【導讀】如果使用適當的本地化dc / dc轉換器生成-5V偏置電壓，則許多需要65V電源的低電流設備可以在單個(gè)5V電源環(huán)境中可靠地工作。通常，這些5V IC的功能和優(yōu)勢遠遠超過(guò)了一些不便。
增加了額外的-5V轉換器功能的成本。許多公司生產(chǎn)各種額定功率和占位面積的dc / dc轉換器IC和模塊。但是，對于僅需要負偏置電壓和低工作電流的簡(jiǎn)單單芯片應用而言，這些典型的dc / dc轉換器可能會(huì )顯得過(guò)高。對于這些應用，典型的負電壓要求范圍為-4至-6V，電源電流為1 mA，而對-5V電源的要求通常并不嚴格。
用于從正電源產(chǎn)生負直流電壓的傳統DC / DC轉換器模塊的低成本替代方案是使用低成本的四半導體模擬開(kāi)關(guān)和板載系統時(shí)鐘（圖1a）。這種類(lèi)型的電壓轉換器會(huì )從5V輸入產(chǎn)生一個(gè)低功率的負偏置電壓。該電路模擬電荷泵dc / dc轉換器，該轉換器適用于產(chǎn)生極性與輸入電壓相反的輸出電壓。與常規轉換器一樣，也需要兩個(gè)電荷存儲電容器。與傳統的獨立DC / DC轉換器方法不同，該電路需要單個(gè)外部時(shí)鐘輸入來(lái)對開(kāi)關(guān)的導通和關(guān)斷進(jìn)行排序，并且電路板空間的數量大致相同。您可以從任何5V邏輯門(mén)輸出中以連續，規則的5至500kHz信號周期來(lái)輸出此時(shí)鐘。
圖1使用帶有兩個(gè)外部電容器和一個(gè)外部時(shí)鐘的模擬開(kāi)關(guān)是從5V輸入產(chǎn)生25V電壓的一種可行方法，以滿(mǎn)足低功率，-5V的需求。一種方法僅使用時(shí)鐘的一個(gè)相位（a）；第二種方法需要兩個(gè)相位（b）。
電荷泵轉換器的工作方式是：首先為一個(gè)電容器充電，然后使用開(kāi)關(guān)電路將該電荷交替傳輸到另一個(gè)電容器。圖1a中的開(kāi)關(guān)電路交替對C1和C2進(jìn)行充電和放電，以從5V輸入產(chǎn)生-5V輸出。 ALD4213模擬開(kāi)關(guān)內部的集成電平轉換器和邏輯門(mén)提供邏輯轉換，可將單個(gè)5V輸入轉換為±5V邏輯擺幅。
該電路在時(shí)鐘控制下閉合兩個(gè)開(kāi)關(guān)S1和S4。在一個(gè)時(shí)鐘周期的前半部分，C1充電至等于輸入電壓V +的電壓。時(shí)鐘控制的下一個(gè)半周期打開(kāi)S1和S4并關(guān)閉S2和S3。 C1現在通過(guò)S2和S3連接在C2兩端，并且C1上的電荷隨后轉移到C2，直到C1和C2兩端的電壓相等。注意C2兩端的“反相”極性，這迫使C2上的輸出電壓為V-或與V +相反。
每個(gè)隨后的時(shí)鐘周期（再次從S1和S4的關(guān)閉開(kāi)始）使C1從先前的電壓充電到V +。在許多重復的時(shí)鐘周期之后，C2上的電壓保持充電至等于V +的負值或接近V +的值；它執行電壓逆變器的功能，該逆變器通常稱(chēng)為轉換器。
另一種基于模擬開(kāi)關(guān)的轉換器使用具有電平轉換器的行業(yè)標準74HC4316四路模擬開(kāi)關(guān)（圖1b）。該電路與圖1a中的電路相似，但是具有不同的引腳連接。該電路還需要時(shí)鐘的兩個(gè)相位。如果需要，您可以使用一個(gè)附加的反相邏輯門(mén)來(lái)生成兩個(gè)時(shí)鐘相位。推薦的輸入是邏輯時(shí)鐘，其有用頻率范圍為5到500 kHz。
圖1a的單相設計批量?jì)r(jià)格不到1美元。如果兩個(gè)時(shí)鐘相位都存在并且您不必添加外部邏輯門(mén)反相器，則圖1b中電路的成本可以小于圖1a中電路的成本的一半。您還可以在自定義ASIC中將模擬開(kāi)關(guān)逆變器與其他模擬功能集成在一起。 ALD4213和ALD500A與該公司的標準單元庫兼容。
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