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文檔簡介

1、 便攜式產(chǎn)品的電源管理 作者: 作者單位: 吳順華 深圳市長運通集成電路設(shè)計有限公司工程部 相似文獻(xiàn)(10條 1.學(xué)位論文 袁曉偉 便攜式產(chǎn)品中白光LED驅(qū)動電路的設(shè)計 2008 當(dāng)前,電源管理市場正在世界范圍特別是中國國內(nèi)快速成長。其中,隨著便攜式設(shè)備的大量普及,用于其背光LED驅(qū)動的產(chǎn)品正成為增長最快的電源管理類產(chǎn)品之一。 論文設(shè)計了一種可用于便攜式設(shè)備背光LED驅(qū)動的電流控制模式DC/DC單片開關(guān)電源芯片。電路的電源輸入在3V5V變化,采用BOOST。電路結(jié)構(gòu)升壓,在極限情況下最 多可驅(qū)動七個白光LED,由于LED串聯(lián),因此各LED電流完全匹配,亮度一致。輸出電流0mA20mA可調(diào)。電路

2、與少量的外圍器件搭配之后,即可對串聯(lián)LED驅(qū)動供電。通過各 種不同的外圍應(yīng)用電路能實現(xiàn)短路保護(hù)、軟起動及四種調(diào)光控制方式,應(yīng)用非常靈活。通過精心設(shè)計和工藝支持,采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝和典型結(jié)構(gòu)器件,只用了數(shù)十個晶體管 就完成了所有電路,在確保芯片體積小、成本低的同時,保證了電路足夠高的效率,效率最高可達(dá)84。 在本論文中,作者首先介紹了電源管理產(chǎn)品、特別是白光LED的應(yīng)用、發(fā)展與前景,并具體介紹了開關(guān)電源技術(shù)的結(jié)構(gòu),接下來闡述電流控制模式單片開關(guān)電源以及其 斜坡補(bǔ)償?shù)幕窘Y(jié)構(gòu)、工作原理及其優(yōu)缺點。根據(jù)具體使用要求進(jìn)行了電路的總體結(jié)構(gòu)及應(yīng)用電路設(shè)計,采用典型的電流模式PWM控制器的結(jié)構(gòu),將整體電路

3、劃分為八個模 塊。接下來在此基礎(chǔ)上完成了各個子電路的電路結(jié)構(gòu)的設(shè)計及相關(guān)重要參數(shù)的分析、計算。 采用國內(nèi)華潤上華廠商提供的相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制程模型,利用Hspice對各子模塊進(jìn)行了仿真驗證,確保其在不同電源及溫度下達(dá)到各指標(biāo)設(shè)計要求。電路的最終流 片將采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝,共有縱向PNP、PMOS、NMOS、電阻和電容五種器件結(jié)構(gòu),在最后的第四章,對工藝和以上四種器件結(jié)構(gòu)作了一定介紹和分析,并結(jié)合了版圖設(shè)計分 析了部分設(shè)計要點。 2.期刊論文 編輯部 打造電源管理的新紀(jì)元"2004便攜式產(chǎn)品電源管理研討會"揭示先進(jìn)電源管理技術(shù)及趨勢 -電子測試 2004,"

4、"(7 5月31日于北京國際會議中心舉辦的"2004便攜式產(chǎn)品電源管理研討會"為與會者帶來耳目一新的電源技術(shù)體驗,通過各場次的精彩演講,與會者得以明晰電源管理的新技 術(shù)及其未來的發(fā)展趨勢.以下將分別整理各場次的演講精華,供關(guān)注電源管理技術(shù)發(fā)展動態(tài)的讀者參考. 3.學(xué)位論文 陳慧寧 帶片上電流感應(yīng)技術(shù)的電流模式升壓DC-DC變換器的研究與設(shè)計 2006 在當(dāng)今的消費品市場上,由電池驅(qū)動的便攜式產(chǎn)品獲得了廣泛應(yīng)用。隨著便攜式產(chǎn)品新功能的日益增多,對DC-DC變換器等電源管理芯片提出了更高的要求。為了適應(yīng) 市場需求,本文分析設(shè)計了一種帶片上電流感應(yīng)技術(shù)的電流模式升壓DC

5、-DC變換器。它采用UMC0.6mBCD工藝制程,利用內(nèi)置的低導(dǎo)通電阻功率MOSFET和內(nèi)置的無損耗電流 感應(yīng)電路實現(xiàn)了快速精確的電流模式控制,同時也降低了功耗,提高了轉(zhuǎn)換效率,典型的效率可達(dá)90。該變換器在2.6V5.5V的輸入電壓范圍內(nèi)可實現(xiàn)高達(dá)12V的升壓功 能;高的開關(guān)頻率(640kHz或1.2MHz實現(xiàn)了簡易的濾波和更快的環(huán)路性能;具有斜坡補(bǔ)償功能,保證了反饋環(huán)路工作的穩(wěn)定;具有可編程的軟啟動功能,可以避免啟動時的 電感電流過沖;具有跳周期工作的特性,提高了輕負(fù)載時的轉(zhuǎn)換效率;具有關(guān)斷功能,關(guān)斷狀態(tài)下的輸入電流低于0.1A;工作溫度范圍為-25+85。該DC-DC變換器 可以用于LC

6、D顯示器、個人計算機(jī)存儲卡以及手機(jī)、MP3等便攜式產(chǎn)品。 在論文中,作者首先闡述了電流模式DC-DC變換器的基本原理和關(guān)鍵技術(shù),指明了整體電路設(shè)計的理論依據(jù)。接著從設(shè)計要求的角度出發(fā)提出了整體電路的架構(gòu)設(shè)計 ,闡述了整體工作原理,并根據(jù)整體電路的功能要求完成了子電路的設(shè)計與仿真。在子電路的設(shè)計上,作者主要介紹了帶隙基準(zhǔn)電壓源、振蕩器、斜坡補(bǔ)償、電流感應(yīng)、控 制和驅(qū)動邏輯。最后,作者對整體電路的功能和典型性能參數(shù)進(jìn)行了仿真驗證。在論文的結(jié)論部分,作者指出該電路在理論研究上的可參考性,同時也表明了該電路欲投入 生產(chǎn)則還需要做容差分析和后仿真等后續(xù)工作。 本文是電路設(shè)計理論和仿真實踐相結(jié)合的結(jié)果。作

7、者在電路原理分析的基礎(chǔ)之上,運用HSPICE仿真軟件對子電路模塊和整體電路進(jìn)行了功能和性能參數(shù)的仿真驗證,仿 真結(jié)果均達(dá)到或優(yōu)于預(yù)定指標(biāo),證實了理論分析的正確性。 4.期刊論文 Broadcom(博通公司首推電源管理解決方案面向蜂窩手機(jī)和其他便攜式產(chǎn)品 -電子與電腦2006,""(12 Broadcom(博通公司宣布首次推出電源管理單元(PMU解決方案,此舉標(biāo)志著已經(jīng)進(jìn)入便攜式產(chǎn)品電源管理市場.此次推出的博通BCM59001 PMU用來滿足移動手機(jī)和其他 便攜式產(chǎn)品復(fù)雜的電源系統(tǒng)需求.這款新的單片系統(tǒng)(SoCPMU以智能方式對移動產(chǎn)品的功率消耗進(jìn)行管理,達(dá)到優(yōu)化系統(tǒng)工作并最

8、大限度地延長電池壽命的目的. 5.學(xué)位論文 謝凌寒 一種基于電荷泵的LED驅(qū)動電路設(shè)計 2008 隨著電子便攜式產(chǎn)品的飛速發(fā)展,電源管理芯片的需求量也急劇增加。電荷泵利用電容實現(xiàn)電荷和能量的轉(zhuǎn)移,從而具備無電感/元件、無電磁干擾、成本低、高效率等 優(yōu)點,因此這類電源管理芯片在手持電子設(shè)備中倍受青睞。 本文設(shè)計了一種具有1X/1.5X/2X增益模式的電荷泵DC-DC轉(zhuǎn)換電路。在CSMC 0.5m工藝條件下,經(jīng)過Cadence軟件仿真表明當(dāng)輸入電源電壓在2.7V5.5V的范圍內(nèi),輸出 電壓都恒定在4.5V左右,能為LCD屏幕背光提供75mA和1.50mA兩種照明電流,同時為攝像機(jī)提供400mA閃光

9、電流。深入研究了傳統(tǒng)跳周期和線性調(diào)節(jié)模式,分析了它們的原理和 優(yōu)缺點。為克服它們的缺陷,設(shè)計了雙相位PWM調(diào)節(jié)方式,有效的降低了輸出電壓的紋波,同時減少了芯片的版圖面積。在背光照明模式,輸出電壓紋波低于45mV。在輸出恒流 75mA時,電荷泵最大效率為88.9;在輸出恒流150mA時,電荷泵最大效率達(dá)到92.8。此電路的關(guān)斷電流為3A。在子電路設(shè)計中,深入研究設(shè)計的內(nèi)容有:帶隙基準(zhǔn)電壓電 路;振蕩器和過溫保護(hù)電路;計數(shù)器和數(shù)字邏輯控制電路等。 由于本電路效率高、無電磁干擾、成本低和面積小,能驅(qū)動多路LED,為LCD屏幕提供背光,同時能為攝像機(jī)提供閃光,因此在電子便攜式產(chǎn)品中,尤其像手機(jī)這類要求

10、無 EMI的通訊電子產(chǎn)品,此電路可以廣泛應(yīng)用。 6.期刊論文 楊通軍 便攜式產(chǎn)品的電源管理 -中國集成電路2007,16(10 1、引言 近幾年來,電源管理一直是半導(dǎo)體領(lǐng)域熱點市場之一,其增速也高于半導(dǎo)體整體市場發(fā)展速度.而基于消費類電子產(chǎn)品的手機(jī)、多媒體播放器(PMP、MP3播放器、數(shù)字相機(jī)、 便攜式視頻游戲機(jī)、個人導(dǎo)航系統(tǒng)(PNA等等,這些深受消費者喜愛的便攜式產(chǎn)品的一個基本問題是:它們的功能越來越豐富,外形尺寸也日益精巧,但電池能量密度的提高速 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上復(fù)雜度不斷提高的便攜式設(shè)備的功耗要求,而人們卻希望能在充電時間間隔較長的情況下,利用這些輕薄短小的便攜式消費電子享受移動娛樂和移動通

11、訊. 7.學(xué)位論文 趙芳蘭 基于BICMOS工藝的高性能基準(zhǔn)電壓源研究 2006 所有電氣或電子設(shè)備都需要電源來維持正常工作,對供電電壓都有一定的要求。因此根據(jù)不同的要求,人們先后研制出各種各樣的穩(wěn)壓電源,從比較早的串聯(lián)型穩(wěn)壓電 源到如今廣泛應(yīng)用的開關(guān)電源。便攜式產(chǎn)品一直都是電源管理芯片主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一,近幾年,該類產(chǎn)品發(fā)展迅速,便攜式電子產(chǎn)品的升級,必然使得其對電源管理芯片 提出更高的要求。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展,高效、低功耗、低電壓、高精度、低噪聲、高集成的電源管理芯片成為未來的發(fā)展趨勢。 本論文對當(dāng)今最流行的電源管理芯片中的最重要的模塊單元基準(zhǔn)電壓源進(jìn)行了深入的研究,設(shè)計出了適合于電

12、源管理芯片中的帶隙基準(zhǔn)電壓源,該研究成果得到了國家 自然科學(xué)基金和四川省學(xué)術(shù)帶頭人基金的資助。 溫度無關(guān)性和電壓穩(wěn)定性是基準(zhǔn)電壓源的重要指標(biāo),直接影響電源管理芯片輸出電壓的穩(wěn)定性及各項性能指標(biāo)。本文在分析了帶隙基準(zhǔn)電壓源的基本原理后,介紹了目 前帶隙基準(zhǔn)的研究進(jìn)展,總結(jié)了目前幾種電路結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點。在比較了各種常用的帶隙基準(zhǔn)電壓源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,針對電源芯片的性能要求提出基準(zhǔn)電路的主要設(shè)計指標(biāo) ,并據(jù)此設(shè)計出了高性能的帶隙基準(zhǔn)電路。 本文主要貢獻(xiàn)在于論文設(shè)計了一個運用0.6umBICMOS工藝實現(xiàn)的帶隙基準(zhǔn)電壓源,由于避免了使用運算放大器,消除了運放失調(diào)電壓產(chǎn)生的溫漂,使基準(zhǔn)具有低溫度系 數(shù),而且

13、通過加入共柵極管提高電源抑制比,在加入補(bǔ)償電容實現(xiàn)寬頻帶內(nèi)高電源抑制比和低噪聲的同時,設(shè)計了精確控制的補(bǔ)償電容充電電路保證了基準(zhǔn)電路在較短的時 間內(nèi)啟動。 8.期刊論文 Steve Knoth 高端便攜式產(chǎn)品需要高性能電源管理器集成電路 -世界電子元器件2007,""(8 由電池供電的產(chǎn)品(如個人媒體播放器、智能電話、便攜式游戲機(jī)和GPS導(dǎo)航設(shè)備都是靠USB端口工作的,這些產(chǎn)品不斷集成新功能,將自己演變成更加方便和有用的產(chǎn)品 ,這促進(jìn)了高端消費電子產(chǎn)品市場的發(fā)展.功能增加需要容量更高的電池(如鋰離子/聚合物電池以驅(qū)動這些功能. 9.學(xué)位論文 景衛(wèi)兵 高效自適應(yīng)電荷泵研究 2006 基于電池的便攜式產(chǎn)品地廣泛應(yīng)用,對電源管理芯片提出了更為苛刻的高效率要求。彩屏手機(jī)的大量普及,用于驅(qū)動彩屏背光的白光LED驅(qū)動器成為眾多芯片廠商的開 發(fā)重點。 本論文詳細(xì)闡述了自適應(yīng)電荷泵電源管理芯片的工作原理以及如何提高其效率的方法,設(shè)計了一款用于白光LED驅(qū)動的高效率自適應(yīng)電荷泵,并最終成功流片

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