随着微电子工业和半导体技术的迅速发展,人们提出了将微型电池作为电源为各式各样的电子设备供电,例如可植入电子设备可用于监测、诊断和治疗个人保健疾病,如神经刺激器、起搏器和耳蜗植入物等。微型电池的能量可以由能量采集器提供,然而常见的能量采集器,例如,热电发电机、太阳能电池和无线传输只能产生几十到数百毫伏的电压。如此低的电源电压通常不足以直接为可植入电子设备供电,因此大多数能量采集器都需要借助升压DC-DC转换器实现电压提升的能力,使提升后的电压能够直接用于可植入电子设备。采用小型化和高耦合系数变压器设计的升压转换器在低输入电压下具有突出的电路性能,然而,在稳定的输出电压下,在高输入电压时的功率转换损耗很大;采用电感型的升压变换器不仅占用芯片面积大,而且在大电感中,还存在着电磁干扰;采用电荷泵设计的升压变换器是一种纯电容储能的升压变换器,由于电路结构相对比较简单,因此广泛用于开关电源电路。对于应用于能量采集电路中的升压转换器,它们必须能够在低电源电压下工作,并能够适应环境所带来的输入电压变化,所以本文提出了一种低输入电压且高功率转换效率的电荷泵系统。其中,本文设计的环形振荡器电路结构是以标准逆变器结构为基础结合新颖的三级冗余逆变器结构,并采用多级叠层技术和自偏置技术。该环形振荡器不仅可以在低电源电压下获得更好的开关电阻比,而且还提高了起振响应速度。本文设计的环形振荡器的最低工作电压为80 m V,并采用两相不重叠时钟电路作为三级栅交叉耦合电荷泵电路的时钟输入。在环形振荡器为三级栅交叉耦合电荷泵电路提供幅值为400 m V,频率为400 k Hz的时钟信号下,三级栅交叉耦合电荷泵的输入电压范围为50 m V-650 m V。在此输入电压范围内,电荷泵的电压提升能力满足设计要求,并且输出电压纹波≤±10 m V。本文设计的电荷泵电路采用脉冲宽度调制控制方式,控制电路主要设计了带隙基准电压源电路、PWM比较器电路等,该控制电路有助于提高电荷泵输出电压的稳定性,减小输出电压纹波。