降低功耗已成为超大规模集成电路的一个重要发展方向。而降低电源电压是一种很有效的降低功耗的方法。然而在非挥发性存储器电路中,为了能够数据保持在10年以上,栅氧厚度已经不能低于8nm,而对存储单元进行编程和擦除,在栅氧上仍然必须维持足够高的电场。因此这些操作必须用较高的电压(一般都高于电源电压)才能完成。电荷泵系统就是用来产生这类高压的电路。本课题正是应苏州芯同科技有限公司正在开发的128K 2bit/cell NOR FLASH存储器对高性能电荷泵的需求而提出的。本文首先对当前FLASH存储器中电荷泵系统的特点进行了介绍,对电荷泵基本工作原理和稳压电路原理作了详细阐述和分析。在传统的纹波电压公式基础上进行改进,可以对电荷泵纹波电压进行更高精度的度量。电荷泵系统包括以下几个子模块:时钟电路、四相位产生电路、电荷泵电路、稳压电路、基准电压和上电复位电路。本文以高压(7伏)电荷泵系统为例,对各模块电路以及系统电路进行了设计和仿真。针对系统负载电流大、输出电压高的可能导致的面积大和纹波高的特点,采用了一种用于电荷泵稳定时钟的改进电路,使电荷泵在相同面积的基础上,增加了输出电压;同时通过使用四个错位90度时钟来驱动四个并联电荷泵,降低了电荷泵的输出纹波电压;此外采用了高电源抑制比的线性稳压电路,进一步降低了输出电压输出纹波。本文基于UMC 0.18um Embedded flash CMOS工艺,实现了一个从1.8v上升到3.3v的电荷泵,经过实际芯片测试,表明测试结果和仿真结果基本吻合。此外,本文还对高性能的7伏电荷泵系统进行了设计、仿真和版图绘制。仿真结果表明,7伏电荷泵系统比传统的电路在性能上有了很大提高,该电路尚在流片中,其结果还有待进一步测试。