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随着近年来物联网技术的兴起，利用体域网持续实时监测人体各项生理活动指标正逐渐成为医疗保障系统研究的新热点。然而对于体域网中可植入或可穿戴设备而言，虽然近年来在低功耗方面取得一定突破，但仍无法完全克服电池容量带来的局限性。
本论文针对可穿戴式设备电源储存需求利用TSMC 0.18-μm CMOS标准工艺设计了一种应用于微电子神经肌电桥的微能量采集芯片。
首先，本文对微能量采集系统的分类与典型结构进行调研，详细研究了热电转换原理、人体体表热辐射系统、国内外TEG（Thermoelectric generator）设计和升压转换器的研究现状。基于上述工作并针对 TEG 设备输出电压低难以直接利用的缺陷，提出了利用高效升压时钟的微能量采集系统芯片的整体设计方案并给出了系统的设计指标。
其次，本文比较分析了几种典型的电荷泵结构，对线性电荷泵拓扑模型进行理论分析并推导了非理想情况下的输出电压公式。就传统Dickson结构的局限性进行分析，为克服其缺点设计了一种基于栅交叉耦合的电荷泵结构。此外，使用自举增强型差分环形振荡器使时钟信号的输出摆幅突破电源电压的限制，减小了潜在的寄生损耗，提高了升压转换的效率。
然后，根据线性电荷泵的拓扑结构给出了其等效电源模型，解释了稳压电路设计的重要性。在分析常见的稳压电路结构的基础上选择PSM（Pulse-skipping modulation）稳压方式并给出了PSM稳压系统主要模块（比较器、带隙基准电压源）的设计方案。
最后，采用TSMC 0.18-μm CMOS工艺完成了原理图和版图设计，并对微能量采集系统进行了仿真。仿真结果表明，在 300mV 输入电压的情况下，升压电荷泵系统可提供输出电压幅度为 2.18V，泵效率达到了 86.5%。解决了以 Dickson 电荷泵为代表的传统电荷泵升压系统在低电源电压下工作的局限性，满足设计指标要求。
本论文针对可穿戴式设备电源储存需求利用TSMC 0.18-μm CMOS标准工艺设计了一种应用于微电子神经肌电桥的微能量采集芯片。
首先，本文对微能量采集系统的分类与典型结构进行调研，详细研究了热电转换原理、人体体表热辐射系统、国内外TEG（Thermoelectric generator）设计和升压转换器的研究现状。基于上述工作并针对 TEG 设备输出电压低难以直接利用的缺陷，提出了利用高效升压时钟的微能量采集系统芯片的整体设计方案并给出了系统的设计指标。
其次，本文比较分析了几种典型的电荷泵结构，对线性电荷泵拓扑模型进行理论分析并推导了非理想情况下的输出电压公式。就传统Dickson结构的局限性进行分析，为克服其缺点设计了一种基于栅交叉耦合的电荷泵结构。此外，使用自举增强型差分环形振荡器使时钟信号的输出摆幅突破电源电压的限制，减小了潜在的寄生损耗，提高了升压转换的效率。
然后，根据线性电荷泵的拓扑结构给出了其等效电源模型，解释了稳压电路设计的重要性。在分析常见的稳压电路结构的基础上选择PSM（Pulse-skipping modulation）稳压方式并给出了PSM稳压系统主要模块（比较器、带隙基准电压源）的设计方案。
最后，采用TSMC 0.18-μm CMOS工艺完成了原理图和版图设计，并对微能量采集系统进行了仿真。仿真结果表明，在 300mV 输入电压的情况下，升压电荷泵系统可提供输出电压幅度为 2.18V，泵效率达到了 86.5%。解决了以 Dickson 电荷泵为代表的传统电荷泵升压系统在低电源电压下工作的局限性，满足设计指标要求。