应用于安全SRAM的高效率电荷泵的优化与设计

摘要

SRAM 具有高速、低功耗等特点，受到了广泛地应用。然而，SRAM作为一种挥发性存储器，断电后在低温下存在着数据残留，这样就带来了安全隐患。为了解决这个问题，本文提出了安全性SRAM的设计，即在通用SRAM中集成一个自建电源模块，当检测到系统掉电时，就会自动完成对SRAM内部数据的改写。自建电源需要产生一个7.5V的高压来提供能量，因此需要设计一个片上集成的电荷泵电路。
　　 本文依照安全SRAM的系统要求，设计了适用的电荷泵系统，包括电荷泵、振荡器和非交叠时钟产生电路。该电荷泵结构既有四相位Dickson的高驱动能力，又有倍压器高电压增益、高转换效率的特点。本文按照安全SRAM系统需求确定了电荷泵的级数、泵电容、输出电容和时钟频率等结构参数，阐述了电荷泵的工作原理和结构特点，并详细地分析了电荷泵的输出电阻、功耗和转换效率等关键性能参数。
　　 为了进一步提高效率，本文在仔细分析后提出了优化方案。
　　 最后，本文完成了各个子电路和电荷泵系统的仿真，并进行了倍压器和本文电荷泵的输出电压和转换效率的对比仿真。仿真结果显示，振荡器提供了频率为1.92MHz，占空比为46.2%的输出方波信号，电荷泵提供了7.465V的输出电压。同时，本文的电荷泵比倍压器的输出电压高出0.12V 左右，效率提高了8%左右。最后，本文采用上海华虹NEC的0.25μm CMOS工艺实现了该设计，给出了安全SRAM系统的版图。