【摘 要】
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物联网微控制器（Microcontroller Unit,MCU）大多有低功耗要求,其正常工作时耗电mA级,在休眠模式时耗电μA级。为了降低物联网MCU消耗的能量,需要电源转换器在μA～mA数千倍的宽带载范围保持高转换效率。由于物联网MCU整体功耗较低,开关电容DC-DC是给物联网MCU供电的理想选择。本文设计的开关电容DC-DC采用重载-轻载双环路控制方案,负载较重的情况下双环路同时打开,负载较
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物联网微控制器（Microcontroller Unit,MCU）大多有低功耗要求,其正常工作时耗电mA级,在休眠模式时耗电μA级。为了降低物联网MCU消耗的能量,需要电源转换器在μA～mA数千倍的宽带载范围保持高转换效率。由于物联网MCU整体功耗较低,开关电容DC-DC是给物联网MCU供电的理想选择。本文设计的开关电容DC-DC采用重载-轻载双环路控制方案,负载较重的情况下双环路同时打开,负载较轻时关闭重载环路,扩展了开关电容DC-DC带载范围的同时,提高了不同负载情况下的转换效率。拓扑结构中采用低阈值电压晶体管来降低开关管导通电阻损耗;采用3-7层MOM电容来降低飞电容寄生电容损耗;设计了低摆幅时钟降低开关管寄生电容损耗。反馈控制电路采用低电平电压供电以降低功耗;采用脉冲跳周期调制策略快速响应负载的变化,在负载下降时减小与时钟频率相关的损耗。本文的宽负载高效率开关电容DC-DC基于TSMC 28nm工艺上完成了设计,输入电压1.8V,输出电压0.8V,面积0.56mm~2。后仿真结果表明,开关电容DC-DC电路在1μA～4mA负载范围内可通过负载反馈调节保证输出电压稳定在0.8V,输出电压纹波小于10m V;4mA负载下转换效率为80.4%,10μA负载下转换效率为76.9%。
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