一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统
2020年电子技术应用第10期
宇跃峰1，尹勇生1，谢熙明1，权 磊2，贾 晨2
1.合肥工业大学 微电子设计研究所 教育部IC设计网上合作研究中心，安徽 合肥230601； 2.深圳清华大学研究院，广东 深圳518057
摘要： UMC 80 nm工艺，设计了一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统。为了满足AMOLED显示驱动在不同输出电压情况下保持电源效率高于70%的要求，本设计中泵电路采用多输入电源结构，并在不同路径上使用不同类型的MOS管。为了保障电路在8 mA负载下输出电压纹波小于10 mV，采用双边对称的泵电路结构。为了保持输出电压的稳定性，整个系统采用PSM调制方式。对电路进行Spectre仿真，在1 μF泵电容以及2.2 μF输出电容，负载电流为8 mA情况下，各种输出电压情况下的电压纹波最大为1.2 mV，电源效率最低为70%，峰值效率为83.6%。
中图分类号： TN432
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200081
中文引用格式： 宇跃峰，尹勇生，谢熙明，等. 一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200081
中文引用格式： 宇跃峰，尹勇生，谢熙明，等. 一种应用于AMOLED显示驱动的电荷泵系统[J].电子技术应用，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
当前，随着AMOLED显示技术的高速发展，AMOLED屏幕逐渐成为手机、平板、智能手环等显示方案的主流选择。AMOLED驱动芯片在上述移动设备中应用时，需要满足高集成度，低功耗等要求。由于AMOLED屏幕像素电路的开启和关断需要较高的电压，电荷泵电路的升降压灵活以及集成度高的特性使其成为显示驱动芯片中电源产生高电压的首选。对于1080p分辨率的AMOLED屏幕，需要电荷泵提供8 mA的负载电流。此外，驱动芯片产生的驱动电压将直接影响显示精度和效果，为了不影响显示效果，输出电压纹波需降低至10 mV之内。单支路的电荷泵在提供8 mA负载时输出电压将产生比较大的电压纹波，从而无法满足AMOLED驱动芯片的显示要求。此外，AMOLED在不同显示情况下所需要的电压也有所不同，采用固定输入功率的电荷泵在相同负载电流下产生低电压会降低输出功率，从而会降低电源效率。
本文针对AMOLED驱动芯片的需求，设计一种电荷泵系统。为了满足低纹波的要求，本设计采用对称的双边结构电荷泵电路。为了满足较高电源效率的要求，泵电路在高电压和低电压的传输路径中分别采用PMOS和NMOS作为开关管，并且添加衬底调整电路解决漏电流的损耗，以及利用不同的输入功率匹配相应的输出功率。
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作者信息:
宇跃峰1，尹勇生1，谢熙明1，权 磊2，贾 晨2
(1.合肥工业大学 微电子设计研究所 教育部IC设计网上合作研究中心，安徽 合肥230601；
2.深圳清华大学研究院，广东 深圳518057)
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