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基于超低电压充电泵的单片机供电电源设计

电测与仪表 2009年第2期46卷 48-51页

作者：陈建明王亭岭华北水力水电学院郑州450011

针对以低功耗单片机为控制核心的间断工作系统,采用超低电压充电泵技术,结合升压型DC-DC变换器电路实现超低电源的升压和稳压。以太阳能电池板供电为例,利用S-822Z充电泵电路提供启动驱动信号,将电源供电电压扩展到0.3V,结合低压升压型S... 详细信息

针对以低功耗单片机为控制核心的间断工作系统,采用超低电压充电泵技术,结合升压型DC-DC变换器电路实现超低电源的升压和稳压。以太阳能电池板供电为例,利用S-822Z充电泵电路提供启动驱动信号,将电源供电电压扩展到0.3V,结合低压升压型S-8377控制器实现了在输出电流200mA、输出电压5V情况下,大于90%的大占空比升压、和稳压输出。给出了一个超低电压电源管理系统的设计方案,试验结果表明,该装置可利用超低电压输入实现稳定、可靠得稳压输出供电。

关键词：超低电压 S-822Z S-8377 DC-DC变换器占空比

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基于位交错结构的超低电压SRAM设计

基于位交错结构的超低电压SRAM设计

作者：张九柏电子科技大学

学位级别：硕士

超低电压电路设计可以有效降低功耗而被广泛用于物联网应用(Internet of Things,IoT),比如无线传感网络和植入式设备。因此在这些设备中需要超低电压静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)电路系统,以降低电路功耗。虽... 详细信息

超低电压电路设计可以有效降低功耗而被广泛用于物联网应用(Internet of Things,IoT),比如无线传感网络和植入式设备。因此在这些设备中需要超低电压静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)电路系统,以降低电路功耗。虽然缩小电源电压会降低功耗,但是这会降低SRAM单元读稳定性和写能力,甚至发生读写错误。另一方面,随着电源电压的减小,软错误率将会明显增加。为了增强超低电压SRAM设计的软错误免疫性,通常采用位交错结构,从而可以用传统的编码纠错(Error Correction Code,ECC)技术修正这个错误。然而,当位交错结构被使用时,会带来半选问题,这会降低半选单元的稳定性,限制电源电压的进一步降低。另外在超低电压下,读位线漏电流也成为一个主要问题。它会影响位线的摆幅,甚至会导致读取错误。因此,设计一个可以适应于位交错结构的高稳定性SRAM单元具有重要意义。本文针对超低电压SRAM设计中存在的问题和挑战,提出了相应的解决方案。首先,我们概述了超低电压SRAM设计中的挑战,包括单元稳定性、位线漏电流和软错误问题。其次,根据现有的解决方案,我们提出了一个新的适用于位交错结构的超低电压SRAM单元设计,并详细介绍了所提出单元的结构和工作原理。为了评估提出的SRAM单元的性能,我们通过HSPICE仿真,对提出的单元与已有的单元的噪声容限、写裕度、读写时间以及功耗等重要性能参数进行比较。实验结果表明,提出的SRAM单元具有高的噪声容限和写裕度。在0.5V电压下,其读噪声容限和写裕度分别是传统6T单元的19.8倍和11.84倍。考虑最差工艺角和3?失败率,提出的SRAM电路的最小工作电压为0.435V。另外,它消耗较少的动态和静态功耗,其静态功耗比传统6T单元减少了53.3%。最后,本文用40-nm标准CMOS工艺设计了一个容量为4kb的SRAM电路,并画出相应版图。仿真结果表明,在TT工艺角、25℃和最小工作电压0.435V下,其工作频率为9.3MHz,读写功耗分别为4.08μW和3.85μW,静态功耗为0.705μW,写读一次能耗为0.853pJ。

关键词：超低电压 SRAM 稳定性位交错低功耗

一种模拟超低电压低压差线性稳压器的设计与研究

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一种模拟超低电压低压差线性稳压器的设计与研究

作者：杨超华中科技大学

学位级别：硕士

低压差线性稳压器(LDO)凭借其较高的电压处理能力,更低廉的成本以及更小的芯片面积获得了越来越广泛的应用。出于工艺、能耗及性能方面的考量,降低芯片工作电压成为趋势,然而传统模拟LDO不能在低压状态下工作,数字LDO可以在低压工作却... 详细信息

低压差线性稳压器(LDO)凭借其较高的电压处理能力,更低廉的成本以及更小的芯片面积获得了越来越广泛的应用。出于工艺、能耗及性能方面的考量,降低芯片工作电压成为趋势,然而传统模拟LDO不能在低压状态下工作,数字LDO可以在低压工作却同时带来了输出纹波增大,电源抑制比降低(PSRR)的新问题。因此在满足超低电压工作的前提下,设计出更高性能的LDO电路是极具意义的。本论文提出了一种新颖的超低电压的通用模拟LDO设计方法,它允许传统模拟LDO在超低电源电压下工作。该结构通过使用供电分离技术以及一种新型轻量级本地生成电源(LLGS)保证误差放大器(EA)在适当的电源电平下工作,LLGS是一种用于局部电平调节的新方法。一种无输出电容(OCF)LDO被设计出来旨在验证此结构。与现有设计相比,该设计在降低供电电压、减少纹波,提高PSRR方面具有很大的优势。该设计采用130 nm UMC CMOS工艺,有效面积为0.0132mm。测试结果表明,该设计可以在0.5V电源下提供高达100 mA的最大负载,最低100mV压差和-30dB PSRR。

关键词：低压差线性稳压器超低电压低功耗电路电源抑制比输出纹波

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基于超低电压的抗噪电路设计技术研究

基于超低电压的抗噪电路设计技术研究

作者：金旭炜上海交通大学

学位级别：硕士

随着智能可穿戴设备和植入式医疗的兴起,超低功耗电路的需求日益突出。而降低电路功耗的一种重要且有效的手段就是降低工作电压。但更低的工作电压带来了更低的噪声容限,电路将工作在更严峻的噪声环境中。因此基于超低电压的抗噪电路设... 详细信息

随着智能可穿戴设备和植入式医疗的兴起,超低功耗电路的需求日益突出。而降低电路功耗的一种重要且有效的手段就是降低工作电压。但更低的工作电压带来了更低的噪声容限,电路将工作在更严峻的噪声环境中。因此基于超低电压的抗噪电路设计技术研究是一个十分有价值的研究方向。本文基于对当前超低电压下抗噪电路设计技术中的研究,提出两种改进的新型抗噪电路结构。第一种是基于时序逻辑反馈环路的反相器环电路(Inverter-Loop,INVL)结构,第二种是基于CMOS电路再生性的反相器链电路(Inverter-String,INS)结构。利用上述电路结构设计了以三种门电路为主的逻辑单元库,并仿真测试了各电路结构的工作频率、功耗、抗噪性能等指标。仿真结果表明,与SIMRF相比,INVL与INS结构抗噪性能相同的前提下,能耗分别减少22%与70%。本文提出一种基于MASRF与INS的混合电路设计方法,将两种电路结构的基本逻辑单元运用于同一电路中的不同模块,以八位超前进位加法器为设计实例,共设计四种底层模块电路结构不同的加法器,完成从前端到后端设计并流片测试。芯片测试结果表明,相比SIMLA,本文提出的混合电路设计HYDLA提升14%的抗噪性能和节约11%的面积开销。相比MASLA,HYDLA节约了53%能耗开销,验证了本文提出的混合电路设计方法的有效性。

关键词：超低电压抗噪电路加性高斯白噪声马尔可夫随机场

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面向超低电压的时序错误检测与纠正电路设计

面向超低电压的时序错误检测与纠正电路设计

作者：赵学军上海交通大学

学位级别：硕士

随着集成电路技术的发展,当前的芯片会出现在工艺、电压、温度以及老化等方面的偏差(Variation),在低电压尤其是超低电压下偏差将变得更加显著。这种偏差会使得当前集成电路的时序发生偏差,时序偏差达到一定程度会使得集成电路的时序信... 详细信息

随着集成电路技术的发展,当前的芯片会出现在工艺、电压、温度以及老化等方面的偏差(Variation),在低电压尤其是超低电压下偏差将变得更加显著。这种偏差会使得当前集成电路的时序发生偏差,时序偏差达到一定程度会使得集成电路的时序信息不满足要求进而发生时序错误(Timing Error),时序错误应当被检测到并且被纠正掉以防止集成电路出现功能上的错误。当前时序错误的检测与纠正技术(EDAC:Error Detection and Correction)正越来越受到人们的关注,得到越来越多的研究。本文针对当下最新的EDAC技术在超低电压下工作时出现的问题,对EDAC技术中检测电路和纠正电路进行改进优化设计,使得EDAC技术能够在超低电压下正常工作。随后,设计一款FIR滤波器作为面向超低电压的EDAC电路的验证电路,使得所设计的面向超低电压的EDAC电路能够在实际电路中得到应用。仿真结果显示,本文设计的面向超低电压的EDAC电路能够在工作电压为0.3V.6V范围当检测窗内发生时序错误时完成时序错误的检测与纠正。本文设计的面向超低电压的EDAC电路中纠正电路结构简单,硬件开销低,动态功耗比原系统大约降低13.2%。蒙特卡罗仿真结果显示,迭代次数设置为1000次,工作电压为0.3V.6V时,EDAC技术在FIR滤波器上能够完成检错与纠错,从而证明本文对超低电压下EDAC电路的设计是合理可靠的。

关键词：超低电压偏差时序错误检测与纠正 FIR数字滤波器