[发明专利]一种输出电压可控的电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种输出电压可控的电荷泵电路，属于电路技术领域。

背景技术

近年来，随着MEMS领域的快速发展，加速度计传感器、陀螺仪传感器、温度传感器、电磁传感器等大量应用在手机、船舶、惯性导航等领域。这些传感器若要正常工作，必须有与之相配套的处理电路。而这些处理电路出于对低功耗、高信噪比等各方面的考虑，对电路的电源电压要求越来越苛刻。

为了达到降低功耗的目的，需要处理电路的电源电压越低越好，如3.3V、1.8V、1.2V、1V等等，但由于MEMS机械结构的特点，通常要求部分电路模块，如与结构相连的驱动电路模块，其需提供远超电源的驱动电压，用以驱动MEMS机械结构，此时就需要在电路内部提供一精度较高同时可以方便调节的升压电路以解决高驱动电压的问题。

现有的电荷泵结构，如图1所示，是由升压电路、偏置电路、分压模块、电压比较器及振荡器组成。当振荡器上电起振后，输出时钟信号clk到升压电路中，电荷泵开始升压，此时分压模块将产生一个与输出电压成比例的电压V0，该电压VO与偏置电压Vb进行比较，其输出电压Vc用以控制振荡器的开启和关断。当电荷泵输出电压VOUT1较低时，V0＜Vb，此时比较器的输出电压Vc为高电平“H”，振荡器保持在工作状态，电荷泵继续升压，直至V0≥Vb，此时，比较器输出电压Vc由高电平“H”变为低电平“L”，振荡器停止工作。电荷泵由于外界负载的关系，输出电压VOUT1开始逐渐下降，分压模块分得的电压也随之下降，直至电压V0重新小于偏置电压Vb，电荷泵再次重新开始升压工作，如此反复，来维持电荷泵的输出电压VOUT1恒定。

该结构的优点是环路结构简单，但由于这种电荷泵反馈系统在工作过程中一直处于“平衡－不平衡－再平衡”的动态变化中，若想获得高精度可控的电压将很难实现。而且该结构对比较器的要求较高，不但要求其具有较快的响应速率，同时对其精度、带宽、开环增益、共模输入范围等均有较高的要求。即便如此，该类电荷泵仍然很难得到高精度可控的输出电压。其中分压电压V0与偏置电压Vb的仿真图如图2所示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的电荷泵反馈系统，使系统能更稳定，输出电压精度高且电压可以大小可控。

为解决上述技术问题，本发明提供一种输出电压可控的电荷泵电路，其特征是，包括偏置电压模块、偏置选择模块、PID控制模块、压控振荡器、升压电路、分压模块，

偏置电压模块产生一个固定的偏置电压，该电压经偏置选择模块处理后，输出一偏置控制电压V1，偏置控制电压V1与升压电路输出电压经分压模块后产生的分压电压V2同时输入到PID控制模块中；

经所述PID控制模块通过PID调节控制使PID控制模块的输出电压V3等于偏置控制电压V1；

压控振荡器将PID控制模块的输出电压V3转换成两个相位相反且与输入电压的频率大小成正比的时钟信号；

压控振荡器输出的两个相位相反的时钟信号控制电荷泵的升压电路。

所述PID控制模块检测偏置控制电压V1与分压电压V2之间的误差，并通过PID调节控制使PID控制模块的输出电压V3等于偏置控制电压V1。

所述PID控制模块中包括比例放大器、积分器、微分器及加法器，其中，积分器用于消除稳态误差；比例放大器即时成比例的反映偏差信号；微分器用于反映偏差信号的变化速率。

还包括一分别与偏置选择模块、PID控制模块连接的逻辑控制模块，由所述逻辑控制模块选择偏置选择模块输出的偏置控制电压V1的大小及控制PID控制模块的开启或关断。

还包括一分别与偏置选择模块、PID控制模块连接的逻辑控制模块，所述逻辑控制模块控制PID控制模块中积分器、比例放大器之间串联或并联的实现方式。

本发明所达到的有益效果：

本发明将PID闭环控制技术引入到电荷泵电路中，提高系统精度，同时通过外部控制电路偏置电压的大小，能精确调节电荷泵的输出电压，并且该模块与压控振荡器的结合，提高了电荷泵升压的线性度。

附图说明

图1为现有技术的电荷泵升压电路原理图；

图2为现有技术的电荷泵升压电路中分压电压V0与偏置电压Vb的仿真波形图；

图3为本发明所涉一种输出可控的电荷泵电路的电路结构图；

图4为本发明所涉一种输出可控的电荷泵电路的仿真图。该图反映了偏置电压V1和电荷泵输出电压的关系；