一种电荷泵电磁干扰的抑制方法及电路与流程
本发明涉及电磁频谱，尤其是一种电荷泵电磁干扰的抑制方法及电路。
背景技术：
1、电磁干扰(electromagnetic interference，简称emi)涉及到电子设备或系统在运行过程中对周围的电磁环境产生影响，可能会对其他设备或系统的正常运行造成干扰。这种干扰可能来源于各种电子设备的辐射发射，或者是外部电磁场对设备的影响。
2、电荷泵也称为开关电容式dc/dc变换器,是一种利用所谓的“快速”(flying)或“泵送”电容(而非电感或变压器)来储能的dc/dc变换器,它能使输入电压升高或降低，也可以用于产生负电压。其内部的fet开关阵列以一定方式控制泵电容的充电和放电,使输入电压以一定因数(0.5倍压、2倍压或3倍压)倍增或降低,从而得到所需要的输出电压。这种特别的调制过程可以保证高达80％的效率，而且只需外接陶瓷电容来完成。但是由于电路是工作在开关状态的，故电荷泵也会产生一定的输出纹波和emi(电磁干扰)。
3、现有技术中，内置电荷泵的电机驱动芯片，通常采用一个固定的振荡器作为时钟源，当电荷泵工作的时候，会在一些特定频率产生很高的电荷泵电流，导致整个芯片的emi过高；对于emi过高的问题，常采用的方法是配置对单一频率有很高抑制能力的板级滤波器，抑制高振荡的emi，但这治标不治本，没有从根本上解决问题，阻碍了内置电荷泵的电机驱动芯片的快速应用。因此，亟需设计一种可以降低电机驱动芯片中电荷泵工作时电磁干扰过高的设计方案，以解决现有技术中电荷泵工作时电磁干扰过高的问题。
技术实现思路
1、本发明目的在于公开一种电荷泵电磁干扰的抑制方法及电路，用于解决现有技术中电荷泵工作时电磁干扰过高的问题。
2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、第一方面，本发明提供一种电荷泵电磁干扰的抑制方法，可以包括：
4、根据高斯分布曲线，对电荷泵的系统时钟进行时钟分频，得到第一时钟分频；
5、基于所述第一时钟分频，结合振荡电路中的多个振荡单元的性能参数，确定目标振荡单元；其中，多个所述振荡单元的电流源按照高斯分布成比例设置；
6、基于所述目标振荡单元，确定目标振荡器；所述目标振荡器用于控制所述目标振荡单元中与所述目标振荡器相连的mos管；
7、开启所述目标振荡器，利用缓冲电路得到用于驱动电荷泵工作的目标时钟源方波；所述目标时钟源方波用于降低电荷泵工作过程的电磁干扰；
8、基于所述目标时钟源方波，驱动所述电荷泵。
9、优选的，所述开启所述目标振荡器，利用缓冲电路得到用于驱动电荷泵工作的目标时钟源方波，可以包括：
10、在充电过程中，当检测到所述振荡电路的充放电节点电压为低电平时，打开所述目标振荡单元的高侧电流源，关闭所述目标振荡单元的低侧电流源，对目标电容进行充电；所述目标电容为与所述充放电节点连接的电容；
11、在放电过程中，当检测到所述振荡电路的充放电节点电压为高电平时，关闭所述目标振荡单元的高侧电流源，打开所述目标振荡单元的低侧电流源，对目标电容进行放电；
12、基于与所述充放电节点相连的缓冲电路，得到所述用于驱动电荷泵工作的目标时钟源方波。
13、优选的，所述基于所述目标时钟源方波，驱动电荷泵，可以包括：基于所述目标时钟源方波，结合所述电荷泵中电流级，按照预设工作阶段，驱动所述电荷泵。
14、优选的，所述电流级可以包括第一电流级、第二电流级、第三电流级、第四电流级以及第五电流级；
15、所述按照预设工作阶段，驱动所述电荷泵，可以包括：在电荷泵启动阶段，仅开启所述第二电流级及所述第一电流级；所述第二电流级用于提高所述电荷泵启动速度；所述第一电流级为常开电流源；
16、在电荷泵向负载提供大电流阶段，仅开启所述第三电流级及所述第一电流级；所述第三电流级用于提高电荷泵速度；所述第三电流级的驱动能力大于所述第二电流级的驱动能力；
17、在负载电流稳定阶段，仅开启所述第一电流级；
18、在负载电流瞬间变化阶段，开启所述第四电流级；所述第四电流级用于提高电荷泵响应速度；
19、在电荷泵输出级电流持续为高电平的阶段，开启所述第五电流级；所述第五电流级用于加速所述电荷泵输出级电流下降。
20、第二方面，本发明提供一种电荷泵电磁干扰的抑制电路，所述抑制电路用于实现第一方面所述的一种电荷泵电磁干扰的抑制方法，电路至少可以包括：
21、振荡电路、使能控制电路、缓冲电路以及电荷泵；
22、所述振荡电路与所述使能控制电路连接；所述振荡电路中可以包括多个振荡单元，多个所述振荡单元的电流源按照高斯分布成比例设置；所述使能控制电路中包括多个振荡器，所述振荡器用于控制所述振荡单元中与所述振荡器相连的mos管；
23、所述振荡电路与所述缓冲电路连接，所述缓冲电路与所述电荷泵连接；所述缓冲电路用于确定驱动电荷泵工作的目标时钟源方波，并基于所述目标时钟源方波，驱动所述电荷泵；其中，所述目标时钟源方波用于降低电荷泵工作过程的电磁干扰。
24、优选的，多个所述振荡单元至少可以包括第一振荡单元、第二振荡单元、第三振荡单元、第四振荡单元及第五振荡单元；
25、所述第一振荡单元、第二振荡单元、第三振荡单元、第四振荡单元及第五振荡单元的电流源按照高斯分布成比例设置；
26、所述使能控制电路至少可以包括第一振荡器、第二振荡器、第三振荡器、第四振荡器及第五振荡器；所述第一振荡器与所述第一振荡单元连接，所述第二振荡器与所述第二振荡单元连接，所述第三振荡器与所述第三振荡单元连接，所述第四振荡器与所述第四振荡单元连接，所述第五振荡器与所述第五振荡单元连接。
27、优选的，所述第一振荡单元可以包括第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管以及第二nmos管；所述第一振荡器可以包括第一逻辑或门、第一逻辑与门以及第一逻辑非门；
28、所述第一pmos管的源极与电源端连接、栅极与p参考端连接以及漏极与第二pmos管的源极连接，所述第二pmos管的栅极与第一逻辑或门的输出端连接、漏极与充放电节点连接；
29、所述第一nmos管的源极接地、栅极与n参考端连接以及漏极与第二nmos管的源极连接，所述第二nmos管的栅极与第一逻辑与门的输出端连接、漏极与充放电节点连接；
30、所述第一逻辑或门的第一输入端与充放电节点连接、第二输入端与第一振荡器使能端连接；所述第一逻辑与门的第一输入端与第一逻辑非门的输出端连接，所述第一逻辑非门的输入端与第一振荡器使能端连接，所述第一逻辑与门的第二输入端与充放电节点连接。
31、优选的，所述缓冲电路至少可以包括第十三pmos管、第十四pmos管、第十三nmos管及第十四nmos管；
32、所述第十三pmos管的源极与电源端连接、栅极与充放电节点连接以及漏极与所述缓冲电路的第一输出端连接；所述第十三nmos管的源极接地、栅极与充放电节点连接以及漏极与所述缓冲电路的第一输出端连接；
33、所述第十四pmos管的源极与电源端连接、栅极与所述缓冲电路的第一输出端连接以及漏极与所述缓冲电路的第二输出端连接；所述第十四nmos管的源极接地、栅极与所述缓冲电路的第一输出端连接以及漏极与所述缓冲电路的第二输出端连接。
34、优选的，所述电荷泵至少可以包括输入级、电流级、输出级以及升压级；
35、所述输入级与所述缓冲电路、所述电流级以及所述输出级连接；所述电流级与所述输出级连接；所述输出级与所述升压级连接；所述升压级与外部负载连接。
36、优选的，所述电流级可以包括第一电流级，第二电流级，第三电流级，第四电流级以及第五电流级；振荡电路、使能控制电路、缓冲电路以及电荷泵。
37、所述振荡电路与所述使能控制电路连接；所述振荡电路中包括多个振荡单元，多个所述振荡单元的电流源按照高斯分布成比例设置；所述使能控制电路中包括多个振荡器，所述振荡器用于控制所述振荡单元中与所述振荡器相连的mos管；所述振荡电路与所述缓冲电路连接，所述缓冲电路与所述电荷泵连接；所述缓冲电路用于确定驱动所述电荷泵工作的目标时钟源方波，并基于所述目标时钟源方波，驱动所述电荷泵；其中，所述目标时钟源方波用于降低所述电荷泵工作过程的电磁干扰。
38、优选的，多个所述振荡单元至少包括第一振荡单元、第二振荡单元、第三振荡单元、第四振荡单元及第五振荡单元；所述第一振荡单元、第二振荡单元、第三振荡单元、第四振荡单元及第五振荡单元的电流源按照高斯分布成比例设置；所述使能控制电路至少包括第一振荡器、第二振荡器、第三振荡器、第四振荡器及第五振荡器；所述第一振荡器与所述第一振荡单元连接，所述第二振荡器与所述第二振荡单元连接，所述第三振荡器与所述第三振荡单元连接，所述第四振荡器与所述第四振荡单元连接，所述第五振荡器与所述第五振荡单元连接。
39、优选的，所述第一振荡单元包括第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管以及第二nmos管；所述第一振荡器包括第一逻辑或门、第一逻辑与门以及第一逻辑非门；所述第一pmos管的源极与电源端连接、栅极与p参考端连接以及漏极与第二pmos管的源极连接，所述第二pmos管的栅极与第一逻辑或门的输出端连接、漏极与充放电节点连接；所述第一nmos管的源极接地、栅极与n参考端连接以及漏极与第二nmos管的源极连接，所述第二nmos管的栅极与第一逻辑与门的输出端连接、漏极与充放电节点连接；所述第一逻辑或门的第一输入端与充放电节点连接、第二输入端与第一振荡器使能端连接；所述第一逻辑与门的第一输入端与第一逻辑非门的输出端连接，所述第一逻辑非门的输入端与第一振荡器使能端连接，所述第一逻辑与门的第二输入端与充放电节点连接。
40、优选的，所述缓冲电路至少包括第十一pmos管、第十二pmos管、第十一nmos管及第十二nmos管；所述第十一pmos管的源极与电源端连接、栅极与充放电节点连接以及漏极与所述缓冲电路的第一输出端连接；所述第十一nmos管的源极接地、栅极与充放电节点连接以及漏极与所述缓冲电路的第一输出端连接；所述第十二pmos管的源极与电源端连接、栅极与所述缓冲电路的第一输出端连接以及漏极与所述缓冲电路的第二输出端连接；所述第十二nmos管的源极接地、栅极与所述缓冲电路的第一输出端连接以及漏极与所述缓冲电路的第二输出端连接。
41、优选的，所述电荷泵至少包括输入级、电流级、输出级以及升压级；所述输入级与所述缓冲电路、所述电流级以及所述输出级连接；所述电流级与所述输出级连接；所述输出级与所述升压级连接；所述升压级与外部负载连接。
42、优选的，所述电流级包括第一电流级，第二电流级，第三电流级，第四电流级以及第五电流级；所述第一电流级包括第十五nmos管；所述第二电流级包括第十六nmos管和第十七nmos管；第三电流级包括第十八nmos管和第十九nmos管；第四电流级包括第二十nmos管和第二十一nmos管；第五电流级包括第二十二nmos管；所述第十五nmos管的漏极与所述电荷泵的输入级连接、栅极与n参考端连接以及源级接地；所述第十六nmos管的漏极与所述第十五nmos管的漏极连接、栅极与第一电荷泵使能信号端连接以及源极与第十七nmos管的漏极连接；所述第十七nmos管的栅极与n参考端连接以及源极接地；所述第十八nmos管的漏极与所述第十五nmos管的漏极连接、栅极与第二电荷泵使能信号端连接以及源极与所述第十九nmos管的漏极连接；所述第十九nmos管的栅极与n参考端连接以及源极接地；所述第二十nmos管的漏极与所述第十五nmos管的漏极连接、栅极与第三电荷泵使能信号端连接以及源极与所述第二十一nmos管的漏极连接；所述第二十一nmos管的栅极与n参考端连接以及源极接地；所述第二十二nmos管的漏极与所述第十五nmos管的漏极连接、栅极与所述输出级连接以及源极与所述第二十一nmos管的漏极连接。
43、与现有技术相比，本发明提供的一种电荷泵电磁干扰的抑制方法，根据高斯分布曲线，对电荷泵的系统时钟进行时钟分频，得到第一时钟分频；基于所述第一时钟分频，结合振荡电路中的多个振荡单元的性能参数，确定目标振荡单元；其中，多个所述振荡单元的电流源按照高斯分布成比例设置；基于所述目标振荡单元，确定目标振荡器；所述目标振荡器用于控制所述目标振荡单元中与所述目标振荡器相连的mos管；开启所述目标振荡器，利用缓冲电路得到用于驱动电荷泵工作的目标时钟源方波；所述目标时钟源方波用于降低电荷泵工作过程的电磁干扰；基于所述目标时钟源方波，驱动所述电荷泵；基于此，可以基于高斯分布曲线，使电荷泵随时间不同工作在不同的时钟频率上，将脉冲电流分布到不同的频率，实现了将电荷泵的电磁干扰以主辐射频率为核心振荡频率并且按照高斯曲线分布，提升了对电荷泵工作中产生电磁干扰的抑制效果。
技术特征：
1.一种电荷泵电磁干扰的抑制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开启所述目标振荡器，利用缓冲电路得到用于驱动电荷泵工作的目标时钟源方波，包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标时钟源方波，驱动电荷泵，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述电流级包括第一电流级、第二电流级、第三电流级、第四电流级以及第五电流级；
5.一种电荷泵电磁干扰的抑制电路，其特征在于，所述抑制电路用于实现权利要求1至4任意一项所述的一种电荷泵电磁干扰的抑制方法，电路至少包括：
6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，多个所述振荡单元至少包括第一振荡单元、第二振荡单元、第三振荡单元、第四振荡单元及第五振荡单元；
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述第一振荡单元包括第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管以及第二nmos管；所述第一振荡器包括第一逻辑或门、第一逻辑与门以及第一逻辑非门；
8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述缓冲电路至少包括第十一pmos管、第十二pmos管、第十一nmos管及第十二nmos管；
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述电荷泵至少包括输入级、电流级、输出级以及升压级；
10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，所述电流级包括第一电流级，第二电流级，第三电流级，第四电流级以及第五电流级；
技术总结
本发明公开一种电荷泵电磁干扰的抑制方法及电路，涉及电荷泵振荡技术领域，以解决现有技术中电荷泵工作时电磁干扰过高的问题。方法包括：根据高斯分布曲线，对电荷泵的系统时钟进行时钟分频，得到第一时钟分频；基于第一时钟分频，结合振荡电路中的多个振荡单元的性能参数，确定目标振荡单元；基于目标振荡单元，确定目标振荡器；开启目标振荡器，利用缓冲电路得到用于驱动电荷泵工作的目标时钟源方波；目标时钟源方波用于降低电荷泵工作过程的电磁干扰；基于目标时钟源方波驱动电荷泵；实现了将电荷泵的电磁干扰以主辐射频率为核心振荡频率并且按照高斯曲线分布，提升了对电磁干扰的抑制效果。
技术研发人员：韩荆宇,郭桂良
受保护的技术使用者：北京中科银河芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5