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一种用于MCU的低功耗电源系统设计

作　者: 卢昌鹏
导　师: 周锋；刘华
学　校: 复旦大学
专　业: 集成电路工程
关键词: 低功耗电源系统电压基准源低压差线性稳压器
分类号: TN432
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电源管理是电子系统不可或缺的一部分,随着工艺尺寸的不断缩小,片上系统的迅速发展,它也在朝着高集成化的方向发展。将电源管理电路与需要供电的模块集成在同一块芯片上不仅可以减小芯片面积和引脚数,降低系统成本,还可以降低模块间的串扰和寄生损耗,提高系统性能。本文对不同电源电路的优缺点进行了比较,并提出了适合于MCU应用的电源系统方案。本文设计的电源系统由两部分构成,分别为待机模式电源电路和正常工作模式电源电路。前者是一个带有输出缓冲级的超低功耗准电压基准源,主要用于保证待机模式下芯片中部分存储器和低频振荡器的正常工作；后者是一个低压差线性稳压器,主要用于保证正常工作模式下芯片中MCU、各种存储器、高频振荡器及I/0口的正常工作。芯片在正常工作模式时,低压差线性稳压器被唤起,为芯片提供内部电源电压；芯片在待机模式时,低压差线性稳压器停止工作,由准电压基准源电路为芯片提供内部电源电压；这样可以达到降低芯片平均功耗的目的。基于HEJIAN 0.25μm CMOS工艺对电路进行设计与仿真,待机模式电源电路的静态电流为240nA,最大输出电流为100μA,输出电压为2.1V,精度为±0.15V,最大温度系数为110ppm/℃,电路的线性调整率和负载调整率分别为13mV/V和2.2mV/μA,低频时电源抑制比为-44dB。正常工作模式电源电路的静态电流为135μA,最大输出电流为20mA,输出电压为2.4V,精度为±0.1V,最大温度系数为36ppm/℃,电路的线性调整率和负载调整率分别为8.3mV/V和-0.24mV/mA,低频时电源抑制比为-56dB,1MHz时电源抑制比为-34dB。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
第一章绪论  6-10
  1.1 研究背景  6-7
  1.2 研究现状  7-8
  1.3 研究意义  8
  1.4 本文的主要工作和结构  8-10
第二章电源方案的选择  10-18
  2.1 项目介绍  10
  2.2 方案选择  10-15
    2.2.1 几种电源电路的比较  10-11
    2.2.2 线性稳压器电路的选择  11-15
  2.3 本文提出的电源系统方案  15-18
第三章待机模式电源方案的设计  18-32
  3.1 MOSFET亚阈值区模型  18-20
  3.2 正、负温度系数电压  20-22
    3.2.1 负温度系数电压  20-21
    3.2.2 正温度系数电压  21-22
  3.3 待机模式电源电路的设计与仿真  22-32
    3.3.1 超低功耗基准的基本实现形式  22-24
    3.3.2 本文提出的待机模式电源电路  24-28
    3.3.3 待机模式电源电路的性能与仿真  28-32
第四章正常工作模式电源方案的设计  32-55
  4.1 线性稳压器的基本知识  32-35
    4.1.1 线性稳压器的基本原理  32-34
    4.1.2 低压差线性稳压器的基本构成  34
    4.1.3 低压差线性稳压器的调整过程  34-35
  4.2 线性稳压器的稳定性分析  35-40
    4.2.1 稳定性判据  35-36
    4.2.2 ESR零点补偿  36-38
    4.2.3 嵌套式密勒补偿  38-40
  4.3 线性稳压器的性能参数  40-42
  4.4 正常工作模式电源电路的模块设计  42-50
    4.4.1 带隙基准源的设计  42-47
    4.4.2 调整管的设计  47
    4.4.3 反馈网络的设计  47-48
    4.4.4 误差放大器的设计  48-49
    4.4.5 补偿网络的设计  49-50
    4.4.6 所设计的整体电路  50
  4.5 正常工作模式电源电路的仿真  50-55
第五章电源系统的时序与仿真  55-57
  5.1 电源系统的时序  55-56
  5.2 电源系统时序的仿真  56-57
第六章总结与展望  57-59
  6.1 总结  57-58
  6.2 展望  58-59
参考文献  59-63
致谢  63-64

一种用于MCU的低功耗电源系统设计

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