精密二極管電荷泵

出處：維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于：2024-07-25 16:16:20 | 304 次閱讀

　　Williams 簡明扼要地總結了這種著名拓撲的工作原理：“直流放大器控制相對粗糙的 V→F。這種 V→F 的設計是為了實現(xiàn)高速和寬動態(tài)范圍，但犧牲了線性度和熱穩(wěn)定性。電路的輸出切換電荷泵，電荷泵的輸出與直流積分相比較，與輸入電壓進行比較。直流放大器強制 V→F 工作頻率成為輸入電壓的直接函數(shù)?！?/span>
　　

　　早些時候，在“設計……”中，威廉展示了幾種體現(xiàn)圖 1 概念的出色 VFC 設計，這些設計采用了各種不同的電荷泵。其中兩種是二極管類型。

　　這些和其他配備二極管泵的設計的成功證明了二極管在精密應用中的實用性。然而，將二極管泵應用于 VFC 的一個固有挑戰(zhàn)是要適應一個不方便的事實，即沒有（真正的）二極管是理想的。二極管會產(chǎn)生非線性和溫度相關的電壓降、分流電容、反向恢復電荷和其他“迷人”的特性。檢查任何帶有二極管泵的優(yōu)質(zhì) VFC（包括 Williams 的優(yōu)秀設計），都會發(fā)現(xiàn)很大一部分電路和零件數(shù)量專門用于緩解這些怪癖。圖 2概述了其中一些錯誤出現(xiàn)的位置及其對泵精度的影響。

　　圖 2二極管泵的實際情況，其中可能出現(xiàn)誤差，例如非線性和溫度相關的電壓降、分流電容、反向恢復電荷等。
　　如果圖 2 泵中的二極管是完美的，則輸入頻率的每個 Vpp 周期都會輸出一小團電荷Q = -VC，因此我們有Vout = FVCR。但由于它們不是，正向電壓 (Vd)、并聯(lián)電容 (Cs) 等從凈電荷泵中減去，剩下Q = – (VC – 2Vd(C + Cs))，使得Vout = F(VC – 2Vd(C + Cs))R。

　　傳統(tǒng)的電路技巧可以（至少部分地）消除這些誤差并消除它們引入的（大部分）溫度系數(shù)（例如，每個 Vd 為 2mV/ oC），包括在輸入網(wǎng)絡中添加與 VFC 電壓參考串聯(lián)的二極管串和校準微調(diào)。雖然它們可以發(fā)揮作用，但在給定的設計中微調(diào)這些補救措施可能很復雜，而且沒有一個是特別優(yōu)雅或容易的。

　　圖 3顯示了一種與參考調(diào)整完全不同的方法：“Take-Back-Half”，或 TBH！
　　圖 3 TBH 增加了一個半振幅反極性泵，可減去誤差項。
　　TBH 在通常的二極管對上并聯(lián)了一個新反極性泵，由總電容相同的 1:2 比例電容分壓器驅(qū)動。結果是產(chǎn)生具有標稱信號幅度一半但誤差信號幅度相等的反向電荷包。因此，當電荷相加時，所需信號的一半會從凈泵輸出中“收回”，但所有誤差都會消失。
　　這樣就只剩下原始的理想二極管外殼輸出： Q = -VC和Vout = FVCR。
　

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