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誌 謝 雖然我們只跟隨老師做了 1 年左右的專題而已,不過這 1 年來讓我們學習 了很多的學識,也加強了解決問題的能力,對於自己看不懂的論文或是電路分 析方面他老師總是不會像我們一樣矇混過去,他會盡一切所能的把答案找出來 然後整理成筆記之後再為我們解答,這反而讓跟隨著他做專題的我們這三個學 生感到羞愧,也正是我們所缺乏的能力之一,也或許是老師之所以能夠被稱呼 為老師的原因吧。 老師總是一直對我們強調一句話〔要學習如何去讀書〕,這句話讓我們有很 深刻的印象,可能比所學的印象還深刻,打從一開始跟隨老師做專題至今他仍 然不忘提醒著我們,在和老師做專題之前就有學長們說黃文昌老師幾乎是沒有 脾氣的,他們從沒見過他生氣的樣子,可是由於大三太過混了所以第一次見過 老師生氣的樣子,從那之後就我們就開始改變自己對讀書的態度和觀念,即使 如此,從大四開始每一次和老師 meeting 報告論文 paper 時,遇到不懂的問題他 會要我們中斷報告回去找答案下次在繼續,不希望我們像半桶水一樣,含糊籠 統的報告似懂非懂,等到下次 meeting 時深怕答案沒有找出來會被責備,不過 結果總是出乎我們意料之外,老師都是一附笑咪咪的臉對我們說那我們一起來 把問題解決吧,這席話讓我們蠻感動的,在我的讀書過程中從來不會有老師會 這麼有耐心的教導我。 經由老師這 1 年的訓練我們對如何把 PowerPoint 的內容格式以及如何把一 篇英文的 paper 整理成自己所要的中文內容有了更深入的了解,對自己處理問 題的能力也有了進一步的認知,這都是黃文昌老師教導的,所以我們最後要說 一句﹙老師謝謝您^^ 2005 年初夏 吳廷祐 洪偉嘉 林志謙 謹致於 崑山電子系 GS Lab 1/29

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誌 謝

雖然我們只跟隨老師做了 1 年左右的專題而已,不過這 1 年來讓我們學習

了很多的學識,也加強了解決問題的能力,對於自己看不懂的論文或是電路分

析方面他老師總是不會像我們一樣矇混過去,他會盡一切所能的把答案找出來

然後整理成筆記之後再為我們解答,這反而讓跟隨著他做專題的我們這三個學

生感到羞愧,也正是我們所缺乏的能力之一,也或許是老師之所以能夠被稱呼

為老師的原因吧。

老師總是一直對我們強調一句話〔要學習如何去讀書〕,這句話讓我們有很

深刻的印象,可能比所學的印象還深刻,打從一開始跟隨老師做專題至今他仍

然不忘提醒著我們,在和老師做專題之前就有學長們說黃文昌老師幾乎是沒有

脾氣的,他們從沒見過他生氣的樣子,可是由於大三太過混了所以第一次見過

老師生氣的樣子,從那之後就我們就開始改變自己對讀書的態度和觀念,即使

如此,從大四開始每一次和老師 meeting 報告論文 paper 時,遇到不懂的問題他

會要我們中斷報告回去找答案下次在繼續,不希望我們像半桶水一樣,含糊籠

統的報告似懂非懂,等到下次 meeting 時深怕答案沒有找出來會被責備,不過

結果總是出乎我們意料之外,老師都是一附笑咪咪的臉對我們說那我們一起來

把問題解決吧,這席話讓我們蠻感動的,在我的讀書過程中從來不會有老師會

這麼有耐心的教導我。

經由老師這 1 年的訓練我們對如何把 PowerPoint 的內容格式以及如何把一

篇英文的 paper 整理成自己所要的中文內容有了更深入的了解,對自己處理問

題的能力也有了進一步的認知,這都是黃文昌老師教導的,所以我們最後要說

一句﹙老師謝謝您^^ 。

2005 年初夏

吳廷祐 洪偉嘉 林志謙 謹致於

崑山電子系 GS Lab

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目 錄

誌 謝 .............................................................................................................................. 1 第一章 緒論 .................................................................................................................. 4

1.1. 研究動機 ......................................................................................................... 4 1.2. 研究目的 ......................................................................................................... 5 1.3. 專題報告結構 ................................................................................................. 5

第二章 Charge Pump 觀念概要 ................................................................................... 6 2.1. 基本 Charge Pump 介紹 ................................................................................. 6 2.2. 基本 Charge Pump 原理分析 ......................................................................... 6 2.3. 加上負載之 Charge Pump 原理分析 .............................................................. 7

第三章 各類 Charge Pump 介紹與分析 ...................................................................... 9 3.1. Dickson Charge Pump 介紹 ............................................................................ 9 3.2. Dickson Charge Pump 原理分析 .................................................................... 9 3.3. 實際 Dickson Charge Pump 原理分析 ......................................................... 10 3.4. NCP-1( New Charge Pump-1 ) 介紹 .............................................................. 11 3.5. NCP-1( New Charge Pump-1 ) 原理分析 ..................................................... 12 3.6. NCP-2( New Charge Pump-2 ) 介紹 ............................................................. 13 3.7. NCP-2( New Charge Pump-2 ) 原理分析 ..................................................... 14 3.8. NCP-3( New Charge Pump-3 ) 介紹 ............................................................. 15 3.9. NCP-3( New Charge Pump-3 ) 原理分析 ..................................................... 15 3.10. CCTS-1( Cross-Coupled Charge Transfer Switch-1 ) 介紹 ......................... 16 3.11. CCTS-1( Cross-Coupled Charge Transfer Switch-1 ) 原理分析 ................. 17 3.12. CCTS-2( Cross-Coupled Charge Transfer Switch-2 ) 介紹 ......................... 18 3.13. 傳統 Heap Pump 介紹 ................................................................................ 19 3.14. 傳統 Heap Pump 原理分析 ........................................................................ 19 3.15. 傳統四級 Heap Pump 原理分析 ................................................................ 20 3.16. 改良之 Heap Pump 介紹 ............................................................................ 21 3.17. 改良之 Heap Pump 原理分析 .................................................................... 22

第四章 結論 ................................................................................................................ 23

4.1. 研究心得 ....................................................................................................... 23 參考文獻 ...................................................................................................................... 25

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圖目錄

圖 2-1-1 倍壓電路基本架構 ....................................................................................... 6 圖 2-3-1 加上負載之倍壓基本電路 ........................................................................... 8 圖 3-1-1 Dickson Charge Pump 電路基本架構圖 ...................................................... 9 圖 3-3-1 將二極體改由 NMOS 電晶體替代之 Dickson Charge Pump ................... 10

圖 3-3-2 Dickson Charge Pump 級與級之間電壓變動圖 ......................................... 11

圖 3-4-1 加上 CTS 之 NCP-1 電路圖 ........................................................................ 12

圖 3-5-1 加上 CTS 之 NCP-1 各級電壓變動圖 ........................................................ 13

圖 3-6-1 在 CTS 下加上 PMOS 與 NMOS 元件之 NCP-2 電路圖 .......................... 14

圖 3-8-1 將 NCP-2 之 M D5 以 Cross-Coupled Voltage Doubler 代替之 NCP-3 電路 15

圖 3-10-1 CCTS-1 電路圖 .......................................................................................... 16

圖 3-12-1 CCTS-2 電路圖 .......................................................................................... 19

圖 3-13-1 傳統 Heap Pump 電路圖 ............................................................................ 20

圖 3-15-1 傳統四級 Heap Pump 電路圖 .................................................................... 21

圖 3-16-1 改良之 Heap Pump 電路圖 ........................................................................ 21

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第一章 緒論

1-1 研究動機

在這全球都邁向高科技的世代裡,電子產業往往都是最被關注的,已經可

以說電子產業發達就是高科技國的代表,而台灣的電子業近期蓬勃發展,電子

業在台灣可說是目前最具有經濟影響力的一種高科技產業,例如:數位電視、家

用電腦、PDA、各種電子家電等等的各種高科技電子產品,這些各式各樣的電子

產品的心臟就是所謂的電子 IC晶片,所以電子 IC晶片的發展就是更重要的一

個環節了,然而目前在各種電子 IC晶片上的供應電壓是以低電壓低耗損工率為

趨勢,像常見的 64Mb DRAM 、16Mb SRAM 、64Mb FLASH [1] 晶片上的供應電

壓都是 3.3V,而且隨著晶圓製程不斷的進步更新,IC上的供應電壓越來越低,

供應損耗越來越低,速度的要求也越來越快。

但是 IC 電路上有些部分的電路動作在目前為止,並沒有能夠很有效的以低

電壓來驅動,例如 EEPROM,或是 Flash memory 其寫入動作的電壓就必須要以

Vpp=12V 或 Vpp=12.5[1]的高壓來執行,另外一般 Driver IC 上的輸出驅動電壓,

像是 TFT-LCD Driver IC 也是需要數倍於供應電壓的高壓,我們的研究動機就

是研究使用 On Chip High Voltage Generation 的方式將 supply voltage 提升到數倍

之多,這種電路結構一般我們稱之為 Charge Pump 或是 Voltage Doubler,比較

著名的有 Dickson Charge Pump,從這個早期的電路的啟發,後來才陸陸續續的

衍生出各式各樣的 Charge Pump,其目的都是想要改良 Charge Pump 的 Pumping

gain,或者是成串接更多級的 Charge Pump 以提供更高的電壓,以便於應用在各

種的 On Chip High Voltage Circuit。

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1-2 研究目的

我們的研究目的就是把各種的 Charge Pump拿來研究與分析,其研究的內

容包含 Charge Pump 的倍壓電路、加上負載的 Charge Pump 的倍壓電路、Dickson

Charge Pump 的電路、New Charge Pump 的電路、CCTS 電路、傳統的 Heap Pump

電路,我們仔細的分析各的電路的電路特性,進而分析各種電路的差異加以分

析,然而我們最終的目標就是了解了各種的 Charge Pump 電路的特性優缺點,

電路的優點保留改善電路的缺點進而希望能自行創造出一種新型的 Charge

Pump。

1-3 專題報告架構

第一章 緒論

主要是在說明我們的研究動機與目的

第二章 Charge Pump 觀念概要

簡單的介紹一下最基本的倍壓電路的原理概念

第三章 各類 Charge Pump介紹與分析

在此章介紹各類 Charge Pump 的演進,並對各個電路加以分析

第四章 結論

敘述了我們做完此專題後的心得與感想

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第二章 Charge pump 觀念概要

2-1 基本Charge Pump介紹

Charge Pump 是能夠將供應電壓利用電路上的特點,將輸出的電壓提升到倍壓

於供應電源。因此,我們可以用幾個電子式的開關跟電容,就可以達到輸出電壓

倍壓於供應電源的結果,如圖 2-1-1 所示[2]。

圖 2-1-1 倍壓電路基本架構

2-2基本Charge Pump 原理分析

• ψ=1, =0

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– S1,S3接通,S2,S4 開路

– 此時稱為 Setup Time

– 因此電容 C 被充電至 VDD

• ψ=0, =1

– S1,S3 開路,S2,S4接通

– 此時 C上電壓為 VDD 稱 Pumping time

– VOUT=VDD(輸入電壓)+VDD(C上電壓)

• 我們可以簡單的分析得到 :

– (VOUT - VDD).C= VDD.C (2-2-1)

– VOUT =2.VDD (2-2-2)

2-3 加上負載之 Charge Pump 原理分析

若加上負載如圖 2-3-1 我們可以得到以下之導論

• ψ=1, =0

– S1,S3接通,S2,S4 開路

– 電容 C 被充電至 VDD

• ψ=0, =1

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– S1 , S3 開路, S2,S4接通

– 電容 C上電壓為 VDD,則VOUT =VDD (輸入電壓)+ VDD (C上電壓

)

• 但因電路上加上了負載我們由公式(Vout- VDD).C = V.C 分析得到:

– Q = C.V

– VDD.C = VOUT.Cout+( VOUT - VDD)C

– 2 VDD C= VOUT (C+ COUT)

– VOUT =OUTCC

C+ .2 VDD (2-3-1)

• 若是 COUT =C 則 VOUT = VDD 由式,可看出 OUTCC

C+ <1,因而得知

VOUT 一定無法達到 2 V

圖 2-3-1 加上負載之倍壓基本電路

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第三章 各類CHARGE PUMP 介紹與分析

3-1 Dickson Charge Pump介紹

Dickson Charge Pump 是一種最基本的 Charge Pump,主要是利用Diode

Like[3] [4] [5] [6]的方式,再加上兩個互補的脈波對電容交互 Pre Charge(Set up)-

Pumping Capacitor[3] [4]而達到倍壓的效果,如下圖 3-1-1。

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圖 3-1-1 Dickson Charge Pump 電路基本架構圖

3-2 Dickson Charge Pump 原理分析

• 當 ψ=0 時

– D1 ON,直至 C充電至 Vin-Vd(二極體上的電壓約為 0.7V)此

為 Node1上的電壓

• 當 ψ=1 (VDD) 時

– Node 1上的電壓變成 Vin+( VDD-Vd)

– 因為 = 0,所以此電壓會使 D2 ON,直到 Node 2上的 電壓變

成 Vin+( VDD-Vd) -Vd(第二個二極體上電壓)

• 依此類推當 ψ=1 時,經過 N級的電路

– VOUT =Vin+N.(VDD-Vd) -Vd (3-2-1)

• 若考慮雜散電容 CS 的影響

– VOUT =Vin+N.〔( CsCC+ ) VDD-Vd〕-Vd (3-2-2)

• 若再考慮負載的效應

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– VOUT =Vin+N.〔( CsCC+ ) VDD-Vd- CsC

I out+ .fOSC〕-

Vd (3-2-

3)

• (3-2-3)若要成立則下列公式要成立

– ( CsCC+ ) VDD-Vd-N. CsC

I out+ .fOSC>0

– 將 (1-6) 改寫為 VOUT = VO-IOUT.RS (3-2-4)

– VO = Vin+N.[( CsCC+ )VΦ-Vd]-Vd (3-2-5)

– Rs = CsCN+ .fOSC (3-2-6)

– VR = OSC

OUT

fI

.COUT = OSC

OUT

fV

.RL.COUT (3-2-7)

– 想要將VR漣波電壓降低的方法可以增加 fOSC 的頻率,或

者加大 COUT輸出電容

3-3 實際Dickson Charge Pump 原理分析

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圖 3-3-1將原本電路上的二極體改由 NMOS 電晶體替代

• 當 ψ= 0 時

– C1上的 V1= VDD , MD1=OFF .

• 當 ψ= VDD 時

– V1= VDD + (前一級V1 的電壓) =2 VDD .

– C2 經 MD2 被 VIN充電到 2 VDD , C2上的 V2=2 VDD , MD2 會 OFF

– V3=3 VDD 得VOUT =(N+1).Vin (3-3-1)

• 我們可由 CS , C , Vtn(臨限電壓)及 Clock速度 fOSC影響可得 :

– VOUT=Vin + N[ CsCC+ .Vψ-Vtn- CsC

I out+ .fOSC]-Vtn (3-3-2)

– △V=[ CsCC+ .Vψ – CsC

I out+ .fOSC ] (3-3-3)

• GV 是電壓增益應用於 Dickson Charge Pump上

– (GV = V△ -Vtn)>0 兩倍壓的條件

• Dickson Charge Pump Gaing.受到下列因素而使輸出電壓比理論值小

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– △V降低 , 另外 Vtn 要小 , 不然△V 也會降低

– 如圖 3-3-2

圖 3-3-2 Dickson Charge Pump級與級之間電壓輸出變動圖

3-4 NCP-1 ( New Charge Pump )介紹

New Charge Pump 電路只要是將Dickson Charge Pump 再加上 Charge Transfer

Switching ( CTS ) [5] [6]此電路元件,將Dickson Charge Pump 在脈波 Pulse Clock

交替間因為臨限電壓Vtn所造成的電壓損失作一個補償,而不會降低 Pumping

Voltage。

圖 3-4 加上 CTS 之 NCP-1 電路圖

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3-5 NCP-1 ( New Charge Pump )原理分析

• 此時的 Pumping Gain Voltage 變成 GV=V2-V1= V△

• 當 ψ=VDD 時

– V1= V2 , V3=2.△V

– VGS (MS2) =2.△V

• 讓 MS2 ON 的條件

– 2.△V>Vtn

• 比較 2.△V>Vtn (NPC-1) 及 (GV = V-Vtn)>0 (DCP)△

– 得知 NCP-1 比 DCP 更適合低電壓下操作

– 其節點輸出電壓變動,如圖 3-5-1

• 當 ψ= 0 時

– V2= V3 , V2-V1=2.△V

– VGS(MS2) =2.△V

• 讓 MS2 OFF 的條件

– 2.△V<Vtn

– VGS(MS2) =2.△V

• 但在 2.△V>Vtn 恆成立情況下,則 2.△V<Vtn 不可能同時成立

– 因此得知 MS2 不會完全截止

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– 造成 Node2 與 Node1 間有反向漏電流

圖 3-5-1 加上 CTS 之 NCP-1各級電壓變動圖

3-6 NCP-2 ( New Charge Pump-2 ) 介紹

NCP-2主要是在 CTS 下又加上了一個 NMOS與一個 PMOS,我們稱之為

Backward Control Switch ( BCS )跟 Forward Control Switch ( FCS ) [5] [6],它的

Pumping Gain 比之前的 DCP 跟 NCP-1 還要更加完善,其改善了 NCP-1 反向漏

電流的問題,因此幾乎不會有壓降的產生。

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圖 3-6-1 在 CTS 下加上 PMOS與NMOS元件之 NCP-2 電路圖

3-7 NCP-2 ( New Charge Pump-2 ) 原理分析

• 當 ψ= 1 時

– MN2 OFF,MP3 因為 Node3驅動 ON

– 2 V △ >VTP 而 MS3 ON

• 當 ψ= 0 時

– MP2 OFF,MS2 因為 Node1 的低壓而 OFF

– 2 V △ >VTN 而 MN2 ON

– 解決 NCP-1 的反向漏電流

但是 MS2 不管是在 ON 或是 OFF 時的訊號都必須經過 NMOS 或 PMOS 的延遲

傳送,因此 Node1與Node2 還是存在微小的反向漏電流,因此實際上還是會有

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為小的壓降產生。

3-8 NCP-3 ( New Charge Pump-3 ) 介紹

NCP-3主要是為了改善NCP-1與NCP-2 不能應用在多級電路上的缺點,再圖

3-6-1 的 NCP-2 電路中,MD5 的輸出電壓是要控制MS4 的導通與截止,當 ψ= 1

時,要導通MS4 的條件為 2.△V>Vtn(V4)+Vtn(MD5) [5] [6],由於 MD5上的

電壓較高,因此 MS4 可能會無法正常工作,如此將會限制最大輸出電壓的大小,

而使其無法在多級電路上工作,因此 NCP-3 是將NCP-2 的最後一級加上

Bootstrap Output stage,使其能夠在多級電路上工作。[5] [7]

圖 3-8-1將NCP-2 之 MD5 以 Cross-Couple Voltage Doubler代替之 NCP-3 電路圖

3-9 NCP-3 ( New Charge Pump-3 ) 原理分析

由於前述NCP-2 已有電路之分析,因此我們只分析 NCP-3 最後一級的動作,

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探討 Bootstrap Output stage[5][6]的動作原理。

• 當 = = 2.VDD

• 當 = 1, =0

– MB1 ON,MB2 OFF

– CB1充電至 VHH

• 當 = 0, =1

– MS4 ON

– △V+2VDD >VTN (V4)+ VTN (MD0)

3-10 CCTS-1 ( Cross-Coupled Charge Transfer Switch-1 ) 介紹

CCTS-1 是採用 Cross-Coupled 的電路技巧,以 Dual Pulse Clock交互對電容充

放電,如此將減少電容的漏電,使輸出電壓比較穩定,而且 CCTS 比較不會受

到 MOS 的臨限電壓大小的影響[7],在此同時其還能有效的防止MOS 的反向漏

電流,在多級串接時每一個 MOS 電晶體的 VDS ≤ V△ ,這樣就不會有 Break

down 的問題摟。

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•1φ

V •2φV

•2φ •

•2φ •

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圖 3-10-1 CCTS-1 電路圖

3-11 CCTS-1 ( Cross-Coupled Charge Transfer Switch-1 ) 原理分析

• ψ=1, =0

– △V >﹙ VGS(NTS4) - VTN(NTS4) , NTS4 ON

– 此低態電壓推動 VG(MP2)使 MP2 ON

– VCC 對 CPUMP 在 V(4)上開始充電至 VCC

– V(1)上的 CPUMP 已經充電到 VCC

– V(1)= VCC+Vψ

– V(1) - V(4) >Vψ>〔﹙VSG(PTS1) - VTP(PTS1)= V SG(PBS1) -

VTP(PBS1) 〕

– PTS1、PBS1 ON,NTS1、PTS4、PBS4 OFF

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– V(7)= VCC+Vψ

• ψ=0, =1

– 同理可知 NTS4、 PTS1、PBS1 OFF,NTS1、PTS4、PBS4 ON

– V(7)= VCC+Vψ

– 因此得知 V(7)在 ψ=1 或 ψ=0其輸出電壓都在 VCC+Vψ

3-12 CCTS-2 ( Cross-Coupled Charge Transfer Switch-2 ) 介紹

若要將電路應用在多級串接上,前述的 DCP、NCP-1、NCP-2、CCST-1 都不適用

這些電路都會因為 Body Effect 的影響而使最高輸出電壓受到壓抑,因此在此將

CCST-1 的 NTS( NMOS Transfer Switch )加上NBS( NMOS Bulk Switches )[7],

將其輸入級改成與輸出級互補對稱的 NMOS with VBB,如此能將 Body Effect減

低,能更有效的防止反向漏電流所造成的 gain loss。

但由於此電路有製程上的問題,所以並無法真正的作出此電路[8]。

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圖 3-12-1 CCTS-2 電路圖

3-13 傳統 Heap Pump介紹

此電路是以 Single Clock 來驅動 Charge Pump,但它只能用於電壓要求不高,

串接電路在四級左右的電路,但其效率很高接近 90%,且電路簡單,如圖 3-13-

1。

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圖 3-13-1 傳統 Heap Pump 電路圖

3.14 傳統 Heap Pump 原理分析

• 當 ψ=1 時

– M2 ON,MP3 OFF,輸出端為低態電壓

– 此低態電壓推動 VG(MP2)使 MP2 ON

– VDD 對 CP充電至 VDD

• 當 ψ=0 時

– M2 OFF,MP3 ON,輸出端為高態電壓

– 此高態電壓推動 VG(MP2)使 MP2 OFF

– Vi串聯在 VCP , VCP=VDD

– VO=2.VDD

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3-15傳統四級Heap Pump 原理分析

圖 3-15-1 為四級的傳統 Heap Pump 電路,分析如下

• 當 ψ=1 時,setup state

– VDD 對 CP充電至 VDD → VO(4)= VDD

– VPP上的電壓開始對 CG 充電→ VG(MO1)= VDD ,此時 MO1 OFF →

VD(MW2)= VPP

– VG(MO2)= VO(4)= VDD, MW2 OFF,此時 MW1 ON →使 VS(MW1)= VPP

– 此最高態正電壓提供給MO1、MO2 的 Bulk端偏壓,減少 Body

Effect 的影響

• 當 ψ=0 時,pumping state,此時每一級的 CP串聯在一起

– VO(4)= 5.VDD , VG(MO1)= VPP- VDD , VG(MO2)= VO(4) = 5.VDD

– MO2 OFF → VS(MO1)= VO(4) = 5.VDD > VG(MO1)= VPP-VDD

– 此時, VO(4)= 5.VDD順利經由 MO1傳送至 VPP端

– VO(4) = 5.VDD >前一次的 VPP 下,MW2 ON,MW1 OFF → VS(MW2)=

5.VDD

– 此最高態正電壓提供給MO1、MO2 的 Bulk端偏壓,減少 Body

Effect 的影響

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圖 3-15-1 傳統四級Heap Pump 電路圖

3-16 改良之 Heap Pump介紹

此改良電路與原本Heap Pump 所不同之處如圖 3-16-1,是將輸入元件M3

PMOS 改成 M3 NMOS,理由是 NMOS除了有較快速的電子載子,元件面積可

大幅減少及較佳的 Power consumption 外,最重要的原因是 ENMOS 它能有效的

阻止接面上的反向漏電流。

圖 3-16-1 改良之 Heap Pump 電路圖

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3-17 改良之 Heap Pump 原理分析

• ψ=1 時

– M2 ON,MP3 OFF,輸出端為低態電壓

– 此低態電壓推動 VG(MP2)使 MP2 ON

– VDD 對 CP充電至 VDD

• ψ=0 時

– M2 OFF,MP3 ON,輸出端為高態電壓

– 此高態電壓推動 VG(MP2)使 MP2 OFF

– Vi串聯在 VCP, VCP=VDD

– VO=2.VDD

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第四章 結論

4-1 研究心得

我們研究和探討電路的每一種特性功能,從最傳統原始的(1)倍壓基本電路

→(2)加上負載的 Charge Pump 電路→(3)Dickson Charge Pump 電路→(4)NCP-

1(New Charge Pump-1)電路→(5)NCP-2 電路→(6)NCP-3 電路→(7)3級串聨

CCTS-1 電路→(8)三級串聯 CCTS-2 電路→(9)傳統的 Heap Pump單級電路→(10)

傳統的 4級Heap Pump→ (11)改良之 Heap Pump

從這些電路中察覺到其實它們之間都是有關聯性的,像是(3)電路因為受到了

GV(級與級之間的電壓增益)和△V(電壓變動值)影響使得效能不能達到顛峰狀態,

因而發展出(4)電路,但是(4)電路又有缺點所以便又發明出(5)電路,就這樣層層

遞進、一點一點地慢慢修正到最完整電路,不過仔細推敲和探索可以得知其實每

一個電路之間的變化是很微小的,就像是在旁邊加上一顆負載電容或是多接上

幾顆Diode 而已就能夠改變它的電路特性並且是工作效能提升到最完美的境界。

其實研究這 11 個電路可以發現每一個電路幾乎都是以 Dickson Charge Pump

電路為基礎而下去進行改變、擴充並且調整它們之間的電壓增益值或是 MOS 的

臨限電壓等等之類的因素。我們研究升壓電路主要目的是如何把要把電壓升級到

倍壓而不會影響到整個電路的整體效能,我們研究的這些電路題材取自於 2002

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年中興的碩士論文,由於這些電路是算新發明出來的所以還是有一些沒有被應

用在科技上,不過在未來幾年之後,相信它一定可以再科技應用上大放異彩。

參考文獻

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14 張清文,蔡佩珊編注, Spice 電子電路模擬,鼎茂圖書出版公司, May.2001.

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