低成本，低功耗，高集成度的单片机电源系统设计

发布时间：2020-08-28 00:45

【摘要】：本文从单片机开发过程中实际面对的电源电路设计需求入手,以无片外电容的高集成度、低功耗模式下极低的待机电流与严格控制芯片面积的低成本作为电路设计的主要待突破方向。在此基础上,对各种主流的电源架构进行了充分的分析与论证,充分比较了它们的优势与缺陷,并加以取舍。 通常市面上可见的电源主要区分为开关电源与线性电源两类,开关电源又可依储能元件不同而区分为依赖电感的PWM电路或依赖电容的电荷泵电路；而线性电源也可根据误差放大器的形式区分为若干种形式,它们各自具有不同的优缺点,比如PWM电路在高功耗情况下具有比较良好的转换效率,而线性电源则具备优秀的EMI特性。在本文所面对的设计需求中,宽电压输入,无外部器件的条件限制下,很难利用单一的电路结构完成设计,因此,需要采取多种手段结合的方式来完成整个电源系统的搭建。 在充分讨论各类电路的特性基础上利用他们的优势叠加最终确定电路的基本架构为电荷泵升压拓展工作电平范围的线性电源,并且输出级采取源跟随器的方式改善动态特性,取消外接电容,而对于低功耗模式,则采取滞回的控制方式来严格控制待机电流。 在系统的目标与架构得到确立后,进一步明确各分块电路的设计指标并加以设计仿真,最终得到电源系统的完整设计。 在设计完成并交由布局人员完成布图后,芯片通过流片得到实物进行验证,验证结果也列于本文中。从最终的验证结果来看,本文最初提出的设机构想得到了充分的解决,在一系列单片机系统芯片中有着广阔的应用前景,可以大大提升芯片的应用价值,拓展应用范围。
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN402;TP303.3
【图文】：

在室温即30OK附近时，大约为一2.2mV/℃。而对于两个电流密度不同的晶体管，其△vBE则可推算出:△株:二kT，，Jt，，、—Int—)q’去2’其温度系数为:她珠:日T二兰inT弄，、，、.」、一~、.，，、.~、_卜一、，_、l，，_吮二)，以八甲多戮计异，嵌但刀一止数。JcZ这样，只要我们选取适当的比值，即可获得一个与温度无关的电压基准。本例中采用的具体电路如下:

内部存在很多对平均电平敏感的电路，因而第然选择第一种电路架构，针对其电平跳变情况分析如下:令电路工作在高功耗的通常模式下，负载电流在15mA与100电平的最高与最低值，然后令电路自高功耗模式切换至低功电平的最高与最低值(高功耗模式下负载15mA，低功耗着在低功耗模式下，令负载电流在100林A与1林A间切换，最高与最低值，最后令电路自低功耗模式切换回高功耗模式高与最低值。

25’C，负载电流15mA，Normal工作模式瞬态仿真如图，电路在4.5V下启动，工作于通常模式下，空载。输入电平自4.5V缓慢下降至2.5V，电荷泵电路工作方式由电平检测电路自动切换，在输入高于4V时关闭电荷泵，低于4V时打开电荷泵并置于1.5倍压，低于3V时切换为2倍压。故VG电平在图中出现两次跃升，而在此过程中，VOUT电平并不受其影响，恒定于1.8V输出。表巧整体电路瞬态仿真数据TemPPPTRIsEEEVPPPPVMINNNVM从从I削0000I蒯01.555I脚02.000IMAx1555IMAX2.。一40001.79E一04447.93E一03331.80001.8111一1.08E一0444一1.2lE一0444一1.1IE一0444一8.75E一0444一4.55E一0222225551.3IE一04446.glE一03331.81111.8222一1.09E一0444一1.24E一0444一1.14E一0444一7.58E一0444一4.o6E一0888885551.06E一04446.62E一03331.81111.8222一1.IOE一0444一1.26E一0444一1.I6E一0444一6.52E一0444一3.75E一04一40001.78E一04447.64E一03331.80001.8000一1.08E一0444一1.22E一0444一1.1IE一0444一1.05E一0333一6.o7E一0222225551.30E一04446.65E一03331.80001.8111一1.09E一0444一1.24E一0444一1.14E一0444一9.22E一0444一4.93E一0888885551.06E一04446.72E一03331.80001.8111一1.IOE一0444一1.27E一0444一1.16E一0444一8.29E一0444一4.69E一0一40001.79E·04448.87E一03331.81111.8222一1.08E一0444一1.2lE一0444一1.1IE一0444一7.38E一0444一3.glE一0222225551.3IE一04447.53E一03331.83331.8333一1.14E一0444一1.24E一0444一1.14E一0444一6.36E一0444一3.48E一0888885551.OSE一04446.90E一03331.83331.8444一1.20E一0444一1.26E一0444一1.16E一0444一5.45E一0444一2.9IE一0一40001.78E一04447.75E一03331.80001.8000一1.07E一0444一1.21E一0444一1.10E一0444一8.58E一0444一4.34E一

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本文编号：2806844