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应用与45nmCMOS的具有数字调制功能的全差分集成开关电容DC-DC转换器 Yogesh K. ramadass，会员，IEEE，艾A.法耶德，高级会员，IEEE，和 anantha P.卓卡珊，研究员，IEEE 摘要实施有效和具有成本效益的功率以电池为动力的混合信号SoC调节方案重点在集成电路设计。本文提出了一种完全集成的开关电容DC-DC转换器在45 nm数字CMOS技术。该实现使用代替传统的金属烤瓷冠的数字电容调pwm控制方法来保持对负载电流调节的变化。本技术保持恒定的开关频率同时缩放开关和底板损失变化在负载电流。因此，效率高，可实现跨越不同的负载电流水平，同时保持一个可预测的开关噪声的行为。转换器占地只有0.16毫米，1.8 V输入操作。它提供了一个可编程的亚1V电源具有高达69%的效率和负载电流100和8mA.测量结果确认所提出的设计的理论基础。 指数条款的CMOS数字电源，直流-直流转换，数字电容调制，LDO的更换，开关电容。 一、引言 最近在电子设备中使用的扩张人类生活的各个方面起到了推波助澜的需求广泛的功能，多个无线/有线连接选项，几个数字/模拟接口机制，显着较高的数字处理力，大比以前的数据存储容量。扩展数字处理功能驱动IC产业走向彻底缩小到纳米硅制造技术随着降低电源分诉这个水平缩放允许非常密集的数字实现的最小功率消耗。另一方面，在系统需要除了广泛的数字模拟/射频能力处理功能，扩大导致的演变片上系统（SoC）的混合信号。在这些系统，射频，模拟，数字处理电路都集成到一个单芯片形式在试图最大限度地提高全系统功能的最小功率，成本，和足迹。不过，对于不同的功能被集成在一个需求单一的SOC会产生严重的电源管理瓶颈。特别是，独立的人数众多，隔离，唯一的电源要求的这些不同的定义电路的转换过程，进行调节，并有效地提供电力的SOC从一个单一的能源电源（电池）非常具有挑战性的。事实上，在一个典型的混合信号SoC可能有多达30的隔离电源供应领域的模拟/射频部分。 有两个基本方法产生这些独立的电源域从电池开关监管机构和线性稳压器[1]，[2]。开关稳压器绝对优势实现高效电源，但在SOC中，有几个因素限制他们的使用。首先，大的外部无源元件（电感器和电容器）所要求的这些类型的监管使用其中的几个，在SOC的成本/大小望而却步的策略。其次，这些外部无源元件需要多个引脚连接到调节器的控制电路，和因此，使用超过一个监管机构几乎是不可能的。另一方面，线性稳压器，而功率效率低下，非常有效的成本/尺寸。首先，他们需要只有一个单一的电容器。该电容器具有传统使用外部组件实现，这仍然是比电感更便宜和更小的。第二，研究工作在学术界和工业界已经证明，即使这些电容器可以被最小化的水平，可以集成片上[3]–[5]。因此，除了消除的外部电容器本身/大小的成本，许多线性稳压器在SOC的需要可以实现没有任何封装PCB开销。 在本文中，这两种调节方法的优点结合在一个电容器的完全集成在45纳米CMOS技术的开关稳压器。使用30MHz的开关频制，而不是传统的金属烤瓷冠和PWM控制方法，以保持对负荷的调节电流的变化。本技术保持恒定频率开关同时缩放开关和底板的损失在负载电流的变化。因此，效率高，是在不同的负载电流的水平，同时保持一个可预测的开关噪声的行为。该开关稳压器是专门设计来取代线性稳压器用于功率模块在一个完全集成的混合信号调频电台。然而，它也可以被用来作为一个现实的在许多其他的线性稳压器具有成本效益的替代应用。 手稿收到2010年4月21日；2010年7月12日修订；接受八月2010。2010年12月3日的当前版本日期。本文被批准客座编辑揆哥首席人事官。Y. K. ramadass与麻省理工学院，剑桥，马02139美国。他还与德克萨斯仪器，达拉斯，TX 75243美国（电子邮件：yogeshkr“Gmail。com）。A.法耶德是爱荷华州立大学，艾姆斯，IA 50011美国。A. P.卓卡珊同麻省理工学院，剑桥，马02139的美国。 在无线通信系统中的电源域 图1显示了一个广泛采用的功率调节方案现代的混合信号SoC。如图所示，本方案是基于只使用两个有效的高电流开关稳压器的工作直接从锂离子电池产生一个单一的1.8“模拟”的混合信号模块共享的供应SOC，和一个单一的1.2 V”的数字用数字“供应的SOC处理单元。这两个监管机构是唯一的在开关稳压器与电池系统接口，通常使用一个单独的芯片实现高压技术。这消除了可靠性问题与接口的低压SOC直接与锂离子电压等级。SoC是最后离开产生的所有任务必要的地方电力供应由其混合信号需要模块（可为0.9V的作用–1V）从共用1.8“模拟”使用阵列的完全集成的低电流供应线性稳压器（通常在5马–10 mA负载）。随着这一策略，开关稳压器的数量和它们相关