[发明专利]一种多模式控制可配置型互补片上负压电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明属于电源管理领域，具体涉及一种多模式控制可配置型互补片上负压电荷泵电路。

背景技术

电荷泵即结合利用开关和泵电容，将电荷从输入转移到输出，并提供负载所需电流的电路。高效率、低噪声、低成本等优点使电荷泵电路成为电源管理家族中炙手可热的成员之一。

中国实用新型专利CN203643879U名称为“负电压调整电路”公开了一种现有电荷泵系统模块示意图，如图1所示。该系统模块由电压比较器、电荷泵、反馈电阻和负载电阻组成。参考电压Vref连接反馈电阻R1一端，其另一端分别连接电压比较器的同向输入端Vfbk和反馈电阻R2一端，所述电压比较器的输出端Enable连接电荷泵的输入端，所述电荷泵的输出端连接电路输出电压Vout、负载电阻R3一端和反馈电阻R2另一端，所述电压比较器的反向输入端和负载电阻R3的另一端分别连接地电平GND。

当|Vout|＜目标电压时，电压Vfbk大于反向输入端地电平，电压比较器的输出Enable有效，电荷泵继续工作使|Vout|升高；当|Vout|≥目标电压时，Vfbk值为负电压或者0V，即Vfbk小于或等于比较器反向输入端电平，比较器输出Enable无效，电荷泵停止工作，|Vout|在负载电阻R3作用下逐渐降低，当|Vout|小于目标电压时，电荷泵恢复工作。

该实用新型专利在传统的电荷泵电路基础上增加了比较器和反馈环路模块，通过闭环系统稳定电荷泵的输出电压，提高了电路精度。然而，该结构仍存在如下缺点：

第一，工作模式单一，如果电荷泵损坏或其使能前处于高阻态时，该电路用于系统中会对系统工作状态造成极大威胁，甚至导致系统无法正常工作。

第二，电荷泵仅在一个时钟周期中的部分时间进行充电或放电，其输出电压无法保持连续稳定的状态，必然导致输出纹波值很大。该反馈环路仅能在一定程度上稳定输出电压，但无法满足高精度要求。

第三，该系统仅能产生电源电压的倍增负电压，无法产生可配置输出负压，灵活性较低。

从以上分析可见，需要开发能够在不同模式下工作的电荷泵系统模块，最大程度确保系统稳定性；增强输出纹波的抑制能力，提高电荷泵输出电压的精度；实现可配置的不随电源电压倍增的输出电压，从而提高电荷泵使用的灵活性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的缺陷，提供一种多模式控制可配置型互补片上负压电荷泵电路，解决由于电荷泵输出不定态对系统造成的风险，抑制电压纹波提高输出精度，实现灵活多变的可配置输出电压。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括逻辑单元、控制单元、参考电压产生单元、反馈电阻、电荷泵单元、开关单元、非交叠时钟产生单元以及接地保护单元；

所述的逻辑单元连接系统使能信号端以及电荷泵使能信号端；控制单元包括第一控制单元和第二控制单元，第一控制单元连接电荷泵使能信号端，偏置电流输入端，输入电压选择信号端以及参考电压产生单元信号输出端，参考电压产生单元信号输入端连接系统使能信号端，第二控制单元连接参考电压产生单元以及第一控制单元的信号输出端；第二控制单元的输出端连接电荷泵单元，电荷泵单元包括并联设置的第一电荷泵和第二电荷泵，第一电荷泵和第二电荷泵与非交叠时钟产生单元的输出信号互补型连接；开关单元包括串联设置的第一开关单元和第二开关单元，电荷泵单元的输出端与第一开关单元连接，第二开关单元的输出端分别连接接地保护单元以及地线；所述的反馈电阻包括第一反馈电阻与第二反馈电阻，第一反馈电阻设置在第一控制单元信号输出端与第二控制单元信号输入端之间，第二反馈电阻设置在第二控制单元信号输入端与第一开关单元输出端之间；

所述的逻辑单元输出多路控制信号，分别连接至第一开关单元，第二开关单元以及接地保护单元，通过施加给系统使能信号端以及电荷泵使能信号端的不同信号，控制电荷泵单元按要求工作。

所述的第一控制单元包括电平转换单元、3-8译码器以及可配置型LDO模块。

所述的第二控制单元包括误差放大器和用于电荷泵输入电压二级调整的一级放大器。

所述的输入电压选择信号端连接三位寄存器。

所述的逻辑单元输出六路控制信号，每两个一组分别连接至第一开关单元，第二开关单元以及接地保护单元。

所述的非交叠时钟产生单元输出四路时钟信号，每两个一组交叉互补连接第一电荷泵和第二电荷泵，使第一电荷泵充电时第二电荷泵放电，第一电荷泵放电时第二电荷泵充电。