[发明专利]负压电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种负压电荷泵电路，尤指一种集成电路中的负压电荷泵电路。

背景技术

当今的电子系统常常需要用到负压作为电源，如音频放大器，运算放大器等，一般而言，产生负电压源常用的方法是使用负压电荷泵结构。

请参阅图1，图1为现有的负压电荷泵结构的电路示意图。如图1所示，开关S1～S4均是理想开关。其中，时间段Φ1和时间段Φ2是反相的时钟，在时间段Φ1，开关S1和开关S2导通，开关S3和开关S4关断，电容Cf两端被充电至电压Vin；在时间段Φ2内，开关S1和开关S2关断，开关S3和开关S4导通，电容Cf对输出电容Co以及负载Ro放电。由于电容Cf的正极板接地，故输出为负压，即电压Vneg＝-Vin，也就是说，电压Vneg为电压Vin的负值，当电压Vin变化时，电压Vneg跟随其变化，无法保持稳定，且无法调节(举例来说，假设电压Vin为5V,无法进行调节以得到-3V输出)。

另一方面，由于技术和性能的限制，开关S1～S4的导通电阻较小，电容Cf的充电和放电速度很快，以至于无法通过一般的反馈控制方法使得输出电压Vneg独立于输入电压Vin并保持稳定。

因此，如何提供一种能输出稳定且可调节的负电压的负压电荷泵电路，即为各家业者亟待解决的课题。

发明内容

鉴于习知技术的种种缺失，本发明的主要目的，即在于提供一种能输出稳定且可调节的负电压的负压电荷泵电路。

为了达到上述目的及其他目的，本发明遂提供一种负压电荷泵电路，应用于集成电路中，该负压电荷泵电路包括第一电容、第二电容、第一及第二电阻、第一到第四晶体管、比较器、基准电压产生单元、时钟发生单元、逻辑控制单元、开关驱动单元以及电流控制单元。该第一电容具有正端及负端；该第一晶体管一端连接至高电位，另一端连接至该第一电容的正端；该第二晶体管一端连接至该第一电容的负端，另一端接地；该第三晶体管一端连接至该第一晶体管及该第一电容的正端，另一端接地；该第二电容具有正端及负端，该第二电容的正端接地；该第四晶体管一端连接至该第二晶体管及该第一电容的负端，另一端连接至该第二电容的负端；该比较器具有正输入端、负输入端以及输出端；该第一电阻一端连接至该第四晶体管及该第二电容的负端，另一端连接至该比较器的负输入端；该基准电压产生单元用以产生稳定的基准电压；该第二电阻一端连接至该第一电阻及该比较器的负输入端，另一端连接至该基准电压产生单元；该时钟发生单元用以产生时钟信号；该逻辑控制单元具有第一输入端、第二输入端及输出端，该第一输入端连接至该比较器的输出端，该第二输入端连接至该时钟发生单元，以及该输出端用以输出时序控制信号；该开关驱动单元连接至该逻辑控制单元，用以接收该时序控制信号，以及分别连接至该第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第四晶体管的栅极，用以依据该时序控制信号控制该第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管或第四晶体管的导通或关断；该电流控制单元连接于该开关驱动单元及该第三晶体管之间，用以控制该第三晶体管导通时的电流大小；其中，该第一晶体管及第二晶体管同时导通或关断，该第三晶体管及第四晶体管同时导通或关断，以及该第一晶体管与该第三晶体管反相导通或反相关断。

于一实施例中，该第一电容或第二电容为外接元器件。

于一实施例中，该第一电容为飞电容。

于一实施例中，该第二电容为输出稳压滤波电容。

于一实施例中，该负压电荷泵电路还包括第三电阻，与该第二电容并联。

于一实施例中，该第三电阻为等效输出负载。

于一实施例中，该逻辑控制单元为或逻辑门。

于一实施例中，该电流控制单元还包括基准电流产生组件、第五晶体管以及第六晶体管。该基准电流产生组件一端连接至高电位，用以产生基准电流；该第五晶体管一端连接至该基准电流产生组件，另一端接地；以及该第六晶体管一端连接至高电位，另一端连接至该第五晶体管的栅极，且该第六晶体管的栅极连接至该基准电流产生组件；其中，该开关驱动单元控制该第三晶体管导通时，该第三晶体管的栅极连接至该第五晶体管的栅极。

相较于习知技术，由于本发明的负压电荷泵电路能够产生稳定的负电压输出，该负电压输出与输入电压和负载电流大小无关，并能通过调节基准电压或是第一电阻比第二电阻的比值，从而调节该负电压输出，充分地解决了现有技术的缺失。此外，由于电流控制单元的存在，不仅使得该负电压输出稳定，而且提供了一种自然的短路保护机制，当输出短路时，输出电流被限制住，不会失控造成电路损坏，同时由于跳周期控制机制，本发明的负压电荷泵电路即使在轻载的条件下也有优异的能效。