升降壓雙通路電荷泵轉換器的研究與設計.pdf

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

2、為目前便攜式設備的主流電源方案。 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，能夠同時提供兩種調制電壓分別滿足同一芯片上模擬電路和數字電路的供電需求的直流．直流轉換器亦得到極大的關注。有鑒于此，本文提出一種具有高低壓雙通路的電荷泵的設計。 論文深入研究了各種適用于D

3、C-DC轉換器的電荷泵電路，分析了電荷泵轉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。以此為理論依據，分析討論了電荷泵轉換器的三種調制策略：后調制技術、預調制技術和PFM調制技術。根據這幾種調制模式的優(yōu)缺點的比較結果以及本文的主要設計目標，設定了以PFM調制模式為基礎的雙通路電荷泵系統(tǒng)方案。 論文的創(chuàng)新點在于基于電容復用思想，采用多增益模式和增益跳變技術，利用狀態(tài)機和數字邏輯電路的控制方式實現(xiàn)了可同時輸出升降壓雙通路

4、調制電壓的電荷泵，且通路間可分享驅動能力。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)，雙通路的最大驅動能力分別達到100mA，轉換效率峰值達到85％到90％。 完成系統(tǒng)設計后，在TSMC的0.35 μm CMOS工藝下完成了各功能單元電路的設計，包括低壓基準電路、振蕩器和死區(qū)控制電路，狀態(tài)機和數字邏輯控制電路，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。