输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路及方法技术

本发明专利技术公开了输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路及方法，输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路的输出方法，包括步骤S1：开关电容模块通过开关管单元的关断导通处理，以获得泵电容Cpump的正极板的电位并且将泵电容Cpump的电荷传输到负载电容CL，以使得负载电容CL输出升压输出信号VCP，步骤S2：PWM调制模块通过差值采样单元对升压输出信号VCP和电源电压VBB的差值进行采样。本发明专利技术公开的输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路及方法，其可以根据实际的工作环境调节ΔV，进而调节输出电压信号VCP的值，在可以实现输出电压可调的同时通过补偿技术使得电路具有抗PVT变化的特性，应用场景更加广泛。应用场景更加广泛。应用场景更加广泛。

【技术实现步骤摘要】
输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路及方法


[0001]本专利技术属于电荷泵电路
，具体涉及一种输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路和一种输出可调的闭环抗PVT(Process
‑
Voltage
‑
Temperature，工艺、电压和温度)变化的电荷泵电路的输出方法。

技术介绍

[0002]随着制造工艺的尺寸不断缩小，这使得PVT的变化越来越受到人们的关注。由于工艺参数波动造成的工艺偏差持续增大，在芯片制造完成后，不同的芯片可能都处于不同的工艺角下。
[0003]对于开环的电荷泵电路来说，输出电压对于PVT的变化更加敏感，因而输出电压往往会由于PVT等参数的影响产生较大的变化。为了稳定输出电压，往往采用相应的反馈机制对输出进行调控。常见的反馈机制有脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)、脉冲跳跃调制(Pulse Skip Modulation，PSM)、输入限流控制等。但是通常情况下在设计时，要先保证在最差PVT的情况下达到所需要的指标，但是当电路处于其他条件时，输出电压会比设定的电压值要高。因而鲁棒的技术变得越来越必要，以提高电路性能和避免功能故障。
[0004]在不同领域有不同的方法来最小化由于PVT变化而造成的性能损失。可以将整个电路的输出传输函数设计成由电容比和晶体管尺寸比组成的，考虑到电容比和晶体管尺寸比在PVT变化上都是稳定的，因此这个电压增益预计将保持不变。但是在实际应用中这难以做到，并且往往会带来很大的硬件开销。或者通过使用一个辅助的单极放大器来跟踪PVT的变化以进行补偿，虽然该方案降低了放大器的PVT的灵敏度，但是对于电荷泵电路来说，开关电容电路对于PVT的灵敏度仍然存在的。或者利用PVT检测器来检测电路所处于工作环境，来对电路进行调整。
[0005]通常想要改变输出电压的值，可以通过改变电荷泵的电压转换倍率，获得输出电压可调的功能。即改变浮置电容之间的串、并联连接关系，由于存在寄生电容的影响会降低转换效率，同时会使得面积增大。这在采用外置电容的电荷泵上是不可取的。
[0006]因此，针对上述问题，予以进一步改进。

技术实现思路

[0007]本专利技术的主要目的在于提供输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路及方法，其可以根据实际的工作环境调节ΔV，进而调节输出电压信号VCP的值，在可以实现输出电压可调的同时通过补偿技术使得电路具有抗PVT变化的特性，应用场景更加广泛。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路及方法，采用脉冲宽度调制，通过改变比较器的参考电压值可以改变每个工作周期的占空比，保持频率不变，来控制每个充放电周期的能量转移，进而调整输出电压的大小，在设定想要得到的输出电压大小之后，根据温度传感器模块和工艺角检测模块，判断此时芯片处于什么温度下、哪个工艺角下，进而控制信号在查找表中选择不同的参考电压值，得到一个可以抵抗
PVT变化、稳定的输出电压信号VCP。
[0009]为达到以上目的，本专利技术提供一种输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路的输出方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1：开关电容模块通过开关管单元的关断导通处理，以获得泵电容Cpump的正极板的电位并且将泵电容Cpump的电荷传输到负载电容CL，以使得负载电容CL输出升压输出信号VCP；
[0011]步骤S2：PWM调制模块通过差值采样单元对升压输出信号VCP和电源电压VBB的差值进行采样，从而将采样的差值转为电流信号并且通过电阻分压获得一个输入到比较输出单元的正极输入端的电压信号Vin，还通过温度补偿单元对差值采样单元产生的电流信号引入的温度特性进行补偿；
[0012]步骤S3：输出电压调制模块根据输出电压(VCP)的需求，通过查找表单元选择不同的参考电压Vref并且将参考电压Vref传输到比较输出单元的负极输入端，以使得参考电压Vref和电压信号Vin进行比较，从而输出脉冲信号Vpulse反馈到开关管单元，进而控制开关管单元的导通状态，最终通过闭环调节的方式保持升压输出信号VCP的稳定。
[0013]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S1具体实施为以下步骤：
[0014]步骤S1.1：对开关管单元的开关管MN1和开关管MN2进行导通并且对开关管MP1和开关管MP2进行关断，以使得对泵电容Cpump进行充电，从而使得泵电容Cpump的正极板的电位为电源电压VBB的电位VBB；
[0015]步骤S1.2：在下一个周期，对开关管单元的开关管MN1和开关管MN2进行关断并且对开关管MP1和开关管MP2进行导通，以使得对泵电容Cpump进行充电，从而使得泵电容Cpump的负极板的电位为VBB并且正极板的电位为VBB+ΔV；
[0016]步骤S1.3：将泵电容Cpump的电荷传输到负载电容CL，以使得负载电容CL输出升压输出信号VCP到负载电阻RL。
[0017]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S2中对于温度补偿单元：
[0018]三极管Q1的V
BE
产生一个电流信号V
BE
/R1,同时采样的电流信号大小为(VCP
‑
VBB
‑
V
BE
)/R2，如果令R1＝R2，则抵消比较输出单元的正极输入端的信号的温度变化。
[0019]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3中对于比较输出单元：
[0020]当电压信号Vin大于参考电压Vref时，比较输出单元的比较器U4输出高电平，当电压信号Vin小于参考电压Vref时，比较器U4输出低电平，将比较信号Vout与时钟信号CLK共同输入到逻辑模块，从而改变时钟信号CLK的占空比，逻辑模块输出的脉冲信号Vpulse分别传输给开关管MN1、开关管MN2、开关管MP1和开关管MP2，从而进行充放电；
[0021]比较器U4的比较信号Vout的上升沿决定脉冲信号Vpulse的上升沿，时钟信号CLK的下降沿决定脉冲信号Vpulse的下降沿，刚开始升压时脉冲信号Vpulse的占空比较小，从而控制开关管单元进行充电，等稳定之后，脉冲信号Vpulse信号的占空比较大，从而控制开关管单元进行放电，将采样到的输出电压变化最终反馈到开关管单元，来控制开关管单元的导通状态，以保持升压输出信号VCP的稳定。
[0022]作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤S3中对于输出电压调制模块：
[0023]输出电压调制模块包括译码器U1、温度传感器U2和工艺角检测器U3，通过外部引脚A1和外部引脚A2选择电荷泵的升压输出信号VCP与电源电压VBB的差值大小，当A1A2＝00
时，选择ΔV为第一电压值(优选为5V)，当A1A2＝01时，选择ΔV为第二电压值(优选为7V)，当A1A2＝10时，选择ΔV为第三电压值(优选为10V)，同时根据温度传感器U2和工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路的输出方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：开关电容模块通过开关管单元的关断导通处理，以获得泵电容Cpump的正极板的电位并且将泵电容Cpump的电荷传输到负载电容CL，以使得负载电容CL输出升压输出信号VCP；步骤S2：PWM调制模块通过差值采样单元对升压输出信号VCP和电源电压VBB的差值进行采样，从而将采样的差值转为电流信号并且通过电阻分压获得一个输入到比较输出单元的正极输入端的电压信号Vin，还通过温度补偿单元对差值采样单元产生的电流信号引入的温度特性进行补偿；步骤S3：输出电压调制模块根据输出电压的需求，通过查找表单元选择不同的参考电压Vref并且将参考电压Vref传输到比较输出单元的负极输入端，以使得参考电压Vref和电压信号Vin进行比较，从而输出脉冲信号Vpulse反馈到开关管单元，进而控制开关管单元的导通状态，最终通过闭环调节的方式保持升压输出信号VCP的稳定。2.根据权利要求1所述的一种输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路的输出方法，其特征在于，步骤S1具体实施为以下步骤：步骤S1.1：对开关管单元的开关管MN1和开关管MN2进行导通并且对开关管MP1和开关管MP2进行关断，以使得对泵电容Cpump进行充电，从而使得泵电容Cpump的正极板的电位为电源电压VBB的电位VBB；步骤S1.2：在下一个周期，对开关管单元的开关管MN1和开关管MN2进行关断并且对开关管MP1和开关管MP2进行导通，以使得对泵电容Cpump进行充电，从而使得泵电容Cpump的负极板的电位为VBB并且正极板的电位为VBB+ΔV；步骤S1.3：将泵电容Cpump的电荷传输到负载电容CL，以使得负载电容CL输出升压输出信号VCP到负载电阻RL。3.根据权利要求2所述的一种输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路的输出方法，其特征在于，步骤S2中对于温度补偿单元：三极管Q1的V
BE
产生一个电流信号V
BE
/R1,同时采样的电流信号大小为(VCP
‑
VBB
‑
V
BE
)/R2，如果令R1＝R2，则抵消比较输出单元的正极输入端的信号的温度变化。4.根据权利要求3所述的一种输出可调的闭环抗PVT变化的电荷泵电路的输出方法，其特征在于，步骤S3中对于比较输出单元：当电压信号Vin大于参考电压Vref时，比较输出单元的比较器U4输出高电平，当电压信号Vin小于参考电压Vref时，比较器U4输出低电平，将比较信号Vout与时钟信号CLK共同输入到逻辑模块，从而改变时钟信号CLK的占空比，逻辑模块输出的脉冲信号Vpulse分别传输给开关管MN1、开关管MN2、开关管MP1和开关管MP2，从而进行充放电；比较器U4的比较信号Vout的上升沿决定脉冲信号Vpulse的上升沿，时钟信号CLK的下降沿决定脉冲信号Vpulse的下降沿，刚开始升压时脉冲信号Vpulse的占空比...

【专利技术属性】
技术研发人员：马新沂，王良坤，夏存宝，黄武康，殷明，
申请(专利权)人：嘉兴禾润电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：