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一种高效低纹波双端输出的电荷泵设计.docx
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一种高效低纹波双端输出的电荷泵设计.docx
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1. 引言
电荷泵(charge pump)电路是一种基于电容积累电荷的特性来产生不同电压域的输出电
路.随着集成电路的发展,芯片中集成的模块数也越来越多,而这些模块所需要的驱动电压
逐渐趋向于多元化,为了满足发展的需要,电荷泵电路越来越得到了普遍的应用
[1]
.但是由
于电荷泵电路特殊的结构成为了芯片主要的功耗来源,输出的不稳定性也降低了电路的整
体性能.因此设计出一款高效低纹波的电路成为了广泛关注的课题
[2]
.
目前电荷泵领域运用最广泛的也是升压效果最好的是四相位 charge pump 电路
[3]
,具
体电路结构如图 1 所示.该电路运用四相位的特殊结构,克服了传统电荷泵电路阈值电压损
耗严重的问题,提高了转换效率
[4]
.但是该电路首先是时钟直接驱动电容,由于电荷泵电路
正常工作的电流较大,为了避免输出电压纹波较大会采用较大的电容,直接用时钟驱动对
时钟的驱动能力要求很高,大大增加了电路的设计难度
[5]
.并且使用了太多的电容和时钟驱
动信号,牺牲了版图面积.
图 1 四相位时钟 Charge Pump
下载: 全尺寸图片 幻灯片
本文对传统的电荷泵做了结构上的改进,并设计一款适用于本结构的振荡器(OSC)电
路,使得在转换效率和减小输出纹波方面体现良好的性能,该电路在 2.8~5 V 的电压域
内,电荷泵均可正常工作,达到正反相双端输出倍压的目的.
2. 电路设计
2.1 电路总体结构与工作原理
图 2 为本设计的总体结构图,主要包括 OSC 模块,Non-overlap CLK 模块,charge
pump 模块.其中 OSC 模块利用 MOS 管连接的电容进行充放电,产生占空比为 50%的周期
性方波信号 CLK.OSC 模块产生的方波信号经过 Non-overlap CLK 模块对信号进行处理,产
生两两不相交叠的时钟信号,该时钟信号作为 Charge pump 模块的驱动信号,避免了开关
管同时导通而造成的电荷回流现象
[6]
.Charge pump 电路利用非交叠时钟信号,周期性的导
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