[发明专利]一种DC-DC负压产生电路及方法

说明书

技术领域

本发明属于为电子电路设计技术，涉及一种新型DC-DC负压产生电路和 方法。

背景技术

DC-DC负压产生电路广泛应用于电子系统中，为满足电子系统的电气接 口传输要求，通常需要产生共模点为0，正负电压对称的差分信号；在便携式 设备中的电源设计中也需要提供负的电源。通常，人们会采用开关电容电路 利用电荷转移产生负压，转换效率较高可达到70％～80％，相对损耗较大，且 对电路的工艺要求较高，必须为全隔离性的MOS器件，并且V_GS的耐压也需 在正负电源之间，版图面积大且对工艺提出更高的要求。

本发明采用一种反馈结构的CMOS开关电容实现负压产生电路，优点为 拓扑结构简单，尺寸小，且对工艺的要求较低。电磁干扰低和转换效率高等 优点，十分适合于便携式电子产品的电源设计。CMOS的开关电容变换器具 有功耗低、集成度高和抗噪声能力强的优点。

发明内容

为了解决现有的负压产生电路转换效率低，对器件工艺要求高、版图面 积大等技术问题，本发明提供一种反馈型DC-DC负压产生电路和方法，该方 法首先利用交叉耦合的驱动电路产生一定的负压脉冲信号为开关管提供时钟 驱动，开关电容利用电荷传递产生与正电源基本一致的负压输出，转换效率 可以高达95％以上。

本发明的具体技术解决方案：

一种反馈型DC-DC负压产生电路，其特殊之处在于：

包括振荡器OSC：用于产生开关管切换所需的一定频率的时钟信号；

负压驱动电路：用于将时钟信号的幅度和驱动能力转化为开关管需要的 脉冲信号；

非交叠时钟产生电路：用于将脉冲信号进行处理产生四路时钟电路，驱 动开关管导通和截止；

开关电容电路：开关管(S1、S2、S3、S4)、电容C_fly和电容C_out；

开关管S1和开关管S3导通时，电容C_fly充电；

开关管S2和开关管S4导通时，将电容C_fly中电荷转移到电容C_OUT，

C_OUT的输出电压VCC向负压驱动电路供电。

上述负压驱动电路包括反相器I、NMOS管N1、NMOS管N2、NMOS 管N3和NMOS管N4，NMOS管N1、NMOS管N2的栅极分别接反相器I 的输入端和输出端，NMOS管N1、NMOS管N2的漏极均接地，NMOS管 N1的源极、NMOS管N3的漏极和NMOS管N4的栅极连接，NMOS管N2 的源极、NMOS管N3的栅极和NMOS管N4的漏极连接于a点，NMOS管 N3和NMOS管N4的源极接C_OUT的输出端。(四个NMOS管通过交叉耦合连 接方式形成正反馈产生负的输出电压VCC。)

上述非交叠时钟产生电路包括正非交叠时钟产生单元和负非交叠时钟产 生单元，正非交叠时钟产生单元的输入端接振荡器OSC的输出端，负非交叠 时钟产生单元的输入端接a点，正非交叠时钟产生单元的输出端输出一组相 位不同的VDD-GND时钟信号，负非交叠时钟产生单元的输出端输出一组相 位不同的GND-VCC时钟信号。

上述的开关管S1、开关管S3为PMOS管，开关管S2、开关管S4为NMOS 管，开关管S1和开关管S2的栅端接正非交叠时钟产生单元的输出VDD-GND 时钟信号，开关管S1的源极接VDD，开关管S1的漏极、开关管S2的源极 以及电容C_fly的一端连接，开关管S2的漏极接GND，

开关管S3和开关管S4的栅极接负非交叠时钟产生单元的输出GND-VCC 时钟信号，开关管S3的源极接GND，开关管S3的漏极、开关管S4的源极 以及电容C_fly的另一端连接，开关管S4的漏极接VCC，电容C_OUT连接在VCC 和GND之间。

一种反馈型DC-DC负压产生法，包括以下步骤：

1]产生时钟信号：

振荡器OSC产生时钟信号，时钟信号为VDD到GND的方波，时钟信号 的频率在10K～10MHz之间；

2]产生负压脉冲信号：

负压驱动电路产生负压脉冲信号；