一種應用于AMOLED顯示驅動的電荷泵系統
2020年電子技術應用第10期
宇躍峰1，尹勇生1，謝熙明1，權 磊2，賈 晨2
1.合肥工業大學 微電子設計研究所 教育部IC設計網上合作研究中心，安徽 合肥230601； 2.深圳清華大學研究院，廣東 深圳518057
摘要： UMC 80 nm工藝，設計了一種應用于AMOLED顯示驅動的電荷泵系統。為了滿足AMOLED顯示驅動在不同輸出電壓情況下保持電源效率高于70%的要求，本設計中泵電路采用多輸入電源結構，并在不同路徑上使用不同類型的MOS管。為了保障電路在8 mA負載下輸出電壓紋波小于10 mV，采用雙邊對稱的泵電路結構。為了保持輸出電壓的穩定性，整個系統采用PSM調制方式。對電路進行Spectre仿真，在1 μF泵電容以及2.2 μF輸出電容，負載電流為8 mA情況下，各種輸出電壓情況下的電壓紋波最大為1.2 mV，電源效率最低為70%，峰值效率為83.6%。
中圖分類號： TN432
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200081
中文引用格式： 宇躍峰，尹勇生，謝熙明，等. 一種應用于AMOLED顯示驅動的電荷泵系統[J].電子技術應用，2020，46(10)：51-56.
英文引用格式： Yu Yuefeng，Yin Yongsheng，Xie Ximing，et al. A charge pump system applied to AMOLED display drive[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(10)：51-56.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200081
中文引用格式： 宇躍峰，尹勇生，謝熙明，等. 一種應用于AMOLED顯示驅動的電荷泵系統[J].電子技術應用，2020，46(10)：51-56.
英文引用格式： Yu Yuefeng，Yin Yongsheng，Xie Ximing，et al. A charge pump system applied to AMOLED display drive[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(10)：51-56.
A charge pump system applied to AMOLED display drive
Yu Yuefeng1，Yin Yongsheng1，Xie Ximing1，Quan Lei2，Jia Chen2
1.Institute of VLSI Design，IC Design Web-cooperation Research Center of MOE，Hefei University of Technology， Hefei 230601，China； 2.Research Institute of Tsinghua University in Shenzhen，Shenzhen 518057，China
Abstract： Based on the UMC 80 nm process, a charge pump system for AMOLED display drive is designed. In order to ensure that the output voltage ripple of the circuit is less than 10 mV under 8 mA load, this design adopts bilateral symmetric pump circuit structure. In order to maintain the power efficiency above 70% under different output voltages, the pump circuit in this design uses a multi-input power supply structure. In order to maintain the stability of the output voltage, the entire system in this design uses PSM modulation. Hspice simulation of the circuit, in the case of 1 μF pump capacitor and 2.2 μF output capacitor, the load current is 8 mA, the output voltage ripple is 1.2 mV and the power supply efficiency is at least 70% under various output conditions,83.6% peak efficiency.
Key words : charge pump；power management；multiple-input power supply；symmetric pump circuit
0 引言
當前，隨著AMOLED顯示技術的高速發展，AMOLED屏幕逐漸成為手機、平板、智能手環等顯示方案的主流選擇。AMOLED驅動芯片在上述移動設備中應用時，需要滿足高集成度，低功耗等要求。由于AMOLED屏幕像素電路的開啟和關斷需要較高的電壓，電荷泵電路的升降壓靈活以及集成度高的特性使其成為顯示驅動芯片中電源產生高電壓的首選。對于1080p分辨率的AMOLED屏幕，需要電荷泵提供8 mA的負載電流。此外，驅動芯片產生的驅動電壓將直接影響顯示精度和效果，為了不影響顯示效果，輸出電壓紋波需降低至10 mV之內。單支路的電荷泵在提供8 mA負載時輸出電壓將產生比較大的電壓紋波，從而無法滿足AMOLED驅動芯片的顯示要求。此外，AMOLED在不同顯示情況下所需要的電壓也有所不同，采用固定輸入功率的電荷泵在相同負載電流下產生低電壓會降低輸出功率，從而會降低電源效率。
本文針對AMOLED驅動芯片的需求，設計一種電荷泵系統。為了滿足低紋波的要求，本設計采用對稱的雙邊結構電荷泵電路。為了滿足較高電源效率的要求，泵電路在高電壓和低電壓的傳輸路徑中分別采用PMOS和NMOS作為開關管，并且添加襯底調整電路解決漏電流的損耗，以及利用不同的輸入功率匹配相應的輸出功率。
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作者信息:
宇躍峰1，尹勇生1，謝熙明1，權 磊2，賈 晨2
(1.合肥工業大學 微電子設計研究所 教育部IC設計網上合作研究中心，安徽 合肥230601；
2.深圳清華大學研究院，廣東 深圳518057)
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