硅基微显示芯片集成高性能电源管理器设计研究

发布时间：2020-04-07 15:02

【摘要】：随着近几年微电子技术的蓬勃发展,硅基OLED微型显示设备以其微型便携的优点引起人们的高度重视。由于硅基OLED像素驱动电路需要正负两路电压供电才能达到显示效果,这两路电压分别提供像素驱动电路所需的正电压和硅基OLED公共阴极所需的负电压。本文的目的就是设计一个双输出的电源管理单元(PMU)为硅基OLED供电。首先,介绍了PMU中常用到的变换器类型,主要包括:低压差线性稳压器(LDO)、电荷泵和DC-DC开关电源,分析了三种变换器的性能优缺点,并结合课题的实际要求,本文所设计的PMU采用Cuk型DC-DC变换器和LDO相结合的新型结构。其中Cuk电路采用PWM调制的峰值电流控制模式输出负电压,同时Cuk电路产生的脉冲电压经过滤波得到直流电压,该直流电压通过LDO模块输出正电压,这两路输出电压在数值上均大于输入电源电压。本文设计的PMU电路主要包括两个部分:第一部分为输出正电压的LDO模块,其中的子模块主要包括基准电路、误差运放和开关电阻网络等,通过具体分析影响LDO电路稳定性的因素,设计采用一种无片外电容并带有密勒补偿的LDO结构;第二部分是PWM调制的负压输出模块,该部分的子模块包含了电流检测电路、斜坡补偿电路、误差运放、比较运放、环形振荡器和驱动电路等。由于负压输出部分采用外环电压、内环电流的双环负反馈结构,所以在设计时采用电压环路补偿网络和电流环路斜坡补偿电路来使得PWM调制的负压输出部分具有足够的相位裕度。PMU的电路仿真和整体的版图设计是在SMIC 0.18μm 1.8V/5V CMOS工艺下完成的,通过仿真可以得出,在2MHz开关频率和系统提供的3.3V、1.8V标准输入电源下,输出正电压在2~5.5V范围内可调,输出负电压在-2~-5.5V范围内可调,并且正负输出电压纹波均小于5m V。输出正、负电压的线性调整率(LNR)分别为5m V/V和20m V/V,负载调整率(LDR)分别为0.04m V/m A和0.15m V/m A。结果表明,本课题设计的PMU能够满足硅基OLED像素驱动电路的供电要求。
【图文】：

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景为人与计算机通讯的媒介，在目前的日常生活和同时显示器的设计制造技术和显示器的制作材料发光二极管（Organic Light-Emitting Diode, O2]，吸引了越来越多设计公司和制造厂商的目光二极管显示器（Passive-Matrix OLED，PMO显示器（Active-Matrix OLED，PMOLED）[3n）微显示设备和以非晶硅、微晶硅或多晶硅为是以单晶硅为背板，如图 1-1 所示，其中的关、白光 OLED 层和透明阴极均制作在同一块的 CMOS 集成电路工艺，可以在硅芯片上集 Random-Access Memory，SRAM）、像素驱动 Differential Signaling，LVDS）传输模块等，这集成化和微型化[5]。

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图 1-2 eMagin 公司硅基 OLED 显示屏Fig.1-2 eMagin OLED-on-silicon display对于硅基 OLED 微显示设备，其核心技术主要在芯片的设计上。图 1-3 所示为 eMagin 公司 SXGA-096 硅基微显示芯片整体结构框图，采用 4 对 LVDS 传输数据，输入电源电压分别是 5V、1.8V 和-1.5V。芯片内部包括 LVDS 接收模块、DAC、像素驱动部分和 DC-DC 开关电源等[38]。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN873

【参考文献】