论文演讲

苏州大学本科生毕业设计演讲稿设计课题——CMOS电荷泵的设计指导老师：李富华汇报人：陈伟庆专业：07微电子学号：0728404054日期：2011-6-8CMOS电荷泵的设计目标及应用通过对电荷泵电路的深入研究，基于CMOS工艺设计一个电荷泵电路，实现1.2V的电压到12V高压的转换，该电荷泵电路为MEMS麦克风的提供电压偏置。前期工作•参阅大量资料•熟悉cadence绘图软件的使用•熟悉Hspice仿真软件的使用•确定CMOS电荷泵的基本框图电荷泵的概述•电荷泵电路的使用原理——电荷的积累效应，使电荷泵产生高电位•电荷泵的主要应用——半导体存储器CMOS像素传感器模拟开关电路高电压输出电路传统CMOS电荷泵电路•Dickson电荷泵电路•Kiuchi电荷泵电路•Tsujimoto电荷泵电路•四相位电荷泵电路•Jieh-TsorngWu电荷泵Dickson电荷泵的原理•基本电路图VOUTCLKACKLBCc1Cc2Cc3Cc4GNDM4M3M2M1C4C3C2C1GNDGNDGNDGNDM5VDDVDD由此公式可以看出，由于每阶MOS管阈值电压的影响使输出电压产生压降。这将显著影响到电荷泵的效率。)]([)]()([11iTiTciioutciiiDDinoutVVVNVVfCCICCCVNVV新型CMOS电荷泵的电路结构•6阶Dickson电荷泵电路•CMOS倍压电路•振荡电路•分频器电路新型CMOS电荷泵电路原理•采用振荡电路产生两个互补型的振荡频率•用RS主从触发器来承担分频器的作用，重新产生两个互补型时钟信号，而时钟频率得到降频，并使占空比为50%•将经过分频器优化过的时钟信号加到CMOS倍压电路的输入端。经过过倍压电容的调节，使时钟频率的幅值变为原来的两倍。新时钟频率添加到6阶Dickson电荷泵电路的时钟输入端口，为Dickson电荷泵提供后续电压补给。•最终输出高电平，实现新型CMOS电荷泵的功能新型CMOS倍压电路的框图基本框架图CMOS倍压电路•基本电路图Vin-inputM6M4M1M2M5gndgndCLK1CLK11主要器件包括:CMOS反相器，倍压电容。主要原理是利用的倍压电容的两端电压的缓慢变化的特点。反相器的输出值不断翻转为倍压电容充电，并控制PMOS管M1的开合状态，从而使时钟端口CLK11的输出时钟信号的幅值扩大为原来的两倍。振荡器电路•基本电路结图•振荡器电路来产生两个时钟信号，并且这两个时钟信号是互补型的时钟信号，但在电路的实现上振荡器所产生的时钟信号的波形的占空比并非是50%振荡器——Hspice仿真结果•仿真波形从仿真波形可以看到，振荡器在输入电压为1.02V的电位下，可以产生两个互补型的时钟信号，它们的幅值大约是1.8V,时钟周期为1.45us。但这两个波形的占空比却不是为50%。所以必须调整它的占空比。分频器——RS主从触发器•基本电路图•利用与非门构成了RS主从触发器主要功能——降频，调整占空比为50%CLK01与CLK02是输入时钟端口，CLK1与CLK2是输出时钟端口。将CLK01端与CLK2相连，CLK02端与CLK1端相连，因此，即使出现S=R=1的情况，输出状态也是确定的。分频器——Hspice仿真结果•仿真波形仿真波形图中，输出端输出的时钟信号的周期从之前的2us变为4us,占空比为50%，可以看出用RS主从触发器来充当分频器不仅可以实现降频的功能，同时也将时钟信号的波形调整为50%。6阶Dickson电荷泵•基本电路图图中，在6阶Dickson电荷泵基础上组合了CMOS倍压电路，经分频器优化过的时钟信号添加到倍压电路的输入端。该时钟信号经过倍压电路之后，波形幅值变为两倍，来充当Dickson电荷泵的时钟输入信号，削弱了阈值电压的影响。新型电荷泵——Hspice仿真波形•仿真波形从仿真波形中可以看出，电荷泵的输出端口out输出电压迅速的从0V上升到在12.2V的高电压，同时1.2V的低电位能够上升到12.2V，说明了新型CMOS电荷泵效率非常高。总结•本设计中，首先设计电路中的各个功能电路，确定出完整的CMOS电荷泵电路。采用Hspice仿真软件对各个子模块分别仿真。最终验证了本设计的结果是符合预期的。致谢•感谢李富华教授对本设计的悉心指导！•感谢周峰学长对我的帮助！演讲结束！谢谢观赏！