基于数字辅助技术的电源管理单元的研究与设计-微电子学与固体电子学专业论文.docx
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摘要
摘 要
随着便携电子设备的日益普及和功能演进,人们对以手机、平板电脑为代表 的个人移动信息终端提出了更高的要求,包括更多的功能、更长的使用时间、更 轻薄的外形尺寸和更低的系统成本,其中尤其以长用户体验时间最为关键。因此, 电源管理功能完备与否,已经成为评价个人移动信息终端的重要指标。在个人移 动信息终端中,高集成的电源管理单元(PMU,Power Management Unit)在保持 较高变换效率的同时,对比传统的多芯片电源系统显示出了很高的优越性。它可 以提供多种电源管理功能,并且设计精简,外围器件使用较少,易于小型化。所 以,电源管理单元是移动便携设备电源解决方案的一个趋势。
本文针对典型移动设备的应用需求,确定了一款 PMU 芯片的指标,设计了 系统架构及整体的逻辑电路。该 PMU 芯片包含了四路 DC-DC 降压变换器和两路 200mA 低压差线性稳压器,并且其中两路 DC-DC 的输出可通过 I2C 总线步进调 整,可实现对处理器的动态电压调整(DVS,Dynamic Voltage Scaling)功能。针 对深亚微米工艺条件下模拟电路设计的特点,在整体设计及具体电路设计中融入 了数字辅助技术,以提高效率,提升性能。本文分析设计了该芯片中的几个主要 子模块,包括带隙基准模块,数模转换器,分相时钟产生模块等。运用 Hspice 软 件,在 0.13μm CMOS 工艺下对子电路和整体电路进行仿真分析,运用 Virtuso 完 成整体版图的绘制。流片后,对芯片的关键参数进行了测试和分析。
测试结果显示,本文设计的这款 PMU 芯片的动态电压调整功能正确;几路 变换器的上电及掉电相互间几乎无影响;上电时序正常可以通过连接每路变换器 的 PG(Power Good)引脚和使能端进行编程,以满足对上电时序要求严格的不 同应用;分压电阻设置输出的 DC-DC 变换器效率最高可以达到 95%,可通过 I2C 动态可调的两路变换器效率最高可达到 90%,符合最初的设计要求。
关键词:电源管理单元,数字辅助技术,带隙基准,数模转换电路
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Abstract
Abstract
As more popular and powerful the portable devices are getting, personal information terminals, such as mobile phone and tablet pesnoal computer, are demanded high requirement, including more function, longer lifetime, smaller size and lower cost, among which longer using time is the most important one. Therefore, personal information terminal is judged mainly by the integrity of power management utility. In personal information terminal, the superiority of PMU maintaining relatively high efficiency over conventional chip power system is obvious. For its providing multiple power management functions, simple design, less external devices, higher integration. For those advantages, power man
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