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1、五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要（黑體小二）全文1.5萬(wàn)字左右 （小四）（300字左右）鎖相回路跟我們生活息息相關(guān)，目前較先進(jìn)的一類是可以用在機(jī)頂盒，數(shù)字電視，家庭網(wǎng)關(guān)，消費(fèi)應(yīng)用中的能帶來多種效益的可程序化的鎖相回路，鎖相回路在集成電路應(yīng)用方面功能越來越優(yōu)化和廣泛，………..。 可使用在各種類比及數(shù)位系統(tǒng)上，特別是電機(jī)的速度控制系統(tǒng)中, 能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)態(tài)精度很高的轉(zhuǎn)速控制，還有通訊架構(gòu)中的頻率再生器、無(wú)線通訊系統(tǒng)中的頻率合成器、及訊號(hào)解調(diào)系統(tǒng)，隨著超大集成電路制造技術(shù)不斷地進(jìn)步，目前的鎖相回路大部分還是單晶片系統(tǒng)設(shè)計(jì)(system on a chip design) 。所以鎖相

2、回路已成為繼運(yùn)算放大器之后，又一個(gè)用途廣泛的多功能集成電路。隨著便攜式電子大幅應(yīng)用,功率消耗變?yōu)橹饕目紤],本論文主要在提出低功率的鎖相回路。 關(guān)鍵詞 鎖相回路；低功率；相位誤差（3-5個(gè)） Abstract Flash memory cells require high voltage for program and erase operations. These high voltages are generated by charge pump circuits with low

3、supply voltage. Therefore charge pumping circuit is one of the most important peripheral elements in flash memory. In recent years, portable electronic products to meet the popular demand of embedded flash become the key interest of researches and memory design house. Using standard low-voltage logi

4、c IC process, no high voltage devices are available. This creates a problem for the conventional charge pumping circuit, which allows high voltage across transistor terminals. This thesis provides one new charge pump circuit to solve this issue. It uses serial connected capacitors to control voltag

5、e difference between device terminals to less than 2Vdd. The new circuit fabricated in single well process can provide the high voltage for Flash memory operation and does not suffer from junction or gate oxide breakdowns. In order to avoid body effect, PMOS devices are adapted, which allows body, d

6、rain and gate to be tired together to overcome body effect. Higher output voltage and higher efficiency of the new circuit configuration are demonstrated. Optimization of the channel width, stage and output voltage for various Flash cell operation are presented. Key words charge pump circuits; e

7、mbedded flash; gate oxide breakdown 目 錄（黑體小二） 摘要 （小四黑體） I Abstract (粗體：Times New Roman) II 第1章 緒論（小四黑體） 1 1.1 研究背景及意義 （宋體小四，行距18，只到第3級(jí)標(biāo)題，即□.□.□） 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求 1 第2章 升壓電路理論與回顧 3 2.1 升壓電路的基礎(chǔ) 3 2.1.1 MOS基本操作原理 3 2.1.2 MOS-diode基本操作原理 4

8、 2.2 狄克森升壓電路 5 2.2.1 狄克森升壓電路的架構(gòu)說明 5 2.2.2 狄克森升壓電路的操作說明 6 2.2.3 狄克森升壓電路的電性分析 6 2.3本章小結(jié) 10 第3章 新型升壓電路的最佳化與比較 20 3.1新型升壓電路的最佳化 20 3.1.1 傳導(dǎo)電晶體的寬度對(duì)改良式新型升壓電路的影響 20 3.1.2 輸出電流對(duì)互補(bǔ)式新型升壓電路的影響 21 3.1.3 電容大小與層級(jí)多寡對(duì)互補(bǔ)式新型升壓電路的影響 24 3.2 互補(bǔ)式新型升壓電路在低輸入電壓下的性能表現(xiàn) 26 3.3 本章小結(jié) 27 結(jié)論（小四黑體） 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝...

9、............................................................................................................................................30 II 第1章 緒論（黑體小二） 1.1 研究背景及意義 （黑體小三） （頁(yè)面設(shè)置：上下左右頁(yè)邊距分別為2.5cm、2.0cm、2.5cm、2.0cm。宋體小四，行距18磅，數(shù)字英文：Times New Roman）由于近年來，攜帶型個(gè)人電子產(chǎn)品，如手機(jī)、PDA等等急劇的增加，而這類的產(chǎn)品

10、通常必須具有即使關(guān)機(jī)數(shù)據(jù)也不會(huì)流失的特性。如此一來，使得閃存的使用率大幅提升，而于是降低使用電壓和增加電力使用效率的重要性便越來越高。 在本篇論文之中，將提出一種新型的升壓電路，使得在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體單井制程下的晶體管每一端點(diǎn)的電壓都可以避免接面崩潰或門極到通道崩潰的情形發(fā)生，并且可以應(yīng)用在快閃式內(nèi)存寫入或抹去時(shí)通道熱載子注入或福樂-諾漢穿隧效應(yīng)導(dǎo)致電子注入所需要的高電壓。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 （黑體小三） 在1976年，狄克森提出了新型升壓電路的架構(gòu)[1]，同時(shí)也對(duì)此升壓電路作了完整的分析，同時(shí)這篇文章也成為升壓電路領(lǐng)域中，十分重要且基本入門導(dǎo)讀。狄克森升壓電路結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)升壓電路

11、的4個(gè)主體為N型金氧半導(dǎo)體以及電容。電容的一端與N型金氧半導(dǎo)體的汲極相接，另一端與振蕩波形產(chǎn)生器相接，借由電容將電壓耦合至N型金氧半導(dǎo)體的汲極，再借由N型金氧半導(dǎo)體將電壓傳導(dǎo)致下一個(gè)N型金氧半導(dǎo)體的汲極。 而傳統(tǒng)的升壓電路架構(gòu)中，主要是靠著金氧半導(dǎo)體的通道來導(dǎo)通電流，以及傳遞電壓。由于舊型的金氧半導(dǎo)體組件或二極管升壓電路大都是運(yùn)用三井的制程以及較厚的氧化層來隔絕升壓電路所產(chǎn)生的高電壓，使得接面崩潰電壓與閘極到通道崩潰電壓都比一般在邏輯制程單井下的互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體來的大的多。 1.3本文主要研究?jī)?nèi)容（黑體小三） 1.3.1 MOS（黑體四號(hào)） 針對(duì)狄克森升壓電路在只有邏輯組件單井CMOS

12、制程下，無(wú)法克服高壓所帶來的崩潰現(xiàn)象，提出一種使用PMOS-Diode和P型金氧半導(dǎo)體電容所組成的新型升壓電路架構(gòu)，能將所有的節(jié)點(diǎn)電壓都控制在一個(gè)輸入電壓的范圍，成功避免了組件崩潰的可能性。為提高電路的操作速度，又提出改良式新型升壓電路。為了操作高電壓時(shí)能有電壓輸出，又提出互補(bǔ)式新型升壓電路。 1.3.1.1 輸出電流對(duì)互補(bǔ)式（黑體小四） 同時(shí)，我們將要對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)，同時(shí)更深入了解改良式新型升壓電路的特色與探討在各種情形下改良式新型升壓電路的效能表現(xiàn)，并以狄克森升壓電路的效能表現(xiàn)以作為互補(bǔ)式新型升壓電路的比較基準(zhǔn)升壓電路的效能表現(xiàn)以作為互補(bǔ)式新型升壓電路的比較基

13、準(zhǔn)升壓電路的效能表現(xiàn)以作為互補(bǔ)式新型升壓電路的比較基準(zhǔn)升壓電路的效能表現(xiàn)以作為互補(bǔ)式新型升壓電路的比較基準(zhǔn)升壓電路的效能表現(xiàn)以作為互補(bǔ)式新型升壓電路的比較基準(zhǔn)升壓電路的效能表現(xiàn)以作為互補(bǔ)式新。 a) b) 圖1-1 NMOS的電路圖 a)為OS的電路圖；b)為OS的電路圖（五號(hào)） 1.4本章小結(jié) 本章將提出一種新型的升壓電路，使得在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體單井制程下將提出一種新型的升壓電路，使得在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體單井制程下將提出一種新型的升壓電路，使得在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體單井制程下將提出一種新型的升壓電路，使得在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)

14、體單井制程下將提出一種新型的升壓電路，使得在互補(bǔ)式金氧半導(dǎo)體單井制程下將提出一種新型的升壓電路。 第2章 升壓電路理論與回顧 2.1 升壓電路的基礎(chǔ)（黑體小三） 2.1.1 MOS基本操作原理（黑體四號(hào)） （宋體小四，行距18，數(shù)字英文：Times New Roman）由于傳統(tǒng)的升壓電路架構(gòu)中，主要是靠著金氧半導(dǎo)體的通道來導(dǎo)通電流，以及傳遞電壓，所以在我們開始了解傳統(tǒng)升壓電路之前，必須對(duì)金氧半導(dǎo)體的基本操作有所了解。 首先，考慮在金氧半導(dǎo)體的基極(substrate)接地時(shí)，在汲極(drain)電壓固定下，閘極(gate)電壓對(duì)源極(source)電壓的關(guān)系圖，如圖2.1(a

15、)所示。由圖2.1(b)中可以發(fā)現(xiàn)，起先源極電壓會(huì)隨著閘極電壓而上升，但是當(dāng)閘極電壓越來越高而使得金氧半導(dǎo)體操作在線性區(qū)(linear region)時(shí)，則可以發(fā)現(xiàn)源極電壓將會(huì)與汲極電壓相等。因?yàn)樵礃O電壓不再維持于零電位，所以會(huì)導(dǎo)致body effect的產(chǎn)生，而使得金氧半導(dǎo)體的臨界電壓增大，若由圖2.1(b)來看便可以發(fā)現(xiàn)閘極電壓持續(xù)上升到6V以上，才能使得金氧半導(dǎo)體進(jìn)入線性區(qū)[2]，才能將汲極電壓5 V完整的傳遞到源極，由此可知在源極電壓不為零時(shí)，臨界電壓將大于0.7 V。 由以上的討論中，若以傳導(dǎo)電壓的觀點(diǎn)來看，則可以發(fā)現(xiàn)金氧半導(dǎo)體組件有以下的特性：(1)如果想使汲極電壓完全傳導(dǎo)到源極

16、，則閘極電壓必須大于汲極電壓一個(gè)臨界電壓以上。(2)金氧半導(dǎo)體在源極電壓不為零時(shí)，將會(huì)有body effect出現(xiàn)，而使得金氧半導(dǎo)體本身的臨界電壓變大，使得必須用更高的閘極電壓讓金氧半導(dǎo)體進(jìn)入線性區(qū)。 圖2-1 NMOS的電路圖 （五號(hào)） 2.2本章小結(jié) 本章對(duì)狄克森升壓電路的架構(gòu)說明、操作說明以及電性分析作介紹，從而了解狄克森升壓電路的特點(diǎn)與缺點(diǎn)。 第3章 新型升壓電路的最佳化與比較 3.1新型升壓電路的最佳化 在此我們將要對(duì)互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的處理，由傳導(dǎo)電晶體的寬度、電容大小與層級(jí)多寡的觀點(diǎn)中，找出適合的升壓電路架構(gòu)。由于升壓電路可被應(yīng)用于各種快閃式記憶體

17、操作，如通道熱載子注入與福樂-諾漢穿隧效應(yīng)導(dǎo)致電子注入等等，而每一種操作對(duì)升壓電路有不同的需求，例如通道熱載子注入需要大電流而福樂-諾漢穿隧效應(yīng)導(dǎo)致電子注入需要高壓[8]，此外對(duì)不同制程底下最佳化之后所得的結(jié)果也未必相同。因此本章所提供的在某個(gè)穩(wěn)定制程底下，對(duì)于特定的需求（高壓或大電流）而進(jìn)行最佳化的流程與方法。 3.1.1 傳導(dǎo)電晶體的寬度對(duì)改良式新型升壓電路的影響 在本小節(jié)中，將要探討傳導(dǎo)電晶體寬度對(duì)改良式新型升壓電路的效能影響。在整個(gè)模擬的過程中，每層級(jí)中的耦合電容將用10pF，為具有4個(gè)層級(jí)的升壓電路。此外，將同時(shí)顯示狄克森升壓電路在相同條件下的升壓情形，在這里NMOS-diode

18、與NMOS的寬度為 100μm、長(zhǎng)度為0.6μm。首先討論為高壓需求下的最佳化，圖4.1(a)為不同寬度的傳導(dǎo)電晶體的升壓情形，此外還加入兩種狄克森升壓電路作為比較的基準(zhǔn)，所用的傳導(dǎo)電晶體分別 為：NOMS與NMOS-diode。在圖中標(biāo)示為NMOS為利用N型金氧半導(dǎo)體作為傳導(dǎo)組件的狄克森升壓電路由于Body effect的關(guān)系，使得在相同層級(jí)的條件下，只能產(chǎn)生較低的高電壓。接著，將圖4.1(a)上方的區(qū)域加以放大，如圖4.1(b)。利用NMOS-diode作為傳導(dǎo)電晶體的狄克森升壓電路的升壓情形，由于沒有Body effect的關(guān)系，所以使得升壓的情形得以改善。由圖中所示的電壓也可以估計(jì)出在

19、本次模擬中NMOS-diode的基極與源極所形成的二極管壓降約為0.35V。最后看到圖中所標(biāo)示25~100μm的曲線，即是改良式新型升壓電路在不同寬度傳導(dǎo)電晶體的條件下，所表現(xiàn)出來的升壓情形。如果以產(chǎn)生的高電壓大小與升壓速度的觀點(diǎn)來看，則由圖中可看出傳導(dǎo)電晶體的寬度越小越接近NMOS-Diode的電壓。 3.1.2 輸出電流對(duì)互補(bǔ)式新型升壓電路的影響 在真實(shí)的情形下即使是使用福樂-諾漢穿隧效應(yīng)導(dǎo)致電子注入來進(jìn)行快閃式內(nèi)存的操作也會(huì)因?yàn)楦唠妷憾沟胮-n接口開始產(chǎn)生漏電，因此可以了解到在最佳化的過程中所必須考慮的情形為：升壓電路不僅產(chǎn)生高于輸入電壓的較高電壓，而同時(shí)有輸出電流。因此以下將針對(duì)

20、此種情形加以最佳化，而電流的范圍從50μA到150μA，而本電流范圍涵蓋了高壓p-n接口的漏電流與進(jìn)行通道熱載子注入的導(dǎo)通電流。 3.1.2.1 輸出電流對(duì)互補(bǔ)式新型升壓電路在不同寬度條件的影響（黑體小四） 本小節(jié)，將對(duì)于互補(bǔ)式與非互補(bǔ)式兩種不同形式的新型升壓電路對(duì)于輸出電流做一系列的討論。首先將每個(gè)晶體管的寬度訂為100μm而寬度訂定為0.6μm，并將NMOS與 NMOS-Diode 放入比較，由圖4.1(f)可以得知，互補(bǔ)式結(jié)構(gòu)不論在輸出電壓的大小與爬升速度都比非互補(bǔ)性來的好，而且這兩種結(jié)構(gòu)都比NMOS升壓電路好上許多，這是因?yàn)樾滦蜕龎弘娐窙]有基極效應(yīng)，所以減少了許多電壓的流失。輸

21、出電壓雖然比NMOS-Diode來的小，但是這是因?yàn)镻MOS的臨界電壓比NMOS-Diode來的大，但是并沒有相差很多，在四個(gè)層級(jí)的架構(gòu)下只相差0.7V。 圖3-1 互補(bǔ)式和非互補(bǔ)式新型升壓電路的升壓情況 首先，在一個(gè)固定的輸出電流下，升壓電路在單位時(shí)間內(nèi)所必須輸出的電荷是固定的，也就是電荷量總和固定，也就是： 向量集，其中= x (3-1) 則的均方差為： (3-2) 使用BP算法，因曾和輸出層之間權(quán)值調(diào)整公式為：

22、 (3-3) 上式中的符號(hào)表示的意義和經(jīng)典BP算法中相同，不再贅述。 其中需要注意的是與經(jīng)典的BP算法中的意義有所不同： (3-4) 隱層和輸入層之間權(quán)值的調(diào)整公式為： 3.2 互補(bǔ)式新型升壓電路在低輸入電壓下的性能表現(xiàn) 例如攜帶型個(gè)人電子產(chǎn)品，如手機(jī)、PDA等等，為了能使攜帶型個(gè)人電子產(chǎn)品在相同的電力之下能使用的更為持久，于是降低使用電壓和增加電力使用效率的重要性便越來越明顯，輸入電壓越小就需要更多的層級(jí)才能達(dá)到同樣效果，但是在上一個(gè)小節(jié)中得知升壓電路的效率與層級(jí)的個(gè)數(shù)成反比，如此一來便與為了省電

23、而降低輸入電壓的目的有所抵觸。 圖4.2為三種升壓電路在各種輸入電壓下的輸出電壓，每一組升壓電路具有四個(gè)層級(jí)，每個(gè)電容皆為10pF，由圖中可以看出狄克森NMOS-diode升壓電路與互補(bǔ)式升壓電路在低輸入電壓的范圍內(nèi)，具有較高輸出電壓，而狄克森NMOS 升壓電路由于body effect的影響使得輸出電壓較小。而狄克森MOS-diode升壓電路與互補(bǔ)式升壓電路在輸入電壓上升之下，輸出電壓相差無(wú)幾，幾乎沒有多大的差別。但是新型互補(bǔ)式升壓電路卻可以采用一般邏輯制成下的組件，而不會(huì)有崩潰的情形發(fā)生。 圖3-2 對(duì)固定層級(jí)的升壓電路，不同輸入電壓對(duì)輸出電壓的關(guān)系圖 3.3 本章小結(jié) 對(duì)提出

24、的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)對(duì)提出的互補(bǔ)式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計(jì)。 結(jié) 論 在本篇論文中，針對(duì)狄克森升壓線路在只有邏輯組件單井CMOS制程下，無(wú)法克服高壓所帶來的崩潰現(xiàn)象，提出一種

25、使用P型金氧半導(dǎo)體的新型的升壓電路架構(gòu)，能將所有的節(jié)點(diǎn)電壓都控制在一個(gè)輸入電壓(Vdd)的范圍，成功避免了組件崩潰的可能性。 同時(shí)針對(duì)新型升壓電路在承受負(fù)載電流時(shí)，無(wú)法維持穩(wěn)定的輸出電壓以及在承受較高的負(fù)載電流時(shí)無(wú)法維持高電壓的情況，提出互補(bǔ)式新型升壓電路，借由多個(gè)輸出路徑用以維持穩(wěn)定的輸出電壓，也借由較多的電流路徑提供較高的負(fù)載電流。并對(duì)這兩種電路在各種情況下提出最佳化的操作模式，并與狄克森升壓線路做比較，在各方面上都比用 N型金氧半導(dǎo)體的結(jié)果要好，而且與MOS-Diode的結(jié)構(gòu)比較也相差不遠(yuǎn)。 （結(jié)論是對(duì)整個(gè)論文主要成果的歸納，要突出設(shè)計(jì)（論文）的創(chuàng)新點(diǎn)，以簡(jiǎn)練的文字對(duì)論文的主要工

26、作進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般為400-1000字。） 參考文獻(xiàn) 1 林來興. 空間控制技術(shù). 宇航出版社, 1992: 25-42 2 J. R. McDonnell, D. Wagen. Evolving Recurrent Perceptions for Time-Series Modeling. IEEE Trans. on Neural Networks. 1994, 5(1): 24-38 3 X. Yao. Evolutionary Artifitial Neural Networks

27、. J. of Neural Systems. 1933, (4): 203-222 4 諶穎. 空間最優(yōu)交會(huì)控制理論與方法研究. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士論文. 1992: 8-13 5 S. Niwa, M. Suzuki and K. Kimura. Electrical Shock Absorber for Docking System in Space. IEEE International Workshop on Intelligent Motion Control, Bogazici University, Istenbul. 1990: 825-830 6 吳葳, 洪炳

28、熔. 自由浮游空間機(jī)器人捕捉目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究. 中國(guó)第五屆機(jī)器人學(xué)術(shù)會(huì)議論文集. 哈爾濱, 1997: 75-80 7 兆遠(yuǎn), 江美福, 辛煜, 等. 固體薄膜材料與制備技術(shù). 北京: 科學(xué)出版社, 2008, 37-56 8 K. Kusano. Deposition of vanadium oxide film by direc-current magnetron reactive sputtering. J. Vac. Sci. Technol. 1998, A6(3): 1663-1667 （參考文獻(xiàn)一般為5-10篇，其中學(xué)術(shù)期刊類文獻(xiàn)不少于3篇，外文文獻(xiàn)不少于

29、1-2篇） 致 謝 本人自去年7月份我親切的關(guān)懷與悉心的指導(dǎo)。他們一直以來是有問必答，時(shí)刻關(guān)注我們的寫作進(jìn)程，對(duì)我們提出的問題總是及時(shí)答復(fù)，對(duì)我們的問題總是耐心的批評(píng)指正。他的作為讓我懂得了以后不管做任何事都要認(rèn)真負(fù)責(zé)，對(duì)工作要兢兢業(yè)業(yè)他的作為讓我懂得了以后不管做任何事都要認(rèn)真負(fù)責(zé)，對(duì)工作要兢兢業(yè)業(yè)他的作為讓我懂得了以后不管做任何事都要認(rèn)真負(fù)責(zé)，對(duì)工作要兢兢業(yè)業(yè)。 此外，我還要感謝另外，在一起愉快的度過大學(xué)生活的每個(gè)可愛的同學(xué)們和尊敬的老師們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文直至順利完成論文。 9