隨著便攜式電子設(shè)備的發(fā)展,電荷泵無需電感、易于集成、在全電壓轉(zhuǎn)換倍率范圍內(nèi)都具有較高能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)點,使其在眾多電源管理電路中脫穎而出,并日益受到學(xué)者與工程師的關(guān)注。然而,電荷泵自身也存在閾值壓降、反向電流、電壓轉(zhuǎn)換倍率固定等缺點。本文首先根據(jù)電荷泵的結(jié)構(gòu)特點和工作原理,分析電荷泵的主要性能參數(shù)以及現(xiàn)階段電荷泵主要存在的問題;然后針對閾值壓降問題設(shè)計無閾值壓降的電荷泵,針對反向電流問題設(shè)計能夠減小反向電流的電荷泵;最后,由于單電壓轉(zhuǎn)換倍率的電荷泵所適用的負(fù)載或輸入變化范圍有限,而傳統(tǒng)的可重構(gòu)電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問題,本文提出一種與單電壓轉(zhuǎn)換倍率電荷泵所需的大尺寸器件數(shù)量相同的重構(gòu)方案,并結(jié)合上述消除閾值壓降方案和減小反向電流方案,設(shè)計具有多種轉(zhuǎn)換倍率的高性能、可重構(gòu)電荷泵。本文設(shè)計的原理圖以及版圖均基于臺積電0.18μm工藝實現(xiàn),并利用Cadence公司的spectre仿真工具進(jìn)行仿真驗證。仿真結(jié)果顯示,本文所設(shè)計的無閾值壓降電荷泵,其空載輸出電壓達(dá)到理想輸出電壓的97%以上;相比于常規(guī)電荷泵,所設(shè)計的減小反向電流的電荷泵能夠減少95%反向電流;所設(shè)... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

電荷泵的基本單元

圖中 MOS 管工作在開關(guān)狀態(tài)，φ1、φ2為兩路互補(bǔ)的時鐘信號，其信號波形如圖2.2 所示。圖 2.2 電荷泵的時鐘信號Fig 2.2 Timing diagram of charge pump電荷泵工作時一個開關(guān)周期分為兩個階段：第一階段，φ1為高電平，φ2為低電平，則 M1和 M3導(dǎo)通，M2和 M4關(guān)斷，因此浮置電容上極板與輸入電源相連，下極板接地，此時輸入電源給電容充電，倘若充電時間足夠長，充電結(jié)束時電容兩端電壓為輸入電源電壓 Vin。第二階段，φ2為高電平，φ1為低電平

圖 2.3 浮置電容上極板的電壓波形Fig 2.3 Voltage waveform on top plate of flying capacito圖 2.4 倍壓器輸出電壓波形Fig 2.4 The output voltage waveform of voltage double放電時，浮置電容上極板電壓波形及輸出電壓波形分從圖 2.3 中可以看出浮置電容上極板電壓周期性大幅開始逐漸下降，這是由于浮置電容放電時電壓逐漸降始逐漸上升，即輸入電源對浮置電容充電，補(bǔ)充放電

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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