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一種應(yīng)用于AMOLED顯示驅(qū)動(dòng)的電荷泵系統(tǒng)

2020年電子技術(shù)應(yīng)用第10期

宇躍峰1，尹勇生1，謝熙明1，權(quán) 磊2，賈晨2

1.合肥工業(yè)大學(xué) 微電子設(shè)計(jì)研究所教育部IC設(shè)計(jì)網(wǎng)上合作研究中心，安徽合肥230601； 2.深圳清華大學(xué)研究院，廣東深圳518057

摘要： UMC 80 nm工藝，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于AMOLED顯示驅(qū)動(dòng)的電荷泵系統(tǒng)。為了滿足AMOLED顯示驅(qū)動(dòng)在不同輸出電壓情況下保持電源效率高于70%的要求，本設(shè)計(jì)中泵電路采用多輸入電源結(jié)構(gòu)，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(fù)載下輸出電壓紋波小于10 mV，采用雙邊對(duì)稱的泵電路結(jié)構(gòu)。為了保持輸出電壓的穩(wěn)定性，整個(gè)系統(tǒng)采用PSM調(diào)制方式。對(duì)電路進(jìn)行Spectre仿真，在1 μF泵電容以及2.2 μF輸出電容，負(fù)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%。

關(guān)鍵詞： 電荷泵電源管理多輸入電源對(duì)稱結(jié)構(gòu)泵電路

中圖分類號(hào)： TN432
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(yīng)用于AMOLED顯示驅(qū)動(dòng)的電荷泵系統(tǒng)[J].電子技術(shù)應(yīng)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(dāng)前，隨著AMOLED顯示技術(shù)的高速發(fā)展，AMOLED屏幕逐漸成為手機(jī)、平板、智能手環(huán)等顯示方案的主流選擇。AMOLED驅(qū)動(dòng)芯片在上述移動(dòng)設(shè)備中應(yīng)用時(shí)，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(kāi)啟和關(guān)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(qū)動(dòng)芯片中電源產(chǎn)生高電壓的首選。對(duì)于1080p分辨率的AMOLED屏幕，需要電荷泵提供8 mA的負(fù)載電流。此外，驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)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(nèi)。單支路的電荷泵在提供8 mA負(fù)載時(shí)輸出電壓將產(chǎn)生比較大的電壓紋波，從而無(wú)法滿足AMOLED驅(qū)動(dòng)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(fù)載電流下產(chǎn)生低電壓會(huì)降低輸出功率，從而會(huì)降低電源效率。

本文針對(duì)AMOLED驅(qū)動(dòng)芯片的需求，設(shè)計(jì)一種電荷泵系統(tǒng)。為了滿足低紋波的要求，本設(shè)計(jì)采用對(duì)稱的雙邊結(jié)構(gòu)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(kāi)關(guān)管，并且添加襯底調(diào)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(yīng)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(quán) 磊2，賈晨2

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 微電子設(shè)計(jì)研究所教育部IC設(shè)計(jì)網(wǎng)上合作研究中心，安徽合肥230601；

2.深圳清華大學(xué)研究院，廣東深圳518057)

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