论文部分内容阅读
随着半导体工艺与制造技术的飞速发展，电子技术也得到了长足的进步，新的工艺与电路设计技术让电子产品的性能得到了极大的提升，各种电子产品不断涌现的同时，对产品的能耗管理技术也有了更高的要求，而模拟电源芯片经过多年的发展其性能提升也到了瓶颈，相比而言，数字控制电源在设计效率、生产成本与控制灵活性方面则优势突显。作为数字控制电源重要组成部分的模数转换器(ADC)在很大程度上影响了数字电源的整体性能，而传统的ADC在开关电源环境中也面临诸多限制。因此，研究用于数字控制电源中的ADC具有重要的意义。
本文从降压(Buck)型数字控制DC-DC变换器系统出发，对其系统组成、工作原理、调制模式等进行了阐述。结合ADC的原理与特点，分析比较了几种用于数字控制电源中的ADC结构，提出了具有动态电压调整(DVS)功能的分段线性化延迟线ADC结构。在采用线性度更高的延时单元与数字校准电路后，设计实现了用于数字控制电源的6位分辨率、最高采样频率25MHz的改进型延迟线ADC，并应用在DVS调整的Buck型数字控制DC-DC变换器中。
设计的6位25MHz分段线性延迟线ADC在中芯国际(SMIC)0.13μm CMOS混合信号工艺下进行了仿真验证与版图设计。仿真结果表明，ADC的最高采样频率达到25MHz，有效分辨率为12.5mV/LSB，数字校准后的DNL最大值为1.03LSB，最小值由-1.0LSB降为-0.58LSB，INL的最大值由1.85LSB降为1.37LSB，最小值由-1.12LSB降为-0.7LSB，平均功耗为0.96mW，综合指标FOM为2.57pJ。最后对具有DVS功能的Buck型数字控制DC-DC变换器系统进行了版图设计与流片验证。芯片测试结果表明，输出电压能够进行动态调整，改进后的延迟线ADC在数字控制DC-DC变换器中工作正常。