电压转换器在电子信息系统中有着广泛的应用,相较于电感式电压转换器,基于电荷泵的电压转换器虽然输出电压精度有待提高,但具有电磁干扰小、体积小、容易集成等特点。目前,开关电容电荷泵电压转换器常见的有倍增输入电压和反向输入电压两种模式。本文充分融合两种模型,改进开关阵列及其控制方法,在同一个电路中同时实现正/负两路输出电压,正输出电压为输入电压的翻倍、负输出电压为正输出电压的反向。这种改进的开关电容电荷泵电压转换器可应用于需要双电源供电的电路,简化电路的电源结构,应用价值明显。基于Dickson经典电荷泵结构,匹配四路晶体管开关实现正/负两路输出电压,增加四路二极管开关,在降低开关器件导通电压的同时简化了开关电路。基于重庆中科渝芯电子有限公司的40V互补SOI双极型工艺,设计并仿真优化了带正/负两路输出的开关电容电荷泵电压转换器芯片电路。仿真结果表明:电压输入范围为4V～11V、输出电压范围为±7V～±18V、静态电流小于12.5m A、输出电压纹波在100m V以下、最大负载电流可达20m A,外接开关电容的容值范围为1μf～100μf。基于所选择的工艺设计了芯片版图,完成了版图的DRC、LVS验证,并开展了版图后仿真分析,版图后仿真结果与前仿真相比差异不大,均满足预期指标要求。开展了流片试验,测试结果表明,所设计的芯片实现了正输出电压为输入电压的倍增、负输出电压为正输出电压的反向的功能,芯片电路的设计得到验证。电源电压为4V和5V时空载及带负载测试均达标,电源电压为11V时的空载也达标,但在电源电压为9V和10V且正负输出两端同时带10m A负载时,负输出电压低于目标值,此外10V条件下负输出端带15m A负载时输出电压也不达标。深入分析了导致芯片测试结果不达标的主要原因,通过测试和版图后仿真双重验证,还原出了振荡器电路中几个关键支路上蛇形基区电阻拐角方块偏差导致振荡器两路输出信号的占空比发生改变,从而造成外接电容的充电和放电时间不一致,最终导致输出电压偏离目标值。改进方案是:修改关键支路上的蛇形基区电阻的拐角,在拐角处增加基区和金属的接触孔,消除拐角的影响,调整电路版图的宽和长,确保阻值不变。已完成芯片版图的改版,并进行再次流片实验。