交错式反相电荷泵：实现和结果_

本系列文章的第一部分介绍了一种从正电源产生低噪声负电源轨的独特方法，并说明了控制其运行的方程式推导过程。第二部分将借助ADI公司新产品ADP5600深入探讨这种交错式反相电荷泵(IICP)的实际例子。我们将ADP5600的电压纹波和电磁辐射干扰与标准反相电荷泵进行比较，以揭示交错如何改善低噪声性能。我们还将其应用于低噪声相控阵波束成型电路，并使用第一部分中的公式来优化该解决方案的性能。

世界首款商用交错式反相电荷泵

如第一部分所述，集成电路中使用IICP来生成较小的负偏置轨。ADP5600独特地将低噪声IICP与其他低噪声特性和高级故障保护功能结合在一起。

ADP5600是一款交错式电荷泵逆变器，集成了低压差(LDO)线性稳压器。与传统的基于电感或电容的解决方案相比，其独特的电荷泵级具有更低的输出电压纹波和反射输入电流噪声。交错作为一种低噪声概念很巧妙，但交错通道并不能解决所有噪声问题。为了实现真正的低噪声，需要一种专门设计的IC来实现IICP的低噪声优势，同时保持解决方案的小尺寸和高效率。

固定和可编程开关频率

许多反相电荷泵的工作频率为几百kHz。这种相对较低的频率限值要求相对较大的电容，并限制了频率杂散可以放置的位置。ADP5600可以在100 kHz至1.1 MHz的开关频率下工作，因而能在现代系统中高效使用。此外，该频率始终是固定的，不随输出负载而变化。开关频率变化（展频调制）通常用于提高电荷泵效率，但在噪声敏感的系统中可能会产生问题。

外部频率同步

许多低噪声系统需要将高幅度开关噪声置于规定的频带中，以使所产生的噪声对系统的影响最小。考虑到这一点，在噪声敏感系统中，转换器的工作频率是同步的，但在电荷泵逆变器中，同步很少见。相比之下，ADP5600可以同步到高达2.2 MHz的外部时钟。

低压差稳压器

ADP5600的输入电压范围很宽，其电荷泵输出电压可能过高，无法为低压电路供电。因此，ADP5600内置了一个LDO后置稳压器。它还有一个以正电压为基准的电源正常信号引脚，以便在LDO输出处于稳压状态时轻松进行电源时序控制。

故障保护

最后，ADP5600具有一套全面的故障保护特性，适合于稳健的应用。保护特性包括过载保护、短路飞跨电容保护、欠压锁定(UVLO)、精密使能和热关断。另一个新颖的特性是飞跨电容限流，它也能降低飞跨电容充电时的峰值电流尖峰。

ADP5600测试数据

第一部分从理论上证明了与非交错解决方案相比，IICP架构可显著改善纹波。为简洁起见，第一部分中说明的推导是理想化的，忽略了寄生效应、布局依赖性（IC和PCB）、时序失配（即不完美的50%振荡器）和RDS失配。这些因素导致与计算和测量的电压纹波有些偏差。一如既往，最好将ADP5600投入使用，观测其性能，并使用推导的方程式指导电路优化以获得最佳性能。

此处使用标准ADP5600评估板，但插入了RFLY，并修改了CFLY和COUT的值。此外，我们使用ADP5600的SYNC特性来改变开关频率。图1所示框图表明，各电荷泵以该SYNC频率的一半进行开关。也就是说，fOSC = ½ fSYNC。

图3和图4分别显示了在相同条件下运行时，交错式和非交错式反相电荷泵的输出电压纹波。