交错式反相电荷泵之一：用于低噪声负电压电源的新拓扑结构

简介精密仪器仪表或射频(RF)电路中的噪声必须最小化，但由于这些系统的特性，降低噪声要应对许多挑战。例如，这些系统常常必须在宽输入电压范围内工作，同时要满足严格的电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)要求。此外，系统中挤满了电子元器件，因而存在空间限制且对热敏感。集成电路(IC)日益提高的复杂度导致这些系统需要更多的电源电压轨。生成所有这些电压轨，满足上述要求，并使整个系统保持低噪声，是一个艰巨任务。
ADI公司提供了多种多样的解决方案来产生低噪声电源。这些解决方案中的大多数设计用于产生正电压轨，只有很少的专用IC用于产生负电压。当负电压需要为低噪声器件（如RF放大器、开关和数据转换器ADC/DAC）供电时，选择范围特别有限。
本系列文章的第一部分将介绍一种从正电源产生这种低噪声负电压轨的新方法。首先简要说明负电压轨通常如何产生以及用在何处。然后，在介绍交错式反相电荷泵(IICP)拓扑之前，我们将讨论标准反相电荷泵。通过对IICP的输入和输出电压纹波的简短推导，强调其在低噪声系统中的特有优势。
该系列的第二部分将给出一个使用ADI公司新型ADP5600实现IICP的实际示例。首先通过测量电压纹波和电磁辐射骚扰来将此器件与标准反相电荷泵进行比较。然后使用第一部分中的公式来优化IICP性能，并开发出一种为低噪声RF电路供电的完整解决方案。
产生负电压的传统方法为了产生负电压，通常采用以下两种方法之一：使用电感开关稳压器或使用电荷泵。电感开关稳压器利用电感或变压器产生负电压。这些磁转换器拓扑的例子有：反相降压、反相降压-升压和?uk 。在解决方案尺寸、成本、效率、噪声产生和控制环路复杂性方面，每种拓扑都有其优点和缺点1, 2 。一般而言，基于磁性元件的转换器适合需要较高输出电流(>100 mA)的应用。
对于所需输出电流小于100 mA的应用，电荷泵正转负（反相）DC-DC转换器可以非常小，并且EMI低，因为不需要电感或控制环路。它们只需要通过开关在电容之间移动电荷——将产生的电荷提供给输出。
因为电荷泵不使用任何磁性元件（电感或变压器），所以其EMI通常比感性开关拓扑要低。电感往往比电容大得多，非屏蔽电感还会像天线一样广播电磁辐射骚扰。相比之下，电荷泵中使用的电容不会产生比典型数字输出更多的EMI 。电荷泵可以用短走线轻松布线，以减少天线面积和容性耦合，从而降低EMI 。
表1比较了基于电感的开关稳压器和开关电容反相拓扑。
交错式反相电荷泵之一：用于低噪声负电压电源的新拓扑结构
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传统反相电荷泵传统反相电荷泵的配置如图1所示。

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交错式反相电荷泵之一：用于低噪声负电压电源的新拓扑结构

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