精密二极管电荷泵
出处：维库电子市场网 发布于：2024-07-25 16:16:20 | 275 次阅读
Williams 简明扼要地总结了这种著名拓扑的工作原理：“直流控制相对粗糙的 V→F。这种 V→F 的设计是为了实现高速和宽动态范围，但牺牲了线性度和热稳定性。电路的输出切换，电荷泵的输出与直流积分相比较，与输入电压进行比较。直流放大器强制 V→F 工作频率成为输入电压的直接函数。”
早些时候，在“设计……”中，威廉展示了几种体现图 1 概念的出色 VFC 设计，这些设计采用了各种不同的电荷泵。其中两种是类型。
如果图 2 泵中的二极管是完美的，则输入频率的每个 Vpp 周期都会输出一小团电荷Q = -VC，因此我们有Vout = FVCR。但由于它们不是，正向电压 (Vd)、并联电容 (Cs) 等从净电荷泵中减去，剩下Q = – (VC – 2Vd(C + Cs))，使得Vout = F(VC – 2Vd(C + Cs))R。
图 3 TBH 增加了一个半振幅反极性泵，可减去误差项。
TBH 在通常的二极管对上并联了一个新反极性泵，由总电容相同的 1:2 比例电容驱动。结果是产生具有标称信号幅度一半但误差信号幅度相等的反向电荷包。因此，当电荷相加时，所需信号的一半会从净泵输出中“收回”，但所有误差都会消失。
这样就只剩下原始的理想二极管输出： Q = -VC和Vout = FVCR。
早些时候，在“设计……”中，威廉展示了几种体现图 1 概念的出色 VFC 设计，这些设计采用了各种不同的电荷泵。其中两种是类型。这些和其他配备二极管泵的设计的成功证明了二极管在精密应用中的实用性。然而，将二极管泵应用于 VFC 的一个固有挑战是要适应一个不方便的事实，即没有（真正的）二极管是理想的。二极管会产生非线性和温度相关的电压降、分流电容、反向恢复电荷和其他“迷人”的特性。检查任何带有二极管泵的优质 VFC（包括 Williams 的优秀设计），都会发现很大一部分电路和零件数量专门用于缓解这些怪癖。图 2概述了其中一些错误出现的位置及其对泵精度的影响。
如果图 2 泵中的二极管是完美的，则输入频率的每个 Vpp 周期都会输出一小团电荷Q = -VC，因此我们有Vout = FVCR。但由于它们不是，正向电压 (Vd)、并联电容 (Cs) 等从净电荷泵中减去，剩下Q = – (VC – 2Vd(C + Cs))，使得Vout = F(VC – 2Vd(C + Cs))R。
传统的电路技巧可以（至少部分地）消除这些误差并消除它们引入的（大部分）温度系数（例如，每个 Vd 为 2mV/ oC），包括在输入网络中添加与 VFC 电压参考串联的二极管串和校准微调。虽然它们可以发挥作用，但在给定的设计中微调这些补救措施可能很复杂，而且没有一个是特别优雅或容易的。
图 3 TBH 增加了一个半振幅反极性泵，可减去误差项。
TBH 在通常的二极管对上并联了一个新反极性泵，由总电容相同的 1:2 比例电容驱动。结果是产生具有标称信号幅度一半但误差信号幅度相等的反向电荷包。因此，当电荷相加时，所需信号的一半会从净泵输出中“收回”，但所有误差都会消失。
这样就只剩下原始的理想二极管输出： Q = -VC和Vout = FVCR。
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