CN105162321B - 用于g类放大器中的电荷泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于G类放大器中的电荷泵，其包括：第一输出端；第二输出端；输入电压端；第一中间连接节点；第二中间连接节点；连接于第一输出端和接地端之间的第一输出电容；连接于第二输出端和接地端之间的第二输出电容；连接于输入电压端和第一中间连接节点之间的第一开关；连接于第一中间连接节点和第一输出端之间的第三开关；连接于第一中间连接节点和第二输出端之间的第五开关；连接于第一中间连接节点和第二中间连接节点之间的飞电容；连接于第二中间连接节点和第一输出端之间的第二开关；连接于第二中间连接节点和接地端之间的第四开关。本发明中的电荷泵，只需要一个飞电容，结构简单，成本低。

Description

用于G类放大器中的电荷泵

【技术领域】

本发明涉及电荷泵领域，特别涉及一种用于G类放大器中的电荷泵。

【背景技术】

G类放大器(Class G amplifier)通常被用于音频电路中提高效率，节省电能。G类放大器中一般包含了一个电荷泵电路，其能够产生正、负电压。公开号为US20130314151的美国专利申请中描述了一种电荷泵电路，如图1所示的，其通过两个飞电容(flyingcapacitor)Cf1和Cf2构成两种工作模式，第一工作模式下产生-VDD/2和+VDD/2；第二工作模式下产生-VDD和+VDD，其中VDD为输入电压。

两个飞电容需要较多的外围器件，会增加成本，同时因需要较多印刷电路板面积而不利于小型化。同时，两个飞电容需要4个芯片管脚，这样会增加芯片封装，也不利于小型化，且封装越大，成本越高。

因此有必要提供一种新的解决方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种用于G类放大器中的电荷泵，其只需要一个飞电容，结构简单，成本低。

为实现上述目的，本发明提供一种电荷泵，其包括：第一输出端；第二输出端；输入电压端；第一中间连接节点；第二中间连接节点；连接于第一输出端和接地端之间的第一输出电容；连接于第二输出端和接地端之间的第二输出电容；连接于输入电压端和第一中间连接节点之间的第一开关；连接于第一中间连接节点和第一输出端之间的第三开关；连接于第一中间连接节点和第二输出端之间的第五开关；连接于第一中间连接节点和第二中间连接节点之间的飞电容；连接于第二中间连接节点和第一输出端之间的第二开关；连接于第二中间连接节点和接地端之间的第四开关。

进一步的，在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；在第二阶段，第三开关和第四开关导通，其余开关截止；在第三阶段，第四开关导通和第五开关导通，其余开关截止。

进一步的，第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通或截止，在第一时钟信号为有效电平时，第一开关和第二开关的导通，在第一时钟信号为无效电平时，第一开关和第二开关的截止；第二时钟信号控制第三开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关截止；第三时钟信号控制第五开关的导通或截止，在第三时钟信号为有效电平时，第五开关导通，在第三时钟信号为无效电平时，第五开关截止；第二时钟信号或第三时钟信号共同控制第四开关的导通或截止，在第二时钟信号或第三时钟信号为有效电平时，第四开关导通，在第二时钟信号或第三时钟信号均为无效电平时，第四开关截止，第一时钟信号、第二时钟信号和第三时钟信号是有效电平不交叠时钟。

进一步的，所述电荷泵还包括还有第一或门，第一时钟信号与第一开关和第二开关的控制端相连；第二时钟信号与第三开关的控制端相连；第二时钟信号还与所述第一或门的第一输入端相连，第三时钟信号与所述第一或门的第二输入端相连；第三时钟信号还与第五开关的控制端相连，有效电平为高电平，无效电平为低电平。

进一步的，在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；在第二阶段，第三开关和第四开关导通，其余开关截止；在第三阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止；在第四个阶段，第四开关导通和第五开关导通，其余开关截止。

进一步的，第一时钟信号和第三时钟信号共同控制第一开关和第二开关的导通或截止，在第一时钟信号或第三时钟信号为有效电平时，第一开关和第二开关的导通，在第一时钟信号或第三时钟信号为无效电平时，第一开关和第二开关的截止；第二时钟信号控制第三开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关截止；第四时钟信号控制第五开关的导通或截止，在第四时钟信号为有效电平时，第五开关导通，在第四时钟信号为无效电平时，第五开关截止；第二时钟信号或第四时钟信号共同控制第四开关的导通或截止，在第二时钟信号或第四时钟信号为有效电平时，第四开关导通，在第二时钟信号或第四时钟信号均为无效电平时，第四开关截止，第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号是有效电平不交叠时钟。

与现有技术相比，本发明中的电荷泵，只需要一个飞电容，结构简单，成本低。

【附图说明】

结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中：

图1为现有的电荷泵的电路示意图；

图2为本发明中的电荷泵在一个实施中的电路示意图；

图3为本发明中的电荷泵在另一个实施中的电路示意图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。本发明中的“多个”、“若干”表示两个或两个以上。本发明中的“和/或”表示“和”或者“或”。

图2为本发明中的电荷泵在一个实施中的电路示意图。如图2所示的，所述电荷泵包括：第一输出端VO1、第二输出端VO2、输入电压端、第一中间连接节点M1、第二中间连接节点M2、连接于第一输出端VO1和接地端之间的第一输出电容Co1、连接于第二输出端VO2和接地端之间的第二输出电容Co2、连接于输入电压端和第一中间连接节点M1之间的第一开关S11、连接于第一中间连接节点M1和第一输出端VO1之间的第三开关S21、连接于第一中间连接节点M1和第二输出端VO2之间的第五开关S31、连接于第一中间连接节点M1和第二中间连接节点M2之间的飞电容C1、连接于第二中间连接节点M2和第一输出端VO1之间的第二开关S12、连接于第二中间连接节点M2和接地端之间的第四开关S22。输入电压端与输入电压源VDD相连。

在一个实施例中，分三个阶段来控制各个开关的导通或截止，以使得所述电荷泵产生相应的输出电压。

在第一阶段，第一开关S11和第二开关S12导通，其余开关截止。此时飞电容C1与第一输出电容Co1串联后，再与输入电压源VDD并联。

因此有:VC1+VO1＝VDD (1)

其中VC1为飞电容C1两端的电压值，VDD为输入电压源VDD的电压值，VO1为第一输出端的电压。

在第二阶段，第三开关S21和第四开关S22导通，其余开关截止。此时，飞电容C1与第一输出电容Co1并联。

因此有:VC1＝VO1 (2)

在第三阶段，第四开关S22导通和第五开关S31导通，其余开关截止。飞电容C1以反向连接方式与第二输出电容Co2并联。

因此有:-VC1＝VO2 (3)

其中VO2为第二输出端的电压。

联立上述三个方程式求解可得:

VC1＝+VDD/2，VO1＝+VDD/2，VO2＝-VDD/2

如图2所示的，第一时钟信号CK1控制第一开关S11和第二开关S12的导通或截止，在第一时钟信号CK1为有效电平时，第一开关S11和第二开关S12的导通，在第一时钟信号CK1为无效电平时，第一开关S11和第二开关S12的截止。第二时钟信号CK2控制第三开关S21的导通或截止，在第二时钟信号CK2为有效电平时，第三开关S21导通，在第二时钟信号CK2为无效电平时，第三开关S21截止。第三时钟信号CK3控制第五开关S31的导通或截止，在第三时钟信号CK3为有效电平时，第五开关S31导通，在第三时钟信号CK3为无效电平时，第五开关S31截止。第二时钟信号CK2或第三时钟信号CK3共同控制第四开关S22的导通或截止，在第二时钟信号CK2或第三时钟信号CK3为有效电平时，第四开关S22导通，在第二时钟信号CK2或第三时钟信号CK3均为无效电平时，第四开关S22截止。第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2和第三时钟信号CK3是有效电平不交叠时钟。

如图2所示的，所述电荷泵还包括还有第一或门OR11。第一时钟信号CK1与第一开关S11和第二开关S12的控制端相连。第二时钟信号CK2与第三开关S21的控制端相连。第二时钟信号CK2还与所述第一或门OR11的第一输入端相连。第三时钟信号CK3与所述第一或门OR的第二输入端相连。第三时钟信号CK3还与第五开关S31的控制端相连，有效电平为高电平，无效电平为低电平。

图3为本发明中的电荷泵在另一个实施中的电路示意图。如3中的电荷泵与图2中的电荷泵基本相同，不同之处在于图3中的第一开关S11、第二开关S12、第三开关S21、第四开关S22、第五开关S31的控制时序有所不同。

在该实施例中，分四个阶段来控制各个开关的导通或截止，以使得所述电荷泵产生相应的输出电压。

在第一阶段，第一开关S11和第二开关S12导通，其余开关截止。飞电容C1与第一输出电容Co1串联后，再与输入电压源VDD并联。

因此有:VC1+VO1＝VDD (1)

其中VC1为电容C1两端的电压值，VDD为输入电压源VDD的电压值，VO1为第一输出电压。

在第二阶段，第三开关S21和第四开关S22导通，其余开关截止。飞电容C1与第一输出电容Co1并联。

因此有:VC1＝VO1 (2)

在第三阶段，第一开关S11和第二开关S12导通，其余开关截止。飞电容C1与第一输出电容Co1串联后，再与输入电压源VDD并联。

因此:VC1+VO1＝VDD (3)

在第四个阶段，第四开关S22导通和第五开关S31导通，其余开关截止。飞电容C1以反向连接方式与第二输出电容Co2并联。

因此有:VC1＝-VO2 (4)

其中VC1为电容C1两端的电压值，VO2为第二输出端的电压。

在此实施例中，第一时钟信号CK1和第三时钟信号CK3共同控制第一开关S11和第二开关S12的导通或截止，在第一时钟信号CK1或第三时钟信号CK3为有效电平时，第一开关S11和第二开关S12的导通，在第一时钟信号CK1或第三时钟信号CK3为无效电平时，第一开关S11和第二开关S12的截止。第二时钟信号CK2控制第三开关S21的导通或截止，在第二时钟信号CK2为有效电平时，第三开关S21导通，在第二时钟信号CK2为无效电平时，第三开关S21截止。第四时钟信号CK4控制第五开关S31的导通或截止，在第四时钟信号CK4为有效电平时，第五开关S31导通，在第四时钟信号CK4为无效电平时，第五开关S31截止。第二时钟信号CK2或第四时钟信号CK4共同控制第四开关S22的导通或截止，在第二时钟信号CK2或第四时钟信号CK4为有效电平时，第四开关S22导通，在第二时钟信号CK2或第四时钟信号CK4均为无效电平时，第四开关S22截止。第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2、第三时钟信号CK3和第四时钟信号CK4是有效电平不交叠时钟。

如图3所示的，所述电荷泵还包括第一或门OR1、第二或门OR2、第三或门OR3。第一时钟信号CK1和第三时钟信号CK3分别与第三或门OR3的第一输入端和第二输入端相连，第三或门OR3的输出端与第一开关S11的控制端相连。第二时钟信号CK2与第三开关S21的控制端相连。第一时钟信号CK11和第三时钟信号CK12分别与第二或门OR2的第一输入端和第二输入端相连，第二或门OR2的输出端与第二开关S12的控制端相连。第二时钟信号CK2和第四时钟信号CK4分别与第一或门OR1的第一输入端和第二输入端相连，第一或门OR1的输出端与第四开关S22的控制端相连。第四时钟信号CK4还与第五开关S31的控制端相连，有效电平为高电平，无效电平为低电平。

在本发明中，主要描述了产生-VDD/2和+VDD/2的工作模式，而采用现有技术很容易构建-VDD和+VDD.为了简化描述此处省略。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于所述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种电荷泵，其特征在于，其包括：

第一输出端；

第二输出端；

输入电压端；

第一中间连接节点；

第二中间连接节点；

连接于第一输出端和接地端之间的第一输出电容；

连接于第二输出端和接地端之间的第二输出电容；

连接于输入电压端和第一中间连接节点之间的第一开关；

连接于第一中间连接节点和第一输出端之间的第三开关；

连接于第一中间连接节点和第二输出端之间的第五开关；

连接于第一中间连接节点和第二中间连接节点之间的飞电容；

连接于第二中间连接节点和第一输出端之间的第二开关；

连接于第二中间连接节点和接地端之间的第四开关，

在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止，在第二阶段，第三开关和第四开关导通，其余开关截止，在第三阶段，第四开关导通和第五开关导通，其余开关截止。

2.根据权利要求1所述的电荷泵，其特征在于，

第一时钟信号控制第一开关和第二开关的导通或截止，在第一时钟信号为有效电平时，第一开关和第二开关的导通，在第一时钟信号为无效电平时，第一开关和第二开关的截止；

第二时钟信号控制第三开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关截止；

第三时钟信号控制第五开关的导通或截止，在第三时钟信号为有效电平时，第五开关导通，在第三时钟信号为无效电平时，第五开关截止；

第二时钟信号或第三时钟信号共同控制第四开关的导通或截止，在第二时钟信号或第三时钟信号为有效电平时，第四开关导通，在第二时钟信号或第三时钟信号均为无效电平时，第四开关截止，

第一时钟信号、第二时钟信号和第三时钟信号是有效电平不交叠时钟。

3.根据权利要求2所述的电荷泵，其特征在于，其还包括还有第一或门，

第一时钟信号与第一开关和第二开关的控制端相连；

第二时钟信号与第三开关的控制端相连；

第二时钟信号还与所述第一或门的第一输入端相连，

第三时钟信号与所述第一或门的第二输入端相连；

第三时钟信号还与第五开关的控制端相连，

有效电平为高电平，无效电平为低电平。

4.一种电荷泵，其特征在于，其包括：

第一输出端；

第二输出端；

输入电压端；

第一中间连接节点；

第二中间连接节点；

连接于第一输出端和接地端之间的第一输出电容；

连接于第二输出端和接地端之间的第二输出电容；

连接于输入电压端和第一中间连接节点之间的第一开关；

连接于第一中间连接节点和第一输出端之间的第三开关；

连接于第一中间连接节点和第二输出端之间的第五开关；

连接于第一中间连接节点和第二中间连接节点之间的飞电容；

连接于第二中间连接节点和第一输出端之间的第二开关；

连接于第二中间连接节点和接地端之间的第四开关，

在第一阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止，在第二阶段，第三开关和第四开关导通，其余开关截止，在第三阶段，第一开关和第二开关导通，其余开关截止，在第四个阶段，第四开关导通和第五开关导通，其余开关截止。

5.根据权利要求4所述的电荷泵，其特征在于，

第一时钟信号和第三时钟信号共同控制第一开关和第二开关的导通或截止，在第一时钟信号或第三时钟信号为有效电平时，第一开关和第二开关的导通，在第一时钟信号或第三时钟信号均为无效电平时，第一开关和第二开关的截止；

第二时钟信号控制第三开关的导通或截止，在第二时钟信号为有效电平时，第三开关导通，在第二时钟信号为无效电平时，第三开关截止；

第四时钟信号控制第五开关的导通或截止，在第四时钟信号为有效电平时，第五开关导通，在第四时钟信号为无效电平时，第五开关截止；

第二时钟信号或第四时钟信号共同控制第四开关的导通或截止，在第二时钟信号或第四时钟信号为有效电平时，第四开关导通，在第二时钟信号或第四时钟信号均为无效电平时，第四开关截止，

第一时钟信号、第二时钟信号、第三时钟信号和第四时钟信号是有效电平不交叠时钟。

6.根据权利要求5所述的电荷泵，其特征在于，其还包括还有第一或门、第二或门、第三或门，

第一时钟信号和第三时钟信号分别与第三或门的第一输入端和第二输入端相连，第三或门的输出端与第一开关的控制端相连；

第二时钟信号与第三开关的控制端相连；

第一时钟信号和第三时钟信号分别与第二或门的第一输入端和第二输入端相连，第二或门的输出端与第二开关的控制端相连；

第二时钟信号和第四时钟信号分别与第一或门的第一输入端和第二输入端相连，第一或门的输出端与第四开关的控制端相连；

第四时钟信号还与第五开关的控制端相连，

有效电平为高电平，无效电平为低电平。