基于verilog-ahdl高层次行为模型的大功率dcdc开关电源芯片的设计研究

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1、西安电子科技大学攻读博士学位研究牛■毕业论文基于？高层次行为模型的大功率/开关电源芯片的设计研究作者:刘帘曦导师:杨银堂学科:微电子学与固体电子学学位:工学博士年月中国西安：/・・'・・.创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。申请学位

2、论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。木人签名：关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许釆用影印、缩印或其它复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定本学位论文属于保密，在土年解密后适用本授权书。本人签名：日期:触莎・・H导师签名：H期:

3、塑』：上:企摘要摘要中央处理器是现代电子系统的心脏，而直流电源则是的心脏。随着集成电路设计水平的不断提高和半导体工艺的不断发展，现代集成的功能越来越繁多，内部结构越来越复杂，同时其消耗的功率越来越大，对电源的要求也越来越苛刻，这使得专用的直流电源转换芯片结构和功能也更加复杂。因此，研究基于应用的大功率/电源转换电路是具有重要意义的工作。本文对大功率型同步整流/开关转换电路进行了系统的理论及试验研究。本文提出了“中点会合”式的大规模模拟集成电路的设计方法和流程，采用•语言建立模拟集成电路单元的高层次行为模型，运用“自顶向下的方

4、法完成对大规模模拟集成电路系统的设计以及功能模块的划分;针对划分好的模拟电路单元，运用“自底向上”的设计方法实现晶体管级电路的设计。新的设计方法能有效加快大规模模拟集成电路设计进度以及系统验证的完备性。本文在系统分析公司的•直流电源转换器设计标准和直流开关转换电路的工作原理基础上，深入研究模拟电路单元的性能参数,并利用模拟电路高层次描述语言•，建立了模拟开关、全差分运算放大器、带隙基准电压源、模数转换器、电压检测、电平转移等模拟单元的高层次行为模型，对建立的各个模拟单元的功能进行了仿真验证。利用这些模拟单元的高层次模型构建了

5、包括/开关转换控制电路和驱动电路在内的完整的大功率型同步整流/开关转换电路系统，并在行为级对设计的系统进行了仿真验证，通过行为级的系统设计，对整个系统进行了功能划分，从而得到了各个功能模块的电学特性参数，这些结果可以指导进一步的晶体管级电路设计。在建立的各个功能模块行为模型的基础上，对各个单元进行了晶体管级的电路设计。基于对模拟单元电路工作原理的分析，本文采用一级温度补偿和电阻二次分压技术设计的高性能带隙电压基准源电路，其输出电压为…，大人扩展了原有带隙电压基准源的输出电压范围，并保证较低的温度系数;利用误差比较器的延迟时间

6、来改善振荡器的精度，实现了同种工艺条件下振荡器周期精度的大幅度提高，在振荡频率为时，周期精度可以提高％;采用温度计译码的结构，实现了位高精度的转换器电路,其输出电压从•〜.变化,步长为，输出电压误差为土％，微分非线性误差小于・,积分非线性误差约为•。根据•直流电源转换器设计标准，完成了电源电压检测，输出电压监控，以及过流过压保护电路的设计。本文提出了同时利用平均电流值均流和输出阻抗调整均流两种方法来实现两相转换器输出电流的平均化，同时对输出电流和输出电压检测，采用电流反摘要馈和电压反馈双环控制的方法，既提高型开关转换电路的瞬

7、态响应速度，又提高了输出电压和电流的精度。在对输出电流进行采样的过程中,利用输出电流大，而同步整流导通电阻小的特点，省略了常用的电流检测电阻，而直接将同步整流管的导通电阻作为电流检测电阻，有效提高了开关转换器的转换效率。利用移位寄存器设计了“打嗝模式的过流保护，有效地防止了在上电过程中由于电源电压的波动造成的误操作。在分析大功率型同步整流/开关转换电路系统工作原理的基础上，确定了外围电路的参数，利用厂家提供的模型参数对整个晶体管级的电路用仿真器进行了验证。基于的•“工艺和.•高压工艺,分别完成了两相型同步整流/开关转换控制电

8、路和双通道驱动电路的物理版图设计，完成了流片验证。根据两颗芯片的封装形式,设计了测试版，并完成了两相型同步整流/开关转换电路系统的测试,在设定输出电压为.,负载电阻为时，系统两路并联转换器实现了电流共亨，每路平均输出电流约为,系统输出电流约为，测试结果证明了设计的正确性。关键词:•，高层次