模拟开关充当DC / DC转换器

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如果使用适当的本地化dc / dc转换器生成-5V偏置电压，则许多需要65V电源的低电流设备可以在单个5V电源环境中可靠地工作。通常，这些5V IC的功能和优势远远超过了一些不便，并增加了额外的-5V转换器功能的成本。许多公司生产各种额定功率和占位面积的dc / dc转换器IC和模块。但是，对于仅需要负偏置电压和低工作电流的简单单芯片应用而言，这些典型的dc / dc转换器可能会显得过高。对于这些应用，典型的负电压要求范围为-4至-6V，电源电流为1 mA，而对-5V电源的要求通常并不严格。
低成本的替代传统DC / DC转换器模块的一种方法，该模块可通过低成本的半导体模拟开关和板载系统时钟来从正电源产生负dc电压（图1a））。这种类型的电压转换器会从5V输入产生一个低功率的负偏置电压。该电路模拟电荷泵dc / dc转换器，该转换器适用于产生极性与输入电压相反的输出电压。与常规转换器一样，也需要两个电荷存储电容器。与传统的独立DC / DC转换器方法不同，该电路需要单个外部时钟输入来对开关的导通和关断进行排序，并且电路板空间的数量大致相同。您可以从任何5V逻辑门输出中以连续，规则的5至500kHz信号周期来输出此时钟。

图1使用带有两个外部电容器和一个外部时钟的模拟开关是从5V输入产生25V电压的一种可行方法，以满足低功率，-5V的需求。一种方法仅使用时钟的一个相位（a）；第二种方法需要两个阶段（b）。
电荷泵转换器的工作方式是：首先为一个电容器充电，然后使用开关电路将该电荷交替传输到另一个电容器。图1a中的开关电路交替对C 1和C 2进行充电和放电，以从5V输入产生-5V输出。ALD4213模拟开关内部的集成电平转换器和逻辑门提供逻辑转换，可将单个5V输入转换为±5V逻辑摆幅。
该电路在时钟控制下闭合两个开关S 1和S 4。在一个时钟周期的前半部分，C 1充电至等于输入电压V +的电压。时钟控制的下一个半周期打开S 1和S 4并关闭S 2和S 3。C 1现在通过S 2和S 3连接在C 2两端，并且C 1上的电荷随后转移到C 2，直到C 1和C 2两端的电压相等。注意C 2上的“反转”极性，这会迫使C 2上的输出电压为V-或与V +相反。
每个随后的时钟周期（又从S 1和S 4的关闭开始）使C 1从先前的电压充电到V +。在许多重复的时钟周期之后，C 2上的电压保持充电到等于V +的负值或接近V +的值；它执行电压逆变器的功能，该逆变器通常称为转换器。
另一种基于模拟开关的转换器使用具有电平转换器的行业标准74HC4316四路模拟开关（图1b）。该电路与图1a中的电路相似，但是具有不同的引脚连接。该电路还需要时钟的两个阶段。如果需要，您可以使用一个附加的反相逻辑门来生成两个时钟相位。推荐的输入是逻辑时钟，其有用频率范围为5到500 kHz。
图1a的单相设计大批量成本不到1美元。如果两个时钟相位都存在并且您不必添加外部逻辑门反相器，则图1b中电路的成本可以小于图1a中电路的成本的一半。您还可以在自定义ASIC中将模拟开关逆变器与其他模拟功能集成在一起。ALD4213和ALD500A与该公司的标准单元库兼容。