低功耗高性能能量自激型電源管理集成電路

應(yīng)用日益廣泛的醫(yī)療植入器件、無源射頻識別標(biāo)簽及無線傳感器節(jié)點等需要極低的靜態(tài)功耗以維持較長時間的工作能力。因此，電源管理電路需具備高效率、低功耗等性能。本項目主要研究高效AC-DC及低功耗低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）中的相關(guān)技術(shù)問題。 通過結(jié)合傳統(tǒng)整流器和LDO，設(shè)計了高度集成的AC-DC穩(wěn)壓器，減少了輸出電容大小及數(shù)量，提高了轉(zhuǎn)換效率。0.18-μm CMOS下的仿真結(jié)果表明13.56 MHz下轉(zhuǎn)換效率可達80%。 詳細(xì)分析了LDO的電源紋波抑制（PSR）性能，總結(jié)了提升PSR的基本方法。提出一種簡單獨到的電源紋波前饋技術(shù)，跟傳統(tǒng)電路相比，只需多采用兩個無源低通濾波器，通過復(fù)用誤差放大器緩沖輸出級，在不增加電路靜態(tài)功耗前提下有效改善了LDO低頻至中頻段PSR?；?.18-μm CMOS的流片測試結(jié)果表明，25mA負(fù)載下2.5MHz時PSR可達到–85dB，5MHz內(nèi)PSR優(yōu)于–55dB。通過帶寬擴展技術(shù)，進一步的設(shè)計可實現(xiàn)10MHz以內(nèi)PSR性能優(yōu)于–63dB。 主要從三方面針對低功耗LDO瞬態(tài)響應(yīng)增強技術(shù)展開了研究。（1）采用先進補償技術(shù)提升了環(huán)路增益、擴展了環(huán)路帶寬。將共源共柵電流源電路嵌入到全集成的FVF-LDO中去，直流增益提升了33%，環(huán)路帶寬增加了56%。（2）采用先進放大器結(jié)構(gòu)擴展了帶寬并增大了壓擺率。通過將六級具備低阻特性的小增益放大級進行級聯(lián)，在24μA靜態(tài)電流下即使驅(qū)動15nF的大電容負(fù)載，也可以獲得接近100dB的直流增益、1.46MHz的單位增益帶寬、以及0.47 V/μs的壓擺率。（3）提出了數(shù)字檢測技術(shù)用于提高LDO瞬態(tài)性能。由于無需采用無源高通濾波器進行尖峰檢測，電路面積大為減小。 在光電能量獲取等應(yīng)用中研究通過使用單電感多輸出（SIMO）DC-DC來減少電感數(shù)目，減小板級空間，降低元件成本。目前階段，定位于針對通用型DC-DC開展研究。提出了自動升降壓型SIMO DC-DC電路，采用一階鎖相環(huán)和相位自動分配技術(shù)，有效解決了多路負(fù)載不平衡的難題，并將電感電流鎖定時間大大縮短，減小了平均電感電流，提升了轉(zhuǎn)換效率。 針對具體應(yīng)用，研發(fā)了一個適用于無線傳感器節(jié)點的鎖相環(huán)發(fā)射機電路，提出了一種環(huán)路帶寬校準(zhǔn)技術(shù)，有效校準(zhǔn)了數(shù)字預(yù)加強濾波器和鎖相環(huán)之間的數(shù)模誤差。后續(xù)工作還將結(jié)合高PSR的LDO穩(wěn)壓器，研究電源電路PSR性能對射頻電路的影響。 2100433B

無線電源傳輸越來越廣泛應(yīng)用于電池因尺寸、使用壽命及成本控制等因素而無法或不便使用的系統(tǒng)中，如醫(yī)療植入器件、無源射頻識別標(biāo)簽及無線傳感器節(jié)點等。在這些稱之為能量自激型的無線供電設(shè)備中，電源管理成為影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。圍繞實現(xiàn)低輸入電壓、高轉(zhuǎn)換效率這一目標(biāo)，對AC-DC整流器電路各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進行深入細(xì)致的理論研究，總結(jié)影響轉(zhuǎn)換效率及輸入電壓受限等問題，設(shè)計出新型低電壓高效率的整流電路。針對超低功耗的DC-DC穩(wěn)壓電路，研究無需外部電容補償?shù)娜删€性穩(wěn)壓電路。通過數(shù)字化檢測動態(tài)偏置電路，使穩(wěn)壓電路能夠在極低功耗下獲得良好的瞬態(tài)響應(yīng)能力，且無需RC高通濾波電路，大大節(jié)省了芯片面積。采用嵌入式電源紋波前饋通路，在無額外靜態(tài)功耗下獲得高電源紋波抑制（PSRR）能力。設(shè)計的低電壓高效率整流器及全集成快速高PSRR線性穩(wěn)壓器將在（深）亞微米CMOS下流片驗證，并形成電源芯片IP，直接面向產(chǎn)業(yè)界應(yīng)用。

對鐘控信號進行數(shù)學(xué)描述并建立相應(yīng)的代數(shù)系統(tǒng)。研究各種鐘控CMOS電路的工作原理，利用CMOS傳輸開關(guān)理論設(shè)計采用功率時鐘CMOS電路中的能量轉(zhuǎn)換模型，提出具有能量恢復(fù)功能的各種低功耗CMOS門電路及相應(yīng)的低功耗觸發(fā)器。它們的能量恢復(fù)功能與低功耗特點均由功耗估計算法予以測量與驗證。

自激噴霧洗滌器是依靠氣流自身的動能，沖擊液體表面激起水滴和水花的除塵器。