高性能cmos功率管理单元芯片设计研究

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1、高性能CMOS功率管理单元芯片设计研究作者姓名黄山圃导师姓名、职称朱樟明教授一级学科电子科学与技术二级学科微电子学与固体电子学申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1211122721密级分类TN82号TN4公开西安电子科技大学硕士学位论文高性能CMOS功率管理单元芯片设计研究作者姓名：黄山圃一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕士指导教师姓名职称：朱樟明教授提交日期：2014年11月AStudyofHighPerformanceCMOSPowerManagementUni

2、tAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicScienceandTechnologyByHuangshanpuSupervisor:Prof.ZhuzhangmingNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，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

3、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或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已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学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。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，可以允许采

4、用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究成果再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要近年来，移动通信领域的推陈出新带动了功率管理芯片相关市场，使其成为电子领域的热点之一。作为各种移动电子设备的重要组成部分，功率管理单元PMU是否可以为所有的功能模块提供合适高效的电源不但影响了设备的稳定性和可靠性，更是影响了整个电子系统的性能实现。而由于各类移动设备中各个功能模块实现功能的差异，对供电电源的电

5、压值、噪声、稳定性、效率等也有了迥然不同的要求，单一的电源供电电路无法满足日益复杂的系统供电要求，集成化成为功率管理单元的一个重要追求。PMU通过内部集成的复数电源通道，将输入电源有效而合理地分配给系统的各个模块部件，为各个功能模块提供所需的工作电压；PMU中的电源管理通道的种类和数量可以根据实际的系统需求来组合，从而优化电路设计。本文基于中芯国际（SMIC）0.35mCMOS2P2M工艺，介绍了一款5通道PMU芯片，其内部集成了输出电压可以根据外围器件自行调整的一个LDO线性稳压器通道和四个同步整流PWM控制开关电源变换器通道，其中四个

6、开关电源分别为两个降压型BUCK、一个升压型BOOST以及一个可进行模式选择的降压/升压的BUCK/BOOST开关电源变换器通道，本文限于篇幅仅以BUCK为例来介绍PMU的开关电源变换器通道。在本论文系统电路设计中，从线性稳压器和开关电源原理出发，通过对电源芯片正常工作所应具有的功能展开分析，得出该芯片的功能模块组成，针对电路系统逻辑与功能详细地介绍了电路系统包含的各种功能模块。PMU中的LDO电源通道具有高达90dB的电源抑制比、160μA的静态电流、较宽输入范围；其电压降较低，当负载取0.5A大小的情况下只有0.25V；LDO电源通道还

7、通过改进误差放大器结构来实现负载电流箝位功能，其箝位电流为1A。BUCK电源通道采用固定1MHz的时钟频率的峰值电流模式PWM调制方式，同时还采用同步整流方式来降低功耗，并具有输出电压纹波小于1%、体积小、功耗低和线性调整率低于0.5%等优点；转换效率最高可达91.2%。BUCK电源通道运用了一种高性能电流检测模块进行电流采样并实现斜坡补偿功能。本文设计的电源电路通过采用米勒补偿，产生一个左半平面零点对环路系统进行补偿来实现系统的稳定。此外，PMU内部集成了高精度带隙基准源、欠压锁定、限流和过温保护等模块来确保系统安全稳定工作。本文使用Ca

8、dence软件平台，对PMU中的电源通道的功能性子模块及整个电源通道电路进行相关仿真验证，并完成版图设计。仿真所得到的结果显示各个功能模块的电路参数基本符合设计要求，且整个电源通