如何将电荷泵电路用于系统设计

本应用笔记介绍了CS5521/23，CS5522/24/28和CS5525/26系列的模数转换器，这些器件具有片上电路来驱动外部负载。该文档还说明了电荷泵电路以及如何将其用于系统设计。

CS552X概述

CS5521 / 23，CS5522 / 24/28和CS5525 / 26系列A / D转换器包括一个斩波稳定仪表放大器，用于测量低电平直流信号（±100 mV或更小）。该放大器设计为产生非常低的输入采样电流（-40至+85 + C时ICVF <300 pA）。如图1所示，当使用高阻抗电路进行输入保护时，低输入电流可将热电偶测量中可能发生的误差减至最小。

图1所示的电荷泵电路用于产生负电源（约-2.1 V），以为片上仪表放大器供电。这使放大器能够测量相对于地为负的低电平输入信号，同时保持低输入电流。在本文档中描述的某些限制条件下，电荷泵可用于为转换器外部的某些其他电路（例如放大器或多路复用器）供电。

CS552x ADC内部的输入放大器

电荷泵基础

电荷泵组件

图2说明了基本的二极管电荷泵。晶体管Q1和Q2代表CMOS反相器的输出晶体管。当反相器的输入导致晶体管Q1导通（Q2截止）时，C1通过二极管D1充电至大约5 V的电压减去二极管的正向电压。当逆变器的输出切换为Q1断开，Q2接通时，C1带正电的导线将接地。由于电容器两端的电压不能瞬时改变，因此连接到二极管D2的C1的引线将变为负，从​​而导通二极管D2。C1上的电荷然后将流到C2上并产生负输出电压。电容器C2充当电荷的储存器，并且比电荷泵电容器C1大得多。在经过数个电荷泵循环后，

电荷泵循环顺序

图3说明了两个电荷泵序列中的每一个。电容器C2充当电荷的储存器，并且比电荷泵电容器C1大得多。

CS552X的电荷泵

ADC电荷泵调节环路

图4给出了本应用笔记中列出的A / D转换器内部的基本电荷泵调节环路的简化版本。电荷泵驱动引脚（CPD）由XIN频率产生的时钟（CPCLK）驱动，可直接使用。CS5521 / 22/23/24/28器件使用XIN / 2 /时钟。稳压器环路将电荷存储电容器上产生的电压幅度与VA +电源幅度的一部分进行比较。该环路旨在将NBV的电压调节为– [VA + / 2.38]V。请注意，如果芯片的VA +电源电压高于+5 V，则NBV上的电荷泵输出的电压为成比例的更负面。当NBV引脚上的电压达到适当的幅度时，电荷泵时钟的周期将被删除。调节环路将来自CPD引脚的脉冲频率保持在产生适当输出电压的平均频率。CPD驱动器输出由VD +电源提供，如图4所示。可以为+5 V或+3V。图4所示的二极管电荷泵用于+5 V电源。肖特基二极管D3确保NBV引脚的接地降落不超过二极管的压降。这样可以确保调节器环路正确启动。