双相可程控DCDC控制芯片设计

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1、论文题目：双相可程控DC-DC控制芯片设计专业：微电子学与固体电子学硕士生：张允武（签名）指导教师：刘树林（签名）摘要随着高性能CPU的出现，需要输出电压更小、电流更大的DC-DC变换器。传统的单相DC-DC控制芯片日益显示出局限性，多相DC-DC变换器以其独特的性能，为CPU电源的解决方案开辟了一条新路。本文在广泛调查和深入研究的基础上，设计了一款符合IntelVRM9.0标准的双相可程控DC-DC控制芯片。通过对DC-DC开关变换器工作原理及控制模式的分析，设计了双相可程控DC-DC控制芯片的控制环路及整体架构。采用设计的均流电路，芯片实现了平衡双相电流的功能，保证了芯片工作的可靠

2、性。通过5位DAC电路，芯片接收外部VID(Voltageidentificator)信号，得到1.100V到1.850V的参考电压(步长25mV)，实现了可程控功能。设计的无额外损耗的电流检测电路，通过周期检测同步整流管的正向导通压降来实现电流检测功能，省掉了检测电阻，提高了芯片的效率。深入分析芯片各核心模块的工作原理，设计出它们的电路并采用Hspice进行仿真验证。基于Cadence工作平台，采用贝岭0.6umBiCMOS工艺模型，使用Spectre和Ultra-sim等EDA工具对芯片进行系统级仿真验证。最后完成了芯片的版图设计，并通过DRC(DesignRuleCheck)和L

3、VS(LayoutVersusSchematics)检查，验证了设计版图的正确性。所设计的DC-DC控制芯片具有双相输出及可程控功能。采用该控制芯片的同步整流BUCK变换器系统实现了低压大电流输出要求；其等效工作频率是原来的2倍；系统的单位增益带宽亦提高到原来的2倍，加快了负载的瞬态响应速度；由于各个通道的输出电流相互叠加，减小了输出电流的纹波。仿真结果验证了设计方案的可行性和理论分析的正确性。关键词：双相；可程控；DC-DC；控制芯片；集成电路；版图研究类型：应用研究Subject:DesignofaTwoPhaseProgrammableDC-DCControllerChipSpe

4、cialty:Microelectronicsandsolid-stateelectronicsName:ZhangYun-wu(Signature)Instructor:LiuShu-lin(Signature)ABSTRACTWiththeappearanceofhigh-performanceCPU,theDC-DCconverterwithsmalleroutputvoltageandlargercurrentisneeded.Andthelimitationoftraditionalsingle-phaseDC-DCcontrollerchipisshownincreasin

5、gly.However,multiphaseDC-DCconverterwithitsuniqueperformanceoffersanewwayforCPUpowersolutions.TomeetthehighperformanceCPU’slow-voltageandlargecurrentpowersupplydemand,thispaperdesignsatwophaseprogrammableDC-DCcontrollerchipbasedonthestandardofIntelVRM9.0afterextensiveinvestigationandthoroughstud

6、y.AfteranalyzingtheprincipleofDC-DCswitchingconverteranditscontrolmode,thetwo-phaseprogrammableDC-DCcontrollerchip’scontrolloopanditsoverallstructureisdesigned.Withthedesignedcurrentbalancecircuit,thechiprealizethefunctionofbalancingdoublecurrentandguaranteeingthereliabilityofthechip.Througha5bi

7、tDAC,thechipcanreceiveexternalVID(Voltageidentificator)signaltoobtainareferencevoltageswingfrom1.100Vto1.850Vwiththestepof25mV,andtheprogrammablefunctionisachieved.Thecurrentsensingcircuitwithoutextralossisdesignedtoachievei