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一种片上集成高性能电源管理电路设计

发布时间:2018-01-12 05:05

  本文关键词:一种片上集成高性能电源管理电路设计 出处:《电子科技大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: DC/DC转换器 小信号模型 系统稳定性 片上集成


【摘要】:随着集成度与CMOS工艺的不断发展,集成了模拟、射频、数字以及电源电路在内的片上系统(SOC)成为了市场的核心。在竞争越来越激烈的IC市场下,为了提高SOC的效率,就必须使用现有的IP核。然后将所需要的IP核模块“拼接”成符合一定功能需求的系统芯片。因此需要设计一种片上电源管理IP核以满足片上系统的需求。根据上述需要,本文设计了一种能给数字、射频等片上电路供电的电源管理电路IP核。该电路选用的是效率高的BUCK结构,开关频率1.5M,静态电流小于250μA,最大输出平均电流600mA,效率最高可以达到95%,输出电压可以根据片上系统电路的需要可以改变如1.2V、1.5V、2.5V等。该电路采用峰值电流控制方式的同步整流电路,同时该电源电路本身还具有一系列保护功能模块,能够保证电路的正常工作。首先,本文分析了BUCK拓扑结构的工作原理及其主要的性能指标。其次,根据需求提出了电源管理电路的系统框图,设定了电路的整体性能指标,阐述了电路结构的小信号模型和推导了其传输函数,在传输函数的基础上分析了零极点位置,提出了系统稳定性的解决方案。然后详细分析设计并仿真验证了误差放大器、振荡器、输出电压检测电路、零电压检测电路、小电流检测电路。其中误差放大器的作用是将反馈网络反馈的电压与参考电压进行误差放大,这个放大信号可以改变占空比,从而使输出电压稳定;振荡器的作用是提供了功率管的开关时钟和提供了斜坡补偿电路中需要的锯齿波信号;输出电压检测电路的作用是保证输出电压正常;零电压检测电路的作用是检测功率开关管与同步开关管是否同时导通,同时导通时关闭同步管;小电流检测电路检测同步整流管电流大小值,在小电流时候,关闭同步整流管,续流由寄生二极管起作用,防止电感电流出现震荡。最后,结合片外器件对电源系统进行整体仿真验证,其仿真结果表明,电路满足了设计要求,并对电路的版图做了简要的说明。
[Abstract]:With the continuous development of integration and CMOS process, analog and RF integrated. In order to improve the efficiency of SOC in IC market, digital and power supply circuits have become the core of the market. You must use the existing IP core. Then you "splice" the required IP core modules. Therefore, it is necessary to design an on-chip power management IP core to meet the requirements of on-chip system. In this paper, a power management circuit IP core which can supply power to digital, RF and other on-chip circuits is designed. The circuit uses an efficient BUCK structure with a switching frequency of 1.5m. The static current is less than 250 渭 A, the maximum output average current is 600 Ma, the highest efficiency can be up to 95. The output voltage can be changed according to the need of the on-chip system circuit, such as 1.2 V or 1.5 V. At the same time, the power supply circuit also has a series of protection function modules, which can ensure the normal operation of the circuit. This paper analyzes the principle of BUCK topology and its main performance indicators. Secondly, according to the requirements of the power management circuit system block diagram, set up the overall performance index of the circuit. The small signal model of the circuit structure and its transfer function are introduced. The zero pole position is analyzed on the basis of the transmission function. Then, the error amplifier, oscillator, output voltage detection circuit and zero voltage detection circuit are designed and simulated in detail. The function of the error amplifier is to amplify the feedback voltage and the reference voltage, which can change the duty cycle and make the output voltage stable. The oscillator provides the switching clock of the power transistor and the sawtooth wave signal needed in the ramp compensation circuit. The function of the output voltage detection circuit is to ensure the output voltage is normal; The function of the zero-voltage detecting circuit is to detect whether the power switch tube and the synchronous switch tube are on at the same time, and to close the synchronous tube when the power switch is on at the same time; The small current detection circuit detects the current value of the synchronous rectifier. When the current is small, the synchronous rectifier is closed and the continuous current is operated by the parasitic diode to prevent the inductor current from oscillating. Finally. The simulation results show that the circuit meets the design requirements, and the layout of the circuit is explained briefly.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN86

【共引文献】

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本文编号:1412788

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