可重构、高性能的电荷泵设计

发布时间：2021-01-03 19:32

　　随着便携式电子设备的发展,电荷泵无需电感、易于集成、在全电压转换倍率范围内都具有较高能量转换效率等优点,使其在众多电源管理电路中脱颖而出,并日益受到学者与工程师的关注。然而,电荷泵自身也存在阈值压降、反向电流、电压转换倍率固定等缺点。本文首先根据电荷泵的结构特点和工作原理,分析电荷泵的主要性能参数以及现阶段电荷泵主要存在的问题;然后针对阈值压降问题设计无阈值压降的电荷泵,针对反向电流问题设计能够减小反向电流的电荷泵;最后,由于单电压转换倍率的电荷泵所适用的负载或输入变化范围有限,而传统的可重构电荷泵存在大尺寸器件冗余、器件利用率低以及能量密度低等问题,本文提出一种与单电压转换倍率电荷泵所需的大尺寸器件数量相同的重构方案,并结合上述消除阈值压降方案和减小反向电流方案,设计具有多种转换倍率的高性能、可重构电荷泵。本文设计的原理图以及版图均基于台积电0.18μm工艺实现,并利用Cadence公司的spectre仿真工具进行仿真验证。仿真结果显示,本文所设计的无阈值压降电荷泵,其空载输出电压达到理想输出电压的97%以上;相比于常规电荷泵,所设计的减小反向电流的电荷泵能够减少95%反向电流;所设... 

【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

电荷泵的基本单元

图中 MOS 管工作在开关状态，φ1、φ2为两路互补的时钟信号，其信号波形如图2.2 所示。图 2.2 电荷泵的时钟信号Fig 2.2 Timing diagram of charge pump电荷泵工作时一个开关周期分为两个阶段：第一阶段，φ1为高电平，φ2为低电平，则 M1和 M3导通，M2和 M4关断，因此浮置电容上极板与输入电源相连，下极板接地，此时输入电源给电容充电，倘若充电时间足够长，充电结束时电容两端电压为输入电源电压 Vin。第二阶段，φ2为高电平，φ1为低电平

图 2.3 浮置电容上极板的电压波形Fig 2.3 Voltage waveform on top plate of flying capacito图 2.4 倍压器输出电压波形Fig 2.4 The output voltage waveform of voltage double放电时，浮置电容上极板电压波形及输出电压波形分从图 2.3 中可以看出浮置电容上极板电压周期性大幅开始逐渐下降，这是由于浮置电容放电时电压逐渐降始逐渐上升，即输入电源对浮置电容充电，补充放电

【参考文献】：
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本文编号：2955365