CN215498731U - 一种输出负压的稳压电荷泵电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种输出负压的稳压电荷泵电路,多级负电压电荷泵的源极输入端接地，其电压输出端接V_OUT节点，负电压参考信号‑V_REF与误差放大器的反相输入端相连，误差放大器的输出端与PMOS管的栅极相连，PMOS管的源极接VDD，PMOS管的漏极与VDD_INT节点相连，VDD_INT节点分别接放大器1和放大器2的电源端，放大器1的输入端接CLK信号，放大器2的输入端接NCLK信号，放大器1和放大器2的输出端分别与多级负电压电荷泵的振荡信号输入端相接，电压输出端V_OUT通过分压电阻接地，分压电阻的分压阻值比为（k‑1）：1。本实用新型可以输出负压，电路非常简洁，系统效率高，电荷泵的输出电压纹波很低，极大节省了芯片面积。

Description

一种输出负压的稳压电荷泵电路

技术领域

本实用新型涉及一种输出负压的稳压电荷泵电路，属于电源电路技术领域。

背景技术

随着CMOS工艺电路的工作电压越来越低，电荷泵被越来越多地使用在很多高压应用领域。通常情况下电荷泵使用低压差线性稳压器(LDO)来稳压。这种方案有以下几个缺点：1）LDO使用的高压有源器件会消耗很大的芯片面积；2）当电荷泵的输出电压随着温度、工艺、负载情况的变化而变化时，LDO上的压差会增大，从而显著降低系统的效率；3）高压LDO的误差放大器会消耗比较大的静态电流，从而显著降低系统的效率。

传统电荷泵通常会使用时钟阻塞技术和频率控制技术，或者把这两种技术混合使用。这两种技术都有各自的缺点，时钟阻塞技术导致电荷泵的输出电压纹波比较大，电荷泵的控制环路工作在非连续模式，其负载调节率比较差，随着负载电流的增大，电荷泵的输出纹波电压也在增大；此电荷泵的另一个缺点是电路比较复杂。频率控制技术的优点是电路的效率提高，电荷泵的输出电压纹波小，但是电荷泵的电路比较复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种输出负压的稳压电荷泵电路，可以输出反向电压，电路非常简洁，系统效率高，电荷泵的输出电压纹波很低。

为解决上述问题，本实用新型的一种输出负压的稳压电荷泵电路，包括多级负电压输出电荷泵，所述多级负电压输出电荷泵的源极输入端接地，所述多级负电压输出电荷泵的电压输出端接V_OUT节点，负电压参考信号-V_REF与误差放大器的反相输入端相连，所述误差放大器的输出端与PMOS管的栅极相连，所述PMOS管的源极接VDD，所述PMOS管的漏极与VDD_INT节点相连，所述VDD_INT节点分别接放大器1和放大器2的电源端，所述放大器1的输入端接CLK信号，所述放大器2的输入端接NCLK信号，所述放大器1和放大器2的输出端分别与所述多级负电压输出电荷泵的振荡信号输入端相接，所述电压输出端V_OUT通过分压电阻接地，所述分压电阻的分压阻值比为（k-1）：1，所述分压电阻的反馈信号输出端与所述误差放大器的正相输入端相连。

本实用新型的有益效果是：1、控制环路是一个工作于连续模式的负反馈环路，当V_OUT升高时，输出反馈信号V_OUT/K也升高，误差放大器的输出端电压降低，导致误差放大器驱动的PMOS管栅极电压降低，PMOS管的漏极VDD_INT电压上升，导致电荷泵内部节点电压全部下降，导致电荷泵输出电压V_OUT下降，到此为止环路实现了负反馈校正。误差放大器可以满足控制环路的稳定性要求和电源抑制比PSRR的要求。

2、此电荷泵电路只有在输出端消耗了很小的静态电流，因此系统的效率很高；由于此电荷泵不需要使用高压有源器件，从而极大地节省了芯片的面积。该电荷泵使用连续环路来控制电荷泵的时钟电压幅度，因此电荷泵的输出电压纹波很低。

附图说明

图1为本实用新型输出负压的稳压电荷泵电路的示意图；

图2为本实用新型输出负压的稳压电荷泵电路的工作原理图；

图3为本实用新型输出负压的稳压电荷泵电路的电源抑制比示意图；

图4为本实用新型应用于LCD显示屏电源驱动芯片系统的示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1所示，本实用新型输出负压的稳压电荷泵电路包括多级负电压输出电荷泵， 多级负电压输出电荷泵的源极输入端接地，多级负电压输出电荷泵的电压输出端接V_OUT节 点，负电压参考信号-V_REF与误差放大器的反相输入端相连，误差放大器的输出端与PMOS管 的栅极相连，PMOS管的源极接VDD，PMOS管的漏极与VDD_INT节点相连，VDD_INT节点分别接 放大器1和放大器2的电源端，放大器1的输入端接CLK信号，放大器2的输入端接NCLK信号， CLK信号与NCLK信号互为反向，放大器1和放大器2的输出端分别与多级负电压输出电荷泵 的振荡信号输入端相接，电压输出端V_OUT通过分压电阻接地，分压电阻的分压阻值比为（k- 1）：1，分压电阻的反馈信号输出端与误差放大器的正相输入端相连。其中，NCLK信号即为图 1、图2中的

信号。

如图2所示，控制环路是一个工作于连续模式的负反馈环路，当V_OUT升高时，输出反馈信号V_OUT/K也升高，误差放大器的输出端电压降低，导致误差放大器驱动的PMOS管栅极电压降低，PMOS管的漏极VDD_INT电压上升，导致电荷泵内部节点电压全部下降，导致电荷泵输出电压V_OUT下降，到此为止环路实现了负反馈校正。误差放大器可以满足控制环路的稳定性要求和电源抑制比PSRR的要求。

此电荷泵电路只有在输出端消耗了很小的静态电流，因此系统的效率很高；由于此电荷泵不需要使用高压有源器件，从而极大地节省了芯片的面积。该电荷泵使用连续环路来控制电荷泵的时钟电压幅度，因此电荷泵的输出电压纹波很低。

如图3所示，电路的极点会影响电路节点V_OUT和VDD_INT的电源抑制比PSRR。电路节点VDD_INT的电源抑制比为PSRR_VDD_INT，电荷泵输出信号VOUT的电源抑制比为PSRR_VOUT，工作频率为f，误差放大器的主极点为fError_Amp，负载极点为fLoad，误差放大器的寄生极点为fpar，通常fError_Amp<fLoad<fpar，电荷泵的级数为n。当f<fError_Amp时，PSRR_VDD_INT=-XdB，PSRR_VOUT=-X+20*log10(n)dB。当fError_Amp<f<fLoad时，PSRR_VOUT以每10倍频-20dB的速率下降直至f>=fLoad，之后PSRR_VOUT维持不变直至频率到达并超过fpar，即f>=fpar。当f>fError_Amp时，PSRR_VDD_INT以每10倍频-20dB的速率下降直至0dB，然后维持在0dB不变。当f>=fpar时，PSRR_VDD_INT和PSRR_VOUT都以每10倍频+20dB的速率上升。

如图4所示，LCD显示屏电源驱动芯片把锂电池的输入电压转换为正负两个输出电压，用于驱动LCD显示屏电路，正电压用一个升压转换器和一个电压差线性稳压器实现，负电压用此新型稳压电荷泵电路实现。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种输出负压的稳压电荷泵电路，包括多级负电压输出电荷泵，其特征在于：所述多级负电压输出电荷泵的源极输入端接地，所述多级负电压输出电荷泵的电压输出端接V_OUT节点，负电压参考信号-V_REF与误差放大器的反相输入端相连，所述误差放大器的输出端与PMOS管的栅极相连，所述PMOS管的源极接VDD，所述PMOS管的漏极与VDD_INT节点相连，所述VDD_INT节点分别接放大器1和放大器2的电源端，所述放大器1的输入端接CLK信号，所述放大器2的输入端接NCLK信号，所述放大器1和放大器2的输出端分别与所述多级负电压输出电荷泵的振荡信号输入端相接，所述电压输出端V_OUT通过分压电阻接地，所述分压电阻的分压阻值比为（k-1）：1，所述分压电阻的反馈信号输出端与所述误差放大器的正相输入端相连。

Images