什么是电荷泵?
在讨论8位MCUs中的电荷泵之前,让我们快速回顾一下电荷泵是什么。电荷泵是一种电源拓扑,它使电荷通过电容器移动,电容器在输入和输出之间电切换。电荷放在一侧的电容器上,然后在另一侧取出。根据电源的特定目标,这可用于使输入电压加倍或产生负电源。
分立式电荷泵稳压器
分立式电荷泵稳压器因其高转换效率而常用于低功耗应用。此外,电荷泵稳压器的实现成本通常较低,通常只需要三个电容即可实现,在许多情况下,相同的电容值可能用于系统的其他地方。
8位MCU上的集成电荷泵
但是,对于这篇博文,我将提到一些8位MCU上的集成电荷泵。这些电荷泵不需要额外的外部元件,完全集成到器件中。回到最初的问题——何时应该在MCU中使用集成电荷泵?
您可以使用集成电荷泵来改善 MCU 在低工作电压下的模拟性能。随着MCU工作电压的降低,内部晶体管也不会切换,这增加了模拟信号的内阻。为了进行补偿,在低电压下运行的MCU可以打开内部电荷泵,为负责模拟电路的晶体管产生更高的开关电压。这提高了模拟性能,但增加了微控制器的静态电流。
MCU可以以不同的方式集成电荷泵。一些外设可能具有专用电荷泵,如运算放大器(OPA或OPAMP),而其他外设可能共用一个电荷泵。例如,在PIC16F17146系列MCU上,集成电荷泵由带计算的模数转换器(ADCC)、数模转换器(DAC)和比较器(CMP)共享。
电荷泵可以设置为始终导通或始终关断,但由于电荷泵仅在低工作电压下需要,因此也可以将其配置为在器件中工作电压低于固定阈值时自动启动。该模式的变体工作原理几乎相同,但还需要一个模拟外设来请求电荷泵。此模式在打开和关闭外设以节省功耗的应用中非常有用。当外设关闭时,电荷泵关闭。
降低电荷泵工作功率的另一种方法是选择振荡器。电荷泵可以设置为始终由内部振荡器运行以获得最佳性能,或者,它可以在ADCC运行时在较慢的ADCRC时钟和Fosc之间切换,以最大限度地提高转换期间的模拟性能。当ADCC空闲时,电荷泵仍处于活动状态,但性能水平降低。
MCU中集成电荷泵的主要缺点是静态功耗较高。然而,在需要在低工作电压下实现高性能模拟的应用中,这是一个基本特性。
审核编辑:郭婷
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