在开发嵌入式系统时经常要使用到运算放大器，这时会i虽到如何对运算放大器供电的问题。采用单电源供电虽然简单，但共模抑制比差、输出动态范围窄。而采用双电源供电可以克服上述缺点，但如果系统是采用电池供电或外部开关电源(单组)供电时，就需要采用负电压发生器IC来为运算放大器提供负电源。本文介绍一种不增加专用IC，而是充分利用CPU内部资源构成的简单低成本负电压发生器。
电路功能
虽然使用负电压发生器专用IC有很多优点(下见表)，如效率高(98%以上)、输出电流大(LTlO54可达lOOmA)，输出压差小：LTlO54在20mA输出时只有0.5V。但整机成本将增加不少。
图1
上图是一个嵌入式系统的部分电路，该系统使用HOLI、EK公司推出的性价比极高的HT46R47单片机(单价不到3.5元)和1片运算放大器TLO62来完成整机的主要功能(见图1虚线左半部分)，为简单起见，略去与本文无关的电路。为使运放输出有较大的动态范围，运放供电需要双电源。一般情况下我们可以增加一片专用的负电压发生器，比如LTlO54 见下图 （左）或ICL7660见下图（右）来产生所需负电压。整机成本将增加 5元 一 10元，非常不划算。
图2
图3
近几年推出市场的各类单片机大多有PWM输出功能，HT46R47也不例外。为最大限度利用单片机内部资源，本例在硬件上只占用HT46R47的PWM这条I/0口线，去推动图1虚线右半部分的电路来产生负电压。这样就省去了价格较高的专用IC。
工作原理图1电路中，当HT46R47系统时钟频率=4MHz，且PWM功能使能时，A点输出占空比50%、频率为64kHz、幅度为5V的方波信号见下图。VT1、VT2组成推挽式缓冲放大器，方波输出高电平时VT2导通，VT1截至，反之亦反。经放大并反相180度的方波再通过C2、VD1、VD2及C3组成的倍压整流后在VSS端就能得到负电压。由于二极管正向压降的缘故，至少要比正供电低0.7V(空戟)。接上负载后在本例中大约为-4V。由于运算放大器在一般使用中对负电压值要求并不十分严格，用它来推动2到3只TL062工作是完全可以胜任的。
图4
在软件上只需要在初始化时增设几条指令，运行后就不占用系统软件任何资源。
制作与调试
实际制作很简单，在你的嵌入式系统中增加图1右半部的几个小零件，由于每位读者实际应用的电路包括所使用的CPU类型各不相同，读者可以根据基本原理灵活应用。如果原来电路布线已经完成，没有安排改装部分，也可以用万用板搭一块小补丁板，通过临时连接线与主电路连接。在PCB布线过程中要注意尽量将相关零件安排在靠近CPU的PWM脚附近，布线越短越好，尤其是含有PWM分量的走线不要形成大环路，以免引起辐射干扰。参考图5。
调试也很简单，硬件只有几个零件，只要焊接无误，都能正常工作。软件编写方面只要在主程序运行开始插入PWM初始化的几条汇编指令即可：
mova,7fh
movpwm,a
CLRpdc.0
SETPD.0
通电后在A点应能测到图4所示PWM脉冲(Vp-p=5V)，VT2基极与VT1基极分别有Vp-p=0.7V的激励脉冲。
VSS端能测到-4V左右电压。如果有PWM脉冲而没有负电压产生，应检查输出端有否短路、零件有否焊错焊反等。因为电路非常简单，所以很容易排除故障。对于使用其他系列如l6F87x、MSP430Fxxx等单片机，硬件连接时找到相应PWM输出口，软件稍加修改，同样适用。
功能扩展和敌进由于倍压整流的硅二极管的正向压降为0.7V，所以倍压整流后的电压值始终要比VCC低1V以上，且随着负载加重，压降也越大。这是该方案的缺点。改进的方法是将VDI、VD2换成锗二极管lN60，则在相同条件下负电压可上升0.5V。
另外由于HT46R47的PWM输出频率是固定64kHz(4MHz晶振时)不可调，倍压整流二极管技滤波电解电容在这样高的工作频率下工作效率会降低。如果系统允许运行在较低时钟频率，HT46R47可以选择较低工作频率的晶振或RC振荡方式，让PWM输出频率在5kHz-lOkHz，此时效率会有所提高。对于PICl6F87x系列或MSP430Fxxx系列单片机，由于其PWM输出频率是可变的，通过软件来改变PWM频率更方便。
如果-4V不能满足使用需要，只要再增加1只二极管和1只电解电容器，连接成3倍压，可以再提高2V左右，当然输出电流会减小1倍。
假如你的设计中刚好使用了ICL7107积分型ADC，那么该IC所需的负供电直接取用该电压点非常方便。
值得性意的是图1中VT1的发射极供电只能与CPU供电同样按+5V，而不能高于此值，否则由于VT1的PN结倒灌电流会烧毁CPU。
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