第一章 緒論
1.1 研究背景
「科技始終來自人性。」為了增加生活的便利性，不同功能的電子產品不斷 的推陳出新。電子產品像是手機、相機、平板電腦等設備是由許多的積體電路晶 片構成，不同種類的積體電路晶片便需要不同的供應電源。在固定供應電源的情 形下，需要電源轉換電路執行供應電源的轉換予不同晶片使用。隨著科技的日新 月異與市場需求，電子產品趨向輕薄方便且多功能的發展。隨著電子產品越來越 多功能的情況下，電源轉換控制也越來越重要。在製程技術漸趨先進，電子產品 漸輕薄的狀態下，能提供準確的電壓轉換電路便是一個重要課題。
1.2 文獻探討
升壓電路（charge pump）是一種開關模式轉換器[1]-[3]。它可用於提供高於偏 壓電源或極性相反的電壓。實現升壓電路的方式，有使用低偏壓電源 CMOS 電晶 體實現交互耦合（cross-coupled）升壓電路[4]，或使用微機電（micro electro mechanical systems，MEMS）特殊製程為基底實現[5]。這些升壓電路的共通點皆 是能提供數倍於偏壓電源的電壓。比較著名的是迪克森升壓電路（Dickson charge pump）[6][7]，使用二極體作為開關配合電容達成升壓的目的。改良的迪克森升壓 電路使用電晶體取代二極體作為開關使用[8]。迪克森升壓電路之所以著名是因為 設計者能選擇串聯不同階數的開關與電容獲得更高的輸出電壓。
Hwu在2010年與2012年提出了KY升壓轉換器[9][10]，由KY轉換器結合傳統的 同步整流（synchronously rectified，SR）升壓轉換器構成。有別於同步整流升壓轉 換器，KY升壓轉換器的電感具有連續的輸入與輸出電感電流，且具有較大的電壓 轉換範圍，由於他們的負載直接附掛於轉換電路的輸出而導致較大的輸出漣波。
Yang在2007年提出了前饋脈寬調變（feed-forward pulse width modulation，
FFPWM）技術實現的電源轉換器[11]，當供應電源大於或小於系統需求時能提供 良好的電壓調節率（line regulation）。Luo在2010年提出數位三模自適應輸出升降壓 電源轉換器[12]，在電路操作於啟動、穩態與動態電壓調整等三種模式時避免閂鎖
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問題，並最小化漏電流達到低功率操作與高電源轉換效率。Richelli在2012年提出 DC/DC電源升壓技術[13]，能將非常低的電壓（100mV）轉換成1.2 V的電壓輸出。
在[11]-[13]三篇文獻中，升壓電路的電感直接連接輸入訊號，當電感儲存足夠的磁 能進行電源轉換，會導致較慢的暫態響應。
Le在2011年提出了DC/DC開關電容（switched capacitor）轉換器[14]，而Sanders 也在2013年引用了Le提出的架構進行改良[15]，採用簡化的閘極驅動器能支援數個 電源轉換電壓輸出，而電路的設計理念在於最大限度的提高電源轉換效率與高功 率密度，但與其他文獻比較，轉換效率還是稍顯不足。傳統的開關電容轉換電路 為了減小電路面積而捨棄電感的使用[16]。Lee在2006年提出自動升壓控制架構實 現電源轉換電路[17]，使用自動電流控制架構與自動頻率控制架構組成，藉由調整 前者的升壓驅動電流大小來降低輸出漣波。Kwan在2013年提出數位控制雙模開關 電容轉換器[18]，當輕負載時選用脈衝省略模式（pulse skipping mode，PSM），重 負載時則選用頻率調製模式（frequency modulation mode，FMM）。
此外，傳統的電感升壓轉換電路會有過大的輸出漣波[19]-[21]，一旦負載電流 越 大， 則輸出漣 波越大， 會 對控 制電路或感測用 的運算放大器（ Operational Amplifier，OPAMP）產生不好的效果甚至故障。為了克服以上缺陷，Hwang提出 了 自 我 調 適 型 斜 率 產 生 器 搭 配 遲 滯 電 壓 比 較 技 術 成 功 將 輸 出 漣 波 限 制 在
mV 2 .
19 ，轉換效率高達90.99% [22]。
1.3 研究動機
電源轉換電路中大多會使用到升壓電路，作為供應電源升壓的部份，配合後 級電路控制電源轉換後的輸出電壓。而轉換後的電壓會有偏差，也就是輸出漣波，
不同的負載會有不同的輸出漣波，一旦輸出漣波過大的話，電源轉換便不準確。
在本文中我們主要針對輸出漣波的部份實現電路，並不需要獲得高輸出電壓，所 以我們僅使用由電容與二極體組成的基本升壓電路。為了實現準確的電源轉換，
我們使用了遲滯比較器實現遲滯控制升壓電源轉換電路[23]，並針對不同負載分析 設計電路。
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1.4 論文章節組織架構
第一章為緒論，介紹本論文的研究背景、研究動機，並說明升壓電路與實現 電源轉換電路的方法。
第二章說明升壓電路理論，介紹基本升壓電路，並說明附掛負載後對於輸出 訊號的影響。
第三章分析遲滯控制升壓電源轉換電路，依序介紹遲滯控制升壓電源轉換電 路各子電路工作情形。
第四章我們呈現遲滯控制升壓電源轉換電路的佈局前模擬結果與實現成晶片 後的佈局後模擬結果，以及晶片量測的環境與量測結果。
第五章將探討本研究的結論與未來可行的研究方向。
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