随着电子技术的不断发展,电源管理技术在各种电子系统中得到了充分应用。而直流-直流变换器(DC-DC)则是其中应用最多的一种。直流-直流变换器可以分为三类:线性调压器(LDO),电感型开关变换器(又称开关电源)和开关电容变换器(又称电荷泵)。在这三者中,开关电容变换器以其高效率,EMI小,体积小的特点在便携式产品和中小功率应用场合得到了广泛的应用。所以本文就开关电容变换器开展了深入的研究。根据应用环境的不同,开关电容变换器又有单级和多级之分,本文分别就这两类开关电容变换器进行分析与设计。在单级开关电容变换器的研究中,设计了一种基于变频调制(VFM)的新型系统,通过自动调节系统的时钟频率使之在很大负载范围内保持了高效率和低纹波的特性。单级系统在TSMC的0.35um混合信号CMOS工艺下设计并完成流片,芯片面积为1.5mm×1.5mm。仿真与测试结果表明提出的设计目标已实现,VFM模式跟随负载变化调节系统时钟频率的控制策略很好地克服了传统控制策略的缺点,使得系统在保持高效率的同时能保持很低的纹波。而在多级开关电容变换器研究中,提出了用普通的单阱工艺来设计一个低成本高效率,具有较大电流驱动能力的单片多级开关电容变换器。针对系统目标,采用了一种交叉耦合的全PMOS结构的新型升压单元,并通过多级系统的建模分析了系统的电流驱动能力和系统效率,建立了一个三级的开关电容变换器系统。整个系统在TSMC的0.35um混合信号CMOS工艺下完成,使用CADENCE的Spectre仿真器进行了仿真验证。仿真结果表明,提出的设计目标已实现,采用普通工艺的系统能够避免系统内高压的影响,同时在多种输入电压情况下,系统均能使得每级的电压增益高达96%以上。