Contribution to the integrated circuit design related to voltage regulator with charge pump circuit embedded in CMOS technology : fast startup improvement, ripple and kick-back effect reduction and new techinique of indirect output voltage measurement

Este trabalho visa compilar três contribuições na melhoria dos projetos de reguladores de tensão com unidades de bombeamento de carga embutidos (células elevadoras de tensão Dickson - BC). A primeira aborda uma técnica inovadora de arranque na partida deste módulo elevador quando habilitado. Este projeto se refere à aceleração da inicialização do modulo BC, tendo como objetivo a diminuição do intervalo de tempo da rampa ascendente da tensão de saída Vo até atingir o nível alvo de regulação. A técnica consiste em gerenciar o aumento da freqüência do relógio de bombeamento entregue as unidades de bombeamento durante a fase de subida, quando a regulação estiver estabelecida o sistema se regenera voltando ao estado original de freqüência de bombeamento natural. Uma segunda proposta inovadora de projeto é referente à homogeneização e redução da aleatoriedade da ondulação da tensão de saída Vo, referente ao regulador com o modulo BC embutido, baseado em comparadores com trava, com proposta de redução do erro de comparação devido ao efeito aleatório durante o estagio de comparação comumente encontrado neste tipo de abordagem, a técnica consiste em suprimir o acoplamento capacitivo nocivo durante a fase de isolamento elétrico no processo de comparação mantendo o espelho de corrente do comparador na região de saturação. Esta técnica visa proporcionar uma redução significativa da capacitância de desacoplamento utilizada para filtragem da tensão Vo. Uma terceira e última contribuição é referente a uma inovadora técnica de medição indireta da tensão de saída Vo do regulador com módulo BC baseada em uma medida simples e precisa dos pares tensão da porta e fonte (VPS) e corrente elétrica do dreno (Idreno) de um dispositivo NMOS de alta tensão adicionado de modo que duas tensões conhecidas (preestabelecidas) são aplicadas na porta do dispositivo e as respectivas correntes de dreno são mensuradas e uma terceira desconhecida (oriunda do regulador elevador BC) desconhecida pode ser extrapolada de forma simples. Esta técnica visa ser útil para medição de reguladores de baixa potencia pois o carregamento do regulador (Vo) é quase nulo.Todas as inovações e melhorias propostas foram analisadas em veículos de teste (silício) e com as provas de conceito, feitas em simulações elétricas.This work aims to compile contributions in improving designs based on voltage regulators with voltage elevator with built-in charge pump CP. The first deals with an innovative technique rump-up this module when enabled. This project refers to the acceleration of startup the CP module, aiming at the reduction of the period of stabilization of the ramp output voltage Vo to the level of regulation target. The technique is to manage increasing the frequency of pumping clock during the phase of rump up and when the setting established the system regenerates back to the original state pumping frequency. A second innovative project proposal was made on the homogenization and reduction of the ripple of the output voltage Vo, referring to the regulator with the |CP module, based on latch comparators , alignment error reduction proposal because of the random effect during the stage comparison commonly found in this type of approach, the technique is to remove the harmful capacitive coupling during electrical isolation phase on the comparison keeping the comparator current mirror in saturation region. This technique aims to provide a significant reduction in the decoupling capacitance used for filtering the voltage Vo. A third and final contribution is related to an innovative technique of indirect measurement of the output voltage Vo of the regulator module CP, based on a simple and accurate measure of the gate voltage and couples the drain electric current of a high voltage NMOS device