专利名称：电荷泵电路及电压调节方法
技术领域：
本发明属于电子电路领域，特别涉及到一种电荷泵电路及电压调节方法。
背景技术：
现有技术中有各种各样的电荷泵电路，如一种高效电荷泵及其工作方法的专利申请，该专利公开的技术方案是一种高效电荷泵，包括用于产生非交叠第一时钟信号和第二时钟信号的时钟发生器；电荷转移电容；充电电路，包括分别连接在所述电荷转移电容的上极板和下极板的第一受控开关和第二受控开关，其中，所述第一受控开关和第二受控开关都由所述第一时钟信号控制开闭以使接入的电源能向所述电荷转移电容充电，从而使所述电荷转移电容上极板充电至高电位、而下极板为低电位；电荷转移电路，包括分别连接在所述电荷转移电容上极板和下极板的第三受控开关和第四受控开关、及稳压电容，其中， 所述第三受控开关由所述第二时钟信号控制开闭，以便当所述第三受控开关和第四受控开关都闭合时，所述电荷转移电容能将所充电荷转移至所述稳压电容，从而使所述稳压电容上的电压能达到预期值；参 考电压发生电路，用于产生参考电压；输入端分别连接在所述参考电压发生电路的输出端和所述电荷转移电容的下极板的比较电路，其输出信号用于控制所述第四受控开关的开闭以便在所述电荷转移电容向所述稳压电容转移电荷的过程中， 当所述下极板的电压高于所述参考电压时则停止电荷转移。其中，所述参考电压为所述预期值与接入的电源电压的差值。其中，所述比较电路包括迟滞比较器。其中，所述参考电压发生电路由带隙基准电路、放大器、及电阻构成。其中，从接入的电源的电压与所述稳压电容上电压中选择大者的选择电路；连接在所述选择电路输出端以便将所述第一时钟信号控制的第一开关断开的电位变换为所述选择电路所选择出的电压值提供至所述第一受控开关的第一电平转换电路、和连接在所述选择电路输出端以便将所述第二时钟信号控制的第三开关断开的电位变换为所述选择电路所选择出的电压值提供至所述第三受控开关的第二电平转换电路。—种高效电荷泵工作方法，包括步骤1)时钟发生器生成的两相非交叠第一时钟信号和第二时钟信号，控制第一开关和第二开关闭合、第三开关和第四开关断开，由此接入的电源对电荷转移电容充电，使所述电荷转移电容下极板被接至地，上极板被提升至接入的电源电压；2)时钟发生器生成的两相非交叠第一时钟信号和第二时钟信号，控制第一开关和第二开关断开、第三开关闭合，比较电路比较所述电荷转移电容下极板的电压和参考电压值，从而输出控制信号使所述第四开关闭合，所述电荷转移电容将所充电荷转移至稳压电容；3)随着电荷转移的进行，所述电荷转移电容下极板电压逐步升高，当比较电路比较出所述电荷转移电容下极板的电压高于所述参考电压值，其输出控制信号使所述第四开关断开，所述电荷转移电容停止电荷转移，直到时钟发生器生成的两相非交叠第一时钟信号和第二时钟信号再次使第一开关和第二闭合、由此，所述电荷转移电容再次进行充电，如此，所述电荷转移电容的工作状态不断在充电、电荷转移、等待充电之间变换，使电路输出电压稳定在预期值。其中，所述参考电压为所述预期值与接入的电源电压的差值。其中，如果电路配置有电压选择电路和电平转移电路，则所述第一受控开关和第三开关断开时所受到的控制信号由电平转移电路提供。 该专利公开的技术方案存在的不足是只能得到特定电压，使其的应用范围受到很大的限制，无法应用在随动系统中。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种能输出与所需的目标电压实时匹配，且输出较大范围的电压的电荷泵电路及电压调节方法。为实现本发明的目的，本发明提出了一种电荷泵电路，包括输入电源和输出电路， 还包括控制模块，实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟；泵级模块，接收所述级数控制信号和非交叠时钟，确定其自身的工作级数和工作状态，输出与所述目标电压匹配的输出电压。优选地，本技术方案中该电荷泵电路还包括比较器，判断输出电压是否与目标电压相匹配，向控制模块发送比较信号；分压网络，连接在比较器和输出电路之间，接收控制模块产生的反馈系数控制信号，调节负反馈系数，使输出电压与目标电压相匹配。优选地，本技术方案中，所述非交叠时钟为频率可调的非交叠时钟。优选地，本技术方案中所述泵级模块包括至少第一级泵单元和第二级泵单元，所述频率可调的非交叠时钟对应的包括第一非交叠时钟和第二非交叠时钟，第一级泵单元与第二级泵单元的连接方式为串连。优选地，本技术方案中所述第一级泵单元包括第一级控制开关、第一级交换开关和第一级交换电容；第一级控制开关连接在输入电源和第一级交换电容的正极之间；第一级交换开关连接在第一级交换电容的正极和输出电路之间；第一级交换电容的负极连接第一级非交叠时钟。优选地，本技术方案中所述第二级泵单元包括第二级控制开关、第二级交换开关和第二级交换电容；第二级控制开关连接在输入电源和第二级交换电容的正极之间；第二级交换开关连接在第一级交换电容的正极和第二级交换电容的正极之间；第二级交换电容的负极连接第二级非交叠时钟。优选地，本技术方案中所述第一级控制开关和第二级控制开关为二极管或者是 MOS管，第一级交换开关和第二级交换开关为二极管或者是MOS管。优选地，本技术方案中所述比较器的正输入端连接参考电压，负输入端连接分压网络，输出端连接控制模块的输入端。
优选地，本技术方案中所述分压网络为无源分压网络或者是有源分压网络。优选地，本技术方案中所述无源分压网络为电阻分压网络或者是电容分压网络， 所述电阻分压网络包括第一可调电阻和第二可调电阻，第一可调电阻的一端连接输出电路的输入端，另一端分别连接 所述比较器的负输入端、所述控制模块的输出端和第二可调电阻的一端，第二可调电阻的另一端接地。本发明还提供了一种电荷泵电路的电压调节方法，包括以下步骤实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟；接收所述级数控制信号和非交叠时钟，确定工作级数和工作状态，输出与所述目标电压匹配的输出电压。优选地，本技术方案还包括以下步骤产生反馈系数控制信号；实时判断输出电压与所述目标电压是否匹配，发送比较信号；接收反馈系数控制信号，调节负反馈系数，使输出电压与目标电压相匹配。优选地，本技术方案中所述实时判断输出电压与所述目标电压是否匹配，发送比较信号的步骤具体为当输出电压与目标电压匹配，则发送低电平比较信号；当输出电压与目标电压不匹配，则发送高电平比较信号。优选地，本技术方案还包括当比较信号为高电平时，输出非交叠时钟；当比较信号为低电平时，停止输出非交叠时钟。本发明通过控制模块实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟，泵级模块接收该级数控制信号和非交叠时钟，确定该泵级模块的级数，使得输出电压与目标电压实时匹配，本电荷泵电路广泛地运用在工程控制中，特别是随动系统中；由于该泵级模块的工作级数可以调节，所以可以选择较多的级数来扩大输出电压的范围。
图1为本发明电荷泵电路第一实施例的结构框图；图2为本发明第一实施例泵级模块的结构框图；图3为本发明第一实施例泵级模块的电路结构原理图；图4为本发明第一实施例泵级模块的另一电路结构原理图；图5为本发明电荷泵电路第二实施例的结构框图；图6为本发明第二实施例电荷泵电路的电路结构原理图；图7为本发明第二实施例电荷泵电路的另一电路结构原理图；图8A为本发明第二实施例电荷泵电路的电路结构原理图的控制图A ；图8B为本发明第二实施例电荷泵电路的电路结构原理图的控制图B ；图9为本发明第二实施例电荷泵电路的另一电路结构原理图的控制图。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明电荷泵电路包括输入电源、控制模块10、泵级模块20和输出电路30，所述控制模块10实时对目标电压进行处理，向所述泵级模块20提供级数控制信号及非交叠时钟；所述输入电源给所述泵级模块20提供电源电压；该泵级模块20接收级数控制信号和非交叠时钟，确定其自身的工作级数和工作状态，向输出电路30输出与目标电压相匹配的输出电压。所述控制模块10实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟，所述泵级模块20中的接收所述级数控制信号和所述非交叠时钟，确定自身的工作级数和工作状态，使得输出电压与目标电压实时匹配，本电路广泛地运用在工程控制中，特别是随动系统中；由于该泵级模块的工作级数可以调节，所以可以选择较多的工作级数来扩大输出电压的范围。在具体实施例中，该泵级模块的工作级数越多，可调输出电压的范围越大，如果泵级模块的级数为N级，输入电源电压为VDD，则输出电压的最大值为(N+l) *VDD。如图2所示，该泵级模块20包括第一级泵单元、第二级泵单元、第三级泵单元、第
四级泵单元......第N级泵单元，第一级泵单元、第二级泵单元、第三级泵单元、第四级泵
单元......第N级泵单元的输入端都连接输入电源，第一级泵单元的控制端连接第一级非
交叠时钟，第一级泵单元的输出端输出电压；第二级泵单元的控制端连接第二级非交叠时钟，第二级泵单元的的输出端连接第一级泵单元；第三级泵单元的控制端连接第三级非交叠时钟，第三级泵单元的的输出端连接第二级泵单元；依次类推，第N级泵单元的控制端连接第N级非交叠时钟，第N级泵单元的的输出端连接第(N-I)级泵单元。虽然该泵级模块20中只有第一级泵单元输出电压，但是该泵级模块20通过自身工作级数的设定可以实现对输出电压的调节，即在一个电压输出端可以输出多种电压值， 所以本泵级模块20相对现有技术电路的结构更简单。在具体实施例中，为了调节该电荷泵电路的输出功率和带负载能力，可将所述非交叠时钟设置为频率可调的非交叠时钟，则频率越大的非交叠时钟，输出的功率就越大，带负载能力就越强。在具体实施例中，泵级模块20至少包括第一级泵单元和第二级泵单元，所述频率可调的非交叠时钟对应的包括第一非交叠时钟和第二非交叠时钟，第一级泵单元输出电压，第一级泵单元和第二级泵单元的连接方式为串接。如图3所示，所述第一级泵单元包括第一级控制开关SW1A、第一级交换开关SWlB 和第一级交换电容Cl ；第一级控制开关SWlA连接在输入电源和第一级交换电容Cl的正极之间；第一级交换开关SWlB连接在第一级交换电容Cl的正极和输出电路30之间；第一级交换电容Cl的负极连接第一级非交叠时钟CKl。所述第二级泵单元包括第二级控制开关SW2A、第二级交换开关SW2B和第二级交换电容C2 ；第二级控制开关SW2A连接在输入电源和第二级交换电容C2的正极之间；第二级交换开关SW2B连接在第一级交换电容Cl的正极和第二级交换电容C2的正极之间；第二级交换电容C2的负极连接第二级非交叠时钟CK2。第三级泵单元包括第三级控制开关SW3A、第三级交换开关SW3B和第三级交换电容C3 ；第三级控制开关SW3A连接在输入电源和第三级交换电容C3的正极之间；第三级交换开关SW3B连接在第二级交换电容C2的正极和第三级交换电容C3的正极之间；第三级交换电容C3的负极连接第三级非交叠时钟CK3。依次类推，所 述第N级泵单元包括第N级控制开关SWnA、第N级交换开关SWnB和第N级交换电容Cn ；第N级控制开关SWnA连接在输入电源和第N级交换电容Cn的正极之间；第N级交换开关SWnB连接在第(N-I)级交换电容C(n_l)的正极和第N级交换电容Cn 的正极之间；第N级交换电容Cn的负极连接第N级非交叠时钟CKn。优选地，第一级交换电容Cl、第二级交换电容C2、第三级交换电容C3、第四级交换电容C4......第N级交换电容Cn的容量相等。优选地，第一级交换电容Cl、第二级交换电容C2、第三级交换电容C3、第四级交换电容C4......第N级交换电容Cn的容量可调。如图4所示，相对图3的主要区别是第一级控制开关SW1A、第二级控制开关
SW2A、第三级控制开关SW3A......第N级控制开关SWnA由二极管替代，当然还可以由MOS
管等能实现开关功能的其他元器件替代；第一级交换开关SW1B、第二级交换开关SW2B、第
三级交换开关SW3B......第N级交换开关SWnB由二极管替代，当然还可以由MOS管等能
实现开关功能的其他元器件替代。在具体实施例中，为了提高输出电压与目标电压匹配的精度，提高输出电压的稳定性，可以将上述的开放电路通过设置比较器和分压网络连接成闭环电路，实时比较输出电压与目标电压是否相等，若不相等，则控制模块10发送反馈系数控制信号给分压网络， 分压网络调节负反馈系数，使输出电压与目标电压匹配，该处的“匹配”相对所述向输出电路输出与目标电压相匹配的输出电压中的“匹配”的精度更高。如图5所示，该电荷泵电路还包括比较器40和分压网络50，所述分压网络50接收控制模块10产生的反馈系数控制信号，调节负反馈系数，该负反馈系数为比较器40正输入端的参考电压与目标电压的比值，所述泵级模块20的输出电压通过分压网络50与参考电压进行实时比较，即比较参考电压与负反馈系数的比值与输出电压是否相等，所述比较器 40以比较信号的形式将比较结果输出给所述控制模块10，当参考电压与负反馈系数的比值和输出电压相等时，即比较信号为低电平，所述控制模块10停止向所述泵级模块20提供非交叠时钟；当参考电压与负反馈系数的比值和输出电压不相等时，即比较信号为高电平， 所述控制模块10继续或者重新向所述泵级模块20提供非交叠时钟，直至参考电压与负反馈系数的比值和输出电压相等。如图6或图7所示，该电荷泵电路包括泵级模块20、比较器40和分压网络50，该泵级模块20如图3或图4所述，在此不再赘述。分压网络50为无源分压网络或者是有源分压网络，无源分压网络为电阻分压网络或者是电容分压网络，在此以电阻分压网络为例对分压网络50进行描述，该电阻分压网络包括第一可调电阻Rl和第二可调电阻R2，所述第一可调电阻Rl连接泵级模块20的电压输出端，另一端分别连接比较器40的负输入端、 控制模块10的输出端(图中未示出)和所述第二可调电阻R2的一端，所述第二可调电阻 R2的另一端接地。比较器40的正输入端连接参考电压，输出端连接控制模块10的输入端 (图中未示出)。泵级模块20的电压输出端连接输出电路30的输入端，输出电路30包括一去耦电容C，用于储能和滤去高频信号。如图8A和图8B所示，分别是图6所示电荷泵电路的电路结构原理图的控制图A和控制图B，图中 EN为比较器40输出的比较信号；STG1、STG2、STG3、STG4、、、STGn为控制模块10输出的级数控制信号；NSTG 1、NSTG2、NSTG3、NSTG4、、、NSTGn为控制模块10输出的级数控制信号；CK与CKB分别为两相位相差为π的时钟信号。下面以目标电压为Vm，输入电源电压为VDD，参考电压为Vref，输出电压为 V0,则控制电路对目标电压Vm进行处理，做级数计算Vm/VDD向下取整，假设得出泵级模块 20的级数为K，则STG1、STG2、STG3、STG4、、、STGk为高电平，NSTGk为高电平；做负反馈系数计算Vref/Vm，假设得出的负反馈系数为β。则该电荷泵电路第一级非交叠时钟CKl至第K级非交叠时钟CKk工作，第一级泵单元至第K级泵单元工作，其中第K级控制开关SWkA工作，第一级交换开关SWlB至第K级交换开关SWkB工作。在输出电压VO与目标电压Vm匹配以前，S卩比较信号EN为高电平。如图8Α所示， 第一级交换开关SWlB至第K级交换开关SWkB分别对应的与输入的第一级非交叠时钟CKl 至第K级非交叠时钟CKk的相位相同，即第k级非交叠时钟CKk为高电平时，第k级交换开关SWkB导通，第k级非交叠时钟CKk为低电平时，第k级交换开关SWkB截止。如图8B所示，第K级控制开关SWkA与第k级非交叠时钟CKk的相位相反，即第k级非交叠时钟CKk 为高电平时，第K级控制开关SWkA截止；第k级非交叠时钟CKk为低电平时，第K级控制开关SWkA导通。当输出电压VO与目标电压Vm匹配时，即比较信号EN为低电平，则第一级非交叠时钟CKl至第K级非交叠时钟CKk输出低电平、第K级控制开关SWkA及第一级交换开关 SfflB至第K级交换开关SWkB截止。如果该电荷泵电路不带比较器40和分压网络50，则第一级非交叠时钟CKl至第K 级非交叠时钟CKk、第K级控制开关SWkA及第一级交换开关SWlB至第K级交换开关SWkB 不受比较器40输出的比较信号EN的控制，其他相同，在此不再赘述。下面针对K为2，负反馈系数为φ = —,结合图6、图8Α和图8Β做具体描
Kl + Κ2
述则第一级交换开关SW1B、第二级交换开关SW2B、第二级控制开关SW2A、第一级非交叠时钟CKl和第二级非交叠时钟CK2工作。第一个时钟周期中，在CK相位时，第二级控制开关SW2A导通、第一级交换开关 SfflB导通、第二级交换开关SW2B截止、第一级非交叠时钟CKl为高电平、第二级非交叠时钟CK2为低电平，则输入电源VDD给第二级交换电容C2充电。在CKB相位时，第二级控制开关SW2A截止、第一级交换开关SWlB截止、第二级交换开关SW2B导通、第一级非交叠时钟 CKl为低电平、第二级非交叠时钟CK2为高电平，则第二级交换电容C2通过第二级交换开关 SW2B向第一级交换电容Cl转移电荷。第二个时钟周期中，在CK相位时，第二级控制开关SW2A导通、第一级交换开关 SWlB导通、第二级交换开关SW2B截止、第一级非交叠时钟CKl为高电平、第二级非交叠时钟 CK2为低电平，则输入电源VDD给第二级交换电容C2充电，第一级交换电容Cl通过第一级交换开关SWlB向去耦电容C转移电荷。在CKB相位时，第二级控制开关SW2A截止、第一级交换开关SWlB截止、第二级交换开关SW2B导通、第一级非交叠时钟CKl为低电平、第二级非交叠时钟CK2为高电平，则第二级交换电容C2通过第二级交换开关SW2B向第一级交换电容Cl转移电荷。依次类推，第三个时钟周期，第四个时钟周期......不断的充电，不断的转移电
荷，如果不考虑电荷损耗和反馈，理论上，该泵级模块20可以输出电压为3*VDD。这时把分压网络50考虑进去，则最终在输出电路30上的输出电压为 条件是^^3*F·，当需要调整输出电压时，只需要调整负反馈系数
β，即调整第一可调电阻Rl的值就可以增加或者减小输出电压。 Vref当条件f < 3 * W)/)不能够满足时，只需要相应增加该泵级模块20的级数。当输出电压％ > f时，比较器40输出的比较信号EN变为低电平，第一级非交
叠时钟CKl和第二级非交叠时钟CK2为低电平，第二级控制开关SW2A、第一级交换开关 SfflB和第二级交换开关SW2B截止，该泵级模块20停止充电和电荷转移；当输出电压再次 Vref
Vo<^~，比较器40输出的比较信号EN变为高电平，第一级非交叠时钟CKl和第二级非交
叠时钟CK2重新开始工作，第二级控制开关SW2A、第一级交换开关SWlB和第二级交换开关 SW2B重新按照时序工作，该泵级模块20又继续充电和转移电荷；如此循环就可以将输出电 Vref
压维持在％ = f。下面再针对K为3，负反馈系数为-.β = —,结合图6、图8Α和图8Β做具体描
述则第一级交换开关SW1B、第二级交换开关SW2B、第三级交换开关SW3B、第三级控制开关SW3A、第一级非交叠时钟CK1、第二级非交叠时钟CK2和第三级非交叠时钟CK3工作。第一个时钟周期中，在CKB相位时，第三级控制开关SW3A导通、第一级交换开关 SfflB截止、第二级交换开关SW2B导通、第三级交换开关SW3B截止、第一级非交叠时钟CKl 和第三级非交叠时钟CK3为低电平、第二级非交叠时钟CK2为高电平，则输入电源VDD给第三级交换电容C3充电。在CK相位时，第三级控制开关SW3A截止、第一级交换开关SWlB导通、第二级交换开关SW2B截止、第三级交换开关SW3B导通、第一级非交叠时钟CKl和第三级非交叠时钟CK3为高电平、第二级非交叠时钟CK2为低电平，则第三级交换电容C3通过第三级交换开关SW3B向第二级交换电容C2转移电荷。第二个时钟周期中，在CKB相位时，第三级控制开关SW3A导通、第一级交换开关 SfflB截止、第二级交换开关SW2B导通、第三级交换开关SW3B截止、第一级非交叠时钟CKl 和第三级非交叠时钟CK3为低电平、第二级非交叠时钟CK2为高电平，则输入电源VDD继续给第三级交换电容C3充电，第二级交换电容C2通过第二级交换开关SW2B向第一级交换电容Cl转移电荷。在CK相位时，第三级控制开关SW3A截止、第一级交换开关SWlB导通、第二级交换开关SW2B截止、第三级交换开关SW3B导通、第一级非交叠时钟CKl和第三级非交叠时钟CK3为高电平、第二级非交叠时钟CK2为低电平，则第三级交换电容C3继续通过第三级交换开关SW3B向第二级交换电容C2转移电荷，第一级交换电容Cl通过第一级交换开关SWlB向去耦电容C转移电荷。 依次类推，第三个时钟周期，第四个时钟周期......不断的充电，不断的转移电
荷，如果不考虑电荷损耗和反馈，理论上，该泵级模块20可以输出电压为4*VDD。
Vref这时把分压网络50考虑进去，则最终在输出电路30上的输出电压为％ = f的 Vref
条件是f <^*VDD，当需要调整输出电压时，只需要调整负反馈系数β，即调整第一可
调电阻Rl的值就可以增加或者减小输出电压。 Vref当条件不能够满足时，只需要相应增加该泵级模块20的级数。
Vref当输出电压％ > f时，比较器40输出的比较信号EN变为低电平，第一级非交
叠时钟CK1、第二级非交叠时钟CK2和第三级非交叠时钟CK3为低电平，第三级控制开关 SW3A、第一级交换开关SW1B、第二级交换开关SW2B和第三级交换开关SW3B截止，该泵级模
Vref
块20停止充电和电荷转移；当输出电压再次％ <-J-，比较器40输出的比较信号EN变为
高电平，第一级非交叠时钟CK1、第二级非交叠时钟CK2和第三级非交叠时钟CK3重新开始工作，第三级控制开关SW3A、第一级交换开关SW1B、第二级交换开关SW2B和第三级交换开关SW3B重新按照时序工作，该泵级模块20又继续充电和转移电荷；如此循环就可以将输出 Vref
电压维持在％ = f。如图9所示，是图7所示电荷泵电路的另一电路结构原理图的控制图，在图7所示的电荷泵电路中不需要对二极管进行控制，二极管通过自身导通所需的电压降来控制该泵级模块20的工作状态，图9中EN为比较器40输出的比较信号；STG1、STG2、STG3、STG4、、、STGn为控制模块10输出的级数控制信号；CK与CKB分别为两相位相差为π的时钟信号。下面以目标电压为Vm，输入电源电压为VDD，参考电压为Vref，输出电压为V0， 则控制电路对目标电压Vm进行处理，做级数计算Vm/VDD向下取整，假设得出泵级模块20 的级数为K，则STGl、STG2、STG3、STG4、、、STGk为高电平；做负反馈系数计算Vref/Vm，假设得出的负反馈系数为β。则该电荷泵电路第一级非交叠时钟CKl至第K级非交叠时钟CKk工作，第一级泵单元至第K级泵单元工作。在输出电压VO与目标电压Vm匹配以前，即比较信号EN为高电平。第一级非交叠时钟CKl至第K级非交叠时钟CKk输出非交叠时钟。当输出电压VO与目标电压Vm匹配时，即比较信号EN为低电平，则第一级非交叠时钟CKl至第K级非交叠时钟CKk输出低电平。
如果该电荷泵电路不带比较器40和分压网络50，则第一级非交叠时钟CKl至第K 级非交叠时钟CKk不受比较器40输出的比较信号EN的控制，其他相同，在此不再赘述。下面针对K为2，负反馈系数为』= Y7^ ,结合图7和图9做具体描述
Kl + K2则第一级非交叠时钟CKl和第二级非交叠时钟CK2工作。第一个时钟周期中，在CK相位时，第一级非交叠时钟CKl为高电平，第二级非交叠时钟CK2为低电平，输入电源VDD给第二级交换电容C2充电；在CKB相位时，第一级非交叠时钟CKl为低电平，第二级非交叠时钟CK2为高电平，输入电源VDD给第一级交换电容Cl 充电，第二交换电容C2向第一交换电容Cl转移电荷。第二个时钟周期中，在CK相位时，第一级非交叠时钟CKl为高电平，第二级非交叠时钟CK2为低电平，输入电源VDD给第二级交换电容C2充电，第一交换电容Cl向去耦电容 C转移电荷；在CKB相位时，第一级非交叠时钟CKl为低电平，第二级非交叠时钟CK2为高电平，输入电源VDD给第一级交换电容Cl充电，第二交换电容C2向第一交换电容Cl转移电荷。依次类推，第三个时钟周期，第四个时钟周期......不断的充电，不断的转移电
荷，由于第一交换电容Cl的充电、第二交换电容C2的充电、第二交换电容C2向第一交换电容Cl转移电荷及第一交换电容Cl向去耦电容C转移电荷均需要经过二极管，所以不考虑电荷损耗和反馈，理论上，该泵级模块20可以输出电压为3* (VDD-UD)，其中UD为二极管的导通电压。由于该分压网络50与上述电荷泵电路中的分压网络50相同，其电压调节的方法也相同，在此不再赘述。下面再针对K为3，负反馈系数为φ = —，结合图7和图9做具体描述则
Kl + Κ2
第一级非交叠时钟CKl、第二级非交叠时钟CK2和第三级非交叠时钟CK3工作。第一个时钟周期中，在CK相位时，第一级非交叠时钟CKl和第三极非交叠时钟CK3 为高电平，第二级非交叠时钟CK2为低电平，输入电源VDD给第二级交换电容C2充电；在 CKB相位时，第一级非交叠时钟CKl和第三极非交叠时钟CK3为低电平，第二级非交叠时钟 CK2为高电平，输入电源VDD给第一级交换电容Cl和第三极交换电容C3充电，第二交换电容C2向第一交换电容Cl转移电荷。 第二个时钟周期中，在CK相位时，第一级非交叠时钟CKl和第三极非交叠时钟CK3 为高电平，第二级非交叠时钟CK2为低电平，输入电源VDD给第二级交换电容C2充电，第三极交换电容C3向第二交换电容C2转移电荷，第一交换电容Cl向去耦电容C转移电荷；在 CKB相位时，第一级非交叠时钟CKl和第三极非交叠时钟CK3为低电平，第二级非交叠时钟 CK2为高电平，输入电源VDD给第一级交换电容Cl和第三极交换电容C3充电，第二交换电容C2向第一交换电容Cl转移电荷。 依次类推，第三个时钟周期，第四个时钟周期......不断的充电，不断的转移电
荷，由于第一交换电容Cl的充电、第二交换电容C2的充电、第三交换电容C3的充电、第三交换电容C3向第二交换电容C2转移电荷、第二交换电容C2向第一交换电容Cl转移电荷及第一交换电容Cl向去耦电容C转移电荷均需要经过二极管，所以不考虑电荷损耗和反馈， 理论上，该泵级模块20可以输出电压为4* (VDD-UD)，其中UD为二极管的导通电压。
由于该分压网络50与上述电荷泵电路中的分压网络50相同，其电压调节的方法也相同，在此不再赘述。以上所述仅为本发明的优选实施例， 并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种电荷泵电路，包括输入电源和输出电路，其特征在于，还包括 控制模块，实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟；泵级模块，接收所述级数控制信号和非交叠时钟，确定其自身的工作级数和工作状态， 输出与所述目标电压匹配的输出电压。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于，还包括比较器，实时判断输出电压是否与目标电压相匹配，向控制模块发送比较信号； 分压网络，连接在比较器和输出电路之间，接收控制模块产生的反馈系数控制信号，调节负反馈系数，使输出电压与目标电压相匹配。
3.根据权利要求1或2所述的电荷泵电路，其特征在于，所述非交叠时钟为频率可调的非交叠时钟。
4.根据权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于，泵级模块至少包括第一级泵单元和第二级泵单元，所述频率可调的非交叠时钟对应的包括第一非交叠时钟和第二非交叠时钟，第一级泵单元与第二级泵单元的连接方式为串连。
5.根据权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于，第一级泵单元包括第一级控制开关、第一级交换开关和第一级交换电容；第一级控制开关连接在输入电源和第一级交换电容的正极之间； 第一级交换开关连接在第一级交换电容的正极和输出电路之间； 第一级交换电容的负极连接第一级非交叠时钟。
6.根据权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，第二级泵单元包括第二级控制开关、第二级交换开关和第二级交换电容；第二级控制开关连接在输入电源和第二级交换电容的正极之间；第二级交换开关连接在第一级交换电容的正极和第二级交换电容的正极之间；第二级交换电容的负极连接第二级非交叠时钟。
7.根据权利要求6所述的电荷泵电路，其特征在于，第一级控制开关和第二级控制开关为二极管或者是MOS管，第一级交换开关和第二级交换开关为二极管或者是MOS管。
8.根据权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于，比较器的正输入端连接参考电压， 负输入端连接分压网络，输出端连接控制模块的输入端。
9.根据权利要求8所述的电荷泵电路，其特征在于，所述分压网络为无源分压网络或者是有源分压网络。
10.根据权利要求9所述的电荷泵电路，其特征在于，所述无源分压网络为电阻分压网络或者是电容分压网络，所述电阻分压网络包括第一可调电阻和第二可调电阻，第一可调电阻的一端连接输出电路的输入端，另一端分别连接所述比较器的负输入端、所述控制模块的输出端和第二可调电阻的一端，第二可调电阻的另一端接地。
11.一种电荷泵电路的电压调节方法，其特征在于，包括以下步骤 实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟；接收所述级数控制信号和非交叠时钟，确定工作级数和工作状态，输出与所述目标电压匹配的输出电压。
12.根据权利要求11所述的电荷泵电路的电压调节方法，其特征在于，还包括以下步骤产生反馈系数控制信号；实时判断输出电压与目标电压是否匹配，发送比较信号；接收反馈系数控制信号，调节负反馈系数，使输出电压与目标电压相匹配。
13.根据权利要求12所述的电荷泵电路的电压调节方法，其特征在于，所述实时判断输出电压与目标电压是否匹配，发送比较信号的步骤具体为当输出电压与目标电压匹配，则发送低电平比较信号； 当输出电压与目标电压不匹配，则发送高电平比较信号。
14.根据权利要求13所述的电荷泵电路的电压调节方法，其特征在于，还包括以下步骤当比较信号为高电平时，输出非交叠时钟； 当比较信号为低电平时，停止输出非交叠时钟。
全文摘要
本发明公开了一种电荷泵电路，旨在提供一种能输出与所需的目标电压实时匹配，且输出较大范围的电压的电荷泵电路及电压调节方法。本发明采用的技术方案是一种电荷泵电路，包括输入电源和输出电路，还包括控制模块，实时对目标电压进行处理，产生级数控制信号和非交叠时钟；泵级模块，接收所述级数控制信号和非交叠时钟，确定其自身的工作级数和工作状态，输出与所述目标电压匹配的输出电压。
文档编号H02M3/07GK102307013SQ201110250430
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者乔爱国, 刘小灵 申请人:深圳市芯海科技有限公司