고해상도 듀티비 제어가 가능한 디지털 제어 방식의CMOS 전압 모드 DC-DC 벅 변환기 설계
Design of digitally controlled CMOS voltage mode DC-DC buck converter for high resolution duty ratio control
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초록
본 논문은 공정, 전압 및 온도에 둔감하며, 출력전압 상태에 따라 3가지 동작모드가 가능한 디지털 제어 벅 변환기를 제안한다. 기존 디지털 제어 방식의 벅 변환기는 A/D 변환기, 카운터 및 딜레이 라인 회로를 사용하여서 정확한 출력 전압을 제어하였다. 정확한 출력 전압 제어를 위해서는 카운터 및 딜레이 라인 비트 수를 증가시켜서 회로 복잡성 증가 문제점을 지니고 있다. 이러한 회로의 복잡성 문제를 해결하기 위해서 제안된 회로에서는 8비트 및 16 비트 양 방향 쉬프트 레지스터를 사용하고 최대 128비트 해상도까지 듀티비 제어가 가능한 벅 변환기를 제안한다. 제안하는 벅 변환기는 CMOS 180 나노 공정1-poly 6-metal을 사용하여 설계 및 제작하였으며, 2.7V~3.6V의 입력 전압과 0.9~1.8V의 출력 전압을 생성하고, 리플전압은 30mV, 전력 효율은 최대 92.3%, 과도기 응답속도는 4us이다.
Abstract
This paper proposes a digitally controlled buck converter insensitive to process, voltage and temperature and capableof three modes of operation depending on the state of the output voltage. Conventional digital-controlled buck convertersutilized A/D converters, counters and delay line circuits for accurate output voltage control, resulting in increasing thenumber of counter and delay line bits. This problem can be resolved by employing the 8-bit and 16-bit bidirectional shiftregisters, and this design technique leads a buck converter to be able to control duty ratio up to 128-bit resolution. Theproposed buck converter was designed and fabricated with a CMOS 180 nano-meter 1-poly 6-metal process, generatingan output voltage of 0.9 to 1.8V with the input voltage range of 2.7V to 3.6V, a ripple voltage of 30mV, and a powerefficiency of up to 92.3%. The transient response speed of the proposed circuit was measured to be 4us.
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