用于白光LED驱动的电荷泵电路的设计

基本原理

1.5倍压电荷泵 原理如图2所示，其基本控制思想如下：OSC通过驱动电路，控制S1~S7的导通与关断。时序如下：第一时刻，开通S1、S4、S6,Vin对电容C1充电，C2短接，使VC1=V1,VC2=0;第二时刻，关闭S1、S4、S6,开通S2、S3、S5、S7,C1对C2充电，使VC1=VC2=1/2 V1,最后加上V1对C3充电，周而复始，VCUT经过电阻分压，与基准电压做比较，控制上端MOS管的导通电阻，改变充电回路的RC充电常数，最终使输出稳定在5 V.图3为控制脉冲时序图，其中D1为S1的驱动信号，低有效;D2为S4、S6的驱动信号，高有效;D3为S2、S3、S5、S7的驱动信号，低有效。为了防止时钟馈通，驱动电路中包含了非交叠时钟电路。

1.2 实际电路设计

整个开关管网络由5个PMOS管S1、S2、S3、S5、S7及2个NMOS管S4、S6组成，如图4所示。以P管S1和N管S4为例，计算开关管的宽长比。根据版图设计规则的要求，单个管子的宽长比W/L可以设定为2.8μm/0.6μm.假设S1的宽长比为x(W/L)，S4的宽长比为y(W/L)。本设计采用CSMC0.6 μm工艺，根据工艺及设计要求，V1=3.3 V,unCOX=50μA/V2 VTHN=0.7 V,|VTHP|=1 V,2up=un,因为

其它管子的宽长比也可以同理求得。由于流过开关管的电流比较大，开关管的宽长比很大，一般采用晶体管并联的形式，在版图上通常以waffle的结构实现。

如果开关管的衬底未与源端相接，则会产生衬底偏置效应，使开关管产生阈值损失，导致电荷泵电压无法升至设定值。如图4所示，开关管S1、S3、S4、S5、S6的源漏端能比较容易的判断出来，S2、S7的两端电压高低未定，因此如果处理不妥当，会引起衬底偏置效应，本设计采用了一种方式，比较好地解决了这个问题。通过一个比较器对V1和Vout进行比较，如果Vout>V1,则让S2、S7的衬底端接Vout端，如果Vout