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

1、隨著移動互聯(lián)網(wǎng)及新型顯示技術(shù)的發(fā)展，未來智能手機、平板電腦等移動智能終端產(chǎn)品越來越輕薄、電池續(xù)航時間越來越長，已成為用戶的基本需求。相應(yīng)地，包含核心處理器的系統(tǒng)芯片(SoC)集成高動態(tài)響應(yīng)、多輸出的電源管理單元(PMU)會成為下一代移動智能終端的必然趨勢。現(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)速度和負載瞬態(tài)響應(yīng)能力，都難以滿足下一代要求高速動態(tài)響應(yīng)的SoC的需求。

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

3、速動態(tài)調(diào)節(jié)及數(shù)字校準內(nèi)部模擬電路的功能，滿足未來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的開關(guān)頻率、應(yīng)用于寬輸出電壓范圍的頻率補償網(wǎng)絡(luò)，實現(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。芯片實測結(jié)果為:動態(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方法，論文采用了一種消除鉗位電流的方法實現(xiàn)寬負載范圍的高精度電流檢測，在負載電流50mA-400mA內(nèi)，檢測精度在94％以上，其中最高的檢測精度達99.7％，解決寬負載范圍下因電流檢測不準確造成的環(huán)路控制特性不一致的問題;
　　(3)提出了一種基于峰值電流模式控制的低環(huán)路增益、無環(huán)路大電容補償?shù)耐負浣Y(jié)構(gòu)，同時采用了一種負載調(diào)整率增強技術(shù)解決了低環(huán)路增益問題，大幅提升了DC-DC開關(guān)變換器

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