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电荷泵是LCD驱动设计中的关键和难点之一。LCD属消费类电子,常用于便携式设备,这要求LCD驱动芯片具备低功耗、低成本的特点。另外,应用于LCD驱动的电荷泵具有很大的容性负载且具有很大的动态范围,同时,CSTN-LCD的驱动机制又要求驱动波形具有很快的建立时间。所以,应用于CSTN-LCD驱动中的电荷泵电路具有以下特殊要求:1)高驱动能力;2)高效率;3)低面积开销。
本文在基于Hi-Fas扫描方式的CSTN-LCD驱动系统的应用背景下,定义了电荷泵的设计指标,在详细分析和对比五种基本电荷泵的性能之后,基于GSMC0.18um±9VCMOS三阱工艺,设计了一种可分时产生正、负压的电荷泵电路。该电荷泵采用共享耦合电容的结构并结合了一种新的衬底偏置技术,在较小的面积代价下,可达到较强的驱动能力和较高的效率。测试结果表明,该电荷泵在1mW的输出功率下,效率可达到60%,而电路面积仅为0.51mm2。
考虑到降成本是未来CSTN驱动IC发展的难点和热点,论文将Dickson电荷泵和Cross-Coupled电荷泵优点相结合,基于GSMC0.18um±9VCMOS三阱工艺,又设计了一种电荷泵--伪交叉耦合电荷泵(电荷泵Ⅱ),在保证与电荷泵Ⅰ具有相当的驱动能力和效率的情况下,进一步将电荷泵面积减小到电荷泵Ⅰ的1/4。仿真结果显示,在1.5mW的输出功率下,其输出电压可达18V,效率可达到60%,而电路面积仅为0.13mm2。该电荷泵的设计达到了预期设计的目的并即将进入流片验证阶段。
文章最后设计了一种能够根据系统需求分时钳位正、负高压的稳压器。该稳压器采用了共用电阻串和VCO的技术方案,即节省了芯片面积又提高了输出电压的对称性;采用了频率和电流双模反馈控制技术,能够很好的抑制电荷泵输出电压纹波。该稳压器在电荷泵Ⅰ设计中通过流片验证。