應(yīng)用于SoC動(dòng)態(tài)電源管理的多輸出變換器關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及新型顯示技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)智能終端產(chǎn)品越來(lái)越輕薄、電池續(xù)航時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，已成為用戶(hù)的基本需求。相應(yīng)地，包含核心處理器的系統(tǒng)芯片(SoC)集成高動(dòng)態(tài)響應(yīng)、多輸出的電源管理單元(PMU)會(huì)成為下一代移動(dòng)智能終端的必然趨勢(shì)?，F(xiàn)有的PMU內(nèi)主要包括DC-DC、LDO以及電源管理通信接口，已經(jīng)具有多路輸出電壓，但是其多輸出電壓下的電壓調(diào)節(jié)速度和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力，都難以滿(mǎn)足下一代要求高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)的SoC的需求。

2、因此研究PMU的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整特性和快速負(fù)載響應(yīng)特性至關(guān)重要。
　　針對(duì)智能終端對(duì)高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)PMU電源管理芯片的要求，本論文在實(shí)現(xiàn)多路輸出電壓的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究PMU內(nèi)DC-DC變換器的高速動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整速率和快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等關(guān)鍵技術(shù)，基于chartered0.18μmCMOS工藝，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一款高速動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的多路輸出電壓PMU芯片，芯片面積僅4.5mm2，測(cè)試結(jié)果表明，該芯片采用電源管理通信接口PMBus實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的高

3、速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)及數(shù)字校準(zhǔn)內(nèi)部模擬電路的功能，滿(mǎn)足未來(lái)PMU芯片的智能化和集成化要求。論文的主要研究工作如下:
　　(1)提出了一種基于6MHz的開(kāi)關(guān)頻率、應(yīng)用于寬輸出電壓范圍的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了DC-DC變換器的快速電壓調(diào)節(jié)，并能在0.6V-3.0V的寬輸出電壓范圍下穩(wěn)定工作。芯片實(shí)測(cè)結(jié)果為:動(dòng)態(tài)電壓上調(diào)速率為8.8μs/V，下調(diào)速率為6μs/V，輸出電壓范圍為0.6V-3.0V，最大輸出電流為800mA，峰值轉(zhuǎn)換效率為95％;

4、r>　　(2)提出了一種高精度電感電流的檢測(cè)方法，論文采用了一種消除鉗位電流的方法實(shí)現(xiàn)寬負(fù)載范圍的高精度電流檢測(cè)，在負(fù)載電流50mA-400mA內(nèi)，檢測(cè)精度在94％以上，其中最高的檢測(cè)精度達(dá)99.7％，解決寬負(fù)載范圍下因電流檢測(cè)不準(zhǔn)確造成的環(huán)路控制特性不一致的問(wèn)題;
　　(3)提出了一種基于峰值電流模式控制的低環(huán)路增益、無(wú)環(huán)路大電容補(bǔ)償?shù)耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)采用了一種負(fù)載調(diào)整率增強(qiáng)技術(shù)解決了低環(huán)路增益問(wèn)題，大幅提升了DC-DC開(kāi)關(guān)變換器

5、的寬輸出電壓范圍下的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)能力。芯片實(shí)測(cè)結(jié)果為:輸出電壓范圍為0.9V-1.5V，最大負(fù)載電流為400mA，在負(fù)載突變?yōu)?00mA的條件下，其瞬態(tài)響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間小于8μs，峰值轉(zhuǎn)換效率為92％;
　　(4)在PMU的具體電路實(shí)現(xiàn)中，對(duì)DC-DC變換器之外的其他電路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)也進(jìn)行了研究，其中提出了一種基于自偏置結(jié)構(gòu)并采用非對(duì)稱(chēng)電流鏡負(fù)載結(jié)構(gòu)的比較器的欠壓保護(hù)電路，該結(jié)構(gòu)復(fù)用采樣電路作為其偏置電路，測(cè)試結(jié)果表明該電路很好的實(shí)現(xiàn)