【摘要】：電子產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展給電源管理芯片市場(chǎng)帶來(lái)巨大活力,但由于更高集成化、更智能化和更高速化的趨勢(shì),使其對(duì)電源芯片的要求更加嚴(yán)苛和多元化。本文以市場(chǎng)份額最大的降壓型DC-DC為研究對(duì)象,圍繞寬工作頻率范圍、外時(shí)鐘同步、寬輸入電壓范圍、高效率、快速瞬態(tài)響應(yīng)等特征,完成了芯片XD1999A的研究與設(shè)計(jì)工作。本文通過(guò)分析并對(duì)比幾種常見控制模式,設(shè)計(jì)了更優(yōu)的AOT控制系統(tǒng),其繼承了COT谷值電流模簡(jiǎn)單、快速、穩(wěn)定、適合高頻小占空比工作等優(yōu)良特性,通過(guò)生成AOT定時(shí)器,抵消占空比的影響,使工作頻率更加集中。研究工作頻率與內(nèi)部振蕩器CLK寬范圍同步鎖頻的實(shí)現(xiàn)方法,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了輸入輸出電壓自適應(yīng)調(diào)控、PLL同步調(diào)節(jié)、振蕩器頻率自動(dòng)追蹤的導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器,消除了電路中寄生和延時(shí)的影響,最終使得工作頻率與內(nèi)部振蕩器CLK能夠在所需頻率范圍內(nèi)快速、嚴(yán)格地同步鎖定,使系統(tǒng)EMI單一,便于處理,并有效降低了PLL的性能要求,改善了系統(tǒng)瞬態(tài)負(fù)載特性,便于高頻時(shí)小體積電感和電容的應(yīng)用。研究工作頻率外同步和寬范圍調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法,設(shè)計(jì)并優(yōu)化了芯片的外同步鎖相及頻率調(diào)節(jié)電路,構(gòu)成雙PLL調(diào)節(jié)系統(tǒng),便于芯片頻率控制和外同步應(yīng)用。設(shè)計(jì)并分析了芯片基準(zhǔn)、內(nèi)部LDO及ZCD關(guān)鍵子模塊電路;內(nèi)部LDO能將3.6~20V輸入電壓轉(zhuǎn)為芯片內(nèi)部3.3V低壓源,滿足了寬范圍輸入電壓要求,并采用電壓型和電流型米勒倍增效應(yīng)結(jié)合技術(shù),有效減小了內(nèi)部補(bǔ)償電容的面積;ZCD是芯片BURST模式下的關(guān)鍵模塊,快速比較器的設(shè)計(jì)和翻轉(zhuǎn)點(diǎn)的提前都有利于輕載效率的進(jìn)一步提高�；�0.35μmBCD工藝對(duì)XD1999A進(jìn)行了電路設(shè)計(jì),采用Cadence公司的Spectre仿真工具對(duì)各模塊及芯片整體性能指標(biāo)進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,結(jié)果表明:僅1.5pF補(bǔ)償電容和2.2μF輸出電容能夠使內(nèi)部LDO在0~30mA全負(fù)載范圍內(nèi)獲得不低于65°的相位裕度和11.8dB的增益裕度,保證了穩(wěn)定性;ZCD比較器延時(shí)僅8ns,并且翻轉(zhuǎn)點(diǎn)提前了8.9ns以抵消后續(xù)邏輯延時(shí);芯片軟啟動(dòng)穩(wěn)定,輸出電壓上升平滑,在0.5M~3.5MHz可調(diào)節(jié)和1.4M~2.6MHz可外同步頻率范圍內(nèi)均能正常工作,工作頻率與內(nèi)部振蕩器CLK嚴(yán)格同步;CCM模式下100μF輸出電容,0~4A負(fù)載階躍時(shí),輸出電壓過(guò)沖僅56.1mV,響應(yīng)時(shí)間僅24.8μs。整體穩(wěn)定性良好,瞬態(tài)響應(yīng)速度快,過(guò)沖小,并且能達(dá)到95%的峰值效率,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。
【圖文】：

系統(tǒng)環(huán)路波特圖

短接 LPF 中的電阻 R，設(shè)置 CLKR和 CLK 分別為頻率相同，有固定相位差的兩路時(shí)鐘信號(hào)，圖 4.16(a)所示為 CLKR相位領(lǐng)先 CLK，VPLL2持續(xù)上升的仿真圖，(b)所示為 CLKR相位落后 CLK，，VPLL2持續(xù)下降的仿真圖�？梢钥吹�，VPLL2無(wú)論持續(xù)上升還是下降，波形基本無(wú)明顯抖動(dòng)，并且線性度較好。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN402;TN792

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