功率系統(tǒng)集成電路中FPSM的建模及其IP核設(shè)計(jì)與驗(yàn)證.pdf

1、眾所周知，片上系統(tǒng)(SoC，SystemonChip)設(shè)計(jì)技術(shù)是超大規(guī)模集成電路(ULSI)發(fā)展的必然趨勢(shì)和主流，它以超深亞微米(VDSM，VeryDeepSub-Micron)工藝和IP核復(fù)用(IPReuse)技術(shù)為支撐。而作為SoC設(shè)計(jì)的一個(gè)重要分支——PSoC(PowerSoC)設(shè)計(jì)也逐漸引起相關(guān)從業(yè)者的重視。在PSoC設(shè)計(jì)中，可復(fù)用IP核設(shè)計(jì)技術(shù)則應(yīng)首推功率變換器中控制模式的IP核設(shè)計(jì)。 目前，在功率變換系統(tǒng)中常見(jiàn)的有三

2、種調(diào)制模式：脈寬調(diào)制模式(PWM，PulseWidthModulation)、脈頻調(diào)制模式(PFM，PulseFrequencyModulation)和二者可以相切換的PWM/PFM模式。采用相應(yīng)調(diào)制方式的IC品種繁多，各有千秋。但PWM在輕載時(shí)效率較低，而PFM由于頻譜分布隨機(jī)，不利于后續(xù)濾波器的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)今一種全新的調(diào)制方式——脈沖跨周期調(diào)制模式(PSM，PulseSkipModulation)則正好可以彌補(bǔ)上述兩種模式的缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)大

3、量仿真研究表明，該調(diào)制模式具有輕載時(shí)效率高、響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)、電路易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。但PSM也具有不可避免的缺點(diǎn)：輕載時(shí)輸出電壓紋波較大，且易引入音頻噪聲。 由此，論文在PSM調(diào)制模式的基礎(chǔ)上，對(duì)PSoC設(shè)計(jì)中的一種優(yōu)化的PSM調(diào)制模式——模糊跨周期調(diào)制模式(FPSM，F(xiàn)uzzyPSM)進(jìn)行了建模并設(shè)計(jì)了該IP核及測(cè)試電路，以及其它相關(guān)子電路的設(shè)計(jì)。論文將在以下幾方面展開(kāi)論述： 1.基于PSM調(diào)制模式基本理論和模糊控制

4、理論，對(duì)FPSM進(jìn)行了建模，得到其近似數(shù)學(xué)模型，以便于FPSM的IP核設(shè)計(jì)。2.基于得到的近似數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了FPSM的IP核。3.設(shè)計(jì)基于FPGA方案的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)，包括PSM調(diào)制、基于狀態(tài)機(jī)的PSM調(diào)制、FPSM調(diào)制的算法，以此對(duì)FPSM的IP核進(jìn)行驗(yàn)證。4.設(shè)計(jì)了PSoC中其它相關(guān)子電路：基準(zhǔn)源、過(guò)溫保護(hù)等電路。5.對(duì)FPSM的IP核進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并對(duì)此進(jìn)行了結(jié)果分析。 研究分析表明，論文設(shè)計(jì)的PSoC設(shè)計(jì)中采用FPSM調(diào)