降低所有电荷泵输入纹波的简单方法
电荷泵是dc-dc转换器的一种形式，它依靠电容器而不是电感器进行能量存储和传输。由于没有电感器，因此在需要低功耗辅助电源（输出电流高达约150ma）的情况下具有吸引力。它们使用更少的电路板面积，提供最小的元件高度，并且易于使用。
电荷泵可以具有稳压或非稳压输出。未稳压电荷泵使为其供电的电压加倍或反相，输出电压是电源电压的函数。一个稳压电荷泵对电源电压进行升压或反相处理。其输出电压与电源无关。
减小电容器尺寸和优化输出电流的技术（快速开关速度和低导通电阻开关）也会在输入电源引脚上产生噪声和瞬态纹波。噪声会沿着输入电源引脚传播回去，给晶体控制振荡器、vco和其他电源抑制性能差的敏感电路带来问题。本文重点介绍降低噪声的方法。
简化操作
首先，考虑将电荷泵连接为逆变器。在简化版本（图1）中，操作由占空比为2%的两相时钟信号控制。泵电容（电荷转移元件）充电至v在通过闭合sw1a和sw1b。sw2a 和 sw2b 目前开放。在下一个时钟周期，sw2a 和 sw2b 的闭合将泵浦电容连接到 c外，从而产生 -v在在输出端。
图1.作为逆变器连接的电荷泵的简化图。
接下来，将电荷泵连接为倍增器（图2）。与以前一样，操作由两相、占空比为2%的时钟信号控制。泵浦电容器是电荷传输装置，充电至v在通过关闭sw2a和sw2b（sw1a和sw2b此时打开）。在下一个时钟周期，sw1a和sw1b的闭合产生+2v在通过将泵浦电容器连接到 c 在输出端外.
图2.作为倍增器连接的电荷泵的简化示意图。
输入和输出纹波是由泵浦电容器的快速充电和放电引起的。围绕max3电荷泵构建的反相电路（图665）在5ω两端产生51v电压，说明了输入纹波伪像（图4）。（大电流、低频（≤100khz）max665产生的纹波很容易测量。
图3.该电荷泵逆变电路用于测量。
图4.标准逆变电路的输入电压和电流纹波：c在= c泵= c外= 100μf，r负荷= 51ω,v在= +5.73v和v外= -5.06v。输入电流纹波（上迹线）：100ma/格输入电压纹波（下迹线）：200mv/格，交流耦合。
纹波抑制方法
为了减少纹波，必须将纹波源与电路的其余部分隔离开来。为了在电荷泵中获得最佳转换效率，还应最大限度地降低esr，并确保输入、输出和泵电容值尽可能接近数据手册中推荐的值。以下讨论涵盖了四种最小化纹波及其影响的技术。
降低输入电容器中的 esr 意味着多个电容器并联：n 个相同的电容器并联可将输入纹波降低 n-1.不幸的是，这种方法在成本和印刷电路板面积方面不是很有效。
相反，在输入电源引脚上添加一个lc滤波器（图5）。附加滤波可防止纹波通过输入电源走线传播到其他电路。作为二阶滤波器，lc网络最大限度地减少了元件数量。此外，其小串联电感在输入电源和电荷泵之间产生最小的压降。
纹波频率基波等于泵浦频率（f时钟/2).二阶滤波器的衰减频率为40db/十倍频程，因此理想的滤波器频率应至少比所选的f低十倍频程时钟/2.
电感必须处理大于1.5i的直流电流外没有饱和度。对于临界阻尼（即无峰值），
滤波器应具有临界阻尼或靠近阻尼，给定r的低阻抗值源和 r负荷.然而，临界阻尼对于电路运行并不重要。即使在滚降点出现一些峰值，滤波仍然有效。一个 10μf 滤波电容器和 10μh 滤波扼流圈共同提供 3.15khz 的 9db 频率和一个临界 r源的 1ω。图6显示了图5电路在不同阻尼比下的幅度响应，图7显示了其较低的纹波水平（与图3的电路相比）。
在电荷泵的输入电源（图8）中添加一个低压差线性稳压器，可产生一个有效的通用电路，以防止纹波对系统其余部分的影响。输入ldo还采用比无源lc滤波器更小的电容工作：300ma max8860 ldo （采用8引脚μmax封装）在输入和输出端需要2.2μf电容;max8863–max8864系列120ma线性稳压器（采用sot23封装）仅需1μf陶瓷电容。但是，ldo必须处理至少两倍的电荷泵输出负载电流。与等效的无源滤波器相比，这种额外电流能力的额外成本可能会使ldo方法在成本和性能（pcb面积和衰减）方面超出界限。®
在输入电源（图9）增加rc是lc滤波器方法的单阶版本。一般不建议使用 rc 输入，因为 r 的值较低滤波器最小效率损耗（< 5ω）所需的压力非常大的c滤波器.图10所示是在图9电路输入端增加rc滤波器的效果，其中max665与100μf电容产生5v输出，负载电阻为51ω
如果输入电源是电池，则电池的有效大容量电容可以作为c滤波器.因为 c滤波器是一个非常大的电容，所得滤波器在减少电池处的纹波效应方面非常有效。一个例子有助于说明这一点：800mah锂电池的电容可以从以下公式得出：
q = c.v ，其中i = 800ma，t = 3600s （1hr），v = 3.4v。
i.t = c.v
因此，c = 847 法拉和 f滤波器= 0.12mhz。esr和电池接触电阻之和（约100mω）将衰减限制在最大21db，假设纹波源电阻（r滤波器） 等于 1ω。实际电池的模型更为复杂，中央大容量电容由esr、esl和寄生电容修改。在实践中，应添加接近r的电容滤波器，从而为电池及其互连引线提供高于 250khz （ 10μf） 的非电池应用。
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简化操作
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图1.作为逆变器连接的电荷泵的简化图。
接下来，将电荷泵连接为倍增器（图2）。与以前一样，操作由两相、占空比为2%的时钟信号控制。泵浦电容器是电荷传输装置，充电至v在通过关闭sw2a和sw2b（sw1a和sw2b此时打开）。在下一个时钟周期，sw1a和sw1b的闭合产生+2v在通过将泵浦电容器连接到 c 在输出端外.
图2.作为倍增器连接的电荷泵的简化示意图。
输入和输出纹波是由泵浦电容器的快速充电和放电引起的。围绕max3电荷泵构建的反相电路（图665）在5ω两端产生51v电压，说明了输入纹波伪像（图4）。（大电流、低频（≤100khz）max665产生的纹波很容易测量。
图3.该电荷泵逆变电路用于测量。
图4.标准逆变电路的输入电压和电流纹波：c在= c泵= c外= 100μf，r负荷= 51ω,v在= +5.73v和v外= -5.06v。输入电流纹波（上迹线）：100ma/格输入电压纹波（下迹线）：200mv/格，交流耦合。
纹波抑制方法
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相反，在输入电源引脚上添加一个lc滤波器（图5）。附加滤波可防止纹波通过输入电源走线传播到其他电路。作为二阶滤波器，lc网络最大限度地减少了元件数量。此外，其小串联电感在输入电源和电荷泵之间产生最小的压降。
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