當(dāng)模擬電路與數(shù)字電路混合時(shí)，前者有時(shí)不滿意后者通常的單電源軌。這就需要額外的、通常是負(fù)極性的電壓源，這些電壓源通常由電容式電荷泵提供。
　　最簡(jiǎn)單的類(lèi)型是二極管泵，僅由兩個(gè)二極管和兩個(gè)電容器組成。但它具有固有的缺點(diǎn)，即需要單獨(dú)來(lái)源的方波來(lái)驅(qū)動(dòng)它，并且產(chǎn)生的輸出電壓幅度至少比電源軌小兩個(gè)二極管壓降。
　　需要有源電荷泵開(kāi)關(guān)（通常是 CMOS FET）來(lái)避免這種情況。
　　許多 CMOS 電荷泵芯片都是現(xiàn)成的。示例包括多源 ICL7660 和 Maxim MAX1673 泵，它們非常適合當(dāng)前負(fù)載不太重的應(yīng)用。但它們并不總是特別便宜（例如 1673 單件售價(jià) > 5 美元），此外，有時(shí)設(shè)計(jì)師只是覺(jué)得需要推出自己的產(chǎn)品。這里舉例說(shuō)明了如果不抵制這種誘惑，可能會(huì)發(fā)生的特殊結(jié)果?！　∵@個(gè)故事從圖 1開(kāi)始，顯示了 CMOS 邏輯反相器的（大大簡(jiǎn)化的）草圖。

　　圖 1典型基本 CMOS 柵極 I/O 電路的簡(jiǎn)化示意圖，顯示鉗位二極管和互補(bǔ) FET 開(kāi)關(guān)對(duì)。
　　首先注意輸入和輸出鉗位二極管。這些主要是為了保護(hù)芯片免受 ESD 損壞，但二極管就是二極管，因此也可以執(zhí)行其他有用的功能。同樣，P 溝道 FET 對(duì)旨在在輸出邏輯“1”時(shí)將 V+ 軌連接到輸出引腳，在輸出邏輯“1”時(shí)將 N 溝道連接到 V- 到引腳。但 CMOS FET 在導(dǎo)通時(shí)會(huì)愿意在任一方向傳導(dǎo)電流。因此，從引腳流向電源軌的電流與從電源軌流向引腳的電流一樣有效。　　圖 2顯示了這些基本 CMOS 事實(shí)與電荷泵和電壓反轉(zhuǎn)的關(guān)系。

　　圖 2包含電壓反相器的邏輯門(mén)的簡(jiǎn)化拓?fù)?，顯示驅(qū)動(dòng)器器件 (U1)、開(kāi)關(guān)器件 (U2) 以及耦合 (Cc)、泵 (Cp) 和濾波器 (Cf) 電容器。
　　想象一下如圖 2 所示互連的兩個(gè)逆變器，方波控制信號(hào)直接耦合到 U1 的輸入，并通過(guò)隔直電容 Cc 連接到 U2，其中 U2 的輸入鉗位提供 DC 恢復(fù)。
　　考慮方波的零態(tài)半周期。U1 和 U2 P 溝道 FET 將導(dǎo)通，將 Cp 的 U1 端連接到 V+，將 U2 端連接到地。這將為 Cp 充電，其 U1 端子位于 V+，U2 端子接地。請(qǐng)注意，由于 Cp 將引腳驅(qū)動(dòng)為正極，并通過(guò) U2 的 P FET 和正極軌引腳從那里驅(qū)動(dòng)到接地，因此流入 U2 輸出引腳的電流極性相反。
　　然后考慮當(dāng)控制信號(hào)反轉(zhuǎn)到“1”狀態(tài)時(shí)會(huì)發(fā)生什么。
　　現(xiàn)在，P FET 將關(guān)閉，而 N FET 將開(kāi)啟。這迫使 Cc 之前接受的電荷通過(guò) U1 及其從 U2 的 V 引腳汲取的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)儲(chǔ)到地，從而完成一個(gè)電荷泵循環(huán)，提供一定量的負(fù)電荷：
　　Q- = -(CpV + + Cf V – )
　　存入Cf。請(qǐng)注意，流過(guò) U2 的反向電流再次發(fā)生。該循環(huán)將隨著控制信號(hào)的下一次反轉(zhuǎn)而重復(fù)，依此類(lèi)推。
　　在啟動(dòng)期間，直到 Cf 上積聚足夠的電壓以供內(nèi)部柵極電路和 FET 柵極驅(qū)動(dòng)正常運(yùn)行之前，U2 鉗位二極管用于整流 Cp 驅(qū)動(dòng)信號(hào)并對(duì) Cf 充電?！　∵@就是理論。圖 3顯示了將圖 2 轉(zhuǎn)化為完整電壓逆變器的實(shí)際情況。它實(shí)際上并不像看起來(lái)那么復(fù)雜。

　　圖 3完整的電壓逆變器：100 kHz 泵時(shí)鐘（由 R1C1 設(shè)置）、施密特觸發(fā)器和驅(qū)動(dòng)器 (U1) 以及換向器 (U2)。
　　74AC14 施密特觸發(fā)器 U1 的引腳 2 上輸出 100 kHz 泵時(shí)鐘。該信號(hào)被路由至 U1 的其余 5 個(gè)柵極和 U2 的 6 個(gè)柵極（通過(guò)耦合電容 C2）。負(fù)電荷通過(guò) C3 轉(zhuǎn)移到 U2 并積聚在過(guò)濾器帽 C5 上。
　　盡管 U2 并不真正需要施密特磁滯功能，但這兩個(gè)芯片都使用了相同類(lèi)型的磁滯功能，以提高電荷泵開(kāi)關(guān)的同步性，從而提高效率。
　　一些性能規(guī)格（V+ = 5V）：
　　V-輸出阻抗：8.5Ω
　　最大連續(xù)負(fù)載：50 mA
　　50 mA 負(fù)載時(shí)的效率：92%
　　25 mA 負(fù)載時(shí)的效率：95%
　　空載功耗：440 W
　　啟動(dòng)時(shí)間 < 1 毫秒
　　但最后，自己動(dòng)手有成本優(yōu)勢(shì)嗎？嗯，單打的話，1673 是 5 美元，7660 大約是 2 美元，但兩塊 74AC14 只需一美元。無(wú)源元件的成本相似，但這種 DI 電路的焊點(diǎn)較多，占用的電路板面積也較多。所以，底線是……？
　　但至少使用輸出作為輸入和接地作為輸出很有趣。
　　事后的想法是：對(duì)于更高的電壓操作，只需將 CD4106B 金屬柵極芯片放入 74AC14，然后在沒(méi)有其他更改的情況下，V+ 和 V- 可以高達(dá) 20V。