低电流负载下Buck防止输出电流回流的一种方案

摘要

随着现代电子技术的发展，便携式电子产品得到了越来越广泛的运用，从掌上电脑、手机到心脏起搏器，可以说我们的生活越来越离不开这些半导体产品。也正因为如此，电源管理技术及其相关产品才得到了迅猛发展，小型化、多功能化以及数字化的趋势促使集成电源产品拥有越来越重要的地位。 本设计的主要目标是完成一个限流模块，由于Buck具有稳压的作用，因此在输出电压一定的情况下，负载的变化会相应的改变输出电流，以达到稳定输出电压的目的。而随着负载的加大，输出电流会逐渐减小，当小于一定临界值时，会出现电流回流进芯片的现象，这种现象严重影响了系统的转换效率，必须得到抑制。因此，检测是否出现回流电流，如果出现便及时关闭开关管，这就是本设计需要解决的问题。 本文主要完成了以下几项工作： 1：详细分析了回流问题产生的原因，提出了避免此种情况发生的方法。 2：设计了专用模块用来检测此回流电流，并在适当的时间及时关断Power NMOS，从而减小了系统不必要的功耗，提高了芯片的转换效率。此模块包括：偏置电流产生器、电压比较器和逻辑控制部分。其中，偏置电流产生器用来给模块提供一个近似与温度无关的电流，电压比较器比较PowerNMOS两端的电压，判断是否出现回流电流，而逻辑控制部分IR/CRcomp(current reverse comparator)则使整个芯片保持协调的工作节奏。 3：在版图的设计上，由于模拟版图设计并非为了追求面积最小化，而是要求性能最优，因此，在版图布局、布线等方面，需要考虑对称、寄生参数最小等因素，才能得到理想的结果。 4：Cadence软件仿真结果显示，本文所设计的模块达到了预期的功能要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1电源管理简介

1.2研究背景及意义

1.3国内外研究动态

1.4论文章节安排

第二章MOS模拟电路和DC／DC电源管理基础

2.1 MOS模拟电路基础

2.1.1 MOS大信号模型(SPICE LEVEL1)

2.1.2 MOS小信号模型

2.2 DC／DC电源管理基础

2.2.1电源管理简介

2.2.2构建一个DC／DC转换器

第三章限流模块的设计

3.1限流模块的作用

3.1.1电感电流的波形

3.1.2 Buck中的反向电流

3.2限流模块的设计

3.2.1偏置电流产生器

3.2.2电压比较器

3.2.3逻辑部分

第四章电路的仿真和分析

4.1偏置电流产生器

4.1.1直流仿真

4.1.2交流仿真

4.2电压比较器

4.2.1失配

4.2.2增益和带宽

4.3逻辑部分

4.3.1 IRcomp

4.3.2 CRcomp

4.4大信号传输延时

4.5总体仿真

4.6仿真总结

第五章限流模块的版图设计

5.1版图设计基本原则

5.1.1匹配

5.1.2噪声与退耦

5.1.3布局

5.2版图的验证

5.2.1 DRC(Design Rule Checkout)

5.2.2 EXT(Electronic rule check)

5.2.3 LVS(Layout Versus Schemmic circuit diagram)

5.2.4 STREAMOUT

5.2.5 Gridcheck

5.3版图设计

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文