-----本文简介-----
主要内容包括：
一款自带LDO的电荷泵
----- 正文 -----
看到了一款内部自带两个LDO的电荷泵LM27762，有点意思，内部结构如下图所示，输入正电压输出正、负电压。为大家介绍一下内部结构和设计目的。
1. 负压输出电荷泵基础原理
a.充电阶段，开关SI和S3闭合，为飞跨电容C1充电，充满后电容C1上边电压为VIN，下面电压为0V。
b.能量转移阶段，开关S2和S4闭合，C1反向连接在GND和CPOUT之间，将电荷"泵入"输出电容，暂不考虑对外输出，由于此时输出电容Ccopout的上侧为GND，因此Ccoput的下侧电压为-VIN。Ccpout起到对开关纹波初步滤波的作用。
2. 电荷泵的工作频率
为何电荷泵要选择Mhz以上的工作频率呢，这个其实和电路面积有关，首先分析飞跨电容充放电，可以看出，飞跨电容是来回充电和放电来回交替的，放电阶段输出电压会降低，如果输出电流恒定，那么就意味着放电时间越长，输出电压就降低的越多，也就意味着输出纹波会较大。
想要减小纹波应该怎么办呢，一是增大飞跨电容的容值，我们假设开关的占空比是50% ，也就意味着每个开关周期有一半时间在充电，如果飞跨电容足够大，在这段时间中充的能量就更多，那么在放电阶段就能维持更高的输出电压，也就是输出纹波会减小了。 另外一个方法是提高开关频率，这个原理很简单，既然放电时间越长输出电压越低，那么提高开关频率就意味着能减少放电时间，这个输出电压降低的就少，纹波就更小。
3. 电荷泵的缺陷
虽然电荷泵使用方便，但其开关操作会引入明显的输出电压纹波，纹波频率就是电荷泵开关的工作频率fsw。
4. 串联LDO的净化作用
LDO对输入电压纹波有一定的抑制作用，可以参考以前的文章--LDO与DC-DC串联到底能抑制多少纹波？因此将LDO串联在电荷泵后可以减少电荷泵开关引起的输出纹波。
5. 该架构的实际效果
LDO虽然能抑制纹波，但是抑制效果与输入纹波频率有关，LM27762的内部LDO在10kHz下的PSRR为-50dB，但是在100kHz下的PSRR仅为-40dB，更高频率下的PSRR并没有数据，按照一般规律，随着频率升高，PSRR会降低，在Mhz以上的PSRR基本可以忽略不计，那么这个LM27762的工作频率是2Mhz，串联LDO还有意义吗？
LM27762实际是采用了2级滤波架构：
- 电荷泵级滤波：4.7μF低ESR陶瓷电容（CPOUT）构成一阶RC滤波,对2MHz噪声提供约-20dB衰减（ESR=5mΩ时）
- LDO级滤波：内部PNR + 外部2.2μF电容形成二阶滤波,对100kHz以下噪声额外增加30dB抑制
虽然对2MHz基波抑制有限，但LDO能有效改善：
- 100kHz以下的电源纹波（对音频关键频段特别重要）
- 电荷泵的次谐波噪声（如100kHz PWM调制分量）
- 负载瞬态引起的低频波动
实际的输出纹波：
5. PFM模式
在很多场景下，对功耗要求较高，因此很多电源芯片在轻载或者无负载时会降低工作频率，为何降低工作频率能减小损耗？参考文章：低负载高效率的BUCK是如何实现的？
LM27762设置了在空载时工作频率降低到2kHz，随着负载的增大逐步提高工作频率，直到增大到最高的2Mkz。其实结合前文，在进入PFM模式后低频工作时，恰好在LDO的纹波抑制效果比较好的频率区间，这可能也是增加LDO的目的。
6. 应用注意事项
a.飞跨电容的容值与封装选择 ，根据前文分析，飞跨电容与输出负载大小以及工作频率有关，选的太小可能会造成输出纹波过大，因此建议在面积允许的情况下选择较大的容值。另外材质一般选择陶瓷电容，陶瓷电容等效容值与实际加在电容两端的电压有关
b.热设计，由于这个芯片内包含两个LDO，且自身封装较小，因此热设计需要慎重考虑，参考文章：IC与器件的热设计