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1、五邑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 摘 要（黑體小二）全文1.5萬字左右 （小四）（300字左右）鎖相回路跟我們生活息息相關(guān)，目前較先進的一類是可以用在機頂盒，數(shù)字電視，家庭網(wǎng)關(guān)，消費應(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、無線通訊系統(tǒng)中的頻率合成器、及訊號解調(diào)系統(tǒng)，隨著超大集成電路制造技術(shù)不斷地進步，目前的鎖相回路大部分還是單晶片系統(tǒng)設(shè)計(system on a chip design) 。所以鎖相

2、回路已成為繼運算放大器之后，又一個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） 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級標(biāo)題，即□.□.□） 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 設(shè)計內(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)電晶體的寬度對改良式新型升壓電路的影響 20 3.1.2 輸出電流對互補式新型升壓電路的影響 21 3.1.3 電容大小與層級多寡對互補式新型升壓電路的影響 24 3.2 互補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 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） （頁面設(shè)置：上下左右頁邊距分別為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，攜帶型個人電子產(chǎn)品，如手機、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)機數(shù)據(jù)也不會流失的特性。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，使得在互補式金氧半導(dǎo)體單井制程下的晶體管每一端點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]，同時也對此升壓電路作了完整的分析，同時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，整個升壓電路

11、的4個主體為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式金氧半導(dǎo)體來的大的多。 1.3本文主要研究內(nèi)容（黑體小三） 1.3.1 MOS（黑體四號） 針對狄克森升壓電路在只有邏輯組件單井CMOS

12、制程下，無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)點電壓都控制在一個輸入電壓的范圍，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。為了操作高電壓時能有電壓輸出，又提出互補式新型升壓電路。 1.3.1.1 輸出電流對互補式（黑體小四） 同時，我們將要對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計，同時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） 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） （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，在汲極(drain)電壓固定下，閘極(gate)電壓對源極(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，則可以發(fā)現(xiàn)源極電壓將會與汲極電壓相等。因為源極電壓不再維持于零電位，所以會導(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，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臨界電壓以上。(2)金氧半導(dǎo)體在源極電壓不為零時，將會有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)體進入線性區(qū)。 圖2-1 NMOS的電路圖 （五號） 2.2本章小結(jié) 本章對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與缺點。 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 在此我們將要對互補式新型升壓電路做最佳化的處理，由傳導(dǎo)電晶體的寬度、電容大小與層級多寡的觀點中，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穩(wěn)定制程底下，對于特定的需求（高壓或大電流）而進行最佳化的流程與方法。 3.1.1 傳導(dǎo)電晶體的寬度對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)電晶體寬度對改良式新型升壓電路的效能影響。在整個模擬的過程中，每層級中的耦合電容將用10pF，為具有4個層級的升壓電路。此外，將同時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 輸出電流對互補式新型升壓電路的影響 在真實的情形下即使是使用福樂-諾漢穿隧效應(yīng)導(dǎo)致電子注入來進行快閃式內(nèi)存的操作也會因為高電壓而使得p-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，而同時有輸出電流。因此以下將針對

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接口的漏電流與進行通道熱載子注入的導(dǎo)通電流。 3.1.2.1 輸出電流對互補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)，將對于互補式與非互補式兩種不同形式的新型升壓電路對于輸出電流做一系列的討論。首先將每個晶體管的寬度訂為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，這是因為新型升壓電路沒有基極效應(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，但是這是因為PMOS的臨界電壓比NMOS-Diode來的大，但是并沒有相差很多，在四個層級的架構(gòu)下只相差0.7V。 圖3-1 互補式和非互補式新型升壓電路的升壓情況 首先，在一個固定的輸出電流下，升壓電路在單位時間內(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) 例如攜帶型個人電子產(chǎn)品，如手機、PDA等等，為了能使攜帶型個人電子產(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才能達到同樣效果，但是在上一個小節(jié)中得知升壓電路的效率與層級的個數(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層級，每個電容皆為10pF，由圖中可以看出狄克森NMOS-diode升壓電路與互補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升壓電路與互補式升壓電路在輸入電壓上升之下，輸出電壓相差無幾，幾乎沒有多大的差別。但是新型互補式升壓電路卻可以采用一般邏輯制成下的組件，而不會有崩潰的情形發(fā)生。 圖3-2 對固定層級的升壓電路，不同輸入電壓對輸出電壓的關(guān)系圖 3.3 本章小結(jié) 對提出

24、的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計對提出的互補式新型升壓電路做最佳化的設(shè)計。 結(jié) 論 在本篇論文中，針對狄克森升壓線路在只有邏輯組件單井CMOS制程下，無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)點電壓都控制在一個輸入電壓(Vdd)的范圍，成功避免了組件崩潰的可能性。 同時針對新型升壓電路在承受負(fù)載電流時，無法維持穩(wěn)定的輸出電壓以及在承受較高的負(fù)載電流時無法維持高電壓的情況，提出互補式新型升壓電路，借由多個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。 （結(jié)論是對整個論文主要成果的歸納，要突出設(shè)計（論文）的創(chuàng)新點，以簡練的文字對論文的主要工

26、作進行評價，一般為400-1000字。） 參考文獻 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. 自由浮游空間機器人捕捉目標(biāo)的運動規(guī)劃研究. 中國第五屆機器人學(xué)術(shù)會議論文集. 哈爾濱, 1997: 75-80 7 兆遠, 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 （參考文獻一般為5-10篇，其中學(xué)術(shù)期刊類文獻不少于3篇，外文文獻不少于

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，時刻關(guān)注我們的寫作進程，對我們提出的問題總是及時答復(fù)，對我們的問題總是耐心的批評指正。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，我才能克服一個一個的困難和疑惑，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