應用于SoC動態(tài)電源管理的多輸出變換器關鍵技術研究與實現.pdf

1、隨著移動互聯(lián)網及新型顯示技術的發(fā)展，未來智能手機、平板電腦等移動智能終端產品越來越輕薄、電池續(xù)航時間越來越長，已成為用戶的基本需求。相應地，包含核心處理器的系統(tǒng)芯片(SoC)集成高動態(tài)響應、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?，F有的PMU內主要包括DC-DC、LDO以及電源管理通信接口，已經具有多路輸出電壓，但是其多輸出電壓下的電壓調節(jié)速度和負載瞬態(tài)響應能力，都難以滿足下一代要求高速動態(tài)響應的SoC的需求。

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

3、速動態(tài)調節(jié)及數字校準內部模擬電路的功能，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的開關頻率、應用于寬輸出電壓范圍的頻率補償網絡，實現了DC-DC變換器的快速電壓調節(jié)，并能在0.6V-3.0V的寬輸出電壓范圍下穩(wěn)定工作。芯片實測結果為:動態(tài)電壓上調速率為8.8μs/V，下調速率為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寬負載范圍的高精度電流檢測，在負載電流50mA-400mA內，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)路大電容補償的拓撲結構，同時采用了一種負載調整率增強技術解決了低環(huán)路增益問題，大幅提升了DC-DC開關變換器

5、的寬輸出電壓范圍下的負載瞬態(tài)響應能力。芯片實測結果為: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)響應恢復時間小于8μs，峰值轉換效率為92％;
　　(4)在PMU的具體電路實現中，對DC-DC變換器之外的其他電路設計關鍵技術也進行了研究，其中提出了一種基于自偏置結構并采用非對稱電流鏡負載結構的比較器的欠壓保護電路，該結構復用采樣電路作為其偏置電路，測試結果表明該電路很好的實現