一般电荷泵电路现有常见的电荷泵电路如所示。但都由文献<3>中的电路演化而来。它们一个重要的共同点就是由电荷泵维持电压的电容直接对电流源供电,这样的结果就是这两种电荷泵在对电流型负载供电时存在较大的锯齿波形,如所示。
如此之大的片上电容使得这种电荷泵不适合应用在2-A/D转换器等需要电荷泵电流输出、同时又需要电源维持较高精度的系统中。
改进的高精度电荷泵电路以上电荷1泵电路的主要问题就是稳压电荷泵电容直接电流输出。我们提出了一个新的电荷泵电路结构,主电荷泵电路不提供电流输出,只起到稳定电压的作用,而由辅助电荷泵提供电流输出。
分别给出了这种电荷泵电路的一阶和二阶简单示意图。电荷泵a都是主电荷泵,起到维持输出电压稳定的作用,而电荷泵b都是提供电流输出的辅助电荷泵。(b)中的电荷泵c为次级辅助电荷泵,和MOS管2一起进一步提高精度。
二阶改进型电荷泵电路主电荷泵采用(b)的形式实现,而提供电流输出的辅助电荷泵则采用(a)的形式,得到不要求很精确的10~12V电压输出。此时,电路的稳态输出为Vout=Vc-VT-InL/WLn式中,Vc为主电荷泵的电压输出值,而VT为NMOS管的开启电压,In为电流源电流输出值。通过调整MOS管的尺寸,可以使改进型电荷泵得到需要的输出电压值。(a)为辅助电荷泵的电压波形,(b)为电荷泵电压输出波形。从图中可以看出,辅助电荷泵的电压变化较大,承受了主要的电荷输出,而主电荷泵输出电压则非常稳定。提供电流输出的电荷泵采用5pF的电容,而主电荷泵和次级电荷泵均采用1pF的电容。这样规模的电容可以通过MOS管的栅氧化物电容来实现。