新型低压、高速 CMOS电荷泵电路

第28卷　第2期2005年6月电　子　器　件

Chinese Journal of Elect ron Devices Vol.28　No.2J un.2005

A N e w Type of Charge 2Pump Circuit for Low 2Voltage High 2Speed PLL Application

YU Hong ,H A N Yan

(I nstit ute of Microelect ronics Technolog y &S ystem Desi gn ,Zhej iang Uni versit y ,Hangz hou 310027,China )

Abstract :The p henomena of charge injection ,clock feedt hrough and charge sharing in charge p ump are an 2alyzed ,and t he relevant measures are given.Based on above analysis ,we p ropo sed a new type of charge p ump circuit ,which is simple ,suitable for high speed PLL circuit and can work at low supply.The charge p ump is designed according to a standard CMOS 0.18μm technology.It is able to operate at 1V supply

and t he outp ut voltage is f rom 100mV to 980mV ,power co msumption about 130μw ,not exhibiting any sp urious jump p henomenon.

K ey w ords :charge p ump ;p hase 2locked loop (PLL );charge injection ;high speed ;low power consumption EEACC :2570D

新型低压、高速CMOS 电荷泵电路

俞　宏,韩　雁

(浙江大学微电子技术与系统设计研究所,杭州310027)

收稿日期:2004-11-12

作者简介:俞　宏(19792),女,籍贯江苏,硕士研究生,主要从事模拟/数模混合集成电路设计;

韩　雁(19592),女,籍贯浙江,教授、博士生导师,主要从事高压集成电路及ASIC 集成电路的研究。摘　要:针对电荷泵传统电路中存在的电荷注入、时钟馈通、电荷分享等现象、问题,提出了相应的解决措施,并且提出了一种新型的电荷泵电路。电路按0.18μm CMOS 工艺设计,Spectre 仿真,可以工作在1V 电源电压下,频率达到1GHz ,输出电压范围为100～980mV ,功耗130μW ,输出波形连贯无跳跃。该电荷泵具有结构简单、低压低功耗的特性,适合高速锁相环电路的使用。

关键词:电荷泵;锁相环;电荷注入;高速低功耗中图分类号:TN 702 文献标识码:A 文章编号:100529490(2005)022******* 锁相环(PLL )是当前无线通讯系统的关键组成部分,而且也广泛应用于其他领域。在过去的十多年里,PLL 得到了很大的发展,工作频率由“兆”赫兹上升到了“千兆”赫兹。工艺上除了CMOS 外,其他如BiCMOS 、Si Ge 异质结等也成功的实现了PLL 的集成,而结构上的实现方法更是层出不穷。尽管如此,目前最为广泛使用着的仍然是CMOS 工艺的电荷泵锁相环(CPPLL )。其不可替代的优势在于:在理论上,可以证明CPPLL 静态相位误差为零;在实践上也证明CPPLL 具有高速、低功耗、低抖动的特性,是设计实现锁相环的一个简单、高效的方法。

通过环路带宽、阻尼因子、锁定范围等变量的折中,可以对CPPLL 进行灵活的设计[1-3]。

随着半导体制造工艺尺寸的不断减小,电子产品对性能要求的不断提高,高速、低功耗已经成为当前集成电路的发展主要趋势。同样的,电荷泵锁相环电路也面临如何在低压条件下实现高速运行的挑战。本文针对此点,给出了一种适用于锁相环电路

的、能够工作在低电压(1V )下的电荷泵结构。用0.18μm 标准CMOS 工艺实现,结构简单,设计方法

灵活,仿真结果显示此电路结构有效地减小了电荷泵在非理想情况下的寄生效应,输出抖动小,工作频

率高达1GHz ,功耗为130μW 。

1　电荷泵锁相环电路的概述

CPPLL 电路结构如图1所示,通过鉴频鉴相器PFD 检测出F ref 、F osc 两信号之间的相差或频差,并

产生电压信号U p 、D n 来控制其后的电荷泵CP 的工作状态。电荷泵将CP 信号U p 、D n 转换成可以

控制压控振荡器VCO 的电压V c 输出,V c 在经过环路滤波器L F 的过滤之后,输出为V control ,才真正成为压控振荡器VCO 的输入。在CPPLL 锁定时,输入信号F ref 与输出信号F osc 之间不仅频率相等,而且相位也相同,即输出与输入信号完全同步。这个特点是线性模拟锁相环所无法具备的

。

图1　CPPLL 结构框图

CPPLL 是一个数模混合电路,CP 的输入U p 、Dn 是数字信号,而输出V c 则是一个模拟信号。由

于V c 上的任何扰动都会降低VCO 的频谱纯度,因此CP 的设计是PLL 设计中至关重要的一部分。

2　电荷泵电路结构分析

PLL 的电荷泵电路主要由2个受开关控制的

电流源构成。理想的CP 模型如图2(a )所示,信号U P 和DOWN 控制着I up 和I dn 两个电流源,使其工

作在三种状态见表1。

表1　CP 的三种状态

状态

S M1S M2V c

Up on off 上升,充电Hold off off 保持不变,锁定Down

off

下降,放电

开关S M1、S M2不会同时处于on 状态。

在实际电路里,通常是由MOS 管来实现图2(a )中的开关S M1、S M2:PMOS 实现S M1,NMOS 实

现S M2。MOS 管实现开关电路,显然会引入MOS 管自带的寄生效应,导致非理想性能的产生,反映在电荷泵的特性上即出现电荷注入、时钟馈通以及电荷分享等现象。如图3(a )所示,这是直接由图2(a )理想模型实现CP 电路的一种结构,其特点是MOS 开关管位于电流源的漏端。

当MOS 开关管从导通转变为截止态时,

存储

图2　

电荷泵模型

图3　电荷泵结构电路

在沟道里的电荷以及栅极处通过C G D 耦合过来的电

荷会在MOS 管的漏端产生电荷注入和时钟馈通现象[4]。在本结构中将直接导致V c 电压的抖动,又因为开关管S M1、S M2和电荷泵的输出直接相连接,其电荷分享效应尤为明显。如果一个开关MOS 管在饱和态时进入截至区,则所有的沟道电荷将流入MOS 的S 端,D 端不受影响。此方法可以缓解该结构的不良效应[5]。

传统上消除电荷分享等效应的方法是在V c ,

U p 和Down 三点之间接一个单位增益跟随器,如图

2(b )所示,时刻保证这三点之间的电势相同,这样

无论是哪一个开关打开,都不会发生电荷分享效应。

但是它的缺点是显然的:运放导致电路复杂度的增加。为消除图3(a )的缺点,另一种方法是将开关位置移至栅极,如图3(b )所示,输出端波形的过冲现象得到了明显的改善[6]。但是,由于P 2、N 2管栅极处的寄生电容较大,开关MOS 管的速度将减小,从而限制了这个CP 的工作频率。虽然可以通过增大偏置电流来提高工作速度,但是这必将使电路的功耗明显上升。

既要使电路保持结构的简单,又要削弱MOS 管带来的非理想特性,同时保证高速、低功耗的电路性能,我们将CP 开关管S M1、S M2的位置设置到电流源的源端,如图3(c )所示。此时,开关不和输出直接相连,几乎不受电荷注入等效应的影响;其次也不需要通过增加偏置电流来提高速度,可以实现低功耗的目的。此外,P 2和N 2始终工作在饱和区,可以

082电　子　器　件28卷

消除电荷分享效应。

3　新型电荷泵结构

综上分析,结合图3(c )所示电路结构的优势,

给出了一种新的电荷泵电路,它具有高速、低功耗的特性,而且在很低的电压电源下仍然能够正常工作。新的电荷泵电路的基本结构如图4所示,开关管P 1、N 2位于电流源的源端

。

图4　高速低功耗电荷泵电路

电路总体上分为上拉、下拉两部分,工作原理相

通,用0.18μm 工艺实现时,在1V 的电源电压下仍能够高速工作。以虚线框中的下拉NMOS 部分电路为例:①　当Down 信号为低电平时,N 2截止,I dn 的电流驱动N 3管;因为N 3的导通,而电路工作在低压条件下,电源电压为1V ,因此N 1管的栅源电压不足以使其导通。偏置电流I dn 通过电流镜N 3、N 4镜像到输出,给电容C 放电。

②　当Down 信号为高电平时,N 2导通,漏端电压下降,导致N 1进入饱和态工作。当电流I N1、I dn 的和与I N2向相当时,N 3中的电流近似可以忽略不计,因而N 4中的电流近似为零。

对于MOS 管P 6、N 6所组成的电路,其作用是对V b 点电压进行预充电处理,从而保证电荷泵电路的高速,同时也改善了I N4的波形,优化了输出电压V c 在放电阶段的线性度。

当电路处于上面所分析的①状态时,N 3的导通

决定了V b 的高电平值:

V b (high )=V N3sat (I dn )

(1)处于②状态时,V b 低电平值由N 1决定:V b (low )=V dd -V N1sat

(2)

当V b 在高低电平间切换时,将会对该点的电容进行充放电,P 6、N 6的电路结构会提高此效率。

P 6、N 6工作时,N 1饱和,V b 的低电平会迫使P 6

管饱和,也就是说P 6管是电流源而不是开关管,同时N 6管也工作在饱和区。为了具有相同的电流值,P 6、N 6必须要匹配,由I P6=I N6得:

K p (

)P6(V gsP6-V tp )2(1+λV dsP6)=K n (W

)N6(|V gsN6|-|V tn |)2(1+λV dsN6)(3)

此处考虑到用0.18μm 工艺实现电路,MOS 管的沟道调制效应不可忽视。根据计算与仿真结果

表明,上式中(W L

)P6/(W

)

的比值可以近似取为

3.5。同时为了尽可能减小引入的寄生电容,P 6、N 6

管各自的宽、长值要尽量的小。

同理,可以推得PMOS 上拉部分电路的工作机理,其中P 5、N 5管对的上拉电路中V a 的影响尤为明显。因为PMOS 管空穴载流子的速度较低,当

U p 信号由1到0跳变时,V a 需要长时间的充电才

能达到高电平,在没有P 5、N 5结构时,V a 的波形如图5中虚线所示。

根据图4所示的结构,本电路正常工作的最小电源电压可以达到:

V dd =V gsN3+V sat

综上,整个电荷泵电路的真值表如表2所示。

表2　电荷泵电路的真值表

状态

Up Down V c

Up 11充电,上升Down 00放电,下降Hold

保持定值

本电路中,CP 正常工作时,信号Up/Down 是同相的,避免了因时序上不匹配而引起的输出电压的扰动,可以减小相应PLL 的相位抖动。

4　仿真结果

用0.18μm 的标准CMOS 实现本电荷泵结构的电路,并用Spect re 对此电路进行仿真模拟。当

电源电压下降至1V 时,本电荷泵仍然能保持高速正常的工作,仿真结果具体见图5、图6、图7所示。

由于V a 决定着P 4的工作状态,它的波形对电

82第2期俞　宏,韩　雁等:新型低压、高速CMOS 电荷泵电路

路性能具有直接的影响。通过P 5、N 5管构成的电路通道,当U p 信号由1到0跳变时,对V a 点的电压

进行上拉处理,V a 的波形得到了很好的改善。图5中实线所表示的波形是V a 预充电后的结果,虚线为没有P 5、N 5结构时V a 的波形。V b 电压相似,此处就不赘述了。V c 电压的输出结果如图6、图7所示,很好地消除了传统电荷泵输出波形上的抖动

。

图5　Va

电压

图6　

电荷泵充电的输出波形图7　电荷泵放电的输出波形

从仿真结果得知,电荷泵的工作频率为1GHz ,输出电压的范围为100～980mV ,电荷泵的功耗为130μW 。实现了高频、低压低功耗,且输出范围大,输出波形无抖动的特性。

5　小　结

整个PLL 版图如图8所示。用本电荷泵电路构建的锁相环工作正常,性能稳定,并且参加M PW 项目流片得到验证

。

图8　PLL 版图

参考文献:

[1]　Ahn H and Allstot D.A low 2jitter 1.92V CMOS PLL for Ul 2

traSPARC microprocessor applications [J ].IEEE Solid -State Circuit s ,Mar.2000,35:4502454.

[2]　Rategh H ,Samavati H ,and Lee T.A CMOS frequency syn 2

t hesizer wit h an injection 2locked frequency divider for a 52GHz wireless LAN receiver [J ].IEEE J.Solid 2State Circuit s ,May 2000,35:7802787.

[3]　Meghelli M ,Parker B ,Ainspan H ,and Soyuer M.Si Ge BiC 2

MOS 3.32V clock and data recovery circuit s for 102Gb/s serial transmission systems [J ].IEEE J.Solid 2State Circuit s ,Dec.2000,35:199221995.

[4]　Ganesh Kumar Balachandran and Phillp E.Allen.Switched 2

current circuit s in digital CMOS technology wit h low charge 2injection errors [J ].Solid 2State Circuit s ,Oct.2002,IEEE Journal of 37(10):127121281.

[5]　Liang Dai and Harjani ,R.CMOS switched 2op 2amp 2based

sample 2and 2hold circuit [J ].Solid 2State Circuit s IEEE Journal of ,J an.2000,35(1):109-113.

[6]　L IN Y ijing and SH EN G Shimin.A Novel Charge Pump in

PLL [J ].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinen 2sis ,May.2002,38(3).

[7]　Baki R A and El 2Gamal M N.A new CMOS charge pump for

low 2voltage high 2speed PLL applications [C].In :Circuit s and Systems ,2003.ISCAS ’03.Proceedings of t he 2003Interna 2tional Symposium on ,25228May 2003Volume 1:I 2657～I 2660.

282电　子　器　件28卷

电荷泵设计原理及在电路中的作用

1、电荷泵原理电荷泵的基本原理是，电容的充电和放电采用不同的连接方式，如并联充电、串联放电，串联充电、并联放电等，实现升压、降压、负压等电压转换功能。上图为二倍升压电荷示，为最简单的电荷泵电路。V2输出为方波信号，当V2为低电平的时候，V1通过D1、C1、V2对电容C2充电，C2两端电压上正下负;当V2为高电平输出的时候，V2输出电压与C1两端电压相叠加，通过D3对负载供电并对C2充电。如果忽略二极管压降，则C2两端电压Vo=V2+V1，其中V2为电压源V2的高电平输出电压。由于电荷泵整个工作过程的核心部分为电容充放电过程，所以最重要的公式为电容充放电公式：I*T=ΔV*C，其中T为电容充放电周期，ΔV为每个充放电周期内电容两端电压波动，I为充放电电流。电荷泵以非常简单的电路可以实现升压、降压、负压等功能，所以各种不同的场合为电路扩展小功率电路。 2、电荷泵在电路中的作用 1.功率电路中的电荷泵电荷泵的一个非常广泛的用途就是在由N沟道MOSFET构成的半桥电路中为上桥臂提供浮驱电压。典型接法如下图所示，图中红框内的二极管D及电容Cboot与主电路中半桥的下桥臂T1构成电荷泵。当半桥的下臂T1开通时，Vcc 通过D与T1为电容Cboot充电;当T1关断T2导通时，Cboot为上臂T2提供MOSFET导通所必需的Vgs电压。这是由于T2在电路中的位置所决定的，当T2导通时，如果忽略导通压降Vds，T2的源极电压Vs=Vr，所以如果想要饱和导通，加上T2门极上的驱动电压需满足Vg=Vr+Vgs，对于功率型N沟道

MOSFET而言，Vgs通常需要15V左右。电荷泵以很少的元器件满足了这一设计要求，所以在此类应用中得到广泛应用。虽然上图中所述的自举型电荷泵（采用半桥的下臂作为电荷泵的一部分）使电路设计变得非常简单，但实际使用过程中有些限制，如对桥臂的开通时序和占空比有限制等。所以，在某些要求比较高的应用场合，采用他驱型的电荷泵，即将电荷泵电路及驱动波形与主功率电路分离，采用外部电路构成电荷泵。这样的电路虽然结构比自举驱动电路略微复杂一些，但克服了自举驱动电路的一些问题，在某些场合也得到较广泛的应用。 2.RS-232电平转换中的升压、负压电荷泵的另外一个极为广泛的应用就是为电平转换芯片提供符合RS-232标准的电源电压。电平转换芯片的供电通常为3.3V或者5V的单电源，而RS232电平标准要求，以-3~-15V表示逻辑电平“1”，以+3~+15V表示逻辑电平“0”，所以RS232转换芯片不仅要完成电平转换，还要提供符合要求的电源转换。下图为RS232电平转换芯片的典型结构框图，首先以一个升压电荷泵将+3.3V或5V的输入电源进行二倍压升压，然后采用一个负压电荷泵将二倍压升压后的电源输出进行转换为负电压。

电荷泵

背景知识：便携式移动设备大多以电池供电，其负载电路通常是微处理器控制的设备，比如移动电话、掌上电脑等等，此类设备要求供电电源效率高、输出纹波电压小。直流变换器就是把未经调整的电源电压转化为符合要求的电源。电池的广泛使用，给这一类电源带来特殊的要求:高效率、静态电流小、很小的面积、低重量并且价格便宜。传统的电源通常使用一个电感实现DC/DC变换，但是电感体积庞大、容易饱和、会产生EMI而且电感价格昂贵。为解决此类问题，现代电源通常采用电荷泵电路。电荷泵采用电容储存能量，外接组件少，非常适合用于便携式设备中，并且随着其电路结构的不断改进和工艺水平的提高，也可应用在需要较大电流的应用电路中。因此高效率电荷泵DC-DC转换器因其功耗小、成本低、结构简单、无需电感、二极管、MOSFET等外围组件、高EMI抑制等优点，在电源管理电路中己得到广泛应用。基本原理：电荷泵使用电容储存能量，并且随着电荷泵电路结构的改进，也可应用在需要大电流的应用电路中。一般电荷泵电路主要有两种工作模式——“LINEAR” 模式和“SKIP”模式。当电荷泵工作在“LINEAR”模式下，可以获得较低的输出纹波，工作在“SKIP”模式下可以获得较低的静态电流。为描述方便，以下分析中的电荷泵四个开关管均用NMOS代替，而并非实际上电荷泵开关中既有PMOS又有NMOS。无电感型电荷泵如图1所示，包含四个开关(M1-M4)、一个泵电容(flying capacitor) CF、输出电容(OutputCa pacitor)LOUT。一个简单的工作过程可分为三个阶段: 阶段A ( 充电阶段，M1和M2导通):泵电容被VIN充电，CF两端的平均压差为VIN减去充电电流在M1和M2产生压降。阶段B （能量传输阶段，M3和M4导通):泵电容向负载电容放电，其两极平均电压为阶段C (等待阶段，M1-M4均不导通):没有能量从VIN传输到CF和Cout。VCF =常量。在等待状态，CF两端电压保持恒定，这意味着:

一种改进型的CMOS电荷泵电路

一种改进型的CMOS电荷泵电路1 朱翔，陈星弼电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都（610054） E-mail：xiangzhu@https://www.360docs.net/doc/2417873210.html, 摘要：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，本文结构具有更小的开关管损耗、更大的电压增益与更高的输出电压，同时获得更短的初态建立时间与更高的电路转换效率。CADENCE SPECTRE 仿真显示，相对于传统结构，电压增益增大60%，初态建立时间缩小20% 。该结构适用于低电源电压和低功耗电路设计。关键词：电荷泵电路，电压增益，初态建立时间，转换效率中图分类号：TN4 1．引言电荷泵电路是一种能够产生比电源电压更高的电压的电路。它在实现过程中不使用电感，而能够只用电容和有源器件来实现，非常便于集成。电荷泵电路具有广泛应用，一个重要的用途是用于非易失性存储器中，作为编程电压产生器或电平转换电路中的高压产生器。电荷泵电路还应用在需要高压来驱动模拟开关的低电源电压开关电容系统、数模转换器和DC-DC转换器中。随着IC的设计与制造中晶体管尺寸的逐渐减小（scaling down）以及低功耗的需求越来越高，电源电压将不断降低，电荷泵电路的应用也将越来越广泛[1]。现在集成的电荷泵电路多数基于经典的Dickson型电荷泵[2]。其基本结构如图1所示，时钟脉冲经电容耦合到各个极点,利用二极管的单向导电性和电容存储电荷的特性,在时钟驱动下将电荷从输入端推向输出端。在CMOS工艺中，二极管不易实现，往往用栅漏短接的MOS 管代替，但MOS管的阈值电压会严重影响电荷泵的增益，衬偏效应使问题更加严重，限制了最大输出电压。为了解决这个问题，已经有很多种方案被提出，如Jinbo的四相位电荷泵电路，Wu的 Static CTS电荷泵电路等等，都是对Dickson型电荷泵较低增益缺陷的改进。图1 经典的Dickson型电荷泵电路另外，由于电荷泵不可避免涉及到启动时间的问题，特别是电荷泵级数增多时，初态建立时间会更长，进而影响电荷泵的效率，因此初态情况也是需要考虑的问题。本文提出了一种改进型的CMOS电荷泵，在Wu的电荷泵基础上进行改进，既有较大的增益，又优化了初态建立时间。第二部分将详细进行分析。第三部分将给出电路的仿真，第四部分简略描述相关的振荡器电路,最后是结论。 1本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金（项目编号：20030614005）的资助。

高速离心泵操作规程

2高速离心泵操作法 2.1高速离心泵概述：高速泵主要由泵体、齿轮箱、润滑油系统、监控系统、底座、电机、密封冲洗罐及辅助油泵等部分组成。本装置有三台高速泵，如下表： 21P0101进行说明：GSB – L 2 – 24 / 325。额定扬程325 Rated Head(m) 额定流量24 Rated Flow(m3/h) 分类序号2 Type Code，“2”代表1级增速，“1”代表2级增速立式Vertical；卧式为W Horizontal 高速泵High Speed Pump 启动前的检查工作：检查泵座地脚螺栓，电动机法兰连接螺栓，应牢固拧紧。检查电动机动力线和接地线，应连接正确。检查油冷却器冷却水投用正常。检查与泵运转有关的仪表，应处于良好使用状态。检查机械密封冲洗系统指标在指定范围内，液位2/3处，压力。启动前的准备工作：给齿轮箱加油。（如增速箱内有防锈油，应先排除干净。）油位在1/2~2/3之间。润滑油的理化特性应符合表2-2的规定，并经60，80，100目三级过滤。表2-2 高速泵润滑油理化特性

操纵手动油泵手柄上下运动或起动电动油泵，从润滑油压力表观察油压，油压不低于为合格。带压检查润滑油路的密封性，如有漏油处应予排除。重新检查增速箱油位情况，如油位低则应补充加油。灌泵。打开泵前阀门灌注泵，让液体完全充满泵腔。打开密封体上的孔口，排放泵腔内的空气或介质蒸汽。对于低温或高温介质，泵需预冷或预热。注意：应先投密封冲洗，后灌注泵。启泵：点试电机。确认转向与转向牌所标一致，即从电动机顶部沿轴看为逆时针方向；如果转向不一致，联系电气进行接线调整。微开泵出口阀门2~3扣。注：泵不能在出口阀门完全关闭状态下起动。起动主泵。如无异常，主泵起动后5~7秒内关闭电动油泵（如有自启逻辑，现场投自动）。调节泵出口阀门的开度到泵工作流量点。检查泵的扬程和电动机的电流，并与泵和电机铭牌对照。泵运转稳定后，调节冷却水流量，使齿轮箱油温控制在40~70℃之间。检查齿轮箱润滑油压力表，其示值应在~范围内。检查是否有泄漏。停泵：如果泵起动后，振动、声音、扬程、油压、油温、密封或电动机电流、电压不正常，则应紧急停机。并进行处理。泵停机时，应先逐步关闭泵出口阀门，然后按“停机”按钮，最后关闭泵前阀门。机泵检修前的处理步骤：泵运转中，如果发现参数不正常或有异常声音，应立即停机检查。泵和机封常见故障及处理方法见“表2-3 泵和齿轮箱常见故障及处理方法”和“表2-4 泵机械密封常见故障及处理方法”。泵重新组装后，运转24小时应检查油位，如果油位低于规定范围，则应补加油，泵运转中也可以补加。油位不能高于规定位置，否则会引起过多泡沫，造成中间轴下部轴承过热或失灵。泵运转4000小时，应停机更换齿轮箱润滑油和油过滤器。应随时注意油品质量的变化。

电荷泵基本原理

电荷泵的基本原理电容是存储电荷或电能，并按预先确定的速度和时间放电的器件。如果一个理想的电容以理想的电压源％进行充电，如图1（a）所示，则电容将依据Dirac电流脉冲函数立即存储电荷，如图1（b）所示。存储的｀总电荷数量按下式计算。实际的电容具有等效串联阻抗（ESR）和等效串联电感（ESL），两者都不会影响到电容存储电能的能力。然而，它们对开关电容电压变换器的整体转换效率有很大的影响。实际电容充电的等效电路如图1（c）所示，其中Rs．是开关的电阻。ESL 为实际的电容等效串联电感，则在电容的充电电流路径上具有串联电感，通过适当的器件布局设计可以减小这个串联电感。图1 电荷泵工作的基本原理图如图2（a）所示的电路一旦被加电，由于电容的寄生效应限制了峰值充电电流，并增加了电荷转移时间，因此电容的电荷累积不能立即完成，这意味着电容两端的初始电压变化为零。电荷泵就是利用了这种电容特性来工作的。图2 电荷泵电路及其工作波形电压变换在两个阶段内得以实现。在第一个阶段期间，开关S1和S2关闭，而开关S3和S4打开，电容充电到其值等于输入电压。

在第二个阶段，开关S3和s4关闭，而S1和S2打开。因为电容两端的电压降不能立即改变，输出电压则跳变到输入电压值的两倍，即使用这种方法可以实现电压的倍压，通常开关信号的占空比为50％时，能产生最佳的电荷转移效率。图2（b）中显示了图（a）电路实现电压倍压的稳态电流和电压波形。如图（a）所示电路在第一阶段时，充电电流会流入到C1中。该充电电流的初始值决定于电容C1两端的初始电压、C1的ESR及开关的电阻。在C，充电后，充电电流呈指数级地降低。充电时间常数是开关周期的几倍，更小的充电时间常数将导致峰值电流的增加。在这个时间内，输出电容CHOLD 线性放电以提供负载电流。在第二阶段，C1＋连接到输出端，放电电流（电流大小与前面的充电电流相同）通过C1流到负载。在这个阶段，输出电容电流的变化大约为2IOUT。尽管这个电流变化应该能产生的输出电压变化为2IOUT×ESRCHOLD，但使用低ESR的陶瓷电容使得这种变化可以忽略不计。此时，CHOLD线性地充电。当C1连接到输入和地之间时，CHOLD线性地放电。总的输出纹波峰-峰电压值为在更高的开关频率时可以采用更小的输出电容来获得相同的纹波，电荷泵的寄生效应会导致输出电压随着负载电流的增加而下降。事实上，总是存在2IOUT的电流流过C1和两个开关导通电阻（RSW），导致产生的功耗为除了这些纯粹的电阻损耗，电流IOUT流过开关电容C1的等效电阻时产生的功耗为流过CHOLD的电流等于IOUT，其产生的功耗为所有这些损耗可以用下面的等效输出电阻进行汇总。这样一来，电荷泵的输出电压为电荷泵的开关工作示意图如图3所示。同样的，电压转换在两个阶段内得以实现。在第一个阶段，开关S1～S3关闭，而开关S4～S8打开。因此，C1和C2并联，假设C1＝C2则充电到一半的输入电压为

高速泵原理及故障分析

高速泵原理及故障分析摘要：高速泵利用增速箱的增速作用获得很高的排出压力。高速泵密封由介质密封（02A）高位油罐润滑油密封（ 05A ）齿轮箱密封（ 06 A）组成增速器为二级齿轮增速的高速泵，泵体部分的轴封为两套串联的机械密封，两套机械密封之间的密封腔充满密封油，在密封液补给循环系统内（包括一个密封油罐）进行循环，对机械密封进行润滑、冷却。增速器与泵体之间有一空腔，泄漏的润滑油和密封油都积聚在这里，经排油孔排出。关键词：高速泵、密封、泄漏、间隙一、高速泵原理：高速泵的基本工作原理与普通离心泵类似，所不同的是利用增速箱（一级增速或二级增速）的增速作用使工作叶轮获得数倍于普通离心泵叶轮的工作转速（通常在6000~17300RPM之间），从而获得很高的排出压力。二、高速泵的组成：高速离心泵主要由泵机组、增速装置、润滑及监控系统、底座及电机等部分组成。三、用途分类：高速泵在石油化工行业应用极为广泛,本厂的高速泵分为:立式高速泵（一级变速、二级变速）和卧式高速泵。

四、高速泵的特点：优点：1、具有稳定的小流量工作稳定性、高汽蚀性能和高效率 2、结构紧凑、维护方便、适用范围广、可靠性好（3）使用寿命长缺点：易出故障，维修费用高五、高速泵密封安装及故障判断高速泵密封由介质密封（02A）高位油罐润滑油密封（ 05A ）齿轮箱密封（ 06 A）组成。密封的装配： 1、密封排泄口，齿轮箱油一直打开

2、密封排泄口（单层密封）或减振器流体出口（自循环）或堵塞（需要时串排密封） 3、冷却液入口（通常堵塞） 4、冷却液出口（通常堵塞） 5、密封冲洗 6、密封冲洗 7、密封排泄口（单层密封）或减振器流体出口（自循环）或堵塞（需要时串排密封）密封安装顺序如下图所示：

电荷泵扫盲篇

电荷泵扫盲篇介绍功率MOS管的驱动时，提到一个电荷泵，用来提供高于V cc的电压。这在马达驱动器，开关电源驱动芯片经常用到。而且很多情况下，跨接电容需要单独选择。这时需要了解一些基本的内容。 1，原理电荷泵的基本原理是，通过电容对电荷的积累效应而产生高压，使电流由低电势流向高电势。(参考资料1) 最简单的电荷泵：跨接电容A端通过二极管接V cc，另一端B端接振幅V in 的PWM方波。当B点电位为0时，A点电位为V cc；当B点电位上升至V in时，因为电容两端电压不变，此时A点电位上升为V cc + V in。(参考资料2)。所以，A点的电压就是一个PWM方波，最大值是V cc + V in，最小值是V cc。（假设二极管为理想二极管）（很简单的电路，可以用Pspice模拟） A点的方波经过简单的整流，就可以作为驱动MOS管的电源了。常见的马达驱动器或者开关电源驱动芯片有一个引脚，通常叫做V boost，推荐电路会在V boost管脚和驱动管脚之间接上一个电容，这个电容就是上面介绍的跨接电容。二极管会接在V cc与V boost之间。对于跨接电容，需要注意的是耐压和容量。 2，计算（参考凌特LTC3240 DATASHEET）通常对于电荷泵，最感兴趣的是下面两个指标：

1，输出电压理想情况下，输出电压最大值V outmax = V in + V cc - V f (Vf=二极管压降)。2，输出电流经整流后得到的输出电压为V out，可由公式算出V out与最大可用输出电流的关系(参考资料3，page8,9)： I out= ( V cc + V in - V f-V out )×f×C fly (f = PWM波频率，C fly = 跨接电容值) 用来驱动MOS管时，因为此时相当于给电容充电，而电容充电瞬间相当于短路（输出电压为0），所以，我们用短路输出电流来评价电荷泵： I out = ( V cc + V in- V f)×f×C fly 上面两个公式是理想情况下得出的。因为电荷泵的有效开环输出电阻(参考资料3)存在，使得实际情况不是那么理想。所以在MOS管的驱动设计中，选择跨接电容时一般要留有一半的余量。 3，应用除了MOS管的驱动，电荷泵有时也用于相机的照明灯等设备，也有升压，降压，和产生负压的电荷泵。当然因为有更高的要求，内部原理要比上面介绍的复杂得多，但是，万变不离其宗，了解了电荷泵的基本动作原理，更复杂的电路也就不难了。参考资料： 1，DC-DC电荷泵的研究与设计，<<通信电源技术>>2004年05期，曹香凝 2，《晶体管电路设计》（下），铃木雅臣，科学出版社 3，凌特LTC3240 DATASHEET

电荷泵

电荷泵电荷泵: 1、定义:也称为开关电容式电压变换器，是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的DC-DC(变换器).它们能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的FET开关阵列以一定方式控制快速电容器的充电和放电，从而使输入电压以一定因数(0.5,2或3)倍增或降低，从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容。由于电路是开关工作的，电荷泵结构也会产生一定的输出纹波和EMI(电磁干扰) e.g:通过控制内部三极管的gate来控制电容充放电,比如升1.5倍,输出为Vin 加上电容两端的0.5Vin达到Vout=1.5Vin DC-DC:直流－直流转换模块 2、电荷泵的分类、工作原理及典型应用电路 2.1电荷泵分类电荷泵可分为： ——开关式调整器升压泵，如图1(a)所示。 ——无调整电容式电荷泵，如图1(b)所示。 ——可调整电容式电荷泵，如图1(c)所示。 2.2工作过程 3种电荷泵的工作过程均为：首先贮存能量，然后以受控方式释放能量，以获得所需的输出电压。开关式调整器升压泵采用电感器来贮存能量，而电容式电荷泵采用电容器来贮存能量。电容式电荷泵通过开关阵列和振荡器、逻辑电路、比较控制器实现电压提升，采用电容器来贮存能量。因工作于较高频率，可使用小型陶瓷电容器(1μF)，占用空间最小，使用成本较低。电荷泵仅用外部电容器即可提供±2倍的输出电压。其损耗主要来自电容器的等效串联电阻（ESR)和内部开关晶体管的RDS（ON）。电荷泵转换器不使用电感器，因此其辐射EMI可以忽略。输入端噪声可用一只小型电容器滤除。它的输出电压是工厂生产时精密预置的,可通过后端片上线性调整器调整，因此电荷泵在设计时可按需要增加电荷泵的开关级数，以便为后端调整器提供足够的活动空间。电荷泵十分适用于便携式应用产品的设计。电容式电荷泵的内部结构如图2所示。它实际上是一个基准、比较、转换和控制电路组成的系统。电荷泵工作原理

负压电荷泵的工作原理

负压电荷泵的工作原理由Dickson 电荷泵理论可以推广得到产生负电压的电荷泵电路，负压电荷泵的工作原理如图1 所示。其基本原理与Dickson 电荷泵是一致的，但是利用电容两端电压差不会跳变的特性，当电路保持充、放电状态时，电容两端的电压差将保持恒定。在这种情况下将原来的高电位端接地，就可得到负电压的输出。该电路实际上是一个由基准、比较、转换和控制电路组成的系统。具体而言，它由振荡器、反相器及四个模拟开关组成，并外接两个电容C1、C2 从而构成电荷泵电压反转电路。图1 负压电荷泵的工作原理振荡器输出的脉冲直接控制模拟开关S1 及S2，此脉冲经反相器反相后控制模拟开关S3 及S4。当模拟开关S1、S2 闭合时，模拟开关S3、S4 断开;模拟开关S3、S4 闭合时，模拟开关S1、S2 断开。当模拟开关S1、S2 闭合，模拟开关S3、S4 断开时，输入的正电压+UIN 向 C1 充电(上正下负)，C1 上的电压为+UIN;当模拟开关S3、S4 闭合，模拟开关 S1、S2 断开时，C1 向C2 放电(上正下负)，C2 上充的电压为-UIN，即 UOUT=-UIN。当振荡器以较高的频率不断控制模拟开关S1、S2 及模拟开关 S3、S4 的闭合及断开时，在输出端可输出变换后的负电压(电压转换率可达99%左右)。由如图1 所示的原理图分析可知，当时钟信号为高电平时，模拟开关S1、S2 同时导通，S3、S4 同时关断，UIN 对电容C1 进行充电，Ucl+=UIN-Utp- Utn(Utp 为开关S1 的电压降，Utn 为开关S2 的电压降)，Ucl-=Utn;当时钟信号为低电平时，S1、S2 关断，S3、S4 同时导通，C1 上存储的电荷通过S3、S4 传送到C2 上，由于C2 高电位端接地，故输出端电压为UOUT=-(UIN-Utp)。

电荷泵设计指南

设计指南Q&A系列: 电荷泵上网时间：2006年05月26日 Sam Davis 著电荷泵主要有哪些应用？在过去的十年了，电荷泵得到了广泛运用，从未调整单输出IC到带多输出电压的调整IC。输出功率和效率也得到了发展，因此现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。电荷泵大多应用在需要电池的系统，如蜂窝式电话、寻呼机、蓝牙系统和便携式电子设备。主要应用包括驱动用于手机背光的白光LED和毫瓦范围的数字处理器(如图)。电荷泵如何工作？电荷泵(开关电容)IC通过利用一个开关网络给两个或两个以上的电容供电或断电来进行DC/DC电压转换。基本电荷泵开关网络不断在给电容器供电和断电这两个状态之间切换。C1(充电电容)传输电荷，而C2(充电电容器)则储存电荷并过滤输出电压。额外的“快速电容”和开关阵列带来多种好处。电荷泵有哪些工作模式？电荷泵IC可以用作逆变器、分路器或者增压器。逆变器将输入电压转变成一个负输出。作为分路器使用时，输出电压是输出电压的一部分，例如1/2或2/3。作为增压器时，它可以给I/O带来一个1.5X或者2X的增益。很多便携式系统都是用一个单锂离子电池或者两个金属氢化物镍电池。因此当在2X模式下运行时，电荷泵可以给一般在3.3V到4.0V的范围内工作的白光LED供应适当的正向电压。电荷泵的输出电压经过调节吗？基本电荷泵缺少调整电路，因此实际上所有当今使用的电荷泵IC都增加线性调整或者电荷泵调制。线性调整的输出噪音最低，并可以在更低的效率情况下提供更好的性能。而由于调整IC没有串联传输晶体管，控制开关电阻的电荷泵调制就可以提供更高的效率，并为一个给定的芯片面积(或消耗)提供更多的输出电流。电荷泵的主要优势是什么？电荷泵消除了电感器和变压器所带有的磁场和电磁干扰。但是，仍然有一个可能的微小噪音源，那就是当快速电容和一个输入源或者另外一个带不同电压的电容器相连时，流向它的高充电电流。同样的，“分路器”电荷泵也能在LDO上改进

电荷泵工作原理-电子元件技术网

电荷泵工作原理电荷泵电压反转器是一种DC/DC变换器，它将输入的正电压转换成相应的负电压，即VOUT= -VIN。另外，它也可以把输出电压转换成近两倍的输入电压，即VOUT≈2VIN。由于它是利用电容的充电、放电实现电荷转移的原理构成，所以这种电压反转器电路也称为电荷泵变换器（Charge Pump Converter）。电荷泵的应用电荷泵转换器常用于倍压或反压型DC-DC 转换。电荷泵电路采用电容作为储能和传递能量的中介，随着半导体工艺的进步，新型电荷泵电路的开关频率可达1MHz。电荷泵有倍压型和反压型两种基本电路形式。电荷泵电路主要用于电压反转器，即输入正电压，输出为负电压，电子产品中，往往需要正负电源或几种不同电压供电，对电池供电的便携式产品来说，增加电池数量，必然影响产品的体积及重量。采用电压反转式电路可以在便携式产品中省去一组电池。由于工作频率采用2～3MHz，因此电容容量较小，可采用多层陶瓷电容（损耗小、ESR 低），不仅提高效率及降低噪声，并且减小电源的空间。虽然有一些DC/DC 变换器除可以组成升压、降压电路外也可以组成电压反转电路，但电荷泵电压反转器仅需外接两个电容，电路最简单，尺寸小，并且转换效率高、耗电少，所以它获得了极其广泛的应用。目前不少集成电路采用单电源工作，简化了电源，但仍有不少电路需要正负电源才能工作。例如，D/A 变换器电路、A/D 变换器电路、V/F或F/V 变换电路、运算放大器电路、电压比较器电路等等。自INTERSIL公司开发出ICL7660电压反转器IC后，用它来获得负电源十分简单，90 年代后又开发出带稳压的电压反转电路，使负电源性能更为完善。对采用电池供电的便携式电子产品来说，采用电荷泵变换器来获得负电源或倍压电源，不仅仅减少电池的数量、减少产品的体积、重量，并且在减少能耗（延长电池寿命）方面起到极大的作用。现在的电荷泵可以输出高达250mA的电流，效率达到75%(平均值)。电荷泵大多应用在需要电池的系统，如蜂窝式电话、寻呼机、蓝牙系统和便携式电子设备。便携式电子产品发展神速，对电荷泵变换器提出不同的要求，各半导体器件公司为满足不同的要求开发出一系列新产品，本文将作一个概况介绍。电荷泵的分类电荷泵分类电荷泵可分为： ?开关式调整器升压泵，如图1(a)所示。 ?无调整电容式电荷泵，如图1(b)所示。 ?可调整电容式电荷泵，如图1(c)所示。

RS232接口芯片双电荷泵电平转换器原理

RS232接口芯片双电荷泵电平转换器原理电子工业协会Electronic Industries Association Electronic Industries Association(EIA)电子工业协会(EIA) 1924年成立的EIA是美国的一个电子制造商组织。 EIA-232，就是众所周知的RS-232，它定义了数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的串行连结。这个标准被广泛采用。 EIA-RS-232C电气特性: 在TxD和RxD上：逻辑1=-3V～-15V 逻辑0=+3～＋15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上：信号有效（接通，ON状态，正电压）＝+3V～+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～-15V RS-232-C电平采用负逻辑，即逻辑1：-3~-15V，逻辑0：+3~+15V。注意，单片机使用的CMOS电平中，高电平（3.5~5V）为逻辑1，低电平（0~0.8V）为逻辑0。单片机的SCI口要外接电平转换电路芯片把与TTL兼容的CMOS高电平表示的1转换成RS-232的负电压信号，把低电平转换成RS-232的正电压信号。典型的转换电路给出-9V和+9V。

典型的电平转换电路MAXx2xx系列芯片因单电源+5V供电，均有电荷泵电平转换器产生±10V电源，以供RS232电平所需。一般是接4个泵电容，采用双电荷泵进行电平转换。标准接法如下图。图1 芯片内带振荡器驱动双电荷泵，分双相四步工作，如下图。图2电荷泵框图

第一步：S1、S3闭合，电源+5V向C1充电（图3）。C1电压最高可至5V。图3 第二步：S2、S4闭合，C1所储电荷经S2、S4转移至C3，C3电压最高也可至5V。 C1电荷转移充电途径如红色虚线所示。 C3电压和电源+5V迭加起来提供10V的V+电源。这时C1负端电位应等于电源+5V，所以C1负端电压波形应是0-+5V 的方波。第三步：S5、S7闭合，C3所储电荷和电源+5V迭加经S5、S7向C2充电。 C2电压最高可至10V。充电途径如棕色虚线所示。第二、三步实际同时进行（图4）。

升压(自举)电路原理

自举电路也叫升压电路，利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高．有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。升压电路原理举个简单的例子：有一个12V的电路，电路中有一个场效应管需要15V的驱动电压，这个电压怎么弄出来？就是用自举。通常用一个电容和一个二极管，电容存储电压，二极管防止电流倒灌，频率较高的时候，自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压，起到升压的作用。升压电路只是在实践中定的名称，在理论上没有这个概念。升压电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半，但在实际的测试中，输出电压远达不到Vcc的一半。其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压。所以采用升压电路来升压。开关直流升压电路(即所谓的boost或者step-up电路)原理 the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。基本电路图见图1. 假定那个开关(三极管或者mos管)已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。充电过程在充电过程中，开关闭合(三极管导通)，等效电路如图二，开关(三极管)处用导线代替。这时，输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电，所以电感上的电流以一定的比率线性增加，这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加，电感里储存了一些能量。

放电过程如图，这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时，由于电感的电流保持特性，流经电感的电流不会马上变为0，而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开，于是电感只能通过新电路放电，即电感开始给电容充电，电容两端电压升高，此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时，电感吸收能量，放电时电感放出能量。如果电容量足够大，那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个通断的过程不断重复，就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

稳压电荷泵和电感式DCDC转换器的比较

稳压电荷泵和电感式DC/DC转换器的比较电荷泵（也称为无电感式DC/DC转换器）是利用电容作为储能元件的特殊类型开关DC/DC转换器。与采用电感作为储能元件的电感式开关DC/DC转换器相比，电荷泵式转换器所具有的独特特点使其对于某些最终应用非常具有吸引力。本文将对比稳压电荷泵转换器与最常用的电感式DC/DC转换器(如电感式降压稳压器、升压稳压器以及单端初级电感式转换器(SEPIC))的结构和工作特点。稳压式电荷泵转换器最简单也是最常用到的电荷泵结构之一是倍压电荷泵。倍压电荷泵结构包括四个开关、一个用于存储和转移能量的外部电容(常称为“快速电容”)，以及一个外部输出电容(常称为“储能电容”)。图1是倍压电荷泵的结构图。这种倍压电荷泵的工作由两个阶段组成——充电(能量储存)和放电(能量转移)。在充电阶段，开关S1/S3闭合（导通），S2/S4打开（关断）。快速电容CF被充电到输入电压VIN，并储存能量，储存的能量将在下一个放电阶段被转移。储能电容CR，在上一个放电周期就已经被从CF转移过来的能量充电到2VIN 电压，并提供负载电流。在放电阶段，开关S1/S3打开，S2/S4闭合。CF的电平被上移了VIN，而 CF在上一充电阶段已经充电至VIN，因此CR两端的总电压现在成为2VIN(这也是“倍压”电荷泵名称的由来)。然后，CF放电将充电阶段存储的能量转移到CR，并且提供负载电流。充电/放电周期的频率取决于时钟频率。通常倾向于采用较高的时钟频率来降低对快速电容和储能电容容值的要求，从而减小体积。图1所示简单倍压电荷泵没有对输出电压进行稳压，因此其输出电压随着输入电压和负载的变化而变化。对需要稳压电源的应用，这并不合适。然而，只需要增加一个简单的反馈回路就可以容易地解决这一问题。图2给出了一个非常简单的、具有稳定输出的倍压电荷泵，通常称为“稳压式电荷泵”。图2中，增加了一个开关S5来对开关S2/S4提供更多控制。由 VOUT 经过电阻R1 和 R2分压后与高精度电压参考源的差值确定比较器输出，并由这一输出来控制S5的状态。比较器通常都内置滞后特性，以防止出现振荡。比较器、电阻分压器、参考电压和S5开关共同构成了反馈回路。反馈回路通过控制放电阶段中开关S5 和 S2/S4的开关状态来调整电荷泵的输出电压。

详细讲解MOS管工作原理

详细讲解MOSFET管驱动电路在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。下面是我对MOSFET及MOSFET驱动电路基础的一点总结，其中参考了一些资料，非全部原创。包括MOS管的介绍，特性，驱动以及应用电路。 1，MOS管种类和结构 MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。 MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。 2，MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。 PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC 时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。 3，MOS开关管损失不管是NMOS还是PMOS，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。 MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。 4，MOS管驱动跟双极性晶体管相比，一般认为使MOS管导通不需要电流，只要GS电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。在MOS管的结构中可以看到，在GS，GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

电荷泵的锁相环电路

Application Report ZHCA090 – August 2010 电荷泵锁相环的数字锁定检测电路应用分析Steven Shi, Nick Dai China Telecom Application Team 摘要电荷泵锁相环的锁定指示电路设计，常用的方法是在PFD电路中通过检测经分频后的参考输入和本振反馈信号的相位误差来实现，当相位误差超过某个锁定检测窗口时，锁相环电路就上报失锁告警。由于数字锁定指示电路设计简单，易于被监控而被广泛应用。在实际的锁相环电路设计中，往往由于电路参数选择不合理，尽管锁相环处于正常的锁定状态，但由于PFD的相位误差超过锁定检测窗口而导致数字锁定指示电路显示失锁。因此，必须需要根据特定锁相环配置和外围电路选择合适的检测窗口，或者根据检测窗口要求设计合适的锁相环环路参数和外围电路。目录 1概述 (2) 2电荷泵锁相环电路的数字锁定检测原理 (2) 2.1PFD、电荷泵电流和相位误差 (2) 2.2数字锁定检测原理 (3) 3数字锁定电路设计 (4) 3.1电荷泵锁相环电路锁定状态下的相位误差分析 (4) 3.2数字锁定检测电路设计和实验测试 (5) 4总结 (7) 5参考资料 (7) 图 1PFD输出和相位误差---------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 2锁定检测窗口------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 3数字锁定检测原理图---------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 4CDCE72010电路中影响相位误差的漏电流模型-----------------------------------------------------------------------------5 表 1不同VCXO输入阻抗值对CDCE72010数字锁定指示的影响------------------------------------------------------------6 1

电荷泵转换器工作原理

Charge Pump Converter Operation Principles Aje Tu 19/08/2005 Abstract This paper analyzes the charge pump circuit operation principles. Useful formulas are derived based practical approximations. Some characteristics of charge pump converter are well explained by the derived formulas. Introduction Charge pump converters have been widely used in modern electronic products. Comparing to conventional boost converters, charge pump converters feature several advantages including: 1.) less EMI emission due to inductorless design, 2.) less PCB area since only small MLCC capacitors are used, 3.) less expensive. Charge pump converters will keep dominating in industry for low power applications like white LED backlight in hand held devices. However, charge pump converter is not well understood today. Aimtron and AIC analyze operation principles of charge pump converter in [1, 2]. The analysis is based on some impractical assumptions, and some errors occur during the derivation procedures. This paper analyzes the charge pump circuit operation principles. Useful formulas are derived based practical assumptions. Some characteristics of charge pump converter are well explained by the derived formulas. Charge Pump Converters Figure 1 shows a 2X charge pump converter. Q1/Q2 and Q3/Q4 turn on and off alternatively. V I N V I N D S(O N) V C D S(O N) O U T V I N D S(O N) (a) (b) (c) Figure 1. Charge pump converter circuitry on different operation stages.

电荷泵负压产生系统

负电压是相对而言的，负电压是相对于参考地而言的，正电压普遍存在，因为日常生活中所说的电压都是正电压，负电压接触的范围比较少，但负电压是一些器件，如运放，T-CON的供电, 通讯接口需要。等均需要负电压，此时就需要一个将正电压转换为负电压电路，本文所说的电话使用电荷泵原理将正电压转换负电压，此电路简单，实用，成本低。本文最开始将介绍电荷泵产生负压基本拓扑，再接着在此基础上不同的连接的方式形成倍负压，最后形成一个系统；在此过程中本文将详细分析过程，最后使用PSpice进行电路仿真进行结果验证。容（而非电感或变压器）来储能的DC-DC（变换器）种利用所谓的“快速”（flying）或“泵送”电容。电荷泵原理：电荷泵的基本原理是，。 C1的右边被二极管D1钳位至一此时C1的右边为负电 -二极管D1的管压降-二极管最终稳定在-3.9V左右电路分析过程较基本拓扑比较类似，省略如图为各时间段波形情况：此拓扑特点为：后级电容两端电压会越来越大，电容耐压要求较高，但此拓扑电路纹波较小 Pspice仿真原理图仿真波形：拓扑二：分析过程不在叙说，此拓扑是在基础拓扑上变化而来的，此拓扑特点：每个电容上的电压不会超过PWM电压U的两倍，即2U，所以可以选用耐压较低的电容。缺点是电容是串联放电，纹波大。 Pspice仿真原理图仿真波形

拓跋三：拓扑三是在拓扑二的基础上改进，此电路纹波小，但电路复杂，成本高以上三种拓扑为基本拓扑的一次倍压，多次将基本拓扑串并联可得到更高的负电压。仿真原理图：仿真波形：三．PWM信号产生 PWM信号产生电路各种各样，本文档是使用NE555震荡器构成多谐振荡器。 NE555只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 Pin脚图本文档是使用NE555形成占空比50% 电路如图所示回路进行充电，当电压充至，输出跳转成低电平；当输出低电平时，NE555C2上电压降低至，输出将会跳转至高电平，充电过程：放电过程：，上升时间与下降时间相等，输出方波占空比相等

新型低压、 高速 CMOS电荷泵电路