專利名稱：用于產(chǎn)生電壓的電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電壓的電路和方法。該電壓在工作時間間隔期間被使用，以及在非工作時間間隔期間不被使用。
本發(fā)明也涉及在構(gòu)成便攜式無線設(shè)備的無線發(fā)射機中對該電路的使用。
現(xiàn)有技術(shù)狀況在某些應(yīng)用中，必須能夠產(chǎn)生具有特殊特性的電壓。一個這樣的應(yīng)用可以是該電壓只在某個時間間隔期間內(nèi)才需要。需要該電壓的時間可被稱為工作時間間隔，而不需要該電壓的時間可被稱為非工作時間間隔。
一個例子可以是該電壓可被產(chǎn)生來用作為一個不是被連續(xù)地驅(qū)動的電路的電源電壓。電源電壓應(yīng)當在工作時間間隔期間被加到電路上，而在非工作時間間隔期間不被加到電路上。
上面提到的一個例子是被包括在便攜式無線設(shè)備中的無線發(fā)射機，其中無線設(shè)備被使用于以突發(fā)脈沖形式發(fā)射的無線系統(tǒng)中。在這種情況下，加到無線發(fā)射機的功率放大器的負電源電壓在每個突發(fā)脈沖發(fā)射期間是需要的。
所謂的便攜無線設(shè)備包括所有的被安排用于無線通信的便攜設(shè)備，例如，移動電話、尋呼機、電傳真機和打印機裝置以及通信機，即，帶有計算機的和內(nèi)裝的日歷的電話。所述的設(shè)備可被使用于每種類型的無線網(wǎng)絡(luò)，例如，蜂窩網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、或較小的本地網(wǎng)。
已經(jīng)知道，為了產(chǎn)生具有上述特性的電壓，使用所謂的電荷泵。
在專利申請GB 2,023,949中描述了這樣的一個例子。在所述應(yīng)用中，負電源電壓由包括運算放大器，緩沖放大器和二極管泵放大器的電路產(chǎn)生。運算放大器控制緩沖放大器，以使得它交替地“接通”和“關(guān)斷”，這導(dǎo)致電荷被泵送到二極管泵放大器的電容器中，并且得到負電壓。
按照所述現(xiàn)有的技術(shù)的結(jié)構(gòu)的缺點是使用運算放大器和二極管放大器，因為運算放大器的振蕩器頻率可位賴于所產(chǎn)生的電壓而呈現(xiàn)波紋狀。為了避免所述的波紋，需要額外的部件，例如濾波器，而且，除此以外，很難保持波紋足夠低，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。
當使用一個振蕩器時，也存在如何得到快速的及嚴格規(guī)定的起動時間的問題。
按照所述現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)上的另一個缺點是，即使當該電壓不被需要時，它也被連續(xù)地產(chǎn)生，因為電荷在所有時間都被提供給電容器。

發(fā)明內(nèi)容
公開本發(fā)明解決關(guān)于如何以簡單的方式交變地產(chǎn)生一個電壓的問題。
另一個問題是如何產(chǎn)生該電壓而不存在當產(chǎn)生電壓時造成的波紋。
再一個問題是如何得到快速和嚴格規(guī)定的過渡時間。
又一個問題是如何僅在需要該電壓的時間期間產(chǎn)生該電壓。
因此，本發(fā)明的一個目的是解決以上的問題。
另一個目的是提供用于產(chǎn)生這種電壓的簡單的和低成本的電路。
按照本發(fā)明的解決方案是，在不需要該電壓的時間期間，將電容器充電。當需要該電壓時，將電容器放電，由此得到一個電壓。
該解決方案包括被連接到電路的控制電壓和輸入電壓?？刂齐妷涸诠ぷ骱头枪ぷ鲿r間間隔之間切換該電路。一個DC/DC轉(zhuǎn)換器在工作時間間隔期間把輸入電壓轉(zhuǎn)換成想要的輸出電壓。輸出電壓是借助于被存儲在一個存儲裝置中的電荷量產(chǎn)生的，由此，該存儲裝置在非工作時間間隔期間以該電荷量來進行充電。該電荷量是由一個電流發(fā)生器產(chǎn)生的電流來產(chǎn)生的。
本發(fā)明具有若干優(yōu)點。電壓是以簡單的方式交變地產(chǎn)生的，其中電壓可被產(chǎn)生而不會在產(chǎn)生電壓時造成波紋。
另一個優(yōu)點是得到快速而嚴格規(guī)定的過渡時間，以及只在需要使用該電壓的時間間隔期間產(chǎn)生該電壓。
再一個優(yōu)點是通過本發(fā)明可得到簡單的和低成本的用于產(chǎn)生這種電壓的電路。
現(xiàn)在借助于優(yōu)選實施例和參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。
附圖簡述

圖1a顯示用于產(chǎn)生電壓的電路，以及說明按照本發(fā)明的原理。
圖1b顯示按照本發(fā)明的電路的一個實施例。
圖1c顯示按照本發(fā)明的電路的另一個實施例。
圖2顯示按照本發(fā)明的電路的又一個實施例。
圖3顯示作為時間的函數(shù)的來自按照本發(fā)明的電路的控制電壓和輸出電壓。
圖4顯示按照本發(fā)明的用于產(chǎn)生電壓的方法的示意性流程圖。
優(yōu)選實施例圖1顯示了用于產(chǎn)生電壓的電路。電路是示意的，它說明本發(fā)明的原理。電流發(fā)生器I串聯(lián)連接到一個包括第一支路和第二支路的并聯(lián)連接電路，第一支路包括電容器C1與二極管D1的串聯(lián)，第二支路包括晶體管T1，其中電容器C1和二極管D1與晶體管T1相并聯(lián)。
電源電壓Vsupply通過輸入端IN(入)被提供給電路。控制電壓Vctrl通過控制輸入端CTRL被提供給晶體管T1?？刂齐妷嚎梢砸砸欢ǖ念l率和一定的占空比為特征。例如，占空比可以是1∶8。
正如將在下面解釋的，輸出電壓Vout在輸出端OUT(出)得出。輸出電壓在工作時間間隔期間被使用，而在工非作時間間隔期間不使用。
首先假定電路處在非工作時間間隔期間。按照本發(fā)明，控制電壓Vctrl為低電平，由此晶體管T1被截止。電流將由電流發(fā)生器I產(chǎn)生，以便隨后通過電容器C1和二極管D1流到地。電容器將充電越來越滿，在此期間電流逐漸減小，當電容器完全充滿電時，電流減小到零。
這樣，電容器起到電荷量存儲裝置的作用，這個存儲裝置由電容器來構(gòu)建。
現(xiàn)在假定由非工作時間間隔改變到工作時間間隔。當這種改變發(fā)生時，電容器C1被充滿電。在非工作時間間隔和工作時間間隔之間的過渡或切換是由控制電壓Vctrl確定的。在切換期間，高的控制電壓Vctrl通過控制輸入端被施加。這樣，晶體管T1將變成為充分導(dǎo)通，電流發(fā)生器I和電容器C1的點1處的電位將是0V。同時，在點2處的電位將從xV(二極管D1上的電壓降)變到-(Vsupply-x)V，其中輸出電壓Vout也將具有-(Vsupply-x)V的值。
x的值取決于所使用的二極管的類型。例如，對于Schottky(肖特基)二極管，這個值可以是0.3V，或?qū)τ赑N-二極管是0.7V。在以下的說明中，假定二極管是PN-二極管，其中x約等于0.7V。
在工作時間間隔期間，電容器C1將接連地放掉在非工作時間間隔期間提供的電荷量。電荷通過晶體管T1流到地，正如上所述，電壓Vout將取-(Vsupply-x)的值。
當工作時間間隔結(jié)束時，控制電壓Vctrl再次取低的數(shù)值，由此晶體管T1截止，電容器C1再次開始充電。
當控制電壓是低電平時，由電流發(fā)生器I提供對于充電電容器C1所需要的電流。
圖1a中的電流發(fā)生器I可以以不同的方式來制做。一個方法是把電阻R1連接在輸入端IN和點1之間，如圖1b所示。通常，于是可以說，被提供到輸入端IN的電壓Vsupply和電阻R1構(gòu)成圖1a上的電流發(fā)生器I。充電時間由電阻R1和電容器C1的RC-時間常數(shù)確定。
圖1c上顯示了制做電流發(fā)生器I的另一種方式。MESFET-晶體管T2被連接在輸入端IN和點1之間。晶體管T2的漏極被連接到輸入端IN，源極被連接到點1，以及柵極和源極連接在一起。這樣，得到飽和電流Id，sat，它可被用來如上面解釋地充電電容器C1。
MESFET-晶體管T2在工作時間間隔期間限制電流。在非工作時間間隔期間，當電容接近充滿電時，晶體管T2起到低的電阻的作用。
如果來自按照本發(fā)明的電路的輸出電壓被用作為，例如，給通過MESFET-過程制造的功率放大器的電源電壓，則可借助于MESFET-晶體管T2得到簡單的解決方案。在這種情況下，MESFET-晶體管T2可以以與功率放大器同樣的制造過程中被集成，并被放置在功率放大器的同一個芯片上。二極管D1也可以以MESFET過程被制造，并被集成在功率放大器和晶體管的同一個芯片上。
圖2顯示了本發(fā)明的另一個實施例，圖1上總的顯示的電流發(fā)生器I，在本實施例中包括電阻R1，R2，R3，和R4，電容器C2和晶體管T3。晶體管T3被用來產(chǎn)生電流發(fā)生器的通/斷功能。
在非工作時間間隔期間，晶體管T3完全導(dǎo)通，因此，電流發(fā)生器提供電流，用于充電電容器C1。在工作時間間隔期間，晶體管T3截止，由此沒有電流提供。電阻R3和R4被用來提供想要的晶體管T3的柵極電流值。借助于電容器C2，可以確保晶體管T3通過控制電壓Vctrl被切換成導(dǎo)通或截止。晶體管R2起到保護電阻的作用，以便限制流過晶體管T3的電流。
在本實施例中，總的在圖1a-1c上顯示的DC/DC轉(zhuǎn)換器也包括電阻R5和齊納二極管Z1。
電阻R5可被用來提供改變晶體管T1的偏壓的可能性。
二極管Z1可被用來避免在輸出端OUT被接上負荷(例如功率放大器)時的輸出電壓Vout的變化。按照本發(fā)明，齊納二極管被連接在晶體管T1的控制輸入端與點2之間，如圖所示，由此，它使電壓穩(wěn)定在小于齊納電壓減去二極管D1的壓降。例如，如果齊納電壓是4.8V和二極管電壓是0.7V，則輸出電壓決不小于-4.1V。這樣，在按照本發(fā)明的電路中得到了電壓穩(wěn)定功能。
晶體管T1和二極管D1通常可被用來構(gòu)成DC/DC轉(zhuǎn)換器，它使得有可能在兩個狀態(tài)(工作狀態(tài)與非工作狀態(tài))之間切換，電容器C1通常可被稱為存儲裝置，在其中存儲電荷量，以便用來在工作時間間隔期間產(chǎn)生輸出電壓。
當在工作和非工作時間間隔之間進行切換時，在點2處發(fā)生極性變化。在非工作時間間隔期間，在點2處的極性是正的，而在工作時間間隔期間，在點2處的極性是負的。為此，輸出電壓Vout也變成為負的輸出電壓。
圖3顯示作為時間的函數(shù)的來自按照本發(fā)明的電路的控制電壓Vctrl和輸出電壓Vout。
控制電壓可以以某個頻率f和某個占空比為特征。例如，占空比可以是1∶8，這意味著控制電壓在時間周期T的八分之一內(nèi)是高電平。
假定電容器C1在時間t＝0處完全放電?？刂齐妷篤ctrl是低電平，由此，在時間周期T的前八分之七期間內(nèi)電容器充電。輸出電壓Vout等于二極管D1上的電壓，它約等于0.7V，如果二極管例如是PN二極管的話。
在最后的八分之一的時間周期T內(nèi)，控制電壓是高電平，由此在點2發(fā)生極性倒置，正如參照圖1a-1c所說明的。當這種情況發(fā)生時，電容器被充滿電。現(xiàn)在輸出電壓Vout等于-(Vsuuply-0.7)V。輸出電壓將由被存儲在電容器C1上的電荷保持。該電荷通過晶體管T1流到地。在工作時間間隔期間，電壓將略微上升，但通過電路中的適當調(diào)整組成元件的數(shù)值，這個變化可保持在特定值Vmin和Vmax的范圍內(nèi)。齊納二極管也可如參照圖2所描述地被連接，以便產(chǎn)生穩(wěn)壓作用。
圖4顯示用于產(chǎn)生輸出電壓(Vout)的方法的示意性流程圖。正如上所述，該輸出電壓在工作時間間隔期間被使用，以及該輸出電壓在非工作時間間隔期間不被使用。
在階段41，控制電壓Vctrl被連接到按照本發(fā)明的電路，該控制電壓在工作和非工作時間間隔之間切換。
在階段42，輸入電壓被連接到電路。
在階段43，輸入電壓通過DC/DC轉(zhuǎn)換器T1，D1被轉(zhuǎn)換成輸出電壓Vout。
在階段44，輸出電壓被產(chǎn)生，它包括在非工作時間間隔期間對電荷量的存儲裝置充電，該電荷量在工作時間間隔期間產(chǎn)生輸出電壓Vout。
階段44也包括DC/DC轉(zhuǎn)換器根據(jù)控制電壓Vctrl而從非工作狀態(tài)切換到工作狀態(tài)，由此，輸出電壓Vout是作為在電容C1與二極管D1之間的點2和地之間的電壓而被得到的，由此，點2處的電位取-(輸入電壓Vsupply-(二極管D1的電壓降))伏的值。
在階段45，通過電流發(fā)生器I產(chǎn)生一個電流，該電流產(chǎn)生電荷量，它使所述存儲裝置C1充電。
本發(fā)明自然不限于附圖所示的以上描述的實施例，而它可在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)修正。
權(quán)利要求
1.用于產(chǎn)生在工作時間間隔期間使用而在非工作時間間隔期間不使用的輸出電壓(Vout)的電路，其特征在于，該電路包括用于連接輸出電壓(Vctrl)到電路以便在工作和非工作時間間隔之間進行切換的裝置(CTRL，T1)，用于連接輸入電壓(Vsupply)到電路的裝置(IN)，DC/DC轉(zhuǎn)換器(T1，D1)，用于把輸入電壓(Vsupply)轉(zhuǎn)換成輸出電壓(Vout)，用于產(chǎn)生輸出電壓(Vout)的裝置，包括存儲裝置(C1)，其中所述存儲裝置(C1)在非工作時間間隔期間能被電荷量進行充電，從而產(chǎn)生在工作時間間隔期間的輸出電壓(Vout)，電流發(fā)生器(I，R1，T2)，用于產(chǎn)生電流，以便產(chǎn)生出給所述存儲裝置(C1)充電的電荷量。
2.按照權(quán)利要求1的電路，其特征在于，其中所述存儲裝置(C1)由第一電容(C1)構(gòu)成，以及其中電流發(fā)生器(I)包括第一電阻(R1)，它串聯(lián)連接到一個包括第一支路和第二支路的并聯(lián)連接電路，第一支路包括第一電容器(C1)與二極管(D1)的串聯(lián)，第二支路包括第一晶體管(T1)，其中第一電容器(C1)和二極管(D1)是與第一晶體管(T1)相并聯(lián)的。
3.按照權(quán)利要求2的電路，其特征在于，其中所述用于產(chǎn)生輸出電壓(Vout)的裝置還包括二極管(D1)和第一電阻(R1)，該電阻被連接到第一電容(C1)，以便得到一個RC-電路(R1，C1)。
4.按照權(quán)利要求1的電路，其特征在于，其中所述存儲裝置(C1)由第一電容(C1)構(gòu)成，以及其中電流發(fā)生器(I)包括第二晶體管(T2)，它具有漏極，被連接到所述用于連接輸入電壓(Vsupply)的裝置(IN)；源極，被連接到一個包括第一支路和第二支路的并聯(lián)連接電路，第一支路包括第一電容器(C1)與二極管(D1)的串聯(lián)，第二支路包括第一晶體管(T1)，其中第一電容器(C1)和二極管(D1)是與第一晶體管(T1)相并聯(lián)的；以及柵極，與源極連接在一起；由此，得到用于充電第一電容器(C1)的飽和電流(Id，sat)。
5.按照權(quán)利要求1的電路，其特征在于，其中所述存儲裝置(C1)由第一電容(C1)構(gòu)成，以及其中電流發(fā)生器(I)包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第三電阻(R3)、和第四電阻(R4)、第二電容(C2)、以及第三晶體管(T3)，其中第三晶體管(T3)的集電極通過第一電阻(R1)被連接到一個包括第一支路和第二支路的并聯(lián)連接電路，第一支路包括第一電容器(C1)與二極管(D1)的串聯(lián)，第二支路包括第一晶體管(T1)，其中第一電容器(C1)和二極管(D1)是與第一晶體管(T1)相并聯(lián)的，其中第三晶體管(T3)的發(fā)射極通過第二電阻(R2)被連接到所述用于連接輸入電壓(Vsupply)的裝置(IN)，其中第三晶體管(T3)的基極通過第三和第四電阻(R3，R4)被連接到所述用于連接控制電壓(Vctrl)的裝置(CTRL，T1)，其中第二電容器(C2)與第四電阻(R4)相并聯(lián)。
6.按照權(quán)利要求2，4和5的電路，其特征在于，它包括第五電阻(R5)和齊納二極管(Z1)，其中齊納二極管被連接在二極管(D1)和第一電容器(C1)之間的一點，和被連接到第一晶體管(T1)的基極，以及其中第五電阻(R5)被連接到第一晶體管(T1)的基極，和被連接到所述用于連接控制電壓(Vctrl)的裝置(CTRL)。
7.按照前面權(quán)利要求中任一項的電路，其特征在于，其中DC/DC轉(zhuǎn)換器是能夠根據(jù)控制電壓(Vctrl)而在工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)之間切換的。
8.按照前面權(quán)利要求中任一項的電路，其特征在于，其中控制電壓(Vctrl)在控制輸入端CTRL處被提供給第一晶體管(T1)。
9.按照前面權(quán)利要求中任一項的電路，其特征在于，其中輸出電壓(Vout)是作為在第一電容器(C1)與二極管(D1)之間的點(2)和地之間的電壓而得到的，由此，在點(2)處的電位具有數(shù)值-(輸入電壓Vsupply-(二極管D1的電壓降))伏。
10.產(chǎn)生輸出電壓(Vout)的方法，該輸出電壓(Vout)在工作時間間隔期間被使用而該輸出電壓在非工作時間間隔期間不被使用，該方法包括把控制電壓(Vctrl)連接到該電路，該控制電壓在工作和非工作時間間隔之間切換，把輸入電壓連接到該電路，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器(T1，D1)把輸入電壓(Vsupply)轉(zhuǎn)換成輸出電壓(Vout)，產(chǎn)生輸出電壓(Vout)，它包括在非工作時間間隔期間以一個電荷量對存儲裝置(C1)充電，該電荷量產(chǎn)生在工作時間間隔期間的輸出電壓(Vout)，通過電流發(fā)生器(I)產(chǎn)生一個電流，該電流產(chǎn)生電荷量，它使所述存儲裝置(C1)充電。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于，其中產(chǎn)生在工作時間間隔期間的輸出電壓(Vout)的步驟包括根據(jù)控制電壓(Vctrl)將DC/DC轉(zhuǎn)換器從非工作狀態(tài)切換到工作狀態(tài)，其中，輸出電壓Vout是作為在電容C1與二極管(D1)之間的點2和地之間的電壓被得到的，其中，在點(2)處的電位具有數(shù)值-(輸入電壓(Vsupply)-(二極管(D1)的電壓降))伏。
12.按照權(quán)利要求1-9的任一項的電路在構(gòu)成便攜式無線設(shè)備的無線發(fā)射機中的使用，該無線設(shè)備被使用于以突發(fā)脈沖發(fā)射的無線系統(tǒng)中，其中輸出電壓(Vout)被用作為加到無線發(fā)射機的功率放大器的電源電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生輸出電壓(V
文檔編號H02M3/07GK1246984SQ9880229
公開日2000年3月8日 申請日期1998年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月5日
發(fā)明者P·O·M·布蘭德特 申請人:艾利森電話股份有限公司