用于白光LED驅(qū)動(dòng)的電荷泵電路的設(shè)計(jì)

基本原理

1.5倍壓電荷泵 原理如圖2所示，其基本控制思想如下：OSC通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路，控制S1~S7的導(dǎo)通與關(guān)斷。時(shí)序如下：第一時(shí)刻，開(kāi)通S1、S4、S6,Vin對(duì)電容C1充電，C2短接，使VC1=V1,VC2=0;第二時(shí)刻，關(guān)閉S1、S4、S6,開(kāi)通S2、S3、S5、S7,C1對(duì)C2充電，使VC1=VC2=1/2 V1,最后加上V1對(duì)C3充電，周而復(fù)始，VCUT經(jīng)過(guò)電阻分壓，與基準(zhǔn)電壓做比較，控制上端MOS管的導(dǎo)通電阻，改變充電回路的RC充電常數(shù)，最終使輸出穩(wěn)定在5 V.圖3為控制脈沖時(shí)序圖，其中D1為S1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，低有效;D2為S4、S6的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高有效;D3為S2、S3、S5、S7的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，低有效。為了防止時(shí)鐘饋通，驅(qū)動(dòng)電路中包含了非交疊時(shí)鐘電路。

1.2 實(shí)際電路設(shè)計(jì)

整個(gè)開(kāi)關(guān)管網(wǎng)絡(luò)由5個(gè)PMOS管S1、S2、S3、S5、S7及2個(gè)NMOS管S4、S6組成，如圖4所示。以P管S1和N管S4為例，計(jì)算開(kāi)關(guān)管的寬長(zhǎng)比。根據(jù)版圖設(shè)計(jì)規(guī)則的要求，單個(gè)管子的寬長(zhǎng)比W/L可以設(shè)定為2.8μm/0.6μm.假設(shè)S1的寬長(zhǎng)比為x(W/L)，S4的寬長(zhǎng)比為y(W/L)。本設(shè)計(jì)采用CSMC0.6 μm工藝，根據(jù)工藝及設(shè)計(jì)要求，V1=3.3 V,unCOX=50μA/V2 VTHN=0.7 V,|VTHP|=1 V,2up=un,因?yàn)?/p>

其它管子的寬長(zhǎng)比也可以同理求得。由于流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流比較大，開(kāi)關(guān)管的寬長(zhǎng)比很大，一般采用晶體管并聯(lián)的形式，在版圖上通常以waffle的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

如果開(kāi)關(guān)管的襯底未與源端相接，則會(huì)產(chǎn)生襯底偏置效應(yīng)，使開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生閾值損失，導(dǎo)致電荷泵電壓無(wú)法升至設(shè)定值。如圖4所示，開(kāi)關(guān)管S1、S3、S4、S5、S6的源漏端能比較容易的判斷出來(lái)，S2、S7的兩端電壓高低未定，因此如果處理不妥當(dāng)，會(huì)引起襯底偏置效應(yīng)，本設(shè)計(jì)采用了一種方式，比較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)一個(gè)比較器對(duì)V1和Vout進(jìn)行比較，如果Vout>V1,則讓S2、S7的襯底端接Vout端，如果Vout