CN109756106B - 一种降低电荷泵系统噪声的方法及电路 - Google Patents

Abstract

为了降低电荷泵开关时的噪声，同时不消耗过多的芯片面积，本发明提供了一种降低电荷泵噪声的方法及电路。其中，降低电荷泵系统噪声的方法包括步骤：1)对电荷泵系统中所有电荷泵进行分组，划分为N个电荷泵组，N大于等于2；2)设定N个不同的目标值；3)在不同时刻，利用步骤2)设定的N个不同的目标值使能相应的电荷泵组，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近。本发明采用步进式打开或关闭多个电荷泵的方式，能够降低过冲和跌落的幅值，从而在不增加滤波电容的前提下，降低噪声，且降噪效果比现有技术好。

Description

一种降低电荷泵系统噪声的方法及电路

技术领域

本发明属于电路设计-电源管理技术领域，涉及一种降低电荷泵系统噪声的方法及电路。

背景技术

电荷泵是一种开关电源，参见图1、图2，当电荷泵系统的输出电压Vout大于目标电压值Vt时，比较器会将电荷泵使能信号en置低，关掉所有的电荷泵，当电荷泵系统的输出电压Vout小于目标电压值Vt时，比较器会将电荷泵使能信号en置高，打开所有的电荷泵，这样会产生很大的过冲和跌落，带来很大的噪声。为了降低噪声，现有做法是在Vout端接滤波电容来降低噪声，但这种方式需要消耗非常多的芯片面积，且降噪效果不是很好。

发明内容

为了降低电荷泵开关时的噪声，同时不消耗过多的芯片面积，本发明提供了一种降低电荷泵噪声的方法及电路。

本发明的技术方案是：

一种降低电荷泵系统噪声的方法，其特殊之处在于：

1)对电荷泵系统中所有电荷泵进行分组，划分为N个电荷泵组，N大于等于2；

2)设定N个不同的目标值；

3)在不同时刻，利用步骤2)设定的N个不同的目标值使能相应的电荷泵组，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近。

进一步地，步骤3)有以下两种实现方式：

第一种实现方式包括步骤：

3.1)利用选择器从设定的N个目标值中进行选择，得到不同时刻的目标值Vtt；

3.2)利用一个比较器比较目标值Vtt和电荷泵系统的输出电压Vout的大小，当Vout小于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为高(高有效)，当Vout大于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为低；

3.3)利用串并转换电路对比较器输出的电荷泵使能信号en进行处理后，分别送入N个电荷泵组，从而控制N个电荷泵组进行开关操作，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近。

第二种实现方式包括步骤：

3.1)利用N个比较器分别比较所述N个不同的目标值与电荷泵系统的输出电压Vout的大小，当Vout小于目标值时，比较器将电荷泵使能信号en置为高(高有效)，当Vout大于目标值时，比较器将电荷泵使能信号en信号为低；

3.2)将比较后得到电荷泵使能信号分别送给N个电荷泵组，从而控制N个电荷泵组进行开关操作，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近。

进一步地，步骤1)对电荷泵进行分组时，可以对电荷泵总数量等分，也可以不等分。

进一步地，步骤1)对电荷泵进行分组时，结合输出电压Vout的仿真波形，选取使得噪声最小的分组形式。

进一步地，步骤2)所设定的N个不同的目标值中，数值大小位于中间的目标值等于最终目标值Vt。

本发明同时提供了一种降低电荷泵系统噪声的电路，其特殊之处在于：包括选择器、比较器、串并转换电路；选择器的输入端分别接N个不同的目标值，N大于等于2；选择器的输出端接所述比较器的正输入端；比较器的负输入端接电荷泵系统的输出电压Vout，比较器的输出端接串并转换电路的输入端，串并转换电路的输出端分别接N个电荷泵组。

进一步地，所述N个不同的目标值中，数值大小位于中间的目标值等于最终目标值Vt。

本发明还提供了另一种降低电荷泵系统噪声的电路，其特殊之处在于：包括N个比较器，N大于等于2；所述N个比较器的正输入端接N个不同的目标值；N个比较器的负输入端均接电荷泵系统的输出电压Vout，N个比较器的输出端分别接N个电荷泵组。

进一步地，为使降噪效果更好，所述N个不同的目标值中，数值大小位于中间的目标值等于最终目标值Vt。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明采用步进式打开或关闭多个电荷泵的方式，能够降低过冲和跌落的幅值，从而在不增加滤波电容的前提下，降低噪声，且降噪效果比现有技术好。

2、在相同的降噪效果下，本发明较现有技术而言，占用芯片面积有所减小。

3、本发明将N个不同的目标值中，处于中间的目标值大小设为最终目标值Vt，能进一步提升降噪效果。

附图说明

图1为现有电荷泵控制方式波形图

图2为现有电荷泵控制方式电路框图

图3为本发明的控制波形图。

图4为本发明的电路实现方式一。

图5为本发明电路实现方式一中选择器原理图。

图6为本发明的电路实现方式二。

图7为利用本发明控制电荷泵系统与现有电荷泵系统控制方案的输出电压仿真波形对比一。

图8为利用本发明控制电荷泵系统与现有电荷泵系统控制方案的输出电压仿真波形对比二。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图3所示，本发明降低电荷泵噪声的发明构思是：将电荷泵划分为多个电荷泵组，采用多个不同的目标值(Vt_h1、Vt_l1…)，在不同时刻使能不同数量的电荷泵，采用步进式打开或关闭多个电荷泵的方式，降低过冲和跌落的幅值，从而在不增加滤波电容的前提下，降低噪声。

实现方式一：(分时复用)，如图4、5所示：

1.对电荷泵进行分组，分为电荷泵组0，电荷泵组h1，电荷泵组l1，……，电荷泵组x，每个电荷泵组内包括不少于1个电荷泵电路。在电荷泵分组时，可以对电荷泵总数量等分，也可以不等分，实际中可选取使得噪声最小的分组形式。

2.设定与电荷泵组的数目相一致的多个不同的目标值(Vt、Vt_h1,Vt_l1，…Vt_x)，其中Vt为最终目标值，其余目标值分布在Vt的两边(即一部分目标值小于Vt，一部分目标值大于Vt)。

3.利用选择器(选择器由计数器和开关组成，如图5所示；计数器和开关均为现有电路)从设定的目标值(Vt、Vt_h1,Vt_l1，…Vt_x)中进行选择，得到不同时刻的目标值Vtt。

4.利用一个比较器比较目标值Vtt和电荷泵输出电压Vout的大小，Vout小于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为高(高有效)，Vout大于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为低。

5.利用串并转换电路对比较器输出的电荷泵使能信号en进行处理，得到电荷泵使能信号en_0、en_h1、en_11、……、en_x并分别送给电荷泵组0、电荷泵组h1、电荷泵组l1、……、电荷泵组x。

6.电荷泵使能信号en_0、en_h1、en_11、……、en_x分别控制电荷泵组0、电荷泵组h1、电荷泵组l1、……、电荷泵组x进行开关操作，最终使得电荷泵系统的输出电压Vout稳定在最终目标值Vtt附近，并使得噪声最小。

实现方式二(多路比较器)，如图6所示：

1.对电荷泵进行分组，分为电荷泵组0，电荷泵组h1，电荷泵组l1，……，电荷泵组x，每个电荷泵组内包括不少于1个电荷泵电路。在电荷泵分组时，可以对电荷泵总数量等分，也可以不等分，实际中可结合仿真波形，选取使得噪声最小的分组形式。

2.设定与电荷泵组的数目相一致的多个不同的目标值(Vt、Vt_h1,Vt_l1，…Vt_x)，其中Vt为最终目标值，其余目标值分布在Vt的两边(即一部分目标值小于Vt，一部分目标值大于Vt)。

3.利用多个比较器(比较器的数量与电荷泵组的数目相同)分别比较不同的目标值Vt_x和电荷泵输出电压Vout的大小，当Vout小于Vt_x时，比较器将电荷泵使能信号en置为高(高有效)，当Vout大于Vtx时，比较器将电荷泵使能信号en信号为低。

4.将比较后得到电荷泵使能信号en_0、en_h1、en_11、……、en_x分别送给电荷泵组0、电荷泵组h1、电荷泵组l1、……、电荷泵组x。

5.电荷泵使能信号en_0、en_h1、en_11、……、en_x分别控制电荷泵组0、电荷泵组h1、电荷泵组l1、……、电荷泵组x进行开关操作，最终使得电荷泵系统的输出电压Vout在最终目标值Vtt附近，并使得噪声最小。

技术效果验证：

图7中黑色框线内为本发明利用三个目标值对应控制三组电荷泵组的实施例的仿真波形，黑色框线下方为现有方案利用一个目标值对应控制电荷泵组的仿真波形，从图中可以看出，本发明的方案噪声更低。

图8中虚线是现有技术方案，输出电压峰峰值为799.8mV，实线是本发明方案，输出电压峰峰值为593.3mV，噪声减小了25.8％，有明显改进。

Claims (6)

1.一种降低电荷泵系统噪声的方法，其特征在于：

1)对电荷泵系统中所有电荷泵进行分组，划分为N个电荷泵组，N大于等于2；

2)设定N个不同的目标值Vt、Vt_h1,Vt_l1，…Vt_x，其中Vt为最终目标值，其余目标值分布在Vt的两边；

3)在不同时刻，利用步骤2)设定的N个不同的目标值使能相应的电荷泵组，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近；

所述步骤3)具体为：

3.1)利用选择器从设定的N个不同的目标值中进行选择，得到不同时刻选择器输出的目标值Vtt；

3.2)利用一个比较器比较目标值Vtt和电荷泵系统的输出电压Vout的大小，当Vout小于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为高，当Vout大于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为低；

3.3)利用串并转换电路对比较器输出的电荷泵使能信号en进行处理后，分别送入N个电荷泵组，从而控制N个电荷泵组进行开关操作，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近。

2.根据权利要求1所述的降低电荷泵系统噪声的方法，其特征在于：步骤1)对电荷泵进行分组时，电荷泵总数量等分或不等分。

3.根据权利要求2所述的降低电荷泵系统噪声的方法，其特征在于：步骤1)对电荷泵进行分组时，结合输出电压Vout的仿真波形，选取使得噪声最小的分组形式。

4.根据权利要求1所述的降低电荷泵系统噪声的方法，其特征在于：步骤2)所设定的N个不同的目标值中，数值大小位于中间的目标值等于最终目标值Vt。

5.一种降低电荷泵系统噪声的电路，其特征在于：包括选择器、比较器、串并转换电路；选择器的输入端分别接N个不同的目标值，N大于等于2；选择器的输出端接所述比较器的正输入端；比较器的负输入端接电荷泵系统的输出电压Vout，比较器的输出端接串并转换电路的输入端，串并转换电路的输出端分别接N个电荷泵组；

所述N个不同的目标值Vt、Vt_h1,Vt_l1，…Vt_x，其中Vt为最终目标值，其余目标值分布在Vt的两边；

所述选择器，用于从设定的N个不同的目标值中进行选择，得到不同时刻选择器输出的目标值Vtt；

所述比较器，用于比较目标值Vtt和电荷泵系统的输出电压Vout的大小，当Vout小于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为高，当Vout大于Vtt时，比较器将电荷泵使能信号en置为低；

所述串并转换电路，用于对比较器输出的电荷泵使能信号en进行处理后，分别送入N个电荷泵组，从而控制N个电荷泵组进行开关操作，最终使电荷泵系统的输出电压Vout稳定在所述最终目标值Vt附近。

6.根据权利要求5所述的降低电荷泵系统噪声的电路，其特征在于：所述N个不同的目标值中，数值大小位于中间的目标值等于最终目标值Vt。

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