一款同步升降压DC/DC变换器的设计

摘要

随着消费类电子的更加普及,电源管理芯片的作用越来越重要,其在以电池为供电主体的电子产品中更显突出。为了适应市场需求,本课题基于0.5μmCMOS工艺,分析并设计了一款高效率同步整流升降压型DC-DC变换器。
　　本芯片采用同步整流技术,由于内置同步整流管典型效率达到90％以上,同时因为其取代了外部的肖特基二极管,减小了PCB版面积,大幅度降低了芯片成本;带隙基准源模块包含起动电路,在完成带隙的起动后,起动电路将自行关闭,以减小功耗;本芯片设计亮点之一振荡器模块,它除了能够提供系统工作所需的时钟信号,还能通过内部控制逻辑的作用,使振荡器工作在三种模式:固定频率模式、外部时钟同步模式和突发模式;RAMP模块由两个One Shot电路组成,由于两个One Shot电路分别为上升沿触发和下降沿触发,所以得到相差半个周期的两个锯齿波信号,直接关系到本芯片升降压功能的实现;另一个设计亮点就是PWM逻辑控制模块,正是通过其内部的逻辑操作,才能正确定相四个开关,达到升降压的功能和区域间的平滑过渡;突发模式操作模块解决了芯片在轻负载情况下效率不高的问题,采用全时间四开关操作以提高系统效率。
　　在完成电路原理分析及子模块设计的基础上,对整体电路进行了功能仿真及性能模拟,仿真结果表明,各项指标均满足SPEC要求,验证了文中阐述的升降压型DC/DC变换器的设计理论。接下来介绍了模拟版图设计的有关注意事项,完成了芯片的版图设计,并采用上华0.5μmDPDM CMOS工艺通过了流片。整个流程是基于HSPICE仿真工具、Cadence集成电路设计环境。

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1 绪 论

1.1 开关电源概况

1.2 开关电源芯片的种类

1.3 开关电源芯片的发展趋势

1.4 选题目的及意义

1.5 论文的主要工作和结构安排

2 开关电源的原理

2.1 电感伏秒平衡原理和电容电荷平衡原理

2.2 开关电源调制模式简介

2.3 开关电源控制模式

2.4 连续/非连续工作模式的边界条件

2.5 外部元件的选取

2.6 同步整流工作原理

3 升降压DC/DC变换器芯片设计

3.1 芯片描述

3.2 带隙基准模块

3.3 振荡器模块

3.4 RAMP模块

3.5 PWM逻辑控制模块

3.6 突发模式操作模块

4 芯片总体仿真与版图设计

4.1 芯片总体仿真

4.2 版图设计

5 全文总结

致谢

参考文献