一種提高輸出電壓紋波頻率的開環(huán)電荷泵電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電子電路技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種開環(huán)電荷泵電路。
【背景技術(shù)】
[0002]電荷泵型升壓電路是便攜式電子設(shè)備最常見的DC-DC (Direct Current，直流)升壓供電電路，相比電感型Boost升壓電路，電荷泵型升壓電路的EMI (Electro MagneticInterference，電磁干擾)性能更好，其是采用升壓的泵電容來儲(chǔ)存能量，通過控制電路控制升壓泵電容的充電/放電來達(dá)到升壓并將能量轉(zhuǎn)移輸出的。
[0003]一般來說，電荷泵型升壓電路分為閉環(huán)電荷泵電路和開環(huán)電荷泵電路，其中，閉環(huán)電荷泵電路通過環(huán)路控制，輸出一個(gè)比升壓倍數(shù)略低的恒定的輸出電壓，而恒定的輸出電壓是通過閉環(huán)的環(huán)路控制升壓模塊內(nèi)部的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓來調(diào)整開關(guān)管的導(dǎo)通電阻實(shí)現(xiàn)的。這樣閉環(huán)電荷泵電路在工作時(shí)升壓模塊內(nèi)部的開關(guān)管并不能完全導(dǎo)通，所以閉環(huán)電荷泵電路最明顯的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率和驅(qū)動(dòng)能力都比較低，而且閉環(huán)電荷泵的控制電路也比較復(fù)雜，整個(gè)電路的功耗和集成電路的芯片面積也都比較大。
[0004]典型的開環(huán)電荷泵電路如圖1所示，由工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊200、過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊100、升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊300以及升壓模塊400組成。其中，工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊200產(chǎn)生升壓模塊400所需要的開關(guān)時(shí)鐘信號(hào)信號(hào)經(jīng)升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊300產(chǎn)生升壓控制信號(hào)V。，升壓模塊400根據(jù)升壓控制信號(hào)V?？刂粕龎耗K400內(nèi)部的開關(guān)管的完全導(dǎo)通和截止，對(duì)升壓的電荷泵電容C F_e2進(jìn)行充放電，最終產(chǎn)生輸出電壓V ■。
[0005]相比較閉環(huán)電荷泵電路內(nèi)部開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓是受環(huán)路控制，開環(huán)電荷泵電路控制內(nèi)部升壓的開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)柵極電壓直接是最高電壓(NM0S管)/最低電壓(PM0S管)，開關(guān)管是充分導(dǎo)通的。充分導(dǎo)通的開關(guān)管導(dǎo)通電阻最小，所以開環(huán)電荷泵電路的驅(qū)動(dòng)能力會(huì)發(fā)揮到極致，同時(shí)開關(guān)管導(dǎo)通電阻最小，在升壓模塊400內(nèi)部消耗的功率也最小，效率也最高。所以相比閉環(huán)電荷泵電路，開環(huán)電荷泵電路的驅(qū)動(dòng)能力和效率都大大提高。
[0006]從圖1中還可以看出，為了限制開環(huán)電荷泵輸出的最高電壓，一般開環(huán)電荷泵電路都有過壓保護(hù)功能。過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊100檢測(cè)輸出電壓VTOT，當(dāng)輸出電壓Vot超過保護(hù)閾值電壓Vwpi時(shí)，產(chǎn)生有效的過壓保護(hù)信號(hào)V w，過壓保護(hù)信號(hào)Vw經(jīng)過升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊300后，通過Vc控制升壓模塊400內(nèi)部開關(guān)管停止升壓工作，以限制輸出電壓Vtot繼續(xù)升高而達(dá)到過壓保護(hù)的目的，停止升壓工作后，輸出電壓Vott由于負(fù)載R MAD會(huì)逐漸降低，但當(dāng)Vtot降低至撤銷過壓保護(hù)閾值電壓V WP2時(shí)，過壓保護(hù)信號(hào)V w變?yōu)闊o效，升壓控制信號(hào)V。控制升壓模塊400內(nèi)部開關(guān)管重新工作，輸出電壓升尚。如果輸出電壓Vran^E V _和V _之間反復(fù)變化，則過壓保護(hù)會(huì)反復(fù)被觸發(fā)，過壓保護(hù)反復(fù)觸發(fā)時(shí)的輸出電壓Vott和過壓保護(hù)信號(hào)Vw的波形如圖2所示。
[0007]我們知道，開環(huán)電荷泵電路一般在應(yīng)用中是給其他負(fù)載供電的，而負(fù)載的功耗是隨時(shí)變化的，如果負(fù)載的功耗非常低，這樣開環(huán)電荷泵電路的負(fù)載電流就很小，過壓保護(hù)后輸出電壓要很長(zhǎng)時(shí)間才能降下來撤銷過壓保護(hù)，這樣過壓保護(hù)時(shí)輸出電壓的紋波頻率就會(huì)很低。輸出電壓紋波頻率降低會(huì)對(duì)一些應(yīng)用造成影響，比如開環(huán)電荷泵電路對(duì)音頻器件供電的話，開環(huán)電荷泵電路的輸出電壓紋波頻率降低到20kHz以下后，則會(huì)對(duì)音頻信號(hào)造成干擾，產(chǎn)生可聽見的雜音，降低音質(zhì)；再有，開環(huán)電荷泵作為穩(wěn)壓電源，輸出都會(huì)有一個(gè)穩(wěn)壓的輸出電容，如果這個(gè)電容是MLCC(Mult1-layer ceramic capacitors，片式多層陶瓷電容器)電容，輸出電壓紋波頻率落在音頻范圍內(nèi)也會(huì)在這個(gè)輸出電容上產(chǎn)生諧振，發(fā)出人耳能聽到的嘯叫聲，因此一種能夠提高輸出電壓紋波頻率的開環(huán)電荷泵電路成為了一種需求。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型旨在提供一種提高輸出電壓紋波頻率的開環(huán)電荷泵電路，其在原有的開環(huán)電荷泵電路的基礎(chǔ)上增加了輸出電壓紋波檢測(cè)和控制模塊，以解決因輸出電壓紋波頻率過低造成的音質(zhì)降低等問題。
[0009]本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案如下:
[0010]一種提高輸出電壓紋波頻率的開環(huán)電荷泵電路，所述開環(huán)電荷泵電路包括:用于根據(jù)所述開環(huán)電荷泵電路的輸出電壓信號(hào)生成過壓保護(hù)信號(hào)的過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊、用于產(chǎn)生開關(guān)時(shí)鐘信號(hào)的工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、用于根據(jù)所述開關(guān)時(shí)鐘信號(hào)和所述過壓保護(hù)信號(hào)生成升壓控制信號(hào)的升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊、用于根據(jù)所述升壓控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)所述輸出電壓信號(hào)控制的升壓模塊、以及用于根據(jù)所述過壓保護(hù)信號(hào)控制所述輸出電壓信號(hào)紋波頻率的輸出電壓紋波檢測(cè)和控制模塊，其中，所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸入端與所述升壓模塊的輸出端連接、輸出端與所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸入端連接；所述工作時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的輸出端與所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸入端連接；所述升壓控制信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端與所述升壓模塊的輸入端連接；所述輸出電壓紋波檢測(cè)和控制模塊的輸入端與所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接、輸出端與升壓模塊的輸出端連接；
[0011]所述輸出電壓紋波檢測(cè)和控制模塊包括:用于接收所述過壓保護(hù)信號(hào)并檢測(cè)所述輸出電壓信號(hào)下降時(shí)間的下降時(shí)間檢測(cè)單元、用于生成時(shí)間閾值的時(shí)間閾值生成單元、用于將所述輸出電壓信號(hào)的下降時(shí)間和所述時(shí)間閾值進(jìn)行比對(duì)并根據(jù)所述比對(duì)結(jié)果輸出下拉信號(hào)的時(shí)間比對(duì)單元、以及用于根據(jù)所述下拉信號(hào)輸出下拉負(fù)載的下拉負(fù)載單元，其中，所述下降時(shí)間檢測(cè)單元的輸入端與所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接，所述時(shí)間閾值生成單元的輸入端與所述過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接，所述時(shí)間比對(duì)單元的輸入端分別與所述下降時(shí)間檢測(cè)單元、時(shí)間閾值生成單元、以及過壓保護(hù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的輸出端連接，所述下拉負(fù)載單元的輸入端與所述時(shí)間比對(duì)單元的輸出端連接、輸出端與升壓模塊的輸出端連接。
[0012]在本技術(shù)方案中，通過輸出電壓紋波檢測(cè)和控制模塊中的時(shí)間比對(duì)單元對(duì)輸出電壓信號(hào)的下降時(shí)間和生成的時(shí)間閾值進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下拉負(fù)載單元的控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓信號(hào)紋波頻率的控制，只有當(dāng)輸出電壓信號(hào)的下降時(shí)間大于時(shí)間閾值時(shí)，時(shí)間比對(duì)單元才會(huì)輸出有效的下拉信號(hào)，此時(shí)下拉負(fù)載單元才會(huì)相應(yīng)的輸出一個(gè)下拉負(fù)載，加快輸出電壓信號(hào)的紋波頻率，即縮短了輸出電壓信號(hào)電壓下降的時(shí)間。
[0013]優(yōu)選地，所述時(shí)間閾值生成單元生成多個(gè)時(shí)間閾值，所述時(shí)間比對(duì)單元接收所述多個(gè)時(shí)間閾值并把每個(gè)所述時(shí)間閾值分別與所述輸出電壓信號(hào)的下降時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，且每次比對(duì)之后輸出一個(gè)下拉信號(hào)。
[0014]在本技術(shù)方案中，可以通過調(diào)整時(shí)間閾值調(diào)整下拉能力。
[0015]優(yōu)選地，所述下拉負(fù)載單元中包括多級(jí)下拉負(fù)載，所述時(shí)間比對(duì)單元每輸出一個(gè)有效下拉信號(hào)，所述下拉負(fù)載單元疊加一級(jí)下拉負(fù)載進(jìn)行輸出。
[0016]在本發(fā)明中，如果一味增加下拉負(fù)載能力，因?yàn)檫@個(gè)下拉負(fù)載是在芯片內(nèi)部的，會(huì)增加芯片的整體功耗，降低效率，所以從效率的角度來講，這個(gè)下拉負(fù)載越小越好，所以為了能在提高輸出電壓紋波頻率的同時(shí)盡可能減小芯片功耗，提高開環(huán)電荷泵效率，在本技術(shù)方案中，我們將下拉負(fù)載設(shè)置成多級(jí)下拉負(fù)載的形式，其隨著對(duì)輸出電壓信號(hào)下降時(shí)間的需求進(jìn)行變化。如果在第一級(jí)下拉負(fù)載輸出后，輸出電壓紋波頻率已經(jīng)能滿足最低紋波頻率要求了，下拉負(fù)載就不再增加；如果第一級(jí)下拉負(fù)載后輸出電壓信號(hào)的下降時(shí)間還是比較慢，則疊加一級(jí)下拉負(fù)載(第二級(jí)下拉負(fù)載)進(jìn)行輸出；如果疊加的兩級(jí)下拉負(fù)載(第一級(jí)下拉負(fù)載和第二級(jí)下拉負(fù)載)后輸出電壓信號(hào)的下降時(shí)間還是比較慢，即輸出電壓信號(hào)下降速度還是不夠，則繼續(xù)疊加下一級(jí)下拉負(fù)載，增加下拉能力。這樣在提高輸出電壓紋波頻率的同時(shí)不會(huì)過度影響電荷泵的效率。
[0017]優(yōu)選地，所述下拉負(fù)載為純電阻或純電流源。
[0018]在本技術(shù)方案中，可以通過調(diào)整下拉負(fù)載來調(diào)整下拉能力。
[0019]優(yōu)選地，所述開環(huán)電荷泵電路中還包括至少一個(gè)用于穩(wěn)定所述輸出電壓信號(hào)的紋波的輸出電容，所述輸出電容的一端與所述升壓模塊的輸出端連接、另一端接地。
[0020]優(yōu)選地，所述開環(huán)電荷泵電路中還包括分別并聯(lián)在所述升壓模塊兩端的第一電荷泵電容和第二電荷泵電容，所述升壓模塊通過所述第一電荷泵電容和所述第二電荷泵電容的充放電控制所述輸出