
l,b
之间。结果是，电荷从槽路电容器c
ti
转移到负载电容器c
l,b
以将负载电容器c
l,b
充电到第十阶跃电压v10(等于10vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v5(等于5vcc/14)处。
251.返回到阶段5，开关s13和s21闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
ti
耦合在负载电容器c
l,a
与接地之间。电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
ti
以将负载电容器c
l,a
放电到第四阶跃电压v4(等于4vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v10(等于10vcc/14)处。
252.返回到阶段4，开关s15和s17闭合，而其他开关断开。这将槽路电容器c
th
耦合在负载电容器c
l,a
与c
l,b
之间。结果是，电荷从负载电容器c
l,a
转移到槽路电容器c
th
，从而将负载电容器c
l,a
放电到第三阶跃电压v3(等于3vcc/14)。此外，电荷从槽路电容器c
th
转移到负载电容器c
l,b
，从而将负载电容器c
l,b
充电到第十一阶跃电压v11(等于11vcc/14)。
253.返回到阶段3，开关s13、s15和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联连接在负载电容c
l,b
与接地之间。因此，串联电容c
th
c
ti
将电荷转移到负载电容c
l,b
以将负载电容c
l,b
充电到第十二阶跃电压v12(等于12vcc/14)。由于开关s11a、s14、s21、s16、s19、s17和s10a断开，因此负载电容器c
l,a
浮置，并且负载电容器c
l,a
上的电荷因此保持在其先前值v3(等于3vcc/14)处。
254.返回到阶段2，开关s12、s19和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联连接在供应电压vcc与负载电容器c
l,a
之间。结果是，负载电容器c
l,a
将电荷转移到串联电容c
th
c
ti
以将负载电容器c
l,a
放电到第二阶跃电压v2(等于2vcc/14)。由于开关s10b、s15、s22、s16、s20、s18和s11b断开，因此负载电容器c
l,b
浮置，并且负载电容器c
l,b
上的电荷因此保持在其先前值v12(等于12vcc/14)处。
255.返回到阶段1，开关s15、s19和s25闭合，而其他开关断开，从而将槽路电容器c
th
和c
ti
串联连接在负载电容器c
l,b
与c
l,a
之间。因此，c
th
c
ti
的串联电容将电荷转移到负载电容器c
l,b
以将负载电容器c
l,b
充电到第十三阶跃电压v13(等于13vcc/14)，并且负载电容器c
l,a
将电荷转移到c
th
c
ti
的串联电容，从而将负载电容器c
l,a
放电到第一阶跃电压v1(等于vcc/14)。
256.返回到阶段0，开关s10a、s10b闭合，从而将负载电容器c
l,a
耦合至接地以将其放电到接地，并且将负载电容器c
l,b
耦合至供应电压vcc以将其充电到vcc，如可以在图12b中观
察到的。因此，已经描述了电荷恢复驱动器80的完全操作循环。就功率耗散而言，如果c
l,a
＝c
l,b
＝c，其中n表示电压阶跃数目(此处，在接地与vcc之间存在十四个阶跃)，那么该电荷恢复驱动器80的功率耗散是(2cv2f)/n。因此，该电荷恢复驱动器80使用m＝2个槽路电容器和18个开关已经将功率耗散降低了n＝14倍，从而与涉及通常利用13个槽路电容器和30个开关来完成十四个阶跃电压电平的现有技术设计相比，减少了外部电容器数目和片上面积消耗。
257.虽然已经关于有限数量实施例描述了本公开，但受益于本公开的本领域技术人员应了解，可以设想不脱离如本文中所公开的本公开的范围的其他实施例。因此，本公开的范围应仅由所附权利要求限制。