一种改进型的CMOS电荷泵电路朱翔，陈星弼本文提出一种改进型的CMOS电荷泵电路结构。在传统的电荷泵电路基础上本文采用了后级反馈控制结构和预充电结构。理论分析表明??
山国科技论文在线 稳态分析 稳态情况是指电荷泵经过初始状态后输岀电压稳定的情况凹。在连接负载,有一定输出 电流的情况下,隨着时钟的变化,输出电压会有一定的抖动,即纹波,如图3所示,下面以 级的电荷泉为例,就此进行分析 时钟 out V IET(K11)T 图3稳态时的输出电压波形 在稳态的吋候,电荷泵L作分成两个阶段。在第个阶段( charge phase),泵电容被充 电,输出电流由输岀电容也即存储电容提供;在第二个阶段( bootstrap phase),输出电压被 重新抬高,由泵电路提供输出电流并给输出电容充电 对于一级的电荷泵,在稳态时,输出电压最小值为 (6) 其中为时钟所接的泵电容值,om为输出电容 在稳态的第个周期,当時钟高电平到来,节点电压被抬高,MOS管导通,电付迅 速在泵电容和输出电容分配,使输岀电压迅速抬髙(见图3)。这个阶段电压交化约为: (7) 之后电容放电(鈳以看作两个电容并联)以维持电流在(+ 容上的电荷贮存状态、各MOS管的泄漏电流和实际应用中电荷泵的电流负载都有关系 在传统的电荷泵中,初态时各电容上的电荷基本为零,从这一初态开始,电压上升会导 致很多电荷消耗在无意义的电荷转移中,因此在初态时效率很低。 而图2改进型嘚电荷泵结构中,MB管可以对各个电荷泵节点进行预充电,当电荷泵进 入初态时,节点上已经存储一定电荷而在电荷泵进入稳态之后,由于MB管源端電压高, 管子将截止,也不影响稳态的情况。对于N级的改进犁电荷泵,预存的电荷为 10) 通过MB管的预充电作用,将会缩短电荷泵的初态建立时间,并且增夶电荷泵的转换效 率,在下部分的仿真中将能看到对初态建立时间仿真的结果 电路仿真 下面进行改进型电荷泵电路结构的仿真。使用 LL 图5初態建立时间的仿真与比较 振荡器电路 实际电路中时钟信号由振荡器电路产生,由于电荷泵电路需要的频率较晑,故振涝器必 需能产生较高频率,並且能有合适的驱动电容的能力,图6为采用的振荡器电路的拓扑图 图6振荡器电路拓扑图 严格的来说,为了防止穿通电流,提高转换效率,互补的時钟信号最好是非交迭的,实 现非交迭时钟信号的方法可以根据情况而定。 .结论 本文中改进型的电荷泵电路结构具有较大的增益,提高了输出電压通过预充电的方式, 缩短了初态建立时间,提高了电荷泵的转换效率。通过电路仿真验证得到与理论比较一致的 结果电荷泵电路与相應的其他电路(如振荡器电路、 Regulator电路等)配合起来,将在 低电源电压及低功耗应用起到重要作用。当然这种结构同样也适用于高电压的应用情况