24V輸入，寬輸出范圍，高效Buck DC-DC Converter設(shè)計(jì).pdf

1、本文介紹的是一款高壓DC—DC轉(zhuǎn)換器項(xiàng)目的電路和版圖設(shè)計(jì)，這款芯片的輸入電壓范圍是5．5～24V，輸出范圍是1．2V～VDD·90％。 文章對(duì)DC—DC芯片設(shè)計(jì)的流程進(jìn)行了總結(jié)，依次介紹了項(xiàng)目設(shè)計(jì)當(dāng)中的各個(gè)階段。第一部分是DC—DC的基本工作原理；第二部分介紹電路的行為模型以及頻域分析；第三部分是電路設(shè)計(jì)階段；第四部分則是版圖設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。電路仿真結(jié)果滿足了項(xiàng)目的各項(xiàng)要求，版圖已經(jīng)流片。 在控制模式方面，這款芯片的設(shè)計(jì)

2、使用了PWM/PFM雙模式的DC—DC控制，其中的PFM調(diào)制方式中采用了獨(dú)創(chuàng)的最小占空比限制的方法實(shí)現(xiàn)。這種PFM控制模式之下，每個(gè)脈沖的占空比都大于等于一個(gè)固定的占空比。如果輸出電流過小，輸出電壓就會(huì)上升。輸出電壓過高的時(shí)候時(shí)鐘脈沖就被屏蔽。利用這種工作模式，在每幾個(gè)周期中才會(huì)有一個(gè)脈沖，因此可以實(shí)現(xiàn)PFM調(diào)制。這種調(diào)制方式的優(yōu)勢(shì)在于功耗則比PWM模式明顯降低的同時(shí)，可以保持很小的紋波。 另外在頻域分析部分，我們搭建了一個(gè)DC

3、—DC的獨(dú)創(chuàng)頻域仿真平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)采用電流平均化模型的建模方法，可以直接代入電路中的負(fù)載和模擬模塊，對(duì)DC—DC系統(tǒng)的環(huán)路增益和相位裕度進(jìn)行分析。利用這個(gè)模型，我們對(duì)這款DC—DC芯片頻率補(bǔ)償進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并最終得到使環(huán)路穩(wěn)定的補(bǔ)償參數(shù)。 本文在電路設(shè)計(jì)階段中設(shè)計(jì)了最小占空比產(chǎn)生模塊。PWM和PFM切換的電流點(diǎn)由最小占空比確定，為此最小占空比要于PWM穩(wěn)定狀態(tài)的占空比一同變化。這個(gè)模塊生成的最小占空比與輸出電壓成正比，與輸入

4、電壓成反比。PWM占空比也是于輸入電壓成反比，與輸出電壓成正比，因此最小占空比和PWM的穩(wěn)定占空比在不同的輸入輸出電壓下都很接近。 設(shè)計(jì)了斜波補(bǔ)償電流產(chǎn)生模塊，該模塊生成的斜波補(bǔ)償電壓和輸出電壓成正比，在輸出電壓大幅變化的情況下可以保證PWM環(huán)路的穩(wěn)定。 最后，本文介紹了高壓版圖設(shè)計(jì)的一些方法和注意事項(xiàng)。 本次設(shè)計(jì)采用TSMC0．6um40V BCD工藝，Cadence Spectre仿真器。芯片在預(yù)定的輸入輸出