升降壓雙通路電荷泵轉(zhuǎn)換器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著現(xiàn)代集成電路技術(shù)的快速發(fā)展，便攜式電子設(shè)備市場成長迅速，對電源管理電路的設(shè)計(jì)提出了新的挑戰(zhàn)。例如，便攜式設(shè)備往往要求其DC-DC轉(zhuǎn)換器具有高效率、小體積、低成本等特性。傳統(tǒng)的PWM開關(guān)電源在負(fù)載電流超過500mA的情況下有非常好的轉(zhuǎn)換效果。但隨著便攜式電子設(shè)備的尺寸越來越小，其工作電壓和負(fù)載電流也越來越低。利用開關(guān)電容構(gòu)成的電荷泵更加適合這類負(fù)載電流變化范圍在10mA到500mA內(nèi)，對體積有限制要求的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，電荷泵轉(zhuǎn)換器已成

2、為目前便攜式設(shè)備的主流電源方案。 另外，在SOC(System on Chip)中，要求將模擬電路和數(shù)字電路集成在同一芯片上。而在深亞微米集成電路中模擬電路與數(shù)字電路必須采用不同的供電電壓。隨著SOC逐漸成為現(xiàn)代集成電路的主流發(fā)展方向，能夠同時(shí)提供兩種調(diào)制電壓分別滿足同一芯片上模擬電路和數(shù)字電路的供電需求的直流．直流轉(zhuǎn)換器亦得到極大的關(guān)注。有鑒于此，本文提出一種具有高低壓雙通路的電荷泵的設(shè)計(jì)。 論文深入研究了各種適用于D

3、C-DC轉(zhuǎn)換器的電荷泵電路，分析了電荷泵轉(zhuǎn)換器工作的基本原理，并定量分析了電荷泵中的主要性能參數(shù)。以此為理論依據(jù)，分析討論了電荷泵轉(zhuǎn)換器的三種調(diào)制策略：后調(diào)制技術(shù)、預(yù)調(diào)制技術(shù)和PFM調(diào)制技術(shù)。根據(jù)這幾種調(diào)制模式的優(yōu)缺點(diǎn)的比較結(jié)果以及本文的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)定了以PFM調(diào)制模式為基礎(chǔ)的雙通路電荷泵系統(tǒng)方案。 論文的創(chuàng)新點(diǎn)在于基于電容復(fù)用思想，采用多增益模式和增益跳變技術(shù)，利用狀態(tài)機(jī)和數(shù)字邏輯電路的控制方式實(shí)現(xiàn)了可同時(shí)輸出升降壓雙通路

4、調(diào)制電壓的電荷泵，且通路間可分享驅(qū)動能力。雙通路電荷泵的輸入電壓范圍為2V到3.6V，輸出電壓分別為5V(升壓)和1.8V(降壓)，雙通路的最大驅(qū)動能力分別達(dá)到100mA，轉(zhuǎn)換效率峰值達(dá)到85％到90％。 完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)后，在TSMC的0.35 μm CMOS工藝下完成了各功能單元電路的設(shè)計(jì)，包括低壓基準(zhǔn)電路、振蕩器和死區(qū)控制電路，狀態(tài)機(jī)和數(shù)字邏輯控制電路，輸入輸出電壓比較器、帶使能信號控制的LDO、欠壓鎖定電路、功率輸出級電路。