CN1619931A

CN1619931A - 电荷泵电路和放大器

Info

Publication number: CN1619931A
Application number: CNA2004100641384A
Authority: CN
Inventors: 桥本史则
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-19
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2024-08-19
Also published as: US20050104651A1; TW200518433A; KR100600692B1; CN100372220C; TWI280726B; JP2005151777A; US7208995B2; KR20050048521A

Abstract

本发明提供一种电荷泵电路，可以防止电荷泵电路中产生噪声。在该电路中，通过使开关(S1、S3)的组和开关(S2、S4)的组交替地导通截止，在输出中得到－VCC。然后，在从电源VCC到电容器C1的充放电中分别使用恒流电路(CS1、CS2)。因此，可以限制大电流并防止产生噪声。

Description

电荷泵电路和放大器

技术领域

本发明涉及利用被充电的电容器的充电电压、使电源电压偏移并得到输出电压的电荷泵电路，以及将该电荷泵电路的输出用作电源的放大器。

背景技术

以往，在各种电路中，利用电荷泵电路。特别是在携带用的各种设备中，因为利用电池电源，所以电源电压受到限制。另一方面，在各种电路中，为了容易地进行其动作，要求利用尽可能高的电源电压。因此，经常利用电荷泵电路对电池电源的电压进行升压。对于这样的利用电容器的电荷泵电路，例如在专利文献1等中公开。

〔专利文献1〕特开平7-298607号公报

但是，上述的以往的电荷泵电路在切换时，电容器的端部的电压变化很大。因此，在切换的瞬间在电源和地中流过很大的电流，产生噪声，出现在电源、地和输出端。因此，在数字电路中虽然也有不产生问题的情况，但是在使用模拟信号的半导体集成电路中，存在难以使用的问题。

例如，在向1μF的容量(C)以1μsec的时间(Δt)进行1V充电(AV)时，需要1A(ΔI)的电流。这是通过公式ΔI＝(C×AV)÷Δt导出的。在半导体集成电路中，1A的电流是非常大的电流，如果在每次开关时该电流流过该路径，则通常的情况下产生噪声。

发明内容

本发明将抑制噪声的产生作为目的之一。

本发明提供一种电荷泵电路，利用被充电的电容器的充电电压，使电源电压偏移并得到输出电压，其特征在于：在对电容器的充电或者放电中，利用来自恒流源的恒流。

另外，本发明还提供一种电荷泵电路，包括：第一开关部件，选择高电压电源或者低电压电源的任意一个；电容器，其一端连接到所述第一开关部件并被充放电；以及第二开关部件，它将所述电容器的另一端选择地连接到低电压电源或者输出端的任意一个，其特征在于，在通过所述第一开关部件选择高电压电源时，通过所述第二开关部件将电容器的另一端连接到低电压电源，在通过所述第一开关部件选择低电压电源时，通过所述第二开关部件将电容器的另一端连接到输出端，在输出端得到与高电压电源对应的仅电压比低电压电源低的输出电压，同时通过在对所述电容器的充放电路径中插入恒流电路，使对电容器的充放电电流成为恒流。

另外，最好前述低电压电源为地，得到负电源作为输出电压。

另外，本发明的放大器利用通过上述的电荷泵电路得到的负电源，放大输入信号，在放大器的输出中，得到以地的电压为中心来变动的放大信号。

另外，最好该放大器的前述输入信号是包含同步信号的视频信号，前述第一和第二开关部件根据从视频信号分离的前述同步信号来进行工作。

另外，最好该放大器包括：比较部件，比较前述电荷泵电路的输出和规定电压；以及禁止部件，根据该比较部件的比较结果，在不能得到足够的负电压时，禁止放大器的动作。

这样，按照本发明，在电荷泵电路中，在向电容器充电或者放电中，使用来自恒流源的恒流。由此，在电容器的充电或者放电时，可以防止大电流产生和小电源电位以及在输出中附加噪声。

另外，通过利用恒流电路进行对电容器的充放电，可以限制对电容器的充放电电流，可以防止在高电压电源、低电压电源和输出中附加开关噪声。

另外，通过在放大输入信号的放大器中利用由这样的电荷泵电路得到的负电源，可以在放大器的输出中得到以地的电压为中心变动的放大信号，可以不需要直流截止(cut)电容器，并防止下垂(sag)的发生。

另外，通过将从视频信号中分离的前述同步信号用作电荷泵的时钟，可以省略特别的振荡器。

另外，通过在不能得到足够的负电压时，禁止放大器的动作，可以在没有视频信号的输入的待机时等自动地禁止放大器的动作。

附图说明

图1是表示实施方式的电荷泵的结构的图。

图2是表示比较例的电荷泵的结构的图。

图3是表示实施方式和比较例的波形的图。

图4是表示实施方式的放大器的结构的图。

图5是表示各部的波形的图。

图6是表示另一实施方式的放大器的结构的图。

图7是表示主放大器的结构的图。

图8是表示现有例的放大器的结构的图。

图9是表示另一现有例的放大器的结构的图。

图10是表示现有例的各部的波形的图。

图11是表示另一实施方式的电荷泵的结构的图。

图12是表示另一实施方式的电荷泵的结构的图。

图13是表示另一实施方式的电荷泵的结构的图。

图14是表示另一实施方式的电荷泵的结构的图。

图15是表示另一实施方式的电荷泵的结构的图。

具体实施方式

〔电荷泵电路〕

图1是表示一个实施方式的电荷泵电路的结构的图。该电路也是可从电源VCC得到-VCC的电荷泵电路。

电源VCC的一端连接到电压0V的地，另一端经由恒流电路CS1和开关S1连接到电容器C1的一端。

而且，该电容器C1的一端也经由开关S2和恒流电路CS2连接到地。

另外，电容器C1的另一端经由开关S3连接到低，同时经由开关S4连接到输出端，而且，电容器C2的一端连接到输出端，该电容器C2的另一端连接到地。

在这样的电荷泵电路中，使开关S1、S3的组和开关S2、S4的组互补地导通截止。即，在开关S1、S3导通时，开关S2、S4截止，开关S2、S4导通时，在开关S1、S3截止，定期地重复该操作。

然后，在开关S1、S3导通期间，在电容器C1中，将来自恒流电路CS1的电流提供给其输入端，输出端成为地电位。由此，电容器C1被充电至电压VCC。另一方面，在开关S2、S4导通期间，从其输入端抽取恒流电路CS2的电流，其电压降低直到地电位。另一方面，虽然电容器的输出端连接到输出端，但是与地隔离。由此，维持电容器C1的充电状态本身，电容器C1的输出端的电压成为-VCC，输出端的电压也成为-VCC。

而且，通过电容器C2保持该电压，维持输出端的电压-VCC。

这样，在本实施方式中，利用来自恒流源的电流来进行对电容器C1的充放电。因此，可以限制该充放电电流的电流量，可以抑制电源、地中的噪声的产生。

图3(a)表示开关S1～S4的开关的波形。这样，互补地导通开关S1、S3的组和开关S2、S4的组。

图2表示在图1的结构中，去除恒流电路CS1、CS2，将开关S1直接连接到电源VCC，同时将开关S2直接连接到地的比较例的结构。

然后，在图3(b)中表示来自图2的比较例的来自电源的电流波形，在图3(c)中表示图1的实施方式的电源电流波形。这样，通过插入恒流电路CS1、CS2，可以将电流值的上限维持在比作为图3(b)的限制表示的值小的合适的值，可知可以由此防止产生电源噪声。

进而，在图3(d)中表示来自图2的比较例的到地的电流波形，在图3(e)中表示图1的实施方式的地电流波形。这样，通过插入恒流电路CS1、CS2，可以将电流值的上限维持在比作为图3(d)的限制表示的值小的合适的值，可知可以由此防止电源噪声的产生。

另外，虽然在本实施方式中，仅对产生-VCC的电荷泵进行了说明，但是即使在将被充电的电容器的低电位端连接到高电压电源来进行升压的电荷泵中，利用恒流源也可以得到同样的效果。

〔视频信号处理电路〕

图4表示视频信号处理电路。视频信号输入到箝位电路10。该箝位电路10箝位视频信号中的表示一定的直流电平的区分电平或者负峰电平。视频信号例如是图5(a)所示的信号，在1个水平期间的最初，设置低电平的水平同步信号，箝位电路10将该水平同步信号的电平箝位为规定电压。箝位电路10的输出在前置放大器12中进行规定的放大以后，在主放大器14中被放大为规定的电平。然后，这样得到的视频信号经由75Ω的同轴馈线16输出。而且，通过同轴馈线16的信号的传送如图所示，相当于使输入信号从2个75Ω的动作的中间点输出。而且，在图4中，以点划线包围的部分在一个半导体集成电路中形成。

而且，箝位电路10的输出输入到同步分离电路18。同步分离电路18如图5(b)所示，通过提取规定电平以下的部分来分离水平同步信号。由此，如图5(c)所示，得到由每一个水平行的脉冲信号构成的水平同步信号。而且，通过检测上升部分或者下降部分，通过产生一定期间的脉冲，垂直同步信号可以得到与水平同步信号一样的脉冲。而且，奇数场和偶数场的间隙，虽然在1个水平期间的一半的期间输出水平同步信号，但是对于该信号，可以通过设置遮蔽1个水平期间的75％左右的半边缘抑制器(half edge killer)来除去。

同步分离电路18的输出提供给占空比50％电路20。该占空比50％电路20如图5(d)所示，将1个水平期间作为1个周期，在其中点生成并输出H和L切换的占空比约50％的信号。然后，该占空比约50％的信号直接提供给作为负电源起作用的电荷泵电路22，同时经由倒相器24提供图5(e)所示的信号。

因此，提供给电荷泵电路22图5(d)所示的1个水平期间的前半是L，后半是H的信号，以及如图5(e)所示的前半是H，后半是L的信号的2个时钟。而且，提供给电荷泵电路22的信号可以仅是图5(d)、图5(e)的任意一个信号。

电荷泵电路22为上述的电荷泵电路，对于电源电压VCC，利用上述时钟来做成-VCC。而且，因为电容器C1、C2作为外带的部件来形成，所以在图中电容器C1、C2和电荷泵电路22区别表示。

电荷泵电路22的输出作为负电源提供给主放大器14。因此，主放大器14可以在通常的电源VCC和负电源-VCC之间工作，作为输出的视频信号，可以输出以0V为基准的信号。因此，可以得到在该输出中不需要用于直流截止的电容器的效果。

特别是，在本实施方式中，将包含在视频信号中的水平同步信号利用为电荷泵电路22的时钟。因此，在电荷泵电路22中不需要特别的振荡器等。

图6是表示另一实施方式的结构的图。在该实施方式中，对于图4的结构，包括追加的DC判断电路30和偏置电流导通截止电路32。将比上述电荷泵电路22的输出更高(接近0V)的规定的基准负电源34连接到在该DC判断电路30中，比较来自电荷泵电路22的-VCC和来自该基准负电源34的基准负电压，判断电荷泵电路22是否充分动作。而且，只要能够判断来自电荷泵电路22的输出是否足够，该DC判断电路30可采用任何结构，例如：还可以采用在电源电压和负电源-VCC之间配置高电阻的分压电阻，判断分压电压是否变为规定值以下等的方法。

然后，偏置电流导通截止电路32在DC判断电路30的判断结果中，判断了电荷泵电路22的输出不充分的情况下，使前置放大器12和主放大器14的动作停止。例如：在这些前置放大器12、主放大器14中，为了其动作而使用恒流电路，通过使该恒流电路停止，可以使动作停止。而且，也可以通过停止向这些前置放大器12、主放大器14的电源电压的供给等其它的手段，使这些前置放大器12、主放大器14的动作停止。

这样，在本实施方式中，在电荷泵电路22的输出不充分时，停止前置放大器12和主放大器14的动作，可以实现节省电能。特别是，在本实施方式中，将从输入信号的视频信号分离的水平同步信号用作为电荷泵电路22的动作时钟使用。因此，在处理对象的视频信号的输入不存在的待机等时，停止电荷泵电路22的动作，停止前置放大器12和主放大器14的动作，可以实现节省电能。

图7表示主放大器14的大致结构例。输入互补的输入信号的一对npn型的晶体管Q10和Q12，其发射极被共同连接，经由恒流电路CS10连接到负电源-VCC。晶体管Q10、Q12的集电极分别连接到一对pnp型的晶体管Q14、Q16的集电极，晶体管Q14、Q16的发射极被连接到电源VCC。而且，共同连接晶体管Q14、Q16的基极，同时使晶体管Q16的基极和集电极之间短路，晶体管Q14、Q16形成电流镜。然后，晶体管Q14的集电极和晶体管Q10的集电极的连接点成为输出端，从这里得到输入信号的被差动放大的信号。

晶体管Q14的集电极和晶体管Q10的集电极的连接点(输出端)连接到pnp型的晶体管Q18的基极，该晶体管Q18发射极连接到VCC，其集电极连接到npn型晶体管Q20的集电极。晶体管Q20的基极和集电极之间被短路，发射极被连接到-VCC。

晶体管Q20的基极连接到npn型的晶体管Q22的基极，晶体管Q22的发射极连接到-VCC，晶体管Q20、Q22构成电流镜。

晶体管Q22的集电极连接到晶体管Q24的发射极，晶体管Q24的集电极经由恒流电路CS12连接到VCC。而且，晶体管Q26的集电极与pnp晶体管Q26的集电极连接，该晶体管Q26的发射极和晶体管Q24的集电极同时与恒流电路CS12连接。即，晶体管Q24、晶体管Q26被并联连接在恒流电路CS12和晶体管Q22之间。

晶体管Q24的基极连接到恒流电路CS14的下流端和二极管D10的阳极的连接点。恒流电路CS14的上流端连接到VCC，二极管D10的阴极连接到另一个二极管D12的阳极，二极管D12的阴极连接到-VCC。即，来自恒流电路CS14的恒流流过二极管D10、D12，晶体管Q24的基极电压被保持为仅比-VCC高出二极管D10、D12两个二极管的电压下降部分的电压。

另一方面，晶体管Q26的基极连接到恒流电路CS16的上流端和二极管D14的阴极的连接点。恒流电路CS16的下流端连接到-VCC，二极管D14的阳极连接到另一个二极管D16的阴极，二极管D16的阳极连接到VCC。即，恒流电路CS16的恒流流过二极管D14、D16，晶体管Q26的基极电压被保持为仅比VCC低二极管D14、D16两个二极管的电压下降部分的电压。

然后，与晶体管Q24的集电极和晶体管Q26的发射极共同连接的恒流电路CS12的下流端连接到pnp型的晶体管Q28的基极，该晶体管Q28的发射极连接到VCC，集电极连接到输出端OUT。与晶体管Q24的发射极和晶体管Q26的集电极共同连接的晶体管Q22的集电极连接到npn型的晶体管Q30的基极，该晶体管Q30的发射极连接到-VCC，集电极连接到输出端OUT。

进而，输出端OUT经由电阻R1连接到晶体管Q12的基极(负反馈)，而且，晶体管Q12的基极经由电阻R2提供基准电压ref。

在这样的结构中，输入到晶体管Q10、Q12的基极的输入信号，其被放大的信号被提供给晶体管Q18的基极，与此对应的电流经由晶体管Q18、Q20流过晶体管Q22。另一方面，晶体管Q22的集电极经由晶体管Q24、Q26连接到一个恒流电路CS12。因此，在流过晶体管Q22的电流比规定量大时，晶体管Q28的基极电流变大，与此对应的电流从输出端OUT输出；在流过晶体管Q22的电流比规定量小时，晶体管Q30的基极电流变大，与此对应的电流从输出端OUT输入。

从该输出端的输出成为在VCC和-VCC之间进行，例如：可以设为以0V为中心振动的信号。而且，通过变更上述的基准电压ref，可以设定输入信号的偏移电压，可以设定输出中的直流分量。因此，可以在输出端OUT中得到与通过电容器截止直流分量时相同的输出。即，在主放大器14中，通过利用负电源-VCC，可以得到没有直流分量的输出，因此可以省略直流截止电容器。

另外，在停止这样的结构的主放大器14的动作时，使恒流电路CS10～CS16的动作停止就可以。在通常的情况下，高电压电源端的恒流电路CS12、14由恒流晶体管和电流镜构成，而且，低电压电源端的恒流电路CS10、16等由另一个恒流晶体管和电流镜构成。因此，通过禁止这2个恒流晶体管的电流，可以使放大器停止。这对前置放大器12也一样。

这里，作为以往的视频信号的处理电路，使用如图8所示的电路。在图8的电路中，视频信号通过箝位电路10箝位区分电平(pedestal level)或者负峰电平(sink-tip level)，通过前置放大器12、主放大器14放大，该主放大器14的输出经由截止电容(cut condenser)Cdc输出到同轴馈线16。

这样，在该电路中，需要在输出中截止DC分量用的电容器Cdc。在视频信号(视频信号)的情况下，输入输出阻抗是75Ω，信号的低频分量约为60Hz，为了防止使该低频分量的信号电平移动以及下垂(sag)的发生并输出，电容器Cdc的容量例如为470～1000μF，变得非常大。这么大的容量的电容器价格很高，而且为此的设置和布线需要很大的空间。

在数字型照相机等的便携设备中，抑制价格和减小空间非常重要，将电容器的容量抑制为尽可能地小。但是，如果减小电容，则产生输出的直流分量产生变化，输出信号的同步信号的检测变得困难等的问题。

因此，如图9所示，已知有使电容器Cdc的输出经由另一个电容器Ca反馈到主放大器14的电路。在该电路中，电容器Cdc的容量可以为22～470μF左右，电容器Ca的容量可以为10～22μF左右。然后，按照该电路，对于图10(a)的矩形波的输入信号，从主放大器14的输出成为图10(b)所示那样，经由电容器Cdc的输出成为图10(c)那样，可以校正下垂。因此，通过利用这样的下垂校正电路，可以减小电容器Cdc的容量，但是，为了防止直流偏移，仍然需要大的容量。进而，随着推进电源电压的低电压化，下垂校正更加困难。即，在主放大器14的输出中，如果动态范围不足，则图10(b)的边缘的突出部分被截止，其结果，下垂校正不充分。因此，产生在视频信号中同步信号毁坏，不能很好地进行其检测的问题。

在本实施方式中，如上所述那样，因为不需要直流截止用的电容器，可以得到调整了直流分量的视频信号，所以可以消除上述的缺点。

图11～图13是变更了恒流电路的插入位置的结构例。在图11中，省略图1的恒流电路CS1，在开关S3和地之间设置恒流电路CS3。由此，在开关S1、S3导通时，电容器C1的充电电流成为由恒流电路CS3决定的恒流，得到与图1相同效果。

在图12中，省略图1中的恒流电路CS2，在开关S4和输出端之间设置恒流电路CS4。由此，在开关S2、S4导通时，电容器C1的放电电流成为由恒流电路CS4决定的恒流，得到与图1相同的效果。

在图13中，省略图1的恒流电路CS1、CS2，在开关S3和地之间设置恒流电路CS3，同时在开关S4和输出端之间设置恒流电路CS4。由此，在开关S1、S3导通时，电容器C1的充电电流成为由恒流电路CS3决定的恒流，在开关S2、S4导通时，电容器C1的放电电流成为由恒流电路CS4决定的恒流。

在图14、图15表示去除了恒流电路CS1、CS2的一边的结构例。即，在图14的结构例中，省略恒流电路CS1，在图15的结构例中，省略恒流电路CS2。在这些变形例中，虽然仅电容器C1的充电或者放电的任意一个成为恒流，但是即使按照这样，也可以防止在充电或者放电的任意一个中产生噪声。

Claims

1、一种电荷泵电路，利用被充电的电容器的充电电压，使电源电压偏移并得到输出电压，其特征在于：

在对电容器的充电或者放电中，使用来自恒流源的恒流。

2、一种电荷泵电路，包括：

第一开关部件，选择高电压电源或者低电压电源的任意一个；

电容器，其一端连接到所述第一开关部件并被充放电；以及

第二开关部件，它将所述电容器的另一端选择地连接到低电压电源或者输出端的任意一个，

其特征在于，在通过所述第一开关部件选择高电压电源时，通过所述第二开关部件将电容器的另一端连接到低电压电源，在通过所述第一开关部件选择低电压电源时，通过所述第二开关部件将电容器的另一端连接到输出端，在输出端得到与高电压电源对应的仅电压比低电压电源低的输出电压，

同时通过在对所述电容器的充放电路径中插入恒流电路，使对电容器的充放电电流成为恒流。

3、如权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于：

所述低电压电源是地，得到负电源作为输出电压。

4、一种放大器，其特征在于：

该放大器利用通过权利要求3所述的电荷泵电路得到的负电源，放大输入信号，在放大器的输出中，得到以地电压为中心来变动的放大信号。

5、如权利要求4所述的放大器，其特征在于：

所述输入信号是包含同步信号的视频信号，

所述第一和第二开关部件根据从视频信号分离的所述同步信号来进行工作。

6、如权利要求5所述的放大器，其特征在于，该放大器包括：

比较部件，比较所述电荷泵电路的输出和规定电压；以及

禁止部件，根据该比较部件的比较结果，在不能得到足够的负电压时，禁止放大器的动作。