現(xiàn)代便攜式電子設(shè)備中低壓高能效關(guān)鍵電路的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代集成電路技術(shù)的發(fā)展,以手機(jī)、數(shù)字播放器、隨身醫(yī)療設(shè)備等為代表的便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品發(fā)展迅速,也使低壓、高能效集成電路的設(shè)計(jì)技術(shù)受到高度關(guān)注。這不僅來(lái)自于工藝向納米尺度發(fā)展的需要,也是為了適應(yīng)電源低壓化趨勢(shì),延長(zhǎng)便攜式產(chǎn)品等主要依賴電池供電設(shè)備的有效工作時(shí)間,且有利于節(jié)能環(huán)保。由于模擬電路在現(xiàn)代電子系統(tǒng)包括便攜式設(shè)備的電源系統(tǒng)和一些關(guān)鍵模塊中有廣泛應(yīng)用,而其工作模式又不同于數(shù)字電路,使得模擬電路的低壓設(shè)計(jì)面臨更多挑戰(zhàn)。
　　

2、 有鑒于此,本文對(duì)便攜式設(shè)備的電源系統(tǒng)及若干常用模塊的低壓和高能效設(shè)計(jì)展開(kāi)研究,并對(duì)相關(guān)新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展給予極大關(guān)注,論文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新包括:
　　 1、新能源領(lǐng)域研究的突破使得微型燃料電池成為未來(lái)便攜式設(shè)備最有希望的能量來(lái)源,可望解決鋰電池能量密度有限的技術(shù)瓶頸。然而,微型燃料電池輸出電壓低的特點(diǎn)給其電路應(yīng)用帶來(lái)很大障礙。對(duì)此,論文提出低壓?jiǎn)?dòng)模塊的設(shè)計(jì),利用動(dòng)態(tài)襯底偏置技術(shù)實(shí)現(xiàn)boost變換器的亞閾值啟動(dòng),且可以不依賴于特

3、殊工藝,在滿足超低電壓?jiǎn)?dòng)的同時(shí)降低了制造成本。為更好配合boost變換器工作,還設(shè)計(jì)了獨(dú)特的三階段供電策略以及相應(yīng)的供電切換模塊,依據(jù)不同階段采用不同的控制器供電策略。此外,由于燃料電池具有能量密度高但功率密度低的特點(diǎn),當(dāng)需要給鋰離子電池充電時(shí)難以同時(shí)支持對(duì)負(fù)載供電和充電兩項(xiàng)任務(wù),論文為此提出一種基于單電感多輸出的動(dòng)態(tài)功率分配方法。該方法在抑制交叉調(diào)制的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了輸入功率限制,并具有對(duì)電池進(jìn)行恒流／恒壓充電的功能。
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4、電壓基準(zhǔn)幾乎為所有電子系統(tǒng)所必備,而低電壓基準(zhǔn)是模擬設(shè)計(jì)中的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。對(duì)此論文提出了一種新穎的亞閾值工作設(shè)計(jì)方案。為進(jìn)一步提高其集成度和兼容性,還提出了一種全CMOS結(jié)構(gòu),使之與邏輯工藝有極好的兼容性。且具有低功耗的特點(diǎn)。所實(shí)現(xiàn)的低電壓基準(zhǔn)可廣泛適用于植入式探頭等微功耗應(yīng)用場(chǎng)合。
　　 3、針對(duì)便攜式設(shè)備中主要的耗能部件—背光源,論文在降壓開(kāi)關(guān)變換器和線性電流調(diào)整器相結(jié)合的方案基礎(chǔ)上,提出采用自適應(yīng)輸出電壓調(diào)整技術(shù)以進(jìn)一步提