随着现代集成电路技术的快速发展，便携式电子设备市场成长迅速，对电源管理电路的设计提出了新的挑战。例如，便携式设备往往要求其DC-DC转换器具有高效率、小体积、低成本等特性。传统的PWM开关电源在负载电流超过500mA的情况下有非常好的转换效果。但随着便携式电子设备的尺寸越来越小，其工作电压和负载电流也越来越低。利用开关电容构成的电荷泵更加适合这类负载电流变化范围在10mA到500mA内，对体积有限制要求的应用领域。因此，电荷泵转换器已成为目前便携式设备的主流电源方案。另外，在SOC(System on Chip)中，要求将模拟电路和数字电路集成在同一芯片上。而在深亚微米集成电路中模拟电路与数字电路必须采用不同的供电电压。随着SOC逐渐成为现代集成电路的主流发展方向，能够同时提供两种调制电压分别满足同一芯片上模拟电路和数字电路的供电需求的直流-直流转换器亦得到极大的关注。有鉴于此，本文提出一种具有高低压双通路的电荷泵的设计。论文深入研究了各种适用于DC-DC转换器的电荷泵电路，分析了电荷泵转换器工作的基本原理，并定量分析了电荷泵中的主要性能参数。以此为理论依据，分析讨论了电荷泵转换器的三种调制策略：后调制技术、预调制技术和PFM调制技术。根据这几种调制模式的优缺点的比较结果以及本文的主要设计目标，设定了以PFM调制模式为基础的双通路电荷泵系统方案。论文的创新点在于基于电容复用思想，采用多增益模式和增益跳变技术，利用状态机和数字逻辑电路的控制方式实现了可同时输出升降压双通路调制电压的电荷泵，且通路间可分享驱动能力。双通路电荷泵的输入电压范围为2V到3.6V，输出电压分别为5V(升压)和1.8V(降压)，双通路的最大驱动能力分别达到100mA，转换效率峰值达到85％到90％。完成系统设计后，在TSMC的0.35μm CMOS工艺下完成了各功能单元电路的设计，包括低压基准电路、振荡器和死区控制电路，状态机和数字逻辑控制电路，输入输出电压比较器、带使能信号控制的LDO、欠压锁定电路、功率输出级电路。通过Cadence的Spetre仿真器对各功能单元和系统进行了仿真验证，仿真结果表明电路与系统功能正常，已达到预定的设计指标。