何时在微控制器中使用集成电荷泵

什么是电荷泵？

在讨论8位MCUs中的电荷泵之前，让我们快速回顾一下电荷泵是什么。电荷泵是一种电源拓扑，它使电荷通过电容器移动，电容器在输入和输出之间电切换。电荷放在一侧的电容器上，然后在另一侧取出。根据电源的特定目标，这可用于使输入电压加倍或产生负电源。

分立式电荷泵稳压器

分立式电荷泵稳压器因其高转换效率而常用于低功耗应用。此外，电荷泵稳压器的实现成本通常较低，通常只需要三个电容即可实现，在许多情况下，相同的电容值可能用于系统的其他地方。

8位MCU上的集成电荷泵

但是，对于这篇博文，我将提到一些8位MCU上的集成电荷泵。这些电荷泵不需要额外的外部元件，完全集成到器件中。回到最初的问题——何时应该在MCU中使用集成电荷泵？

您可以使用集成电荷泵来改善 MCU 在低工作电压下的模拟性能。随着MCU工作电压的降低，内部晶体管也不会切换，这增加了模拟信号的内阻。为了进行补偿，在低电压下运行的MCU可以打开内部电荷泵，为负责模拟电路的晶体管产生更高的开关电压。这提高了模拟性能，但增加了微控制器的静态电流。

MCU可以以不同的方式集成电荷泵。一些外设可能具有专用电荷泵，如运算放大器（OPA或OPAMP），而其他外设可能共用一个电荷泵。例如，在PIC16F17146系列MCU上，集成电荷泵由带计算的模数转换器（ADCC）、数模转换器（DAC）和比较器（CMP）共享。

电荷泵可以设置为始终导通或始终关断，但由于电荷泵仅在低工作电压下需要，因此也可以将其配置为在器件中工作电压低于固定阈值时自动启动。该模式的变体工作原理几乎相同，但还需要一个模拟外设来请求电荷泵。此模式在打开和关闭外设以节省功耗的应用中非常有用。当外设关闭时，电荷泵关闭。

降低电荷泵工作功率的另一种方法是选择振荡器。电荷泵可以设置为始终由内部振荡器运行以获得最佳性能，或者，它可以在ADCC运行时在较慢的ADCRC时钟和Fosc之间切换，以最大限度地提高转换期间的模拟性能。当ADCC空闲时，电荷泵仍处于活动状态，但性能水平降低。

MCU中集成电荷泵的主要缺点是静态功耗较高。然而，在需要在低工作电压下实现高性能模拟的应用中，这是一个基本特性。

审核编辑：郭婷