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单片多功能DC/DC变换器芯片设计

作　者: 余倩玮
导　师: 刘树林
学　校: 西安科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 双极工艺 DC/DC变换器集成电路版图
分类号: TM46
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 44次
引　用: 1次
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内容摘要

随着电子系统设计向集成化方向的发展,开关变换器芯片已经在通信、电子计算机、消费类电子产品等领域获得了广泛的应用。为满足市场需求,本文在广泛调查和深入研究的基础上,研制了一款单片多功能DC/DC变换器芯片。通过对DC/DC开关变换器工作原理及控制模式的研究分析,设计了单片多功能DC/DC变换器芯片的控制环路及整体架构。所设计的芯片在传统PFM的基础上,通过电流限制电路减少开关管导通时间,达到减小损耗,提高芯片的整体工作效率的目的。设计了芯片的各核心模块电路,并采用Hspice进行了仿真验证。基于Cadence工作平台、采用西岳3μm/40V双极工艺,使用Spectre EDA工具对所设计芯片进行整体仿真,仿真结果验证了设计电路的可行性和理论分析的正确性。最后完成了芯片的版图设计,并通过DRC和LVS检查,验证了设计版图的正确性。所设计芯片成功在西岳流片,并利用所设计的芯片搭建了buck、boost及buck-boost变换器进行测试验证,结果表明该芯片使用最少的外接元件即可构成多种开关变换器,如buck、boost和buck-boost变换器等,具有短路电流限制功能、负载调整率好、瞬态响应速度快等特点。

全文目录

摘要  2-3
ABSTRACT  3-6
1 绪论  6-11
  1.1 本课题研究背景及意义  6-7
  1.2 国内外现状及发展趋势  7-9
    1.2.1 国内外现状  7-8
    1.2.2 DC/DC 变换器芯片发展趋势  8-9
  1.3 本论文的主要工作与章节安排  9-11
2 DC/DC 变换器芯片组成和原理  11-21
  2.1 开关变换器组成原理  11-12
  2.2 调制方式的选择  12-14
    2.2.1 脉冲宽度调制方式  12-13
    2.2.2 脉冲频率调制方式  13-14
    2.2.3 混合调制方式  14
  2.3 DC/DC 变换器芯片控制模式  14-18
    2.3.1 电压模式控制技术  15-16
    2.3.2 电流模式控制技术  16-18
  2.4 DC/DC 变换器芯片电路设计指标  18
  2.5 DC/DC 变换器芯片工作原理  18-20
  2.6 本章小结  20-21
3 DC/DC 变换器芯片核心电路设计  21-38
  3.1 偏置电路设计  21-24
    3.1.1 偏置电路工作原理  21
    3.1.2 电路设计  21-23
    3.1.3 仿真结果  23-24
  3.2 基准电压源设计  24-28
    3.2.1 基准电压源基本原理  24-25
    3.2.2 电路设计  25-26
    3.2.3 仿真结果  26-28
  3.3 振荡器设计  28-31
    3.3.1 振荡器基本原理  28-29
    3.3.2 电路设计  29-30
    3.3.3 仿真结果  30-31
  3.4 触发器设计  31-33
    3.4.1 触发器基本原理  31-32
    3.4.2 电路设计与仿真  32-33
  3.5 比较器设计  33-37
    3.5.1 比较器基本原理  33-34
    3.5.2 电路设计  34-36
    3.5.3 仿真结果  36-37
  3.6 本章小结  37-38
4 DC/DC 变换器芯片版图设计  38-47
  4.1 版图设计流程  38
  4.2 DC/DC 变换器芯片版图设计  38-45
    4.2.1 版图器件的设计  38-41
    4.2.2 总体电路版图设计  41-44
    4.2.3 检查验证  44-45
  4.3 本章小结  45-47
5 DC/DC 变换器芯片的应用和测试  47-58
  5.1 DC/DC 变换器芯片的一般应用  47-50
    5.1.1 在Buck 电路中的典型应用  47-49
    5.1.2 在Boost 电路中的典型应用  49-50
  5.2 DC/DC 变换器芯片的特殊应用  50-54
    5.2.1 扩展输出电流的应用  50-52
    5.2.2 具有关断功能的电路  52-53
    5.2.3 恒流恒压充电电路  53-54
  5.3 芯片测试  54-57
    5.3.1 实验现象  54
    5.3.2 实验结果  54-57
  5.4 本章小结  57-58
6 结论  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-62

单片多功能DC/DC变换器芯片设计

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