什么是電荷泵？

在討論8位MCUs中的電荷泵之前，讓我們快速回顧一下電荷泵是什么。電荷泵是一種電源拓撲，它使電荷通過電容器移動，電容器在輸入和輸出之間電切換。電荷放在一側的電容器上，然后在另一側取出。根據電源的特定目標，這可用于使輸入電壓加倍或產生負電源。

分立式電荷泵穩壓器

分立式電荷泵穩壓器因其高轉換效率而常用于低功耗應用。此外，電荷泵穩壓器的實現成本通常較低，通常只需要三個電容即可實現，在許多情況下，相同的電容值可能用于系統的其他地方。

8位MCU上的集成電荷泵

但是，對于這篇博文，我將提到一些8位MCU上的集成電荷泵。這些電荷泵不需要額外的外部元件，完全集成到器件中。回到最初的問題——何時應該在MCU中使用集成電荷泵？

您可以使用集成電荷泵來改善 MCU 在低工作電壓下的模擬性能。隨著MCU工作電壓的降低，內部晶體管也不會切換，這增加了模擬信號的內阻。為了進行補償，在低電壓下運行的MCU可以打開內部電荷泵，為負責模擬電路的晶體管產生更高的開關電壓。這提高了模擬性能，但增加了微控制器的靜態電流。

MCU可以以不同的方式集成電荷泵。一些外設可能具有專用電荷泵，如運算放大器（OPA或OPAMP），而其他外設可能共用一個電荷泵。例如，在PIC16F17146系列MCU上，集成電荷泵由帶計算的模數轉換器（ADCC）、數模轉換器（DAC）和比較器（CMP）共享。

電荷泵可以設置為始終導通或始終關斷，但由于電荷泵僅在低工作電壓下需要，因此也可以將其配置為在器件中工作電壓低于固定閾值時自動啟動。該模式的變體工作原理幾乎相同，但還需要一個模擬外設來請求電荷泵。此模式在打開和關閉外設以節省功耗的應用中非常有用。當外設關閉時，電荷泵關閉。

降低電荷泵工作功率的另一種方法是選擇振蕩器。電荷泵可以設置為始終由內部振蕩器運行以獲得最佳性能，或者，它可以在ADCC運行時在較慢的ADCRC時鐘和Fosc之間切換，以最大限度地提高轉換期間的模擬性能。當ADCC空閑時，電荷泵仍處于活動狀態，但性能水平降低。

MCU中集成電荷泵的主要缺點是靜態功耗較高。然而，在需要在低工作電壓下實現高性能模擬的應用中，這是一個基本特性。

審核編輯：郭婷