CN102183983B - 保持恒定输出电流的电荷泵的实现方法及其电荷泵 - Google Patents
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Abstract
一种保持恒定输出电流的电荷泵的实现方法及其电荷泵，其将电荷泵主体电路的外部输入电压与参考电压相比较，比较结果输入时钟产生电路输出相应的时钟振荡频率，使电荷泵主体电路输出的电流值恒定。电荷泵主体电路的输出经电压反馈及比较电路接于电荷泵主体电路的使能端。本发明动态地检测外部电压，当外部电压发生变化时，根据外部输入电压的大小，可以选择相应的时钟振荡频率，使电荷泵输出电流恒定，从而减小电荷泵输出电压纹波，提高输出电压稳定性。本发明实现方式及结构简单，成本低。
Description
技术领域
本发明属于电子芯片电荷泵领域，涉及一种保持恒定输出电流的电荷泵的实现方法以及采用该方法保持恒定输出电流的电荷泵。
背景技术
电荷泵电路被广泛地应用于各类电子芯片中，其原理是利用电容上的电荷累积效应来产生高于输入电压的电压。通常情况下，一个一级电荷泵能够提供的最大电压是2倍的输入电压，两级电荷泵能够提供的最大电压为3倍的输入电压。
电荷泵系统一般主要包含三个电路模块：时钟振荡器、反馈电路和比较器电路以及电荷泵主体电路。时钟振荡器产生一个时钟信号，对电荷泵主体电路进行电荷激励；通过反馈电路和比较器电路确定输出电压的大小；通过电荷泵主体电路实现升压的功能。
为芯片内部电路供电的电荷泵电路，一般是根据输出电流负载要求，再外加一定的裕度来设计。由于外部输入电压变化范围较大，目前是根据外部输入电压的最小值设计电荷泵电路，使其输出电流的驱动能力满足用电模块的要求。根据电荷泵的工作原理，输出电流的公式为：
Iout，max＝C*(2vext-vtarget)*fclk，——①
其中：Iout，max表示电荷泵输出电流最大值；C表示电容值；vext表示外部输入电压值；vtarget表示电荷泵最终输出电压目标值；fclk表示时钟信号的频率。
由公式①知，当外部输入电压升高时，电荷泵输出电流随之升高，对于固定不变的负载电流来说，电荷泵电路驱动能力是足够的。但是，随着工艺的发展和对于电压性能要求的提高，这种解决方案的缺点和局限性就越来越明显。由于输出电流变大，而负载电流基本保持不变，在同样负载电容的情况下输出电压的过冲很大，电荷泵的输出电压纹波比较大，导致输出电压稳定性不好。为了解决输出电压的过冲问题，需要在芯片内部增加较多的负载稳压电容，这不仅要占据芯片内很大的面积，使得芯片整体面积很大，而且成本很高。输出电压稳定性不好，还会导致后续用电模块电路性能变差，影响整个芯片的性能参数，比如时序性能、速度性能参数等等。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题，本发明提供了一种保持恒定输出电流的电荷泵的实现方法及其电荷泵，其电荷泵输出电压纹波小，稳定性好。
本发明的技术解决方案如下：
一种输出电流恒定的电荷泵的实现方法，该方法的实现包括：
(1.1)根据外部最小电压值设计电荷泵主体电路；
(1.2)将电荷泵主体电路的外部输入电压与参考电压相比较；
(1.3)根据外部输入电压与参考电压的比较结果，输出相应的时钟振荡频率，使电荷泵主体电路输出的电流值恒定。
上述步骤(1.2)将电荷泵主体电路的外部输入电压与参考电压相比较时，所选择的参考电压为一个、二个或多个。
上述步骤(1.3)根据外部输入电压与参考电压的比较结果选择相应的时钟振荡频率，具体是：当外部输入电压升高时，降低输出的时钟振荡频率；当外部输入电压降低时，升高输出的时钟振荡频率。
上述时钟振荡频率输出的升高、降低，是通过具有频率调节功能的时钟产生电路实现。
上述时钟产生电路是环路震荡电路，或电流对电容充放电的振荡电路。
实现上述方法的的电荷泵，包括：电荷泵主体电路，该电荷泵主体电路的输入端分别与外部输入电压和时钟振荡电路相连接，该电荷泵主体电路的输出端接电压反馈及比较电路的输入端，所述电压反馈及比较电路的输出端接电荷泵主体电路的使能端；
上述时钟振荡电路是具有频率调节功能的时钟产生电路；上述时钟产生电路的输入端通过外部电压检测电路与外部输入电压相连接。
上述外部电压检测电路包括将外部输入电压与参考电压进行比较的比较电路。
上述时钟产生电路为环路震荡电路或电流对电容充放电的振荡电路。
本发明的优点如下：
本发明动态地检测外部电压，当外部电压发生变化时，根据外部输入电压的大小，可以选择相应的时钟振荡频率，使电荷泵输出电流恒定，从而减小电荷泵输出电压纹波，提高输出电压稳定性。
本发明输出电压稳定性好，可确保芯片具有较好的性能参数。
本发明实现方式及结构简单，所占芯片内部的面积很小，而且成本低。
附图说明
图1是电荷泵输出电流随外部输入电压变化的示意图；
图2是电荷泵输出电流随时钟振荡频率变化的示意图；
图3是本发明的结构原理示意图。
附图标号说明：
1-外部电压检测电路，2-时钟产生电路，3-电荷泵主体电路，4-电压反馈及比较电路。
具体实施方式
根据电荷泵工作原理，电荷泵输出电流的大小随外部输入电压的增大而增大，参见图1；同时，电荷泵输出电流的大小也随时钟振荡频率的升高而增大，参见图2。
本发明动态地检测外部输入电压，根据外部输入电压的大小，选择相应的时钟振荡频率，使电荷泵输出电流恒定，以减小电荷泵输出电压纹波，提高输出电压稳定性。本发明的实现方法如下：
(1.1)根据外部最小电压值设计电荷泵主体电路。
(1.2)将电荷泵主体电路的外部输入电压与参考电压相比较。
外部电压检测电路对外部输入电压进行检测，在将外部输入电压与参考电压进行比较时，参考电压可以选择一个、二个或多个。参考电压选取的值越多，且每个值之间的压差越小，则可以选择的步进就越多，电荷泵的调节精度会更高。
(1.3)根据外部输入电压与参考电压的比较结果，输出相应的时钟振荡频率，使电荷泵主体电路输出电流值恒定。
根据外部输入电压的大小即根据外部输入电压与参考电压的比较结果，选择相应的时钟振荡频率，使电荷泵电路输出电流值恒定。具体是：当外部输入电压较高时，选择较低的时钟振荡频率；反之，当外部输入电压较低时，选择较高的时钟振荡频率，以使输出电流驱动能力相对保持恒定。时钟振荡频率可以通过具有频率调节功能的时钟产生电路实现，例如：环路震荡电路，或电流对电容充放电的振荡电路。
图3所示是采用本发明方法的一种输出电流恒定的电荷泵，
外部电压检测电路检测外部输入电压，将外部输入电压与参考电压进行比较，将比较结果输入具有频率调节功能的时钟产生电路。时钟产生电路为环路震荡电路或电流对电容充放电的振荡电路。
时钟产生电路将相应的时钟振荡频率输入电荷泵主体电路，使电荷泵主体电路输出的电流值恒定。
电荷泵主体电路的输出的反馈电压经电压反馈及比较电路接入电荷泵主体电路的使能端。
Claims (2)
1.一种输出电流恒定的电荷泵的实现方法，该方法的实现包括：
(1.1)根据外部最小电压值设计电荷泵主体电路；
(1.2)将电荷泵主体电路的外部输入电压与参考电压相比较，其中所选择的参考电压为多个；
(1.3)根据外部输入电压与参考电压的比较结果，输出相应的时钟振荡频率，具体是：当外部输入电压升高时，降低输出的时钟振荡频率；当外部输入电压降低时，升高输出的时钟振荡频率；使电荷泵主体电路输出的电流值恒定；
所述的时钟振荡频率输出的升高、降低，是通过具有频率调节功能的时钟产生电路实现；所述的时钟产生电路具体是环路震荡电路，或电流对电容充放电的振荡电路。
2.一种实现权利要求1所述输出电流恒定的电荷泵方法的电荷泵，其包括：电荷泵主体电路，该电荷泵主体电路的输入端分别与外部输入电压和时钟振荡电路相连接，该电荷泵主体电路的输出端接电压反馈及比较电路的输入端，所述电压反馈及比较电路的输出端接电荷泵主体电路的使能端；其特征在于：
所述的时钟振荡电路是具有频率调节功能的时钟产生电路；
所述时钟产生电路的输入端通过外部电压检测电路与外部输入电压相连接；
所述的外部电压检测电路包括将外部输入电压与参考电压进行比较的比较电路；所述的时钟产生电路为环路震荡电路或电流对电容充放电的振荡电路。
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