一种改进的Dickson电荷泵集成准Z源逆变器

提出了一种采用改进的Dickson电荷泵技术的高升压准Z源逆变器,继承了准Z源逆变器和开关电容的优点——输入电流连续、开关上的电压峰值低、电压增益高、集成度好。利用逆变器的交流侧电感特性实现Dickson电荷泵的软充电,克服了开关电容电路大电流瞬变的缺点。介绍了其工作原理和稳态分析,分析了元件的电压和电流应力。最后,在实验室研制了输入电压为100 V、输出电压为AC 120 V、输出功率为1 kW的样机,实验结果验证了该逆变器的优越性。

一种采用齐纳管作为开关器件的Dickson电荷泵电路

文章提出了一种基于Dickson原理的电荷泵电路,采用齐纳管作为开关器件。该电路克服了采用MOS管作为开关器件的Dickson电路在多级级联时的转换效率急剧下降问题,并且可以利用齐纳管来稳定输出电压。Spice仿真结果显示,五级齐纳电荷泵可以轻松在3V电源电压下实现10V左右的稳定电压输出。该电路结构简单,与标准CMOS工艺兼容,具有较高的应用价值和经济价值。

低抖动电荷泵锁相环设计及其Simulink建模仿真

随着集成电路工艺技术的进步,电路工作频率越来越高,对时钟信号的抖动和相噪也提出了更高的要求。针对锁相环电路参数多、结构复杂、瞬态仿真耗时长等问题,通过建立电荷泵锁相环系统环路数学模型,并运用MATLAB/Simulink对其进行负反馈系统建模,实现对电荷泵锁相环的快速动态仿真。在TSMC 65 nm CMOS工艺节点下,完成了锁相环的电路设计、版图绘制、物理验证并提取寄生参数及后仿真,得到一款典型值:输入频率为30 MHz,锁定频率1.5 GHz的低抖动电荷泵锁相环。后仿真结果表明该PLL电路性能指标良好,在典型值条件下,PLL的锁定时间为10μs,锁定时峰峰值抖动为2.68 ps,时钟信号占空比为45%。

基于电荷泵的倍增/反向双输出电压转换设计与实现

为了解决目前基于电荷泵的开关电容电压转换芯片功能较为单一的问题,基于Dickson经典电荷泵结构,匹配四路双极型晶体管开关同时实现对输入电压的倍增输出以及倍增后的电压反向。四路二极管充作开关来使用,在降低开关器件导通电压的同时简化了开关电路,缩小了电路的尺寸,并降低了电路的功耗。基于国内某工艺线的40 V互补双极型工艺,设计并制作了带正/负两路输出的开关电容电荷泵电压转换器芯片电路。流片测试结果表明:当电源电压为4 V(负载电流为0 mA、+10 mA)、5 V(负载电流为±10 mA)、9 V(负载电流为+10 mA)、10 V(负载电流为-10 mA)以及11 V(空载)时,输出电压均满足设计指标。

适用于Flash型FPGA的宽范围输出负压电荷泵设计

在Flash型FPGA的编程、擦除和回读检验等操作中,需要对Flash单元提供不同的正负高压偏置。提出一种适用于Flash型FPGA的负压电荷泵,该电荷泵采用三阱Flash工艺,消除了衬偏效应和衬底漏电的影响。电荷泵主体采用双支路并联结构,级数为6级。通过参考电压产生电路提供不同的输入参考电压,并结合电荷泵控制系统,可以实现电荷泵输出电压的自由调节,满足Flash型FPGA编程、擦除的负压要求。基于0.13μm Flash工艺对电荷泵进行设计及流片,在200 pF负载电容下,实测得到-5.5 V输出的建立时间仅为8μs,输出纹波为72 mV,-17.5 V输出的建立时间为30μs,输出纹波仅为56 mV,满足Flash型FPGA操作要求。

一种基于22 nm FDSOI工艺的低噪声快速锁定电荷泵锁相环

基于22 nm全耗尽绝缘体上硅(Fully Depleted Silicon-On-Insulator,FDSOI)工艺设计了一种能够快速锁定的电荷泵锁相环(Charge Pump Phase Locked Loop,CPPLL)电路,该锁相环利用FDSOI器件背栅偏置的特点来提升压控振荡器性能,采用了无死区的鉴频鉴相器(Phase Frequency Detector,PFD)和低失配电流电荷泵(Charge Pump,CP)以及低相位噪声结构的压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)。研究了相位噪声的理论模型,基于理论参数进行电路设计和电路噪声降低。仿真结果表明,该锁相环锁定时间3μs,CP电流失配小于1%,VCO相噪水平达到-100.4 dBc/Hz@1 MHz,版图面积为0.14 mm^(2)。该锁相环具有锁定速度快,相噪低,频率精准等优点。

基于电荷泵DC-DC转换器的开关电源设计

设计了一种成本较低,效率较高的基于电荷泵与Boost升压电路的开关电源,作用于对正负双电源运放供电。利用Boost模块将3~4.5 V的输入电压升压至稳定的5.5 V电压,并通过电荷泵负压电路、电荷泵倍压电路与TL431串联稳压电路将5.5 V的电压转化为±5 V的输出电压为运放进行供电。通过仿真软件对电路进行仿真搭建,并对重要节点与输出电压电流的仿真波形进行分析,确保在3~4.5 V的DC输入电压范围内,提供较为稳定的、输出电压纹波在2%以内的±5 V输出电压。

一种应用于反熔丝FPGA的快速启动电荷泵设计

针对传统Dickson结构电荷泵升压较慢,在用户模式下降低反熔丝FPGA工作速度,以及造成电路工作时序混乱的问题,在传统结构的基础上设计一种快速启动的电荷泵电路。该电路在常见的振荡器、非交叠时钟产生电路、主体电荷泵电路之外增设时钟信号增强电路以及0V产生电路。以时钟信号增强电路,加快电荷的转移速率,实现电荷泵快速升压;0V产生电路实现高压模块与低压模块的有效隔离,在编程模式下起到电路保护作用。基于CMOS工艺,在全局等效负载条件下进行仿真实验,结果表明改进后的电荷泵输出达到稳定的时间比原电路缩短了57.6%。实际流片后,电路功能测试正常。

基于55 nm CMOS工艺的小数分频电荷泵锁相环设计

为解决无线射频收发机中锁相环存在的功耗高、精度低、不能小数分频等问题,提出了一种基于55 nmCMOS工艺的小数分频电荷泵锁相环,降低噪声对电路性能的影响,为无线收发机提供稳定的震荡信号。采用三阶噪声整形结构的数字Σ-Δ调制器,设计了24位高精度可编程小数分频器。同时设计了一种线性移位寄存器,产生随机数列降低小数杂散。采用单位增益缓冲器有效地降低了电荷泵的电流失配。SPECTRE仿真结果表明,电荷泵的充放电流失配为0.87%,锁相环的输出频率范围为2.1~2.9 GHz,相位噪声为-108 dBc/Hz@1 MHz,分频比为5~128,锁定时间小于3.5μs,功耗为8.56 mW。

基于0.18μm工艺的低纹波电荷泵电路设计及仿真分析

针对传统电荷泵较低负载能力和较高纹波的问题,基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,设计一款四相非交叠时钟的低纹波电荷泵电路。电荷泵主体电路由2个四相时钟控制的全PMOS电荷泵交叉耦合构成;通过优化时序信号输入,降低传输管的导通电阻,减小传输损耗和尖峰脉冲,提高输出效率,同时压缩输出纹波;采用动态衬底偏置结构以消除体效应影响,提高各级升压电路的稳定性,进一步减小输出纹波。仿真结果表明,在电源电压为1.8 V、负载电流为5 mA时,电荷泵输出电压值约为5 V,上升时间约为3.67μs,电压纹波仅为5.4 mV,表明本设计可以满足高可靠堆叠闪存芯片的电压需求。

面向FLASH存储器应用的电压自举电荷泵电路设计

基于SMIC 0.18μm 1P6M工艺,设计出一款面向FLASH存储器应用需求的开环电荷泵升压电路。该电路主要由振荡电路、分频电路、非交叠时序电路、电荷泵和高压选择电路组成。为实现电荷泵电压的自举,本设计采用高电压选择电路和开环无反馈结构电荷泵,通过调整电容比值,满足不同的输出升压需求。仿真结果表明,在电源电压为1.8 V、内部开关时钟频率为50 kHz、带载为5 mA的条件下,电荷泵的输出电压为3.3 V,纹波仅为10 mV,升压效率高达96%。与其他电荷泵相比,本设计提高了输出效率,可满足不同输出升压的需求。

一种优化MEMS可变电容电荷泵上升时间的方法

近来,一种MEMS可变电容电荷泵被提出,在这种方式下,通过使用MEMS谐振器来改变每一阶的电容容值来产生一个高电压。谐振器的振幅和频率会对可变电容电荷泵的上升时间产生影响,本项研究的目的是最小化可变电容电荷泵的上升时间。

基于电荷泵的压电致动器迟滞非线性改善研究

压电致动器在精密定位、微纳米测量等领域得到了广泛的应用,然而迟滞和非线性现象严重影响了其定位精度和性能。虽然电荷驱动的方法可以降低大部分迟滞,但仍存在较为明显的残余迟滞,尤其是电压工作范围较大时,压电致动器的迟滞呈现增大的趋势。基于残余迟滞的分析和计算,提出了一种用于电荷泵驱动的残余迟滞改进方法,研究了校正参数的推导方法,改善了经典电荷泵驱动的迟滞非线性。通过实验发现,在驱动电压范围为0~100 V、驱动频率为0.1~2 Hz时,相比经典电荷泵驱动的2.79%迟滞,改进后的电荷泵驱动方法可以将迟滞进一步降低至0.47%以下,比经典的电荷泵驱动方法降低了83%左右。所提方法在精密测量等领域具有较好的应用价值。

一种应用于雷达跳频低相噪本振的宽范围动态电流补偿电荷泵设计

本论文提出了一种应用于雷达跳频频率综合器中的宽范围动态电流补偿电荷泵,通过实时检测反馈补偿电流的形式,在更宽的输出电压范围内,实现更佳精准的电流匹配。此外,对其中的电荷泵基础电流单元进行了改进设计,省去了抑制电荷共享的运放,节约了芯片面积和功耗。通过0.18um BiCMOS工艺进行含该型电荷泵的频率综合器设计并流片测试,在鉴相频率25.6MHz时,输出1.1GHz频点时,杂散抑制可达72dBc,近端相位噪声小于100dBc/Hz@10KHz。

一种白光LED电荷泵电路的设计

白光发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)具有体积小、功耗低、发光效率高及寿命长等优点,可以用作中小型便携式电子产品的背光源。设计了一种白光LED电荷泵电路,该电路可以根据实时的电源电压值选择电荷泵的增益模式,在1X/1.5X/2X这3种增益模式中依次切换,且输出电压恒定在设定值,为白光LED的稳定发光提供稳定的驱动电压。进行全电路仿真,结果表明,当电源电压从5.5 V逐渐下降到2.7 V时,输出电压都近似为4.5 V,驱动电流约为20 mA。

一个精确时钟驱动的Dickson倍压电荷泵电路

提出了一种基于 Dickson电荷泵电路 ,由自带参考电压的时钟电路驱动 ,并与耦合倍压电路相结合的片上升压电路。该电路由于保证了输出编程电压的精确度 ,从而控制了存储单元阈值电压的偏移 ,降低了对外围电路的要求 。

适用于低压EEPROM编程的双电荷泵电路系统设计

设计了一款应用于低电源电压EEPROM的双电荷泵电路结构,提供存储单元编程所需的高压。基于传统Dickson结构,设计主次两级电荷泵结构:次级电荷泵为两级升压结构,输出电压可增强时钟的驱动能力、抬高其高电平;主级电荷泵采用传输管栅压提升的结构及驱动能力增强的时钟对内部电容进行充放电,提高主级电荷泵每级的传输能力及整体电路的工作效率,最终实现低电源电压下产生高压的目的。同时,通过使能时序控制稳压系统电路,保证了输出电压的稳定性。仿真结果显示,电荷泵升降压速度快、纹波小、效率高。该双电荷泵电路已实际应用于芯片设计中,采用0.18μm EEPROM工艺流片,输出高压稳定,达到设计要求,并且性能良好。

一种带自适应电荷泵的超低功耗NMOS LDO

设计了一种带自适应电荷泵的超低功耗快速瞬态响应NMOS LDO,电路主要包含误差放大器、缓冲器、功率级、动态零点模块以及自适应电荷泵模块。该自适应电荷泵能够根据负载电流的大小调节工作频率,在兼顾大负载条件下功率管栅极需求的同时,保证了轻载下超低功耗的需求。同时为了满足电路中快速瞬态响应的需要,加入了动态电流电路。电路基于0.18μm BCD工艺设计,其工作电压范围为2.5~3.6 V,输出电压为1.2 V,负载范围为10μA~20 mA,工作的温度范围为-40~125℃。仿真结果显示,所设计的LDO供电电压调整率可达到1.123 mV/V,重载跳轻载时的恢复时间和轻载跳重载时的恢复时间分别为260μs和5μs,而静态电流最小仅为0.291μA。

一种移相时钟驱动的低纹波四相位电荷泵设计

针对传统的四相时钟电荷泵纹波大的缺点,提出了一个通过移相时钟分时驱动的新型电荷泵结构.电荷泵主体采用两组互补并联结构的四相电荷泵,输出级采用交叉耦合结构,消除了最后一级阈值电压损失,此外在每级输出节点增加二极管连接的NMOS作为辅助管,增加预充电,缩短建立时间.该电荷泵系统不同于传统的单一时钟驱动电荷泵,采用移相时钟驱动多支路并联电荷泵,分时对输出节点进行充电,以降低负载电容充放电时间,降低输出电压纹波.基于SMIC 65 nm工艺的Cadence Spectre仿真结果表明,该电路输入电压为1.8 V,时钟为50 MHZ,输出目标电压10 V,负载电容50 pF,在400 uA的电流驱动能力下,输出电压纹波最大仅为2 mV.具有低纹波的优点.

基于电荷泵单元的交错并联高增益直流变换器

高增益直流变换器是新能源发电技术的重要环节,针对新能源发电系统小电压、大电流的输出特性,需要使用升压拓扑结构提升电压等级以满足后级负载稳定运行。由于传统升压变换器存在电压增益有限的不足,无法实现新能源发电系统并网运行。此处提出一种基于电荷泵单元的交错并联高增益直流变换器,在交错并联升压变换器的输入侧/输出侧增加若干个由二极管、电容组成的电荷泵单元。该变换器结合电荷泵单元电压倍增能力强和交错并联结构电流纹波小的特点,具有电压增益高、电感电流平均值小、开关管/二极管电压/电流应力低的优势。最后搭建了一台150W功率变换实验样机,实验结果验证了变换器的有效性与高效率,当输入电压为10 V、输出电流为1.25 A时,系统整体效率可以达到94.2%。