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应用于DDR存储器的高效三输出降压型DC/DC转换器的设计

应用于DDR存储器的高效三输出降压型DC/DC转换器的设计

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作者：符皓西安电子科技大学

学位级别：硕士

结合当前大力发展存储器产业的时代背景,DDR存储器的数据传输速率不断提高,工作电压也变得越来越低。为了兼容诸如DDR1、DDR2和DDR3存储器的供电需求,并使其朝着小型化、集成化的目标发展,迫切需要为DDR存储器提供一个更加高效稳定的电... 详细信息

结合当前大力发展存储器产业的时代背景,DDR存储器的数据传输速率不断提高,工作电压也变得越来越低。为了兼容诸如DDR1、DDR2和DDR3存储器的供电需求,并使其朝着小型化、集成化的目标发展,迫切需要为DDR存储器提供一个更加高效稳定的电源管理系统。在电源管理芯片当中,降压型DC/DC转换器具有功耗低、转换效率高、输入电压范围宽的优点,成为DDR供电芯片的理想选择。本文首先介绍了降压型DC/DC转换器的基本工作原理,对CCM、DCM和BCM三种工作模式进行小信号建模,详细分析了它们的稳态特性,并比较电路架构中不同控制方式和采样方式的原理和优缺点。其次提出了电流模自适应导通时间(cmaot)控制策略,这种控制方式在传统恒定导通时间(COT)控制模式中加入了电流控制环路,使系统具有快速的瞬态响应性能且无需额外的斜坡补偿电路。同时配合伪固定频率控制技术,自适应调节导通时间,理论上使得系统工作频率在稳态下为一个定值,提高了工作频率稳定性,降低了EMI的处理难度。最后,在系统中加入内置伪锁相环电路,根据实际工作频率偏离参考频率的程度调节系统导通时间,进一步改善系统工作频率特性,完成工作频率与参考频率的跟踪锁定。另外,外同步锁相环的引入,不仅实现了外同步频率的功能,还与内置伪锁相环形成了双锁相环路系统,共同协调控制系统内、外工作频率特性。综合以上分析,设计了一款应用于DDR存储器的高效三输出降压型DC/DC转换器芯片——XD1890,并对其进行了整体架构的搭建和功能模块的划分。芯片可输出稳定的三端电压:电源电压VDDQ、总线终端电压VTT和基准电压VTTR,除了具有软启动功能之外,还集成了过温保护、过压欠压保护和限流保护等多种保护电路。同时,在轻载应用下自动切换至DCM工作模式,提高转换效率。除此之外,对于芯片外围器件的选取方案,给予了建议和指导;对于系统环路稳定性问题,设计了合理的频率补偿网络;对于系统的功耗和效率的预估,进行了计算分析并提出参考意见。基于芯片关键模块电路的设计原理,设计了基准电压源、自适应导通时间产生电路和高压自举驱动电路。采用Cadence软件平台和0.35μm BCD工艺,对芯片的整体电路进行了仿真验证,结果表明本文设计的XD1890的最低输出电压为0.6V,满负载电流为4A,最高转换效率可达92%,满负载跳变的输出电压恢复时间小于40μs,外同步锁相环锁定时间小于44μs,满足大负载电流、高效率、快速瞬态响应、频率稳定性高的指标要求。

关键词： DC/DC转换器 cmaot控制高效稳定性 DDR存储器

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