【導讀】如果使用適當?shù)谋镜鼗痙c / dc轉(zhuǎn)換器生成-5V偏置電壓，則許多需要65V電源的低電流設(shè)備可以在單個5V電源環(huán)境中可靠地工作。通常，這些5V IC的功能和優(yōu)勢遠遠超過了一些不便。
增加了額外的-5V轉(zhuǎn)換器功能的成本。許多公司生產(chǎn)各種額定功率和占位面積的dc / dc轉(zhuǎn)換器IC和模塊。但是，對于僅需要負偏置電壓和低工作電流的簡單單芯片應用而言，這些典型的dc / dc轉(zhuǎn)換器可能會顯得過高。對于這些應用，典型的負電壓要求范圍為-4至-6V，電源電流為1 mA，而對-5V電源的要求通常并不嚴格。
用于從正電源產(chǎn)生負直流電壓的傳統(tǒng)DC / DC轉(zhuǎn)換器模塊的低成本替代方案是使用低成本的四半導體模擬開關(guān)和板載系統(tǒng)時鐘（圖1a）。這種類型的電壓轉(zhuǎn)換器會從5V輸入產(chǎn)生一個低功率的負偏置電壓。該電路模擬電荷泵dc / dc轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器適用于產(chǎn)生極性與輸入電壓相反的輸出電壓。與常規(guī)轉(zhuǎn)換器一樣，也需要兩個電荷存儲電容器。與傳統(tǒng)的獨立DC / DC轉(zhuǎn)換器方法不同，該電路需要單個外部時鐘輸入來對開關(guān)的導通和關(guān)斷進行排序，并且電路板空間的數(shù)量大致相同。您可以從任何5V邏輯門輸出中以連續(xù)，規(guī)則的5至500kHz信號周期來輸出此時鐘。
圖1使用帶有兩個外部電容器和一個外部時鐘的模擬開關(guān)是從5V輸入產(chǎn)生25V電壓的一種可行方法，以滿足低功率，-5V的需求。一種方法僅使用時鐘的一個相位（a）；第二種方法需要兩個相位（b）。
電荷泵轉(zhuǎn)換器的工作方式是：首先為一個電容器充電，然后使用開關(guān)電路將該電荷交替?zhèn)鬏數(shù)搅硪粋€電容器。圖1a中的開關(guān)電路交替對C1和C2進行充電和放電，以從5V輸入產(chǎn)生-5V輸出。 ALD4213模擬開關(guān)內(nèi)部的集成電平轉(zhuǎn)換器和邏輯門提供邏輯轉(zhuǎn)換，可將單個5V輸入轉(zhuǎn)換為±5V邏輯擺幅。
該電路在時鐘控制下閉合兩個開關(guān)S1和S4。在一個時鐘周期的前半部分，C1充電至等于輸入電壓V +的電壓。時鐘控制的下一個半周期打開S1和S4并關(guān)閉S2和S3。 C1現(xiàn)在通過S2和S3連接在C2兩端，并且C1上的電荷隨后轉(zhuǎn)移到C2，直到C1和C2兩端的電壓相等。注意C2兩端的“反相”極性，這迫使C2上的輸出電壓為V-或與V +相反。
每個隨后的時鐘周期（再次從S1和S4的關(guān)閉開始）使C1從先前的電壓充電到V +。在許多重復的時鐘周期之后，C2上的電壓保持充電至等于V +的負值或接近V +的值；它執(zhí)行電壓逆變器的功能，該逆變器通常稱為轉(zhuǎn)換器。
另一種基于模擬開關(guān)的轉(zhuǎn)換器使用具有電平轉(zhuǎn)換器的行業(yè)標準74HC4316四路模擬開關(guān)（圖1b）。該電路與圖1a中的電路相似，但是具有不同的引腳連接。該電路還需要時鐘的兩個相位。如果需要，您可以使用一個附加的反相邏輯門來生成兩個時鐘相位。推薦的輸入是邏輯時鐘，其有用頻率范圍為5到500 kHz。
圖1a的單相設(shè)計批量價格不到1美元。如果兩個時鐘相位都存在并且您不必添加外部邏輯門反相器，則圖1b中電路的成本可以小于圖1a中電路的成本的一半。您還可以在自定義ASIC中將模擬開關(guān)逆變器與其他模擬功能集成在一起。 ALD4213和ALD500A與該公司的標準單元庫兼容。
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