The design method of integrated charge pumps for low amplitude ripple in nanometer CMOS technologies

Andrzej Grodzicki

Abstract

This dissertation presents results of a research on integrated charge pumps for an on-chip voltage conversion. The main focus of this work was charge pump architectures characterized by low output voltage ripple amplitude. Practical aspects and usability of such charge pump in modern microelectronic industry were the main motivation. This work provides also a help for integrated circuit designers working on low ripple charge pumps. Solutions reported in professional literature and existing in microelectronics industry were initially studied in details. Their pros and cons were analyzed. Based on this knowledge a novel improved charge pump architecture has been proposed. Its analytical model has been created as well. In addition, a low ripple charge pump design methodology has been presented. The proposed architecture along with the design methodology were verified in practice. The integrated circuit prototype was designed and fabricated in UMC 130 nm technology process. According to the prototype measurement results, the proposed architecture improvements enable a significant pump output voltage ripple reduction. The results were also compared with existing data on other conventional pump architectures. The proposed architecture is an alternative for other architectures and it is believed to be broadly used in commercial microelectronic applications.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Andrzej Grodzicki (WEiTI / IMiO)
Andrzej Grodzicki
- Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Tytuł w języku polskimMetoda projektowania zintegrowanych pomp ładunkowych o małej amplitudzie tętnień w nanometrowych technologiach CMOS
Językpl polski
Jednostka dyplomującaWydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Dyscyplina naukielektronika / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data obrony05-04-2016
Data zakończenia 26-04-2016
Promotor Witold Pleskacz (WEiTI / IMiO)
Witold Pleskacz
- Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki
Recenzenci wewnętrzni Adam Abramowicz (WEiTI / ISE)
Adam Abramowicz
- Instytut Systemów Elektronicznych
Recenzenci zewnętrzni Zygmunt Ciota - [Politechnika Łódzka (PŁ)]
Zygmunt Ciota
-
- Politechnika Łódzka
Wyróżnienietak
Paginacja 225
Słowa kluczowe w języku polskimxxx
Słowa kluczowe w języku angielskimxxx
Streszczenie w języku polskimNiniejsza praca zawiera wyniki badań nad zintegrowanymi pompami ładunkowymi służącymi do konwersji napięć wewnątrz układu scalonego. Główny nacisk położony został na poszukiwanie architektury pompy ładunkowej o niskiej amplitudzie tętnień napięcia wyjściowego. Skupiono się na aspektach praktycznych i możliwości zastosowania wyników dla rozwiązywania jednego z istotnych zagadnień współczesnej mikroelektroniki. Praca ma stanowić pomoc dla projektantów zajmujących się pompami ładunkowymi o niskiej amplitudzie tętnień. W tym celu przeanalizowano dotychczasowy stan wiedzy. Omówiono wady i zalety znanych rozwiązań. Na tym tle zaproponowano nową, znacznie ulepszoną architekturę pompy ładunkowej. Opracowano również model teoretyczny uwzględniający podstawowe parametry zaproponowanej architektury. Dodatkowo opracowano metodę wspomagającą projektowanie pomp ładunkowych o niskiej amplitudzie tętnień napięcia wyjściowego. Celem weryfikacji zarówno nowej architektury, jak i zaproponowanej metody projektowania wykonano układ prototypowy w technologii CMOS 130 nm. Praca zawiera opis procedury pomiarowej i wyniki pomiarów prototypu. Otrzymane wyniki potwierdziły słuszność przyjętych założeń. Dzięki zastosowaniu zaproponowanych usprawnień tętnienie napięcia dostarczanego przez układ prototypowy zostało w znacznym stopniu zmniejszone. Porównano otrzymane wyniki pomiarów z parametrami pomp ładunkowych występujących w literaturze. Przedstawiona w niniejszej pracy architektura stanowi alternatywę dla dotychczas znanych typów pomp ładunkowych i z pewnością znajdzie zastosowanie w praktycznych aplikacjach.
Plik pracy
Grodzicki-rozprawa.pdf 16.8 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót