一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路制造技术

本发明专利技术公开了一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路，涉及电源技术领域，该电荷泵电路包括电荷泵驱动电路、采样负反馈环路、压控振荡器，电荷泵电路工作于轻载模式或重载模式：当电荷泵电路工作于轻载模式时，压控振荡器根据高压输出电压调节电荷泵驱动电路的工作频率对高压输出电压进行频率调制，降低电荷泵自身的损耗，提高了电荷泵的效率；当电荷泵电路工作于重载模式时，压控振荡器控制电荷泵驱动电路的工作频率为恒定值，采样负反馈环路根据高压输出电压调节电荷泵驱动电路的输入端的电压差对高压输出电压进行负反馈的线性调制，提高了EMC性能；使得电荷泵电路在不同负载情况下都有较优的性能。不同负载情况下都有较优的性能。不同负载情况下都有较优的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路


[0001]本专利技术涉及电源
，尤其是一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路。

技术介绍

[0002]在实际集成电路使用中，许多情况下有对升压电路的需求，即能使输出电压高于输入电压的电路。现存的非隔离型升压电路一般分为两类，BOOST转换器和电荷泵。BOOST转换器及其同类电路，利用了电感的磁能量存储能力，依次将输出电压抬升至高于输入电压的水平，但该类电路的缺点在于需要电感，无论是直接使用分离电感还是用SIP将电感与集成电路封装到一起，都需要额外的工序，操作复杂且有额外花费。电荷泵电路则利用电容逐级搬运电荷的方式得到高于输入电压的输出电压。在大部分工艺下，电容可以直接集成在片内，因此无需额外的工序，在轻负载应用下，电荷泵是更优的选择。
[0003]现有常见的电荷泵电路如图1和2所示，图1是dickson电荷泵，图2是两倍cross
‑
couple电荷泵，但这些常规电荷泵的输出电压是固定值，无法改变，如果既需要较大的电流输出能力，而电荷泵的最大电压又受限，那么只能加大飞电容C
FLY
(fly capacitor)，耗费巨大的片上面积。

技术实现思路

[0004]本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路，该电荷泵电路包括电荷泵驱动电路、采样负反馈环路、压控振荡器，电荷泵驱动电路内部包括飞电容，电荷泵驱动电路的输入电源端连接高压输入电压V
IN
，电荷泵驱动电路的输入电源端还通过电容C1连接电荷泵驱动电路的输入地端HGND，电荷泵驱动电路的输出端作为电荷泵电路的输出端输出高压输出电压V
CP
；电荷泵电路工作于轻载模式或重载模式：
[0006]当电荷泵电路工作于轻载模式时，压控振荡器根据高压输出电压V
CP
调节电荷泵驱动电路的工作频率对高压输出电压V
CP
进行频率调制；
[0007]当电荷泵电路工作于重载模式时，压控振荡器控制电荷泵驱动电路的工作频率为恒定值，采样负反馈环路根据高压输出电压V
CP
调节电荷泵驱动电路的输入端的电压差V
IN
‑
V
HGND
对高压输出电压V
CP
进行负反馈的线性调制。
[0008]其进一步的技术方案为，当负载电流I
OUT
达到预定阈值、标识电荷泵电路工作于重载模式时，压控振荡器控制电荷泵驱动电路的工作频率为恒定值且为最高工作频率f
FIX
；
[0009]当负载电流I
OUT
小于预定阈值、标识电荷泵电路工作于轻载模式时，压控振荡器控制电荷泵驱动电路的工作频率与负载电流I
OUT
成正比且低于最高工作频率f
FIX
。
[0010]其进一步的技术方案为，采样负反馈环路包括第一跨阻放大器、电流采样电路、电阻R
REG
、N型开关管M
N1
和P型开关管M
P4
，第一跨阻放大器的同相输入端获取参考电流I
REF
，第
一跨阻放大器的反相输入端通过电流采样电路连接电荷泵电路的输出端，电流采样电路中的P型开关管M
P1
的漏极连接第一跨阻放大器的反相输入端，M
P1
的源极通过电阻R
SNS
连接电荷泵电路的输出端，M
P1
的栅极连接电荷泵驱动电路的输入电源端，第一跨阻放大器的反相输入端获取对高压输出电压V
CP
进行电流采样后产生的采样电流I
SNS
；第一跨阻放大器的输出端连接N型开关管M
N1
的栅极，M
N1
的源极接地，M
N1
的漏极通过电阻R
REG
连接至电荷泵驱动电路的输入电源端，M
N1
的漏极连接P型开关管M
P4
的漏极，M
P4
的源极连接电荷泵驱动电路的输入地端HGND，M
P4
的漏极接地。
[0011]其进一步的技术方案为，电荷泵电路还包括第二跨阻放大器和钳位电路，第二跨阻放大器的反相输入端连接电流采样电路获取对高压输出电压V
CP
进行电流采样后产生的采样电流I
SNS
，第二跨阻放大器的同相输入端获取电阻R
REG
上电流值；第二跨阻放大器的输出端连接压控振荡器的电压输入端，钳位电路还连接压控振荡器的电压输入端提供钳位电压；
[0012]当第二跨阻放大器的同相输入端与反相输入端的电流差值超过差值阈值、使得第二跨阻放大器的输出超过钳位电压时，压控振荡器在钳位电压的作用下给电荷泵驱动电路提供恒定值的工作频率；
[0013]当第二跨阻放大器的同相输入端与反相输入端的电流差值不超过差值阈值、使得第二跨阻放大器的输出不超过钳位电压时，压控振荡器在第二跨阻放大器的输出电压的作用下给电荷泵驱动电路提供与负载电流I
OUT
相关的工作频率。
[0014]其进一步的技术方案为，电荷泵电路还包括构成电流镜的P型开关管M
P2
和P型开关管M
P3
，电阻R
REG
通过M
P3
连接电荷泵驱动电路的输入电源端，M
P2
的源极和M
P3
的源极均连接电荷泵驱动电路的输入电源端，M
P2
和M
P3
的栅极相连并连接M
P3
的漏极，M
P3
的漏极连接电阻R
REG
，M
P2
的漏极连接第二跨阻放大器的同相输入端，其中，R
SNS
＝α
×
R
REG
且α＝X，X是电荷泵驱动电路内级联的泵组支路的级数。
[0015]其进一步的技术方案为，第二跨阻放大器的反相输入端获取到的采样电流为第二跨阻放大器的同相输入端获取到的电阻R
REG
上电流值为当第二跨阻放大器的同相输入端与反相输入端的电流差值不超过差值阈值、使得第二跨阻放大器的输出不超过钳位电压时，压控振荡器在第二跨阻放大器的输出电压的作用下给电荷泵驱动电路提供的工作频率为C
FLY
是电荷泵驱动电路内部的飞电容的容值，ΔV是理想高压输出V
CP_ideal
与实际的高压输出电压V
CP
的差值且有V
TH
是开关管的阈值电压。
[0016]本专利技术的有益技术效果是：
[0017]本申请公开了一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自适应混合线性调制和频率调制的电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵电路包括电荷泵驱动电路、采样负反馈环路、压控振荡器，所述电荷泵驱动电路内部包括飞电容，所述电荷泵驱动电路的输入电源端连接高压输入电压V
IN
，所述电荷泵驱动电路的输入电源端还通过电容C1连接电荷泵驱动电路的输入地端HGND，所述电荷泵驱动电路的输出端作为所述电荷泵电路的输出端输出高压输出电压V
CP
；所述电荷泵电路工作于轻载模式或重载模式：当所述电荷泵电路工作于轻载模式时，所述压控振荡器根据所述高压输出电压V
CP
调节所述电荷泵驱动电路的工作频率对所述高压输出电压V
CP
进行频率调制；当所述电荷泵电路工作于重载模式时，所述压控振荡器控制所述电荷泵驱动电路的工作频率为恒定值，所述采样负反馈环路根据所述高压输出电压V
CP
调节所述电荷泵驱动电路的输入端的电压差V
IN
‑
V
HGND
对所述高压输出电压V
CP
进行负反馈的线性调制。2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，当负载电流I
OUT
达到预定阈值、标识所述电荷泵电路工作于重载模式时，所述压控振荡器控制所述电荷泵驱动电路的工作频率为恒定值且为最高工作频率f
FIX
；当负载电流I
OUT
小于所述预定阈值、标识所述电荷泵电路工作于轻载模式时，所述压控振荡器控制所述电荷泵驱动电路的工作频率与负载电流I
OUT
成正比且低于所述最高工作频率f
FIX
。3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述采样负反馈环路包括第一跨阻放大器、电流采样电路、电阻R
REG
、N型开关管M
N1
和P型开关管M
P4
，所述第一跨阻放大器的同相输入端获取参考电流I
REF
，所述第一跨阻放大器的反相输入端通过所述电流采样电路连接所述电荷泵电路的输出端，所述电流采样电路中的P型开关管M
P1
的漏极连接所述第一跨阻放大器的反相输入端，M
P1
的源极通过电阻R
SNS
连接所述电荷泵电路的输出端，M
P1
的栅极连接所述电荷泵驱动电路的输入电源端，所述第一跨阻放大器的反相输入端获取对所述高压输出电压V
CP
进行电流采样后产生的采样电流I
SNS
；所述第一跨阻放大器的输出端连接N型开关管M
N1
的栅极，M
N1
的源极接地，M
N1
的漏极通过电阻R
REG
连接至所述电荷泵驱动电路的输入电源端，M
N1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李响，蔡胜凯，董渊，
申请(专利权)人：无锡英迪芯微电子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：