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目前,中国的手机制造业迅猛发展,全世界每四部手机中就有一部是中国制造。手机都是使用电池作为电源的,因此管理好电池的使用,可以延长电池的寿命,提高使用效率,获得更经济的利益。手机的LCD彩屏需要高亮度的白光LED作为背光源,白光LED需要稳定的4.5V工作电压或恒定的电流。如果工作电压下降,会影响白光LED的亮度,LCD彩屏的显示效果就不理想、颜色也不鲜明了。正因为如此白光LED的电源端不能直接到电池上,因为电池一旦被使用,电压就开始递减,影响使用效果。所以在电路设计上需要使用一个升压型的电荷泵,把递降的电压在一段较长的时间内稳定在4.5V。
电荷泵是一种DC-DC转换器,它利用时钟脉冲,控制电容的充放电,实现将能量由输入传给负载的高效传输。本文完成了手机背光驱动电荷泵电路的晶体管级电路设计以及物理版图布局设计。
本电荷泵为电容式电荷泵,无需电感,因而不存在电磁噪声。电路包括六大模块电路:带隙基准、比较器、开关电路、温度保护、振荡器、控制电路。为了追求良好的电路性能,对其内部的单元电路进行了若干创新设计。这些设计经理论分析和计算机仿真,证明是行之有效的。
本文设计的控制电路由电平位移电路与开关缓冲电路结合而成,保证了电荷泵中的开关晶体管工作在非交叠的方式下,抑制消耗功率以及会造成金属线可靠性问题的短路电流。双电容振荡器克服了标准振荡器有两个阈值而很难获得理想的50%占空比的不足之处,增加了电容电压摆幅、改进占空比。温度保护电路采用温度滞后系统,使电路拥有两个温度保护点,克服单温度保护点电路易受温度误触动的缺点。版图布局时,开关阵列MOS管采用waffle类型,大大减小了占用芯片的面积。
对电荷泵电路的全局仿真结果表明,所设计的电荷泵基本符合设计要求。