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第2章 升压电路理论与回顾
2.1 升压电路的基础（黑体小三）
2.1.1 MOS基本操作原理（黑体四号）
（宋体小四，行距18，数字英文：Times New Roman）由于传统的升压电路架构中，主要是靠着金氧半导体的通道来导通电流，以及传递电压，所以在我们开始了解传统升压电路之前，必须对金氧半导体的基本操作有所了解。
首先，考虑在金氧半导体的基极(substrate)接地时，在汲极(drain)电压固定下，闸极(gate)电压对源极(source)电压的关系图，如图2.1(a)所示。由图2.1(b)中可以发现，起先源极电压会随着闸极电压而上升，但是当闸极电压越来越高而使得金氧半导体操作在线性区(linear region)时，则可以发现源极电压将会与汲极电压相等。因为源极电压不再维持于零电位，所以会导致body effect的产生，而使得金氧半导体的临界电压增大，若由图2.1(b)来看便可以发现闸极电压持续上升到6V以上，才能使得金氧半导体进入线性区[2]，才能将汲极电压5 V完整的传递到源极，由此可知在源极电压不为零时，临界电压将大于0.7 V。
由以上的讨论中，若以传导电压的观点来看，则可以发现金氧半导体组件有以下的特性：(1)如果想使汲极电压完全传导到源极，则闸极电压必须大于汲极电压一个临界电压以上。(2)金氧半导体在源极电压不为零时，将会有body effect出现，而使得金氧半导体本身的临界电压变大，使得必须用更高的闸极电压让金氧半导体进入线性区。
图2-1 NMOS的电路图 （五号）
2.2本章小结
本章对狄克森升压电路的架构说明、操作说明以及电性分析作介绍，从而了解狄克森升压电路的特点与缺点。
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第3章 新型升压电路的最佳化与比较
3.1新型升压电路的最佳化
在此我们将要对互补式新型升压电路做最佳化的处理，由传导电晶体的宽度、电容大小与层级多寡的观点中，找出适合的升压电路架构。由于升压电路可被应用于各种快闪式记忆体操作，如通道热载子注入与福乐-诺汉穿隧效应导致电子注入等等，而每一种操作对升压电路有不同的需求，例如通道热载子注入需要大电流而福乐-诺汉穿隧效应导致电子注入需要高压[8]，此外对不同制程底下最佳化之后所得的结果也未必相同。因此本章所提供的在某个稳定制程底下，对于特定的需求（高压或大电流）而进行最佳化的流程与方法。
3.1.1 传导电晶体的宽度对改良式新型升压电路的影响
在本小节中，将要探讨传导电晶体宽度对改良式新型升压电路的效能影响。在整个模拟的过程中，每层级中的耦合电容将用10pF，为具有4个层级的升压电路。此外，将同时显示狄克森升压电路在相同条件下的升压情形，在这里NMOS-diode与NMOS的宽度为 100μm、长度为0.6μm。首先讨论为高压需求下的最佳化，图4.1(a)为不同宽度的传导电晶体的升压情形，此外还加入两种狄克森升压电路作为比较的基准，所用的传导电晶体分别 为：NOMS与NMOS-diode。在图中标示为NMOS为利用N型金氧半导体作为传导组件的狄克森升压电路由于Body effect的关系，使得在相同层级的条件下，只能产生较低的高电压。接着，将图4.1(a)上方的区域加以放大，如图4.1(b)。利用NMOS-diode作为传导电晶体的狄克森升压电路的升压情形，由于没有Body effect的关系，所以使得升压的情形得以改善。由图中所示的电压也可以估计出在本次模拟中NMOS-diode的基极与源极所形成的二极管压降约为0.35V。最后看到图中所标示25~100μm的曲线，即是改良式新型升压电路在不同宽度传导电晶体的条件下，所表现出来的升压情形。如果以产生的高电压大小与升压速度的观点来看，则由图中可看出传导电晶体的宽度越小越接近NMOS-Diode的电压。
3.1.2 输出电流对互补式新型升压电路的影响
在真实的情形下即使是使用福乐-诺汉穿隧效应导致电子注入来进行快闪式内存的操作也会因为高电压而使得p-n接口开始产生漏电，因此可以了解到在最佳化的过程中所必须考虑的情形为：升压电路不仅产生高于输入电压的较高电压，而同时有输出电流。因此以下将针对此种情形加以最佳化，而电流的范围从50μA到150μA，而本电流范围涵盖了高压p-n接口的漏电流与进行通道热载子注入的导通电流。
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3.1.2.1 输出电流对互补式新型升压电路在不同宽度条件的影响（黑体小四）
本小节，将对于互补式与非互补式两种不同形式的新型升压电路对于输出电流做一系列的讨论。首先将每个晶体管的宽度订为100μm而宽度订定为0.6μm，并将NMOS与 NMOS-Diode 放入比较，由图4.1(f)可以得知，互补式结构不论在输出电压的大小与爬升速度都比非互补性来的好，而且这两种结构都比NMOS升压电路好上许多，这是因为新型升压电路没有基极效应，所以减少了许多电压的流失。输出电压虽然比NMOS-Diode来的小，但是这是因为PMOS的临界电压比NMOS-Diode来的大，但是并没有相差很多，在四个层级的架构下只相差0.7V。
图3-1 互补式和非互补式新型升压电路的升压情况
首先，在一个固定的输出电流下，升压电路在单位时间内所必须输出的电荷是固定的，也就是电荷量总和固定，也就是：
向量集，其中xp=xp1，?，xps
_?_??1?px??x1,?，xs?????xpx (3-1)
???P?p?1_??则xp的均方差为：
??1?Ps?? V??????xpi?xi? (3-2)
??P?P?1i?1?2使用BP算法，因曾和输出层之间权值调整公式为：
?1?p?wkj???p?????pkoj (3-3)
??p?1上式中的符号表示的意义和经典BP算法中相同，不再赘述。
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其中需要注意的是?pk与经典的BP算法中的意义有所不同：
?pk???V????????1o?on??P?q?n?qn?2?????o?ok?opk?1?opk? (3-4) ?qn????隐层和输入层之间权值的调整公式为：
3.2 互补式新型升压电路在低输入电压下的性能表现
例如携带型个人电子产品，如手机、PDA等等，为了能使携带型个人电子产品在相同的电力之下能使用的更为持久，于是降低使用电压和增加电力使用效率的重要性便越来越明显，输入电压越小就需要更多的层级才能达到同样效果，但是在上一个小节中得知升压电路的效率与层级的个数成反比，如此一来便与为了省电而降低输入电压的目的有所抵触。
图4.2为三种升压电路在各种输入电压下的输出电压，每一组升压电路具有四个层级，每个电容皆为10pF，由图中可以看出狄克森NMOS-diode升压电路与互补式升压电路在低输入电压的范围内，具有较高输出电压，而狄克森NMOS 升压电路由于body effect的影响使得输出电压较小。而狄克森MOS-diode升压电路与互补式升压电路在输入电压上升之下，输出电压相差无几，几乎没有多大的差别。但是新型互补式升压电路却可以采用一般逻辑制成下的组件，而不会有崩溃的情形发生。
图3-2 对固定层级的升压电路，不同输入电压对输出电压的关系图
3.3 本章小结
对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳
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化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计对提出的互补式新型升压电路做最佳化的设计。
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