近年来,由于微型电子智能终端的快速发展,对电源管理类芯片有了更高的需求和性能要求。电荷泵由于其不需要电感、易于集成、低电磁干扰和外围电路简单等优点慢慢成为了电源管理类芯片的热门研究对象,并朝着体积小、效率高、功耗低、具有快速瞬态响应等方向发展。现阶段提高电荷泵快速瞬态响应的研究主要集中在频率控制和相位控制两个方面,但仅使用这两种控制方式存在着电荷泵可调整的负载变化范围十分有限的问题。针对于这一问题,本文在基于压控振荡器的频率控制模式来提高电荷泵快速瞬态响应基础上,做了如下工作:首先,提出了转换倍率为1/16、1/8、3/16…到1的具有16个转换倍率的电荷泵方案,将电荷泵发生大的负载变化时的输出电压用进行倍率转换的方式进行调节。该电荷泵基于转换倍率为1/2和1的电荷泵单元,采用4级级联的方式,当检测到负载变化引起的输出电压欠冲或过冲超出频率控制模式可调整的范围时,电荷泵的转换倍率依次增加1/16或减少1/16,直至电荷泵的输出电压值落在频率控制模块可调的范围内,然后在频率控制模块的作用下可使输出电压稳定在基准电压附近。此方法增加了电荷泵可调整的负载变化范围。其次,提出了当电荷泵的负载由轻负载变为重负载时,相位控制模块工作使电荷泵时钟信号由8相位变成4相位,以增加电荷泵的输出电压纹波,占空比由50%变为62.5%,以减少快开关损耗的方法。该方法进一步加快了电荷泵负载由轻负载变为重负载的快速瞬态响应。电荷泵在没有负载变化以及输出电压稳定后,时钟相位以8相位、占空比为50%的模式工作。最后,在完成关键子模块的理论分析和设计后,基于TSMC-0.18um工艺利用Cadence软件对电荷泵电路进行了不同控制模块及不同负载变化的快速瞬态响应仿真。仿真结果显示,负载由0.5m A变化为240m A时,电荷泵的转换倍率增加了1/8,瞬态恢复时间为180.2ns;负载由240m A变为0.5m A时,点荷泵的转换倍率减少了1/8,瞬态恢复时间为161.1ns。电荷泵轻负载时的输出电压纹波低于1m V,重负载时电荷泵的输出电压纹波低于10m V。电荷泵的峰值转换效率可达89.9%。该仿真结果有效的验证了电荷泵倍率转换模块的加入增加了电荷泵可调整的负载变化范围,相位控制模块对于时钟占空比的调整加快了电荷泵的快速瞬态响应。