电压自举电路是利用电容的储能作用、使用开关技术实现电荷的存储和转移,从而达到提升电压的一种电路。它在现代集成电路中有着广泛应用,比如在存储器电路中用来产生高压实现对悬浮栅器件的擦写操作;在模拟电路中用来产生高压驱动模拟开关等。但是随着电源电压的不断降低,MOS管阈值电压对电压自举电路的电压提升能力的影响越来越明显,因此传统电压自举电路将面临许多问题。本文的主要目标就是分析低压集成电路中,传统电压自举电路所面临的问题,包括阈值损失和工艺兼容等。并针对存在的问题,提出相应的解决办法。同时,还对电压自举电路的关键性能指标进行了详细分析,包括电压增益、功耗、效率、驱动能力、纹波特性和芯片面积等。通过研究电路的拓扑结构,本文从电路结构上对传统电路进行了改进,通过采用新的电路拓扑结构,增加了电压的提升能力,减小了MOS管阈值电压对电压增益的影响。在新的电路结构基础上,实现了两个电压自举电路。两个电路均采用级联结构,其中一个使用改进的交叉耦合自举电路作为基本单元,能有效抑制级间的反向电流,减小了电荷泄漏等不利因素,提升了电压增益和效率。另一个是将CTS电路和交叉耦合自举电路巧妙地结合,构成了混合结构的电压自举电路,能有效减小CTS电路输出级的阈值电压损失,从而使得电路的电压输出能力得到提升,能更好地工作在低电压电路中。在Cadence集成设计环境中,采用IBM 0.18微米工艺模型和spectre仿真器对设计的电路进行了仿真分析。结果表明,四级级联的改进型交叉耦合电路在输入电压为1.8伏时,输出电压为8.2伏,时钟工作频率高达145MHz。当负载电阻为10k欧姆时,电路的输出功率为4.4mW。混合结构的电路采用三级电荷转移开关电路和一个交叉耦合电路,在输入电压为1.8V时,输出电压达7V。设计的电路能有效克服MOS管阈值电压损失,提升了电路的电压输出能力和电路效率。本文设计的电压自举电路具有电压增益高、阈值损失小等特点,能够工作在低至0.9V的电源电压下,因此特别适合使用在低电源电压电路中,在低功耗得到满足的同时,也使电路的性能得到了充分发挥。