就目前而言,绝大多数的便携式电子设备是使用原电池作为其主电源,而电池的体积限制了这些电子设备往小型化、微型化的方向发展。一些新兴的超低功耗应用,如无线传感器节点和植入式生物医学设备,利用太阳能电池、温差发电机、压电材料等能量采集器从周围环境提取能量来摆脱电池供电的问题。但采集到的能量随环境变化而变化,导致能量采集器的输出电压无法直接供电,因此需要DC-DC转换器进行电压转换。电荷泵作为DC-DC转换器的主要分支之一,它的电路内部采用电容来作为能量转换的储能媒介,通过自动调节内部的MOS开关管就能够轻松地实现升压、降压或反压的电压转换,而且在标准的CMOS工艺中,它很容易地完全集成于芯片电路的内部。本论文目的是研究设计一款高效率、具有可重构性的电荷泵电路,可以广泛应用于各种能源采集和控制的能量采集系统。根据输入电压的变化,电荷泵自适应地调节电路内部的MOS开关阵列,从而重构出对应的电压转换比（Voltage Conversion Ratios,VCR）来稳定输出电压,进而提高电荷泵系统的转换效率。本篇论文主要研究内容概述如下:根据输入电压和负载变化分别选择了以VCR切换的前馈控制方案和脉冲频率调制（PFM）为基础的反馈控制方案,并按照系统设计指标确定了架构,然后对各个子模块电路进行分析和设计、仿真与验证,以及进行版图的设计。系统中的模块电路主要有:可重构的电荷泵阵列、带隙基准电路、比较器、VCR选择电路、误差放大器电路、VCO电路、两相非交叠时钟信号产生电路等。本文的创新重点主要在于如何设计一个可重构的电荷泵阵列,并使它可以检测输入电压和负载的变化,自适应地切换VCR和PFM调制,使输出电压保持稳定。本文所有的模块电路是基于0.18μm CMOS工艺模型进行设计,并进行了仿真验证。本设计的电荷泵系统的输入电压范围为0.2～2.0V,输出电压典型值为1.0V,输出电压精度达到±5%,电路最大负载驱动电流为2m A,最大电压纹波小于10m V,时钟频率范围为1.16～41MHz,系统峰值效率最高可达76.6%。