CN117498684A - 电荷泵输出电压调节电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电荷泵输出电压调节电路，涉及电压升压技术领域，本发明将通过采集电荷泵的输出电压，以电荷泵的输出电压为基础对于反相器的输出电压进行反馈调节，而控制电荷泵的时钟信号通过反相器控制电荷泵，因此调整反相器的输出电压可以调整电荷泵的电容在一个周期内充电的电能，从而调整电荷泵的输出电压，因此本发明巧妙地利用了反向器的正电源端的电压增大，反相器的输出电压增大这一特点，构建了电荷泵输出电压的快速调节环路，能够以反馈的形式准确、快速地调整电荷泵电路的输出，提高其输出电压的稳定性，而且电源效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及电压升压技术领域，具体为一种电荷泵输出电压调节电路。
背景技术
电荷泵用于产生比输入电压更高的输出电压，它利用电容的充电和放电过程，通过适当的开关和电容连接配置，实现将电荷从低电压阶段转移到高电压阶段的操作，典型的电荷泵有Dickson电荷泵、倍压型电荷泵等，电荷泵电路的构成元素主要包括电容、开关元件和时钟信号，电荷泵电路中的电容在充电和放电过程中存储和释放电荷，开关元件例如晶体管或开关二极管等用于控制电容的充电和放电过程，以实现电荷的传递，时钟信号用于同步开关元件的操作，时钟信号确定了电容的充电和放电的时间间隔，影响最终输出电压的大小。
然而，电荷泵在无任何限制的条件下所产生的输出电压往往偏离于所需的值，故往往设置电压调节电路将它的输出电压钳位于所需的值，同时使电荷泵在工作时具有一定的回复速度，即输出电压在所需电压值附近抖动时，可在较短的时间内恢复到所需的电压值。
在现有技术中，往往通过电流泄放来实现电荷泵输出电压的调节，电流泄放方式通常于电荷泵输出端设置泄放电路，以在输出电压过高时，对输出端做电流泄放，通过将电流拉到地，将导致较低的电源效率，为了实现精确的电流泄放，需要使用复杂的电路设计，增加了电路的复杂性和成本，因此现有技术中缺乏一种能够高效准确调节电荷泵电路输出电压的调节电路。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电荷泵输出电压调节电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电荷泵输出电压调节电路，包括：
时钟信号元件，所述时钟信号元件设置有两组，分别和电荷泵电路的两个时钟驱动端电性连接，用于提供两路相位不重叠的时钟信号
电荷泵电路，所述电荷泵电路接收两路相位不重叠时钟信号，用于在两路相位不重叠的时钟信号驱动下，进行周期性的电荷转移实现输出电压的倍增；
电压调节环路，所述电压调节环路包括两个反相器和一个调整元件，所述调整元件的输入端连接外部固定电压源，控制端和电荷泵电路的输出端电性连接，用于在电荷泵电路的输出端电压驱动下调整输出端电压；
两个所述反相器分别串联在两组时钟信号元件和电荷泵电路之间，反相器的正电源端和调整元件的输出端电性连接，用于根据调整元件的输出端电压调整反相器输出的幅值范围。
进一步地，所述调整元件采用PMOS晶体管，调整元件的栅极和电荷泵电路的输出端电性连接，源极连接外部固定电压源，漏极连接反相器的正电源端。
进一步地，所述调整元件的漏极电性连接有第一电容，第一电容的另一端接地。
进一步地，所述电荷泵电路采用Dickson电荷泵电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将通过采集电荷泵的输出电压，以电荷泵的输出电压为基础对于反相器的输出电压进行反馈调节，而控制电荷泵的时钟信号通过反相器控制电荷泵，因此调整反相器的输出电压可以调整电荷泵的电容在一个周期内充电的电能，从而调整电荷泵的输出电压，因此本发明巧妙地利用了反相器的正电源端的电压增大，反相器的输出电压增大这一特点，构建了电荷泵输出电压的快速调节环路，能够以反馈的形式准确、快速地调整电荷泵电路的输出，提高其输出电压的稳定性，而且电源效率较高。
附图说明
图1为本发明整体电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种电荷泵输出电压调节电路，包括时钟信号元件、电荷泵电路、电压调节环路，其中：
所述电荷泵电路为一种通过周期性地传递电荷来实现电压升压或升降的电路，本实施例中所述电荷泵电路采用Dickson电荷泵电路，所述Dickson电荷泵包括多个电容和开关模块，一般由两路时钟信号控制。
Dickson电荷泵的基本工作原理为开关元件使电流通过输入电容器，将电荷累积在电容器上，通过第一时钟信号和第二时钟信号的电位变化，切换开关模块的状态，电荷从一个电容器传递到另一个电容器，这个过程是迭代的，通过多个电荷传递步骤，电荷逐渐从输入电容传递到输出电容，输出电容器上的电荷被释放，产生升高的输出电压，通过第一时钟信号和第二时钟信号的周期性变化不断重复，从而实现对输出电压的倍增。
可选地，所述电荷泵电路也可采用Cockcroft-Walton电压倍增电路。
所述时钟信号元件设置有两组，分别和电荷泵电路的两个时钟驱动端电性连接，用于提供两路相位不重叠的时钟信号，所述时钟信号元件分别为CLK和CLKB，两组所述时钟信号元件所提供的时钟信号分别为两路相位不重叠的时钟信号，相位不重叠的时钟信号指的是不同的时钟信号在时间上不会完全重叠，有一定的时间间隔，本实施例中，CLK和CLKB的时钟信号为频率、频占比、振幅相同的信号，但是相位相反，本实施例中的CLK和CLKB即为提供Dickson电荷泵工作的第一时钟信号和第二时钟信号。
所述电压调节环路包括两个反相器A1、A2和一个调整元件，所述调整元件采用PMOS晶体管Q1，所述调整元件的输入端连接外部固定电压源，控制端和电荷泵电路的输出端电性连接，用于在电荷泵电路的输出端电压驱动下调整输出端电压，即调整元件的栅极和电荷泵电路的输出端电性连接，源极连接外部固定电压源VDD，漏极连接反相器的正电源端.
两个所述反相器分别串联在两组时钟信号元件和电荷泵电路之间，反相器的正电源端和调整元件的输出端电性连接，即用于根据调整元件的输出端电压调整反相器输出的幅值范围。
本实施例中，反相器A1的输入端连接时钟信号元件CLK，输出端为电荷泵电路提供第一时钟信号，反相器A2的输入端时钟信号元件CLKB，输出端为电荷泵电路提供第二时钟信号，反相器A1、A2的负电源端接地，正电源端并联在PMOS晶体管Q1的漏极。
本实施例中，PMOS晶体管Q1的栅极电压为电荷泵电路的输出电压，在正常状态下PMOS晶体管Q1工作于负向偏置的状态，也就是栅极电压低于源极电压，当栅极电压逐渐升高时，它会减小PN结的势垒，促使P型沟道中的载流子更容易通过，这最终导致了漏极电流的增加，进而影响了漏极的输出电压，因此电荷泵电路的输出电压会影响PMOS晶体管Q1的栅极电压，从而影响整其漏极输出电压，因此当PMOS晶体管Q1的栅极电压升高时，其漏极电流增加，由于漏极电流通过了漏极电阻，因此其漏极电压会相应地降低。
在PMOS晶体管Q1的漏极输出电压随着电荷泵电路的输出电压改变时，反相器A1和反相器A2的正电源端的电压也会随之改变，从而改变反相器A1和反相器A2输出时钟信号的幅值，改变电荷泵电路中电容的充放电效果，进而改变整个电路的倍压效果。
例如，当电荷泵电路的输出电压减小时，PMOS晶体管Q1的栅极电压减小，漏极电压增大，此时反相器A1和反相器A2的正电源端的电压增大，使反相器A1、A2的输出信号更接近电源电压的极限值，即电压增大，此时电荷泵的电容在一个周期内充电的电能升高，倍压效果增大，提高电荷泵电路的输出电压。
本实施例中，时钟信号元件引入了一个由PMOS晶体管Q1和反相器A1、反相器A2构成的快速调节环路，快速调节环路能够以反馈的形式调整电荷泵电路的输出，提高其输出电压的稳定性。
进一步地，所述调整元件的漏极电性连接有第一电容，第一电容的另一端接地，即所述PMOS晶体管Q1的漏极通过第一电容接地，当PMOS晶体管Q1的漏极电压发生突变或有噪声时，第一电容可以吸收或释放电荷，从而减缓电压变化的速度，有助于让PMOS晶体管Q1的漏极提供相对平稳的电压，确保反相器供电的稳定性。
本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够、电子硬件，或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方法来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种电荷泵输出电压调节电路，其特征在于，包括：
时钟信号元件，所述时钟信号元件设置有两组，分别和电荷泵电路的两个时钟驱动端电性连接，用于提供两路相位不重叠的时钟信号；
电荷泵电路，所述电荷泵电路接收两路相位不重叠时钟信号，用于在两路相位不重叠的时钟信号驱动下，进行周期性的电荷转移实现输出电压的倍增；
电压调节环路，所述电压调节环路包括两个反相器和一个调整元件，所述调整元件的输入端连接外部固定电压源，控制端和电荷泵电路的输出端电性连接，用于在电荷泵电路的输出端电压驱动下调整输出端电压；
两个所述反相器分别串联在两组时钟信号元件和电荷泵电路之间，反相器的正电源端和调整元件的输出端电性连接，用于根据调整元件的输出端电压调整反相器输出的幅值范围。
2.根据权利要求1所述的一种电荷泵输出电压调节电路，其特征在于：所述调整元件采用PMOS晶体管，调整元件的栅极和电荷泵电路的输出端电性连接，源极连接外部固定电压源，漏极连接反相器的正电源端。
3.根据权利要求2所述的一种电荷泵输出电压调节电路，其特征在于：所述调整元件的漏极电性连接有第一电容，第一电容的另一端接地。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种电荷泵输出电压调节电路，其特征在于：所述电荷泵电路采用Dickson电荷泵电路。
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