改进CMOS电荷泵电路：提高电压增益与效率

"本文主要介绍了一种改进型的CMOS电荷泵电路设计，由朱翔和陈星弼在电子科技大学的研究成果。该电路通过采用后级反馈控制和预充电结构，显著提升了性能，包括降低了开关管损耗，提高了电压增益和输出电压，缩短了初态建立时间，并且增强了转换效率。仿真结果表明，与传统结构相比，电压增益提升60%，初态建立时间减少20%，特别适合低电源电压和低功耗的电路设计。电荷泵电路广泛应用于非易失性存储器、开关电容系统、数模转换器等领域，随着微电子技术的发展，其重要性日益凸显。尽管经典Dickson型电荷泵存在增益低、启动时间长等问题，已有多种改进方案，但本文提出的新型电荷泵在解决这些问题上更进一步，为电荷泵电路设计提供了新的思路。" 这篇论文的核心知识点包括： 1. **电荷泵电路**：电荷泵电路是一种无需电感即可通过电容和有源器件产生高于输入电压的电压的电路，广泛应用于非易失性存储器、模拟开关驱动、数模转换器和DC-DC转换器等场景。 2. **Dickson型电荷泵**：经典的电荷泵电路结构，利用电容和二极管（在CMOS工艺中通常用MOS管代替）在时钟脉冲的驱动下转移电荷，但受阈值电压和衬偏效应影响，增益和最大输出电压受限。 3. **改进型CMOS电荷泵电路**：论文提出的新设计采用了后级反馈控制和预充电结构，旨在解决传统Dickson型电荷泵的增益低和启动时间长的问题。 4. **后级反馈控制结构**：这种结构可以改善电路的电压增益，减少开关管的损耗，提高整体性能。 5. **预充电结构**：通过预充电，可以缩短电路的初态建立时间，从而提高转换效率。 6. **电压增益**：新设计的电路在仿真中显示出60%的电压增益提升，意味着能更有效地提升输出电压。 7. **初态建立时间**：由于预充电结构的引入，初态建立时间缩短了20%，这对提高电路的工作速度和效率至关重要。 8. **转换效率**：改进后的电荷泵电路具有更高的转换效率，尤其适合低电源电压和低功耗应用。 9. **微电子发展趋势**：随着晶体管尺寸的减小和低功耗需求的增长，电荷泵电路在现代集成电路设计中的应用将更加广泛。 这项研究为电荷泵电路的优化提供了一种创新方法，对于提升微电子设备的性能和能效具有重要意义。