电荷泵dc2fdc升压电路设计

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要高效率、低成本、低噪声是便携式设备中电源管理芯片的主要发展方向。电荷泵是电源芯片管理中一个很重要的技术。电荷泵电路采用电荷转移方式工作，不需要电感元件情况下可实现一定升压，因此这类电源管理芯片在中低功率的应用中受到广泛的青睐。本文分析设计的一种电荷泵DC/DC转换电路，可应用于微传感器集成接口电路的高压驱动。在电路设计中，首先分析了跨周期调制的电荷泵DC/DC转换电路的基本原理，然后推导出电荷泵等效模型，以此为理论依据分析了电荷泵的两种控制模式：线性调制模式和跳周期调制模式。通过

2、两种调制模式优缺点的比较并根据芯片低功耗要求，选用跳周期调制模式进行了电路的总体结构设计。在子电路设计中，主要分析的内容有：基准电路的原理及低电源电压下基准电路的设计；振荡器和控制电路中尖峰脉冲噪声抑制、两分频电路；驱动及模式选择电路中开关管的宽长比的选择及模式转换点的设计。在完成电路原理分析与电路设计的基础之上，还应用EDA软件SPICE对各个子电路模块和整体电路进行了功能仿真及量化模拟。其中，整体仿真指标包括：芯片线性调整率和负载调整率、转换效率、输出电压纹波、芯片静态电流、最大负载电流、输出电压温度特性及短

3、路负载电流。本文采用0.5微米标准CMOS工艺，且输入电压高于输出电压时，输出电压都可保持稳定的低纹波输出，输入电压为10.0V。该电荷泵电路采用跳周期调制方式(PSM)，有效的降低了芯片功耗，特别在轻负载情况下提高了系统的转换效率。在典型情况下，芯片满载时的静态电流为40mA。仿真结果均达到预定的指标。关键词：DC/DC转换电路，电荷泵，跳周期模式，线性模式-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstrastHighefficiency,lowcostandlownoisearebecomingthedevel

4、opmenttrendofDC/DCregulationsduetothepopularizationofportableequipmentspoweredfrombattery.Intheregulationskinds,chargepumpconvertersusecapacitorstostoreandtransferenergyandcanworkwellforstepupwithouttheneedforaninductor.Therefore,applicationsthatneedlowormedi

5、umpoweraremakingchargepumpmoreandmoreattractive.Inthecircuitdesignchapter,thebasicchargepumpoperationprincipleandequivalentcircuitmodelaregivenfirst.Thentwocontrolmodes,pulseskipmodeandlinearmode,areanalyzed.Pulseskipmodeisselectedtodesignthewholechiporganiza

6、tionandsubblockcircuitaccordingtothecomparisonofthetwocontrolmodesandtherequirementsoflowpowerdissipation.Inthesubblockcircuitdesign,thecontentsthattheauthorhadintroducedinclude:theprincipleofbandgapvoltagereferenceandthedesigntechniqueinlowpowersupply;theana

7、lysisofspikepulsenoiserejection,frequencydivider;theselectionofthewidthandlengthratiooffourswitches.Basedonthechargepumpprincipleanalysisandcircuitdesigninthebeginningchapters,theauthorsimulatedallthesubblockcircuitsandwholechipcircuitbyapplyingEDAtoolsHSPICE

8、.Thetypicalperformancecharacteristicsinclude:lineandloadtransientresponse,efficiency,outputvoltageripple,quiescentcurrent,maximumloadcurrent,outputvoltagetemperaturecharacteristicsandthes