本发明涉及电荷泵，具体为一种双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器。
背景技术：
1、dc-dc转换器可以根据所采用的电荷转移和电压转换的方式进行分类。如果使用了电感作为能量存储元件，则被称为感性转换器。如果仅使用了电容来存储和转移电荷，就属于开关电容转换器的范畴。电荷泵是一种常见的开关电容转换器，因为它仅由电容器和开关组成。电荷泵通过电容传输电荷，以达到升高或降低电压的目的。由于外部电感通常比电容更昂贵、面积更大、体积更大，因此当功率、面积和成本受到限制时，电荷泵是一个很好的选择。
2、图1所示的dickson电荷泵是最常见的电荷泵之一。dickson电荷泵是由开关和电容组成的n级架构，每一级由一个mosfet和一个电容组成。这种拓扑的工作原理是基于电容器的充放电能力。在每个时钟周期中，每一级的电容交替升高并通过晶体管将其电压传输到下一级。在dickson cp架构中，级数决定了最终的输出电压。dickson拓扑结构的主要缺点是阈值电压降太高，导致功率效率降低，这个缺点在低电源电压电路中影响尤其关键。
3、为了提高功率效率，交叉耦合电荷泵(cross-coupled charge pump)被提出，简称cp，其拓扑如图2所示，该架构是一个倍压器，每一级由两个nmos和两个pmos和两个电容构成。然而，无论是交叉耦合电荷泵还是dickson电荷泵在同一种电路设计中都只能实现升压或者降压的其中一个功能，若想实现升压或降压的模式转换，需要一个单独的升压cp电路和一个单独的降压cp电路，通过换路达到转换模式的目的，成本高且电路复杂。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对现有电荷泵额外设置电路通过换路实现升降压切换存在成本高、电路复杂的问题，提供一种双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器。
2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
3、一种双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其包括依次电连接的交叉耦合电荷泵、模式选择器、限压器、振荡器和电平移位器；限压器用于产生控制振荡器启动与关断的使能信号；振荡器用于产生交叉耦合电荷泵工作所需的时钟信号；电平移位器用于将时钟信号拉到与交叉耦合电荷泵的低电压端vl相同的电平，以驱动交叉耦合电荷泵工作；
4、模式选择器由两组结构相同的选择单元构成，两个选择单元的连接端一一对应连接在交叉耦合电荷泵的高电压端vh和低电压端vl上；其中一个选择单元由两个nmos管n10、n20和两个pmos管p10、p20构成，n10、n20、p10、p20的源极作为选择单元的连接端与交叉耦合电荷泵的高电压端vh相连，n10和p10的漏极相连形成选择单元的选择端vw1，n20和p20的漏极相连形成选择单元的选择端vw2，n10和p20由选择信号sl控制；另一个选择单元基于相同连接方式形成选择端vw3和vw4，且该选择单元的连接端与交叉耦合电荷泵的低电压端vl相连；vw1和vw4相连形成双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器的电压输出端，vw2和vw3相连形成双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器的电压输入端；
5、当选择信号sl为高电平时，vw1和vw3开启，交叉耦合电荷泵工作在升压模式；当选择信号sl为低电平时，vw2和vw4开启，交叉耦合电荷泵工作在降压模式。
6、进一步的，交叉耦合电荷泵包括两个nmos管n1、n2，两个pmos管p1、p2，以及两个电容c1、c2；其中，p1和n1构成一个反相器结构，p2和n2构成另一个反相器结构，p1和p2的源极相连形成交叉耦合电荷泵的高电压端vh，n1和n2的源极相连形成交叉耦合电荷泵的低电压端vl，p1的漏极、n1的漏极、p2的栅极、n2的栅极相连且与c1的一端连接，c1的另一端与电平移位器的输出端vclk相连，p2的漏极、n2的漏极、p1的栅极、n1的栅极相连且与c2的一端连接，c2的另一端与电平移位器的输出端相连；
7、负载电容cl和电阻rl的一端接地，另一端共接在双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器的电压输出端。
8、进一步的，当交叉耦合电荷泵工作在升压模式时，低电压端vl作为电压输入端，高电压端vh作为电压输出端；
9、预设第一阶段互补时钟信号clk和分别为低电平和高电平，n1、p2导通，n2、p1截止，c1充电至vin，此时已经被充电到vin的c2继续充电，负载电容cl电压上升到2vin；
10、在第二阶段，clk为高电平，为低电平，n2、p1导通，n1、p2截止，c2充电至vin，c1通过p1将cl充电至2vin；
11、交叉耦合电荷泵工作在升压模式的输出电压为：
12、vout＝vin+vc＝2vin。
13、其中，vc表示c1或c2的电压。
14、进一步的，交叉耦合电荷泵的数量为n个且串联形成n级交叉耦合电荷泵，n级交叉耦合电荷泵工作在升压模式的输出电压为：
15、vout＝vin+nvc＝(n+1)vin。
16、进一步的，当交叉耦合电荷泵工作在降压模式时，低电压端vl作为电压输出端，高电压端vh作为电压输入端；
17、预设第一阶段互补时钟信号clk和分别为高电平和低电平，n2、p1导通，n1、p2截止，c1充电至vin-vout，c2放电将cl充电至vin/2；
18、在第二阶段，clk为低电平，为高电平，n1、p2导通，n2、p1截止，c2充电至vin-vout，c1放电将cl充电至vin/2；
19、交叉耦合电荷泵工作在降压模式的输出电压为：
20、
21、进一步的，交叉耦合电荷泵的数量为n个且串联形成n级交叉耦合电荷泵，n级交叉耦合电荷泵工作在降压模式的输出电压为：
22、
23、本发明还涉及一种双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换芯片，其采用前述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器的电路结构封装而成，双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换芯片的接口至少包括电源接口vdd、地线接口vss、模式选择接口sl、电压输入接口vin、电压输出接口vout。
24、电源接口vdd用于接电源；地线接口vss用于接地；模式选择接口sl用于向电路输入一个模式选择信号，模式选择信号用于调整电路升压和降压的切换，以调整电路不同的工作模式；电压输入接口vin用于向电路输入电压；电压输出接口vout用于输出电路实际电压。
25、本发明还涉及一种双模交叉耦合电荷泵ac-dc转换器，包括依次电连接的交叉耦合电荷泵、模式选择器、ac/dc整流器、振荡器和电平移位器；振荡器用于产生交叉耦合电荷泵工作所需的时钟信号；电平移位器用于将时钟信号拉到与交叉耦合电荷泵的低电压端vl相同的电平，以驱动交叉耦合电荷泵工作；
26、当模式选择器的选择信号sl为高电平时，交叉耦合电荷泵始终处于升压模式，ac/dc整流器接收ac小信号ve并进行ac-dc转换，交叉耦合电荷泵根据交流输入按照一定函数关系进行直流输出，用以实现信号放大。
27、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
28、1、本发明通过在一个电路里实现两种功能的切换，相比传统电荷泵需要对电路单独进行升压或者降压设计，可以减少电路的设计难度和时间；
29、2、本发明的电路设计无电感使用，使用cmos工艺进行集成，降低了电路整体占用面积和制造成本；
30、3、本发明通过模块化设计，可以根据外部电路环境需要的功能对模块进行改造，提高了设计自由度以及对复杂功能的适配度。
1.一种双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，其包括依次电连接的交叉耦合电荷泵、模式选择器、限压器、振荡器和电平移位器；所述限压器用于产生控制所述振荡器启动与关断的使能信号；所述振荡器用于产生所述交叉耦合电荷泵工作所需的时钟信号；所述电平移位器用于将所述时钟信号拉到与所述交叉耦合电荷泵的低电压端vl相同的电平，以驱动交叉耦合电荷泵工作；
2.根据权利要求1所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵包括两个nmos管n1、n2，两个pmos管p1、p2，以及两个电容c1、c2；其中，p1和n1构成一个反相器结构，p2和n2构成另一个反相器结构，p1和p2的源极相连形成所述交叉耦合电荷泵的高电压端vh，n1和n2的源极相连形成所述交叉耦合电荷泵的低电压端vl，p1的漏极、n1的漏极、p2的栅极、n2的栅极相连且与c1的一端连接，c1的另一端与电平移位器的输出端vclk相连，p2的漏极、n2的漏极、p1的栅极、n1的栅极相连且与c2的一端连接，c2的另一端与电平移位器的输出端相连；
3.根据权利要求2所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，当所述交叉耦合电荷泵工作在升压模式时，低电压端vl作为电压输入端，高电压端vh作为电压输出端；
4.根据权利要求3所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵的数量为n个且串联形成n级交叉耦合电荷泵，n级交叉耦合电荷泵工作在升压模式的输出电压为：
5.根据权利要求2所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，当所述交叉耦合电荷泵工作在降压模式时，低电压端vl作为电压输出端，高电压端vh作为电压输入端；
6.根据权利要求5所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，所述交叉耦合电荷泵的数量为n个且串联形成n级交叉耦合电荷泵，n级交叉耦合电荷泵工作在降压模式的输出电压为：
7.根据权利要求1所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，所述振荡器采用环形振荡器，环形振荡器的输入端与所述限压器的输出端连接，环形振荡器的输出端输出时钟信号vosc。
8.根据权利要求1所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器，其特征在于，所述电平移位器至少包括nmos管n50，电阻r5～r6，以及反相器u2；
9.一种双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换芯片，其特征在于，其采用如权利要求1-8任意一项所述的双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换器的电路结构封装而成，所述双模交叉耦合电荷泵dc-dc转换芯片的接口至少包括：
10.一种双模交叉耦合电荷泵ac-dc转换器，其特征在于，其包括依次电连接的交叉耦合电荷泵、模式选择器、ac/dc整流器、振荡器和电平移位器；所述振荡器用于产生所述交叉耦合电荷泵工作所需的时钟信号；所述电平移位器用于将所述时钟信号拉到与所述交叉耦合电荷泵的低电压端vl相同的电平，以驱动交叉耦合电荷泵工作；
