什么是電荷泵？

在討論8位MCUs中的電荷泵之前，讓我們快速回顧一下電荷泵是什么。電荷泵是一種電源拓?fù)洌闺姾赏ㄟ^電容器移動(dòng)，電容器在輸入和輸出之間電切換。電荷放在一側(cè)的電容器上，然后在另一側(cè)取出。根據(jù)電源的特定目標(biāo)，這可用于使輸入電壓加倍或產(chǎn)生負(fù)電源。

分立式電荷泵穩(wěn)壓器

分立式電荷泵穩(wěn)壓器因其高轉(zhuǎn)換效率而常用于低功耗應(yīng)用。此外，電荷泵穩(wěn)壓器的實(shí)現(xiàn)成本通常較低，通常只需要三個(gè)電容即可實(shí)現(xiàn)，在許多情況下，相同的電容值可能用于系統(tǒng)的其他地方。

8位MCU上的集成電荷泵

但是，對(duì)于這篇博文，我將提到一些8位MCU上的集成電荷泵。這些電荷泵不需要額外的外部元件，完全集成到器件中。回到最初的問題——何時(shí)應(yīng)該在MCU中使用集成電荷泵？

您可以使用集成電荷泵來改善 MCU 在低工作電壓下的模擬性能。隨著MCU工作電壓的降低，內(nèi)部晶體管也不會(huì)切換，這增加了模擬信號(hào)的內(nèi)阻。為了進(jìn)行補(bǔ)償，在低電壓下運(yùn)行的MCU可以打開內(nèi)部電荷泵，為負(fù)責(zé)模擬電路的晶體管產(chǎn)生更高的開關(guān)電壓。這提高了模擬性能，但增加了微控制器的靜態(tài)電流。

MCU可以以不同的方式集成電荷泵。一些外設(shè)可能具有專用電荷泵，如運(yùn)算放大器（OPA或OPAMP），而其他外設(shè)可能共用一個(gè)電荷泵。例如，在PIC16F17146系列MCU上，集成電荷泵由帶計(jì)算的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和比較器（CMP）共享。

電荷泵可以設(shè)置為始終導(dǎo)通或始終關(guān)斷，但由于電荷泵僅在低工作電壓下需要，因此也可以將其配置為在器件中工作電壓低于固定閾值時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)。該模式的變體工作原理幾乎相同，但還需要一個(gè)模擬外設(shè)來請(qǐng)求電荷泵。此模式在打開和關(guān)閉外設(shè)以節(jié)省功耗的應(yīng)用中非常有用。當(dāng)外設(shè)關(guān)閉時(shí)，電荷泵關(guān)閉。

降低電荷泵工作功率的另一種方法是選擇振蕩器。電荷泵可以設(shè)置為始終由內(nèi)部振蕩器運(yùn)行以獲得最佳性能，或者，它可以在ADCC運(yùn)行時(shí)在較慢的ADCRC時(shí)鐘和Fosc之間切換，以最大限度地提高轉(zhuǎn)換期間的模擬性能。當(dāng)ADCC空閑時(shí)，電荷泵仍處于活動(dòng)狀態(tài)，但性能水平降低。

MCU中集成電荷泵的主要缺點(diǎn)是靜態(tài)功耗較高。然而，在需要在低工作電壓下實(shí)現(xiàn)高性能模擬的應(yīng)用中，這是一個(gè)基本特性。

審核編輯：郭婷