An Area-Efficient DC-DC Converter with Poly-Si TFT for System-On-Glass

An area-efficient DC-DC voltage up-converter in a poly-Si TFT technology for system-on-glass is described which provides low-ripple output. The voltage up-converter is composed of charge-pumping circuit, comparator with threshold voltage mismatch compensation, oscillator, buffer, and delay circuit for multi-phase clock generation. The low ripple output is obtained by multi-phase clocking without increasing neither clock frequency nor filtering capacitor The measurement results have shown that the ripple on the output voltage with 4-phase clocking is 123mV, while Dickson and conventional cross-coupled charge pump has 590mV and 215mV voltage ripple, respectively, for $Rout=100k\Omega$, Cout-100pF, and fclk=1MHz. The filtering capacitor required for 50mV ripple voltage is 1029pF and 575pF for Dickson and conventional cross-coupled structure, for Iout=100uA, and fclk=1MHz, while the proposed multi-phase clocking DC-DC converter with 4-phase and 6-phase clocking requires only 290pF and 157pF, respectively. The efficiency of conventional and the multi-phase clocking DC-DC converter with 4-phase clocking is $65.7\%\;and\;65.3\%$, respectively, while Dickson charge pump has $59\%$ efficiency.

System-On-Glass를 위한 Poly-Si TFT 소 면적 DC-DC 변환회로

System-on-glass를 위해 poly-Si TFT로 면적이 작으면서도 리플전압을 최소화한 DC-DC 전압 변환회로를 개발하였다. 전압 변환회로는 전하 펌핑 회로, 문턱전압 변화를 보상한 비교기, 오실레이터, 버퍼, 다중 위상 클럭을 만들기 위한 지연 회로로 구성된다. 제안한 다중 위상 클럭킹을 적용함으로써 클럭 주파수 또는 필터링 캐패시터의 증가 없이도 낮은 출력 리플전압을 얻음으로써 DC-DC 변환기의 면적을 최소화 하였다. 제안한 DC-DC 변환회로를 제작하여 측정한 결과 $R_{out}=100k\Omega,\;C_{out}=100pF$, 그리고 $f_{clk}=1MHz$에서 Dickson 구조와 기존의 cross-coupled 구조에서의 리플전압은 각각 590mv와 215mv인 반면 4-위상 클럭킹을 적용한 구조에서는 123mV이다. 그리고 50mV의 리플전압을 가지기 위해 필요한 필터링 캐패시터의 크기는 $I_{out}=100uA$와 $f_{clk}=1MHz$에서 Dickson 구조와 기존의 cross-coupled 구조에서는 각각 1029pF와 575pF인 반면 4-위상과 6-위상 클럭킹을 적용한 구조에서는 단지 290pF와 157pF만이 각각 요구된다. 구조별 효율로는 Dickson 구조의 전하 펌프에서는 $59\%$, 기존의 cross-coupled 구조와 본 논문에서 제안한 4-위상을 적용한 cross-coupled 구조의 전하 펌프에서는 $65.7\%$와 $65.3\%$의 효율을 각각 가진다.