【摘 要】
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随着集成电路的发展以及各类片上系统(SOCs)的大量应用,芯片系统的发展逐渐向高速度、高集成度和微型化靠拢。其中处理器微处理器应用上,需要高精度的电源以及大的输出功率,同时为了实现CPU与电源的集成,因此对相应的DC-DC变换器提出满足低纹波、输出电流大、集成度高的要求。传统的DC-DC变换器适用范围逐渐变窄,不再适用于新型处理器。为解决上述难题,本文提出了一种六相交错并联型全集成Buck电路设计
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随着集成电路的发展以及各类片上系统(SOCs)的大量应用,芯片系统的发展逐渐向高速度、高集成度和微型化靠拢。其中处理器微处理器应用上,需要高精度的电源以及大的输出功率,同时为了实现CPU与电源的集成,因此对相应的DC-DC变换器提出满足低纹波、输出电流大、集成度高的要求。传统的DC-DC变换器适用范围逐渐变窄,不再适用于新型处理器。为解决上述难题,本文提出了一种六相交错并联型全集成Buck电路设计。在比较了不同交错并联方式后,采用电流滞环控制模式,提出一种新型主从均流实现方式,利用DCR电流检测电路分别提取各相电感电流变化信息,反馈至各相的外部滞环比较器,将各相电感电流锁定在一定的滞环宽度范围内,选取其中一相作为主相环路,利用延迟锁相环生成与主相驱动信号相位分别相差60°的脉冲信号,叠加至滞环下限,通过动态调节滞环宽度使各相开关信号交错分频,达到较好的均流效果的同时提高动态响应速度。经过仿真验证该方法能够有效实现各相均流,避免电流分配不均匀导致任意一相环路电流过大,影响芯片寿命。相较于传统的单相DC-DC变换器,通过六相交错并联的办法能有效增大输出电流、减小纹波、减小输出电容电感面积。本文设计采用了TSMC的0.18um BCD工艺,在输入5V电压的情况下,输出范围在1.5V-2.2V,最大输出电流5A。在Cadence Virtuoso环境下经仿真验证,与传统单相Buck电路相比,采用六相交错并联结构能够有效减小输出电压纹波,减小滤波电容面积,且由于分散了输出电流,储能电感值减小,各相电流差值控制在16.6m A以内,输出电流纹波为71m A以内。
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