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内嵌LDO的电荷泵型DC-DC芯片的研究与设计

作　者: 刘准
导　师: 李威
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电荷泵内嵌LDO 基准源振荡器
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在新一代的纳米级芯片的应用中,经常需要很低的电压去驱动低功耗的电路的运行,并且需要增加供电电池的寿命。但是传统的开关电容电路或者基于电感拓扑的DC-DC电路的功耗太大,并且占用很大的芯片面积。而电荷泵电路可以很好的解决这些问题,并且不需要电感,能很好的消除电磁干扰,这还可以使电荷泵电路被封装在灵敏的射频接收器或者是无线设备的芯片中。本文采用TSMC0.5μm工艺设计了一种内嵌LDO的电荷泵型DC-DC转换器。它可以在1.8V到5.5V的范围内实现2.5V到5.5V之间的6个输出电压,并且具有自动模式转换的功能。该电路还具有电流限制,软启动,过温保护等功能,在关断模式下,该电路的静态电流不足1μA。并且该电路还具有跳周期功能,可以根据输出负载的变化控制跳过的时钟周期,提高了电路的转换效率。本文先是对电荷泵电路进行了理论分析建模,着重分析了线性模式,跳周期模式,以及LDO模式的控制方式,然后对其中的基准源,振荡器,模式选择子模块的设计进行了详细的介绍,在对电荷泵的原理以及子模块设计进行了理论分析之后,还使用Hspice软件对芯片的整体功能进行了仿真验证,通过整体仿真,证明了芯片很好的满足了设计目标。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章引言  8-13
  1.1 开关电源技术的发展动向  9-10
  1.2 开关电源技术的发展  10-11
  1.3 课题特点  11-12
  1.4 本文所做的工作  12-13
第二章电路整体结构及应用设计  13-22
  2.1 概述  13-14
  2.2 电荷泵的基本原理  14-17
  2.3 PSM 模式的工作原理  17-19
  2.4 电荷泵的主要参数  19-22
第三章子电路模块的设计与仿真  22-52
  3.1 带隙基准  22-36
    3.1.1 带隙基准原理  22-26
    3.1.2 具体电路分析  26-32
    3.1.3 电路仿真结果与分析  32-36
  3.2 振荡器  36-45
    3.2.1 振荡器原理分析  36-43
    3.2.2 仿真结果分析  43-45
  3.3 模式选择模块  45-52
    3.3.1 电路原理分析  45-48
    3.3.2 仿真结果分析  48-52
第四章整体功能仿真  52-61
  4.1 COUT 的影响  52-54
    4.1.1 COUT 对启动时间的影响  52-53
    4.1.2 COUT 对输出电压纹波的影响  53-54
  4.2 容差分析  54-55
  4.3 输入电流  55-57
    4.3.1 启动时的输入电流  55-56
    4.3.2 静态电流  56-57
  4.4 LDO 的参数仿真  57-58
    4.4.1 线性调整率  57-58
    4.4.2 负载调整率  58
  4.5 跳周期与IOUT 的关系  58-60
  4.6 小结  60-61
第五章结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间取得的研究成果  65-66

内嵌LDO的电荷泵型DC-DC芯片的研究与设计

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