[发明专利]一种输出电压可调电荷泵的调整管驱动电路

说明书

本发明提供一种输出电压可调电荷泵的调整管驱动电路，其包括与所述调整管的栅极相连的PMOS驱动管、NMOS驱动管和反馈电阻网络、两个放大器、开关逻辑电路，反馈电阻网络设置为输出调整管的栅极电压的分压；第一放大器的两输入端分别接收误差放大器输出的调整电压值和分压，输出端与NMOS驱动管的栅极连接；第二放大器的两输入端与第一放大器相反，输出端与PMOS驱动管的栅极连接；开关逻辑电路接收逻辑输入信号并在在逻辑输入信号为关断信号时关断调整管和第二放大器。本发明通过增设具有正反馈功能的第一放大器和第二放大器使调整管的栅极电压在开启时能够在很短时间上升到所需的调整电压值，却不需要很大的静态电流。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，具体涉及一种输出电压可调电荷泵的调整管驱动电路。

背景技术

便携式设备的广泛应用，对电源管理的需求越来越多样化。而便携式设备中的一些电路对噪声十分敏感，而采用的电感元件的DCDC变换器会对周围环境产生辐射，而电荷泵通过对泵电容的充放电将能量送到输出端，从而实现升降压或负压，克服了电感元件带来的EMI的问题。

电荷泵结构通常有几种，例如2倍电荷泵(VOUT＝2VIN)、-1倍电荷泵(VOUT＝-VIN)、0.5倍电荷泵(VOUT＝0.5VIN)等等，确定了电荷泵倍数，电荷泵结构通常是确定的，一般会根据输入输出情况选择适合的电荷泵结构，也就是电荷泵倍数，比如输入是5.3V，输出想要-4V/-5V两种，那么会选择-1倍电荷泵(即一倍负压电荷泵)。

图1示出了传统的一倍负压电荷泵结构，其包括：开关管S1、S2、S3、S4、泵电容CFLY以及输出电容COUT。该一倍负压电荷泵的工作原理如下：在第一阶段，即充电阶段，开关管S1和S2导通，开关管S3和S4断开，电压输入端VIN通过开关管S1和S2给泵电容CFLY充电，将其充到电压输入端VIN的电压值(例如5.3V)。在第二阶段，即放电阶段，开关管S3和S4导通，开关管S1和S2断开，泵电容CFLY通过S3和S4将自身的电压反接在电压输出端VOUT和地GND之间，向地GND到电压输出端VOUT之间的输出电容COUT放电(例如充到-5.3V)。通常充放电时间相等，-1倍电荷泵的输入电流Iin＝Iout。理想情况下，输入是5.3V，那么输出为-5.3V，但由于想要的输出电压可能与输入电压不同，比如输入是5.3V，输出想要-4V或-5V，也就是说输出并不需要-5.3V那么多的能量，所以将多余的能量消耗掉，需要消耗掉的能量为(5.3V-4V)*Iout，除了系统本身的功耗，需要将输入功率到输出功率多余的功率消耗掉。

消耗掉多余的功率通常有两种办法。第一种办法是采用第一阶段时间和第二阶段时间不同，即第一阶段时间的有效占空比小于50％，来将多余的功率消耗掉。具体如上文所述，以-1倍电荷泵为例，输入和输出电压是工作条件，-1倍电荷泵的输入电流等于输出电流，那么效率是死的，为Vout*Iout/(Vin*Iin),在某一确定输出电流条件下，需要将多余的能量消耗掉，由于电荷泵的充电时间通常等于放电时间，那么可以采用电荷泵工作一段时间休息一段时间的方法来消耗多余的能量，即采用间歇工作和休息的方式，在休息时间(即第二阶段的后半部分时间)，电荷泵不对电压输出端VOUT释放能量，电荷泵本身可以等效为一个电阻，那么休息时间就是增大了这个等效电阻，利用此电阻来消耗多余的能量。工作阶段(第一阶段和第二阶段的前半部分时间)的占空比为50％，而有效占空比指一个间歇周期内充电时间(即第一阶段的时间)和整个间歇周期(即第一阶段和第二阶段的总时间)的比；有效占空比小于50％的方法中，放电时会将泵电容CFLY上的能量输出到电压输出端VOUT，由于开关管S3开启时阻抗很小，因此会一下把电压输出端VOUT充的相对高一点，那么需要开关管S1、S2的关断时间长一些，才能将这个放电阶段输出的能量平均化，所以调整有效占空比的电荷泵相当于一个可调电阻。第一种办法的有效占空比可采用误差放大器或比较器控制；然而，如上所述，由于开关管S3在开启时阻抗很小，因此会一下把输出充的相对高一点，采用上述第一种办法会造成输出纹波大，且第一种办法在采用比较器来控制时，比较器精度差，使得输出电压的误差较大。