CN106787687A - 一种电荷泵电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电荷泵电路，包括：电荷泵模块包括：N组并联的电荷泵和与N组电荷泵一一对应相连的N组电荷泵驱动电路，电荷泵驱动电路中输出级电路的电源端与电荷泵控制模块的输出端相连；电荷泵控制模块包括：检测单元，输入端与电荷泵模块的输出端相连，检测电荷泵模块的输出电压，并生成检测电压；调整单元，与检测单元的输出端相连，输出端作为电荷泵控制模块的输出端，对检测电压和第一预设参考电压进行比较，当检测电压大于第一预设参考电压时，减小电荷泵控制模块的输出电压，当检测电压小于第一预设参考电压时，增大电荷泵控制模块的输出电压。本发明能降低电荷泵驱动电路的功耗，调节电荷泵的能力，提高电荷泵电路的电流效率。

Description

一种电荷泵电路
技术领域
本发明涉及电路技术领域，特别是涉及一种电荷泵电路。
背景技术
图1是传统电荷泵电路的结构示意图，包括多组并联的电荷泵和多组电荷泵驱动电路，每组电荷泵驱动电路驱动一组电荷泵，多组并联的电荷泵的输出电压即为电荷泵电路的输出电压。
图1所示的传统电荷泵电路存在以下缺陷：电荷泵电路的输出电压摆幅由外部电源电压决定，当需要调整电荷泵电路的输出电压摆幅时，只能通过改变外部电源电压来实现，而无法实现内部调节。
发明内容
鉴于上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种电荷泵电路，以解决传统电荷泵电路无法实现内部调节输出电压摆幅的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例公开了一种电荷泵电路，包括电荷泵模块和电荷泵控制模块，其中，所述电荷泵模块包括：N组并联的电荷泵和与所述N组电荷泵一一对应相连的N组电荷泵驱动电路，所述电荷泵驱动电路中输出级电路的电源端与所述电荷泵控制模块的输出端相连；所述电荷泵控制模块包括：检测单元，所述检测单元的输入端与所述电荷泵模块的输出端相连，所述检测单元检测所述电荷泵模块的输出电压，并生成检测电压；调整单元，所述调整单元与所述检测单元的输出端相连，所述调整单元的输出端作为所述电荷泵控制模块的输出端，所述调整单元对所述检测电压和第一预设参考电压进行比较，当所述检测电压大于所述第一预设参考电压时，所述调整单元减小所述电荷泵控制模块的输出电压，当所述检测电压小于所述第一预设参考电压时，所述调整单元增大所述电荷泵控制模块的输出电压。
可选地，所述检测单元包括：第一电阻模块，所述第一电阻模块的一端与所述电荷泵模块的输出端相连；第二电阻模块，所述第二电阻模块的一端与所述第一电阻模块的另一端相连，所述第一电阻模块的另一端接地，所述第二电阻模块的一端和所述第一电阻模块的另一端作为所述检测单元的输出端。
可选地，所述第一电阻模块为第一电阻。
可选地，所述第二电阻模块为第二电阻。
可选地，所述调整单元包括：运算放大器，所述运算放大器的同相输入端与所述检测单元的输出端相连，所述运算放大器的反相输入端输入所述第一预设参考电压，所述运算放大器的电源端与电源相连；PMOS管，所述PMOS管的栅端与所述运算放大器的输出端相连，所述PMOS管的源端与所述电源相连，所述PMOS管的漏端作为所述调整单元的输出端。
可选地，每组所述电荷泵的电源端与所述电荷泵控制模块的输出端相连。
可选地，所述电荷泵控制模块还包括：第三电阻模块，所述第三电阻模块的一端与所述调整单元的输出端相连，所述第三电阻模块的另一端接地。
可选地，所述第三电阻模块为第三电阻。
可选地，所述电荷泵控制模块还包括：第四电阻模块，所述第四电阻模块的一端与所述第三电阻模块的另一端相连，所述第四电阻模块的另一端接地；比较器，所述比较器的第一输入端与所述第四电阻模块的一端相连，所述比较器的第二输入端输入第二预设参考电压，所述比较器的输出端与所述N组电荷泵驱动电路中至少一组的使能端相连。
可选地，所述第四电阻模块为第四电阻。
本发明实施例的电荷泵电路包括以下优点：通过检测单元检测电荷泵模块的输出电压并生成检测电压，进而当检测电压大于第一预设参考电压时，通过调整单元减小电荷泵控制模块的输出电压，当检测电压小于第一预设参考电压时，通过调整单元增大电荷泵控制模块的输出电压，电荷泵控制模块的输出电压作为电荷泵驱动电路中输出级电路的电源电压，实现在电荷泵电路内部调整电荷泵驱动电路的输出摆幅。这样，可以负反馈调整电荷泵的能力，减小了输出电压纹波，且由于电荷泵控制模块的输出电压小于电荷泵电路的电源电压，还可以降低电荷泵驱动电路的功耗。
附图说明
图1是传统电荷泵电路的结构示意图；
图2是本发明的一种电荷泵电路实施例的结构框图；
图3是本发明的一种电荷泵电路实施例的结构示意图；
图4是本发明的一种电荷泵电路实施例中电荷泵驱动电路的结构示意图。
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。
参照图2，其示出了本发明的一种电荷泵电路实施例的结构框图，具体可以包括如下模块：电荷泵模块1和电荷泵控制模块2，其中，电荷泵模块1可以包括：N组并联的电荷泵11和与N组电荷泵11一一对应相连的N组电荷泵驱动电路12，电荷泵驱动电路12中输出级电路121的电源端与电荷泵控制模块2的输出端相连；电荷泵控制模块2可以包括：检测单元21，检测单元21的输入端与电荷泵模块1的输出端相连，检测单元21检测电荷泵模块1的输出电压VDDP，并生成检测电压VREG；调整单元22，调整单元22与检测单元21的输出端相连，调整单元22的输出端作为电荷泵控制模块2的输出端，调整单元22对检测电压VREG和第一预设参考电压VREF1进行比较，当检测电压VREG大于第一预设参考电压VREF1时，调整单元22减小电荷泵控制模块2的输出电压VC，当检测电压VREG小于第一预设参考电压VREF1时，调整单元22增大电荷泵控制模块2的输出电压VC，以实现调整电荷泵驱动电路12的输出摆幅。其中，电荷泵11与对应的电荷泵驱动电路12的输出端相连。图2中，电荷泵驱动电路12中输出级电路121未示出。
这样，可以实现负反馈调整电荷泵模块1中各电荷泵11的能力，即调整电荷泵模块1的输出电压VDDP，且由于电荷泵控制模块2的输出电压VC小于电荷泵电路的电源电压VDD，还可以降低电荷泵驱动电路12的功耗。
可选地，参照图3，检测单元21可以包括：第一电阻模块23，第一电阻模块23的一端与电荷泵模块1的输出端相连；第二电阻模块24，第二电阻模块24的一端与第一电阻模块23的另一端相连，第一电阻模块23的另一端接地，第二电阻模块24的一端和第一电阻模块23的另一端作为检测单元21的输出端。可选地，参照图3，第一电阻模块23可以为第一电阻R1。可选地，参照图3，第二电阻模块24可以为第二电阻R2。
可选地，参照图3，调整单元22可以包括：运算放大器25，运算放大器25的同相输入端与检测单元21的输出端相连，运算放大器25的反相输入端输入第一预设参考电压VREF1，运算放大器25的电源端与电源相连；PMOS管P，PMOS管P的栅端与运算放大器25的输出端相连，PMOS管P的源端与电源相连，PMOS管P的漏端作为调整单元22的输出端。
可选地，在本发明的一个实施例中，每组电荷泵11的电源端可以与电源相连或与电荷泵控制模块2的输出端相连。其中，参照图3，当电荷泵11的电源端与电荷泵控制模块2的输出端相连时，可以加速调整电荷泵模块1的输出电压VDDP提供电流的能力。
具体地，电荷泵控制模块2的输出端电压越低，电荷泵模块1的输出电压VDDP提供电流的能力越弱；电荷泵控制模块2的输出端电压越高，电荷泵模块1的输出电压VDDP提供电流的能力越强。电荷泵模块1的输出电压VDDP所需提供电流的能力由电荷泵电路的实际使用需求决定。当电荷泵模块1的输出电压VDDP提供电流的能力不等于电荷泵电路的实际使用需求时，电荷泵模块1的输出电压VDDP纹波会增大。本发明实施例可以调整电荷泵模块1的输出电压VDDP提供电流的能力等于电荷泵电路的实际使用需求，因此，可以有效减少电荷泵模块1的输出电压VDDP的纹波。
可选地，参照图3，电荷泵控制模块2还可以包括：第三电阻模块3，第三电阻模块3的一端与调整单元22的输出端相连，第三电阻模块3的另一端接地。第三电阻模块3对于电荷泵控制模块2的输出端起下拉电阻的作用。可选地，第三电阻模块3可以为第三电阻R3。
实际应用中，电荷泵11经常应用在一些比较极端的情况下，例如在电流负载很小，对电荷泵11能力需求很小的情况下。此时，为了控制电荷泵模块1的输出电压VDDP的纹波，必须使得电荷泵控制模块2的输出电压VC降到很低，以致当N组电荷泵驱动电路12输出的时钟信号CLK1～CLKn，CLK1b～CLKnb在不断翻转时，电荷泵控制模块2的输出电压VC却无法提供足够的电流能力。同时，若电荷泵电路的电源电压VDD较低，PMOS管P的Vgs(栅端-漏端电压差)电压较小，PMOS管P提供的电流不足以支持N组电荷泵驱动电路12的同时翻转，此时，电荷泵控制模块2的输出电压VC会被下拉到一个更低的值。对于电荷泵电路，当电荷泵控制模块2的输出电压VC低于某一电压范围后，由电荷泵控制模块2的输出电压VC驱动的电荷泵11的电流效率将严重降低，造成电荷的浪费。
为改善以上情况，在本发明的一个实施例中，参照图3，电荷泵控制模块2还可以包括：第四电阻模块4，第四电阻模块4的一端与第三电阻模块3的另一端相连，第四电阻模块4的另一端接地；比较器5，比较器5的第一输入端与第四电阻模块4的一端相连，比较器5的第二输入端输入第二预设参考电压VREF2，比较器5的输出端与N组电荷泵驱动电路12中至少一组的使能端相连。可选地，第四电阻模块4可以为第四电阻R4。
此时，当电荷泵控制模块2的输出电压VC小于第二预设参考电压VREF2时，与比较器5的输出端相连的至少一组电荷泵驱动电路12对应的使能信号将由“1”反转为“0”。由反转使能信号控制的电荷泵驱动电路12停止工作，由该停止工作的电荷泵驱动电路12驱动的电荷泵11将不再开启。此时，电荷泵模块1的输出电压VDDP减小，电荷泵控制模块2的输出电压VC增大，电荷泵11的电流效率得到改善，电荷泵11对电源造成的冲击也将减小。
具体地，第二预设参考电压VREF2可以与第一预设参考电压VREF1相等或不相等，第二预设参考电压VREF2的大小、第一预设参考电压VREF1的大小可以根据电荷泵模块1的输出电压VDDP所需提供电流的能力和电荷泵电路所在系统的电压范围确定。
在本发明的一个实施例中，参照图3，电荷泵11可以包括多个依次串联的二极管(例如二极管D0、二极管D1、二极管D2、二极管D3)和多个电容(例如电容C0、电容C1、电容C2、电容C3)，其中，多个依次串联的二极管的阳极端与电源或电荷泵控制模块2的输出端相连，多个依次串联的二极管的阴极端作为电荷泵11的输出端，每个电容的一端设置在多个依次串联的二极管中两个二极管之间，每个电容的另一端与电荷泵驱动电路12的输出端相连，相邻两个电容的另一端接收的驱动信号互为反相信号。例如，电容C0和电容C2的另一端接收的驱动信号为CLK1，电容C1和电容C3的另一端接收的驱动信号为CLK1b，CLK1和CLK1b互为反相信号。
在本发明的一个实施例中，参照图4，电荷泵驱动电路12可以包括与非门AD、第一反相器F1、第二反相器F2和第三反相器F3。其中，与非门AD的第一输入端接收振荡器输出的时钟信号OSC，与非门AD的第二输入端接收比较器5输出的使能信号EN(EN1～ENn中的一个)，与非门AD的电源端可以与电源或电荷泵控制模块2的输出端相连。第一反相器F1的输入端与非门AD的输出端相连，第一反相器F1的电源端可以与电源或电荷泵控制模块2的输出端相连。第二反相器F2的输入端与第一反相器F1的输出端相连，第二反相器F2的电源端与电荷泵控制模块2的输出端相连，第二反相器F2的输出端输出第一驱动信号CLK。第三反相器F3的输入端与第一反相器F1的输出端相连，第三反相器F3的电源端与电荷泵控制模块2的输出端相连，第三反相器F3的输出端输出第二驱动信号CLKb。第二反相器F2和第三反相器F3作为电荷泵驱动电路12的输出级电路121。其中，第一驱动信号CLK和第二驱动信号CLKb互为反相信号。当与非门AD的电源端与电荷泵控制模块2的输出端相连时，第一反相器F1的电源端也与电荷泵控制模块2的输出端相连。
本发明实施例的电荷泵电路包括以下优点：通过检测单元检测电荷泵模块的输出电压并生成检测电压，进而当检测电压大于第一预设参考电压时，通过调整单元减小电荷泵控制模块的输出电压，当检测电压小于第一预设参考电压时，通过调整单元增大电荷泵控制模块的输出电压，电荷泵控制模块的输出电压作为电荷泵驱动电路中输出级电路的电源电压，实现调整电荷泵驱动电路的输出摆幅，以及通过比较器对第四电阻模块的分压和第二预设参考电压进行比较，根据比较结果控制各电荷泵驱动电路是否工作。这样，不仅可以负反馈调整电荷泵的能力，减小了输出电压纹波，还可以提高电荷泵电路的电流效率，且由于电荷泵控制模块的输出电压小于电荷泵电路的电源电压，还可以降低电荷泵驱动电路的功耗。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种电荷泵电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括电荷泵模块和电荷泵控制模块，其中，
所述电荷泵模块包括：
N组并联的电荷泵和与所述N组电荷泵一一对应相连的N组电荷泵驱动电路，所述电荷泵驱动电路中输出级电路的电源端与所述电荷泵控制模块的输出端相连；
所述电荷泵控制模块包括：
检测单元，所述检测单元的输入端与所述电荷泵模块的输出端相连，所述检测单元检测所述电荷泵模块的输出电压，并生成检测电压；
调整单元，所述调整单元与所述检测单元的输出端相连，所述调整单元的输出端作为所述电荷泵控制模块的输出端，所述调整单元对所述检测电压和第一预设参考电压进行比较，当所述检测电压大于所述第一预设参考电压时，所述调整单元减小所述电荷泵控制模块的输出电压，当所述检测电压小于所述第一预设参考电压时，所述调整单元增大所述电荷泵控制模块的输出电压。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述检测单元包括：
第一电阻模块，所述第一电阻模块的一端与所述电荷泵模块的输出端相连；
第二电阻模块，所述第二电阻模块的一端与所述第一电阻模块的另一端相连，所述第一电阻模块的另一端接地，所述第二电阻模块的一端和所述第一电阻模块的另一端作为所述检测单元的输出端。
3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第一电阻模块为第一电阻。
4.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第二电阻模块为第二电阻。
5.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述调整单元包括：
运算放大器，所述运算放大器的同相输入端与所述检测单元的输出端相连，所述运算放大器的反相输入端输入所述第一预设参考电压，所述运算放大器的电源端与电源相连；
PMOS管，所述PMOS管的栅端与所述运算放大器的输出端相连，所述PMOS管的源端与所述电源相连，所述PMOS管的漏端作为所述调整单元的输出端。
6.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，每组所述电荷泵的电源端与所述电荷泵控制模块的输出端相连。
7.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵控制模块还包括：
第三电阻模块，所述第三电阻模块的一端与所述调整单元的输出端相连，所述第三电阻模块的另一端接地。
8.根据权利要求7所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第三电阻模块为第三电阻。
9.根据权利要求7所述的电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵控制模块还包括：
第四电阻模块，所述第四电阻模块的一端与所述第三电阻模块的另一端相连，所述第四电阻模块的另一端接地；
比较器，所述比较器的第一输入端与所述第四电阻模块的一端相连，所述比较器的第二输入端输入第二预设参考电压，所述比较器的输出端与所述N组电荷泵驱动电路中至少一组的使能端相连。
10.根据权利要求9所述的电荷泵电路，其特征在于，所述第四电阻模块为第四电阻。
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