用于開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器的自動增益跳變技術(shù)

方 芳，卜 剛，王賽賽

(南京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 南京 211100)

用于開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器的自動增益跳變技術(shù)

方 芳，卜 剛，王賽賽

(南京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 南京 211100)

設(shè)計一種用于開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器的多增益模式轉(zhuǎn)換電路，較固定增益模式相比，具有高效率、快速響應(yīng)的優(yōu)點。配合采用脈沖頻率調(diào)制技術(shù)和狀態(tài)機(jī)控制實現(xiàn)自動增益跳變。以0.5 μm CMOS工藝，利用Spectreverilog進(jìn)行電路仿真，輸入電壓范圍為2.6～4.2 V，負(fù)載電流范圍為6～60 mA。結(jié)果表明，其能實現(xiàn)多增益自動跳變，可輸出1.8 V的穩(wěn)定電壓，并且紋波<2 mV。

多增益；開關(guān)電容；DC-DC

Abstracta multiple-gain conversion circuit used for switching capacitor DC-DC converter has been design. Compared to fixed conversion mode, the presented circuit has higher conversion efficiency. The system uses the pulse frequency modulation technique and the state machine to realize automatic gain jump. The proposed circuit is implemented using SMIC 0.5 um CMOS process, the input voltage range of 2.6～4.2 V, the load current range of 6 ～ 60 mA. The result of spectreverilog simulation shows that it could realize gain hopping correctly, and generate the stable output voltage of 1. 8 V and attain the expected purpose and the output ripple is less than 2 mV.

Keywordsmulti-gain；switched capacitor ；DC-DC

開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器又稱為電荷泵(Charge Pump)，是采用電容作為儲能元件，通過電容上電荷周期性的搬運實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的一種開關(guān)電源[1]，其可以利用開關(guān)電容拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變換實現(xiàn)升壓、降壓，甚至反相功能。近年來，隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，便攜式移動終端的大量出現(xiàn)，對供電電源的要求也越來越高，開關(guān)電容DC-DC轉(zhuǎn)換器效率高、易集成、成本低、EMI小等特點成為人們關(guān)注的熱點[2]。

傳統(tǒng)電荷泵一般采用固定轉(zhuǎn)換比和固定開關(guān)頻率線性控制電荷泵的充放電，具有低噪聲，高 EMI 抑制的優(yōu)點，但其轉(zhuǎn)換效率低，尤其是在輕載的情況下。具有多轉(zhuǎn)換比模式的電容泵，相比固定轉(zhuǎn)換比具有較高效率，但其動態(tài)響應(yīng)速度較慢[3]。本文設(shè)計了一種多增益轉(zhuǎn)換電路，采用有限數(shù)字狀態(tài)機(jī)來控制并完成各轉(zhuǎn)換比之間的切換，準(zhǔn)確平緩地在高低轉(zhuǎn)換比之間進(jìn)行跳躍，提高了效率、動態(tài)響應(yīng)速度并且使電路數(shù)字化，便于實現(xiàn)復(fù)雜算法。……