CN1222261A - 电压极性反向电路装置 - Google Patents

Abstract

一种电路装置,它将工作电压(V+)转换成输出电压(V－),输出电压(V－)相对于参考接地电位(P)为第一种极性,而工作电压(V+)相对于参考接地电位(P)则为第二种极性。该电路装置的基本工作原理在于,当线圈(L)的电流被关断后,其两端将产生一个电压升,由该电压升对第一个电容(C1)进行充电,使得电容(C1)产生一个相对于参考接地电位(P)为正值的电压。晶体管(T)进入工作后,第一个电容(C1)便对第二个电容(C2)进行充电,使电容(C2)产生一个相对于参考接地电位(P)为负值的电压,从外部就可以拾取该电压了。电阻(R3)连接在电路输出节点(A)和晶体管(T)的控制线(E2－G)之间。

Description

电压极性反向电路装置

本发明涉及一种电路装置，该装置用来产生一种与工作电压极性相反的输出电压。它尤其涉及到一种在极低电流状态下工作的电路装置。

本发明尤其涉及一种用在电子设备中的电路装置，而该电子设备是由电池进行供电的，譬如，在移动无线装置(移动电话)或便携式计算机(膝上型)里，可由它来将正电压转换成负电压。

这种类型的电路装置大家是熟悉的。例如，在移动无线装置中，由一种电池提供供电，且通常还有一个或多个基于MESFET技术的MMIC(整体微波集成电路)芯片(如一种MMIC功率放大器)，它们就采用这类电路装置产生一种负的栅偏电压，以供给MESFET。第一种电路方案中，通过一种振荡器或多谐振荡器产生AC电压，然后对AC电压进行整流，由此，由电池供电的电子设备可以得到一个负电压。在移动电话中，其MMIC功率放大器的输入端收到一种无线频率信号，通过整流该信号便可获得负电压。

然而，这两种方法都有缺陷。譬如，若选择上述第一种方法，电子设备振荡器就会产生附加的AC信号，而该信号将影响到设备的工作特性，这是不利的。例如，电子设备内诸如微处理器类的相邻元件将会受到影响，这就可能带来故障。

如果采用上述第二种方法，就显得更为不利了，因为MMIC功率放大器在收到无线频率信号后才开始导通，而且只有在信号值较高的情况下才能工作。

因此，本发明的目的在于，改进一种文章开头提及的低噪声电路装置，通过这种装置，电子设备可以降低任何对工作特性产生的不利影响，同时，该装置制作价格比较实际，且空间节省。另外，这种电路装置特别适用于移动无线装置，工作时电流也非常小，又避免了上述缺点。

通过权利要求1的特征电路装置该目的得以实现。发明电路装置的优选发展为从属权利要求2至9的主题内容。从属权利要求9中给出了本发明电路装置的一种优选用途。

本发明的电路装置具有以下特征：

在晶体管负载电路第一个节点与第一个电路输入节点之间连接一个线圈，具体地讲，晶体管负载电路为一种场效应晶体管源极-漏极电路，而且，晶体管负载电路的第二个节点电气导通地连接在参考接地电位上。工作电压由第一个电路输入节点提供，相对于参考接地电位，它为第二种极性(如正极)。此外，晶体管的控制接点通过一根控制线接在第二个电路输入节点上，该输入节点上提供有一个AC电压。第一个电容连接在晶体管负载电路第一个节点与第一个二极管的阴极之间，而第一个二极管的阴极则接在第二个二极管的阳极上。第二个二极管的阴极与参考接地电位相连，第二个电容又连接在参考接地电位与第一个二极管的阳极之间。第一个二极管阳极连到电路输出接点上，在此可拾取一个输出电压，相对于参考接地电位它为第一种极性(如负极)。

本发明电路装置的基本工作原理在于，当线圈的电流被关断后，其两端产生一个电压上升，由该电压对第一个电容进行充电，使得第一个电容产生一个相对于参考接地电位为正值的电压。晶体管进入工作后，第一个电容便对第二个电容进行充电，使第二个电容产生一个相对于参考接地电位为负值的电压，外部就可以拾取该电压了。

典型地，AC电压为一种电压脉冲，具体为一种方波电压，相对于参考接地电位，它为第二种极性。

同优选技术相比，本发明的电路装置有一个特殊的优点，就是制造时其主要元件并不复杂，由此占用的空间也极小。线圈，电容器，以及所有的元件都可以简单地集成到MMIC芯片上。

在移动无线装置中，振铃信号发射机的供电电压是现成的，优选地，采用它来作为控制晶体管的AC电压。类似地，膝上型便携计算机可采取扬声器的电压。

因此，本发明电路装置在工作时不再需要另加振荡器。通常，其工作电压及AC电压在电子设备中都是现成的，不需要为该电路装置专门制作。

在本发明电路装置的一种优选实施方案中，采用一种方波电压作为AC电压。这对线圈产生极高的电压是很有利的，由此也能提高电路装置的效率。

在本发明电路装置的一种特殊优选发展方案中，在电路输出节点和晶体管控制线之间连结了一个电阻，晶体管T的控制节点通过该电阻获得一个负电压，因此，电路装置就可在电流极低的状态下工作，这是很有利的。

另外，在发明的一种优选实施方案中，晶体管的控制结线中(第二个电路输入节点与控制节点之间的节点)连结了一个限流电阻，以防止AC电压在工作期间严重塌陷。

此外，可在控制线中优选地接入第三个电容，在电路装置中，用它来对产生AC电压的电压源进行DC去耦作用。

在本发明电路装置的另一种优选发展方案中，第一个电路输入节点与参考接地电位之间接入了第四个电容。由此，提供正工作电压的电压源可以在电路中进行AC去耦作用。

另外，也可以在第二个电路输入节点及/或第三个电容与参考接地电位之间另加一个电阻。这对稳定晶体管控制节点相对于接地参考点的电位是比较有利的。

场效应晶体管和双极晶体管都可优选地用作上述晶体管。

从从属权利要求和下文实施范例中可得出本发明的其它优点，参考附图1至5，其中：

附图1为本发明电路装置第一种实施范例电路图，

附图2示出了晶体管其AC控制电压的电位-时间图，

附图3示出了附图1电路装置中节点I电压的电压-时间波形图，

附图4示出了附图1电路装置中节点K电压的电压-时间波形图，

附图5为本发明电路装置与MMIC功率放大率的连结框图。

在附图1所示的电路装置中，典型地，晶体管T为一种场效应晶体管。线圈L(如电感为10μH)连结在晶体管T的漏极节点D(对应于上文负载电路第一个节点)与第一个电路输入节点E1之间，在节点E1上提供一个正工作电压V+(如+3V)。晶体管T的源极节点S(对应于上文负载电路第二个节点)接在参考接地电位p上(如地电位)，晶体管T的栅极节点G(对应于上文的控制节点)则连结在第二个电路输入节点E2上，节点E2提供有AC电压V_AC(如一种方波电压，其方波脉冲为+3V，参考附图2)。第一个电容C1(如电容值约1nF)连结在漏极节点D与第一个二极管D1的阴极K1之间。同时，第一个二极管D1的阴极K1被连到第二个二极管D2的阳极A2上，且第二个二极管D2的阴极K2连在参考接地电位P上。第二个电容C2(如电容值约1nF)连结在参考接地电位P和第一个二极管D1的阳极A1之间。第一个二极管D1的阳极A1连到电路输出节点A上，在此，可拾取一个负电压V-(若采取上述电感电容值，其值约为-6至-9V)。

在附图1所示的电路装置中，栅极供电线(栅极节点G与第二个电路输入节点E2之间的节点)中可选择接入一个栅偏电阻R1(限流电阻)，譬如，它的值R=1KΩ(在附图1中用划线表示)。这样，就阻止了AC电压V_AC可能出现的任何严重塌陷情况。

另外，在参考接地电位P与第二个电路输入节点E2之间还可接入一个附加电阻R2(如R=20KΩ)(附图1中用划线表示)，它可以稳定晶体管T的栅极(G)-源极(S)电压。

为了在电路装置中对AC供电电压(V_AC)进行DC去耦作用，可在第二个电路输入节点E2与栅极节点G或栅偏电阻R1之间接入第三个电容C3(类似地，在附图1中用划线表示)，典型地，其值采用1nF。

此外，为使线圈L在工作电压(V+)电源中产生去耦作用，可在第一个电路输入节点E1与参考接地电位P之间接入第四个电容C4(在附图1中也用划线表示)，其典型的电容值为2nF。

为给晶体管T提供一个负的栅极电压，电阻R3连接在电路输出节点A与栅极节点G或栅偏电阻R1之间。这样，电路装置就可以在极低电流状态下工作了。

附图2示出了AC电压V_AC的电压-时间图，它可用来驱动晶体管T，譬如，在移动无线装置中(如移动电话)，该电压可从振铃信号发射机的供电电压V_clk上得到。时间画在横轴上，而纵轴上为电压V。这是一个方波电压，典型地，相对于参考接地电位P(如地电位)，其脉冲值为+3V，频率典型采取5～15MHz，且该方波电压供给第二个电路输入节点E2。

附图3所示的电压-时间图为附图1电路装置中节点I上的电压波形图。类似于附图2，时间也画在横轴上，且纵轴上为电压V。相应地，在AC电压V_AC脉冲中断期间或在振铃信号发射机供电电压V_clk内，节点I上将带有一个电压，相对于参考电位P，该电压要比工作电压V+大，其最大值约为+6～+9V。晶体管T导通后，节点I在脉冲期间的电位为参考接地电位P。这个大于工作电压V+的电压是通过以下过程产生的，当线圈L的电流被关断后，在其两端将产生一个电压升，该电压升就对第一个电容C1进行充电。其理想的电压波形由附图3中的划线表示。

附图4所示的电压-时间图画出了附图1中节点K的电压波形图。同样，类似于附图2，时间画在横轴上，而纵轴上为电压V。对此，在AC电压V_AC中断期间或在振铃信号发射机供电电压V_clk内，节点K上也会有一个电压，相对于参考接地电位P，它的最大值约为-6～-9V。该电压是由以下过程产生的，当晶体管T导通后，第一个电容C1的正极便连在了参考接地电位上，第二个电容C2便充电至电压V-，此电压V-相对于参考接地电位为负值。其理想电压波形也由附图4的划线表示。

在无载状态下，电路输出节点A上可拾取一个-6～-9V的纯粹DC电压。

在附图5所示的框图中，本发明的电路装置连接在一个MMIC功率放大器芯片MMIC上，MMIC有三个放大级V₁,V₂,V₃，它们可典型地用在移动无线装置当中，可以看出，晶体管T、二极管Dl及D2，适当时还有第一、第二及/或第三个电阻R₁、R₂、R₃，它们都集成在MMIC功率放大器芯片MMIC的上面。线圈L、第一个电容C1以及第二个电容C2，适当的时候还有第三个电容C3及第四个电容C4，它们都没有布放在MMIC功率放大器芯片MMIC上。另外，这个框图还画出了振铃信号发射机的供电电源V_clk，从原理上讲移动无线装置是带有该电源的，本发明电路装置可优选地将它用作AC电压V_AC。

Claims (9)

1．一种电路装置，将工作电压(V+)转换成输出电压(V-)，输出电压(V-)相对于参考接地电位(P)为第一种极性，而工作电压(V+)相对于参考接地电位(P)则为第二种极性，其中：

a)线圈(L)连结在晶体管(T)负载电路的第一个节点(D)和第一个电路输入节点(E1)之间，

b)晶体管(T)负载电路的第二个节点(S)接在参考接地电位(P)上，

c)工作电压(V+)可供在第一个电路输入节点(E1)上，

d)晶体管(T)的控制节点(G)连结在第二个电路输入节点(E2)上，在节点(E2)上可提供一个AC电压(V_AC)，

e)第一个电容(C1)连结在晶体管(T)负载电路的第一个节点(D)与第一个二极管(D1)的阴极(K1)之间，

f)第一个二极管(D1)的阴极(K1)接在第二个二极管(D2)的阳极(A2)上，

g)第二个二极管(D2)的阴极(K2)接在参考接地电位上，

h)第二个电容(C2)连结在参考接地电位(P)与第一个二极管(D1)的阳极(A1)之间，

i)第一个二极管(D1)的阳极(A1)接在电路输出节点(A)上，其输出电压为(V-)。

2．根据权利要求1的电路装置，其中，有一个电阻(R3)连结在电路输出节点(A)与晶体管(T)的控制线(E2-G)之间。

3．根据权利要求1或2的电路装置，其中，第三个电容(C3)连结在第一个电路输入节点(E1)与参考接地电位(P)之间。

4．根据权利要求1至3之一的电路装置，其中，限流电阻(R1)安装在晶体管(T)控制节点(G)的上游。

5．根据权利要求1至4之一的电路装置，其中，在第二个电路输入节点(E2)和参考接地电位(P)之间另外还接入了一个电阻(R2)。

6．根据权利要求1至5之一的电路装置，其中，晶体管(T)、第一个二极管(D1)以及第二个二极管(D2)集成在一种单个的MMIC芯片(MMIC)上。

7．根据权利要求2或根据权利要求2及权利要求3至6之一的电路装置，其中，晶体管(T)、第一个二极管(D1)、第二个二极管(D2)以及电阻(R3)集成在一种单个的MMIC芯片(MMIC)上。

8．根据权利要求1至7之一的电路装置，其中，AC电压(V_AC)为一种方波电压，它由若干电压脉冲组成，相对于参考接地电位，电压脉冲为第二种极性。

9．权利要求1至8之一的电路装置用于移动无线装置中，移动无线装置中产生的振铃信号发射机供电电压(V_clk)被用作AC电压(V_AC)。

Images