一种csmc0.5umcmos工艺的dcdc升压转换器的pwm控制器的设计(附件)【字数：11739】
摘 要半导体和通信工业不断地对模拟集成电路的性能提出越来越高的要求。在电源管理芯片的设计中，PWM控制电路是其主要组成部分。据此，我设计了一种基于CSMC0.5umCMOS工艺的DC/DC升压转换器的PWM控制器，以实现调频、调压和消除谐波三个目标。在设计中采用共源共栅运算放大器作为差分电路，M30—M41为折叠式共源共栅运算放大器电路，R2、R4与C35、C37、C38是相位补偿电路，M42、M43组成的源跟随器，其中M30-M31、M38—M41是折叠式共源共栅的电流源负载，它们与M29构成镜像电流源，M27、M28形成电流源给下面的镜像电流源提供电流。折叠式共源共栅运放的电压放大约为175倍。另外M7—M12、M44构成谐波发生器。M14、M46两管构成电流源，M17、M47构成差分对管，M18、M19构成负载，这6个MOS管构成了基本的PMOS管比较器。M22—M24构成二级放大电路，利用M24形成一个单管放大器，而后M25、M26构成一个倒相器。通过运用Cadence进行模拟仿真，基本实现了PWM控制器的功能当电源管芯片的输出电压发生变化时，取样反馈信号FB就把输出电压变化的信息反馈到PWM控制电路，PWM控制电路通过调整输出脉冲电压的占空比立即向相反的方向调整输出电压，把输出电压维持在原来的标准状态，达到设计要求。
目 录
第一章 绪论 1
1.1常见控制技术 1
1.2 PWM技术的发展 2
第二章 PWM电路总体方案 3
2.1 PWM控制电路组成部分 3
2.1 PWM控制电路工作原理 3
第三章 差分运放电路方案 5
3.1差分运放电路原理 5
3.2差分运放电路方案比较与选择 6
3.2.1共源级电路及原理............................................ 6
3.2.2共栅级电路及原理............................................ 8
3.2.3共源共栅级电路及原理........................................ 9
3.2.4共源 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
共栅级电路方案选择..................................... 12
3.3差分运放电路模块 16
第四章 PWM比较器电路方案 18
4.1比较器原理 18
4.2 PWM控制电路工作原理 18
4.3 PWM比较器模块 19
4.4偏置电路模块 20
第五章 电路模拟仿真 23
5.1仿真环境介绍 23
5.2设置信号仿真结果 23
5.3谐波仿真结果及分析 23
5.4 FB=VREF=1.25V时的仿真结果 24
5.5 FB在1.248V至1.252V之间跳变时的仿真结果及分析 25
5.5.1 PWM比较器输入端的仿真结果............................... 25
5.5.2 PWM比较器输出端的仿真结果............................... 26
第六章 PWM比较器版图 28
6.1 版图设计简介 28
6.2 版图设计要求 28
6.3版图设计 28
致 谢 30
参考文献 31
附录 32
附录A PWM比较器仿真电路图 32
附录B PWM比较器的输入波形与VOUT波形（综合显示） 33
附录C PWM比较器版图 34
第一章 绪论
1.1常见控制技术
目前常用的电源管理芯片，其控制电路大多采用了PWM（脉冲宽度调制）控制模式或PFM（脉冲频率调制）/PWM切换控制模式。由此可见PWM控制模式是电源管理芯片控制电路的主要技术。
下面对PWM控制技术进行简略地介绍。
PWM技术重要理论基础——面积等效原理，即冲量相等和形状存在差异的窄脉冲加在存在惯性的环节上时，其成效大体相同，如图11所示。PWM控制技术就是以该论断为实践基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列摆动幅度大小相等而宽度不一样的脉冲，用这些脉冲来替代正弦波或其余所需要的波形。按照一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，这样既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。从而达到控制输出的目的。
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图11 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
依据面积等效原理，正弦波还可等效为图12中的PWM波。
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图12 正弦波等效的PWM波
显然，控制脉冲信号比控制其他信号简单容易的多，所以从初始使用模拟电路实现三角调制波和参考正弦波的比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前使用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说现今PWM在各种应用场所仍在主导地位，而且一直是人们钻研的焦点。
1.2 PWM技术的发展
在20世纪80年代，数字集成电路发展的迅猛速度让世人惊叹。有人甚至预言数字电路即将全部取代模拟电路，但是到了21世纪的今天，模拟集成电路不仅没有消亡，反而有了长足的发展，得到了更多人的认可[9]。
而电源管理芯片作为模拟集成电路的典型代表，在今天的电子领域扮演着重要的角色。在科技高速发展的今天，手机、平板电脑、数码相机等等便携式电子产品已经与我们日常生活密切相关。然而一旦没有了电源，所有的电子设备都将停止工作。现在我们使用的电子产品基本上都是使用了锂电池供电，而锂电池一般只能够提供0—4.2V的直流电压，但是面对不同电路或芯片的需要，单一的电压和电流远远不能满足我们的需求。正因如此，电源管理芯片就显得尤为重要。这种芯片不仅能够调节和改变电源的大小和极性，还可以有效的对电源进行优化的管理和支配，减少不必要的浪费，延长电池的使用时限和使用寿命。
一块完整的电源管理芯片包含了许多功能模块，由差分运放，PWM比较器，谐波发生器，振荡器，相位补偿电路，基准及软启动外部设定，缓冲器等构成，这些功能各异的小电路在整个电路中都是不可缺少的，它们相互协调工作，完成一系列功能最后输出要求的稳定电压和电流。因为时间和能力的关系，我无法完成设计一块完整的电源管理芯片，因此我的任务就是设计出电源管理芯片的控制核心——PWM控制电路，其中包括了差动放大器，PWM比较器，谐波发生器以及相位补偿电路。我的设计需要这些电路能够正常工作并使其能有一定的实用性，达到可以生产应用的水平。
目 录
第一章 绪论 1
1.1常见控制技术 1
1.2 PWM技术的发展 2
第二章 PWM电路总体方案 3
2.1 PWM控制电路组成部分 3
2.1 PWM控制电路工作原理 3
第三章 差分运放电路方案 5
3.1差分运放电路原理 5
3.2差分运放电路方案比较与选择 6
3.2.1共源级电路及原理............................................ 6
3.2.2共栅级电路及原理............................................ 8
3.2.3共源共栅级电路及原理........................................ 9
3.2.4共源 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
共栅级电路方案选择..................................... 12
3.3差分运放电路模块 16
第四章 PWM比较器电路方案 18
4.1比较器原理 18
4.2 PWM控制电路工作原理 18
4.3 PWM比较器模块 19
4.4偏置电路模块 20
第五章 电路模拟仿真 23
5.1仿真环境介绍 23
5.2设置信号仿真结果 23
5.3谐波仿真结果及分析 23
5.4 FB=VREF=1.25V时的仿真结果 24
5.5 FB在1.248V至1.252V之间跳变时的仿真结果及分析 25
5.5.1 PWM比较器输入端的仿真结果............................... 25
5.5.2 PWM比较器输出端的仿真结果............................... 26
第六章 PWM比较器版图 28
6.1 版图设计简介 28
6.2 版图设计要求 28
6.3版图设计 28
致 谢 30
参考文献 31
附录 32
附录A PWM比较器仿真电路图 32
附录B PWM比较器的输入波形与VOUT波形（综合显示） 33
附录C PWM比较器版图 34
第一章 绪论
1.1常见控制技术
目前常用的电源管理芯片，其控制电路大多采用了PWM（脉冲宽度调制）控制模式或PFM（脉冲频率调制）/PWM切换控制模式。由此可见PWM控制模式是电源管理芯片控制电路的主要技术。
下面对PWM控制技术进行简略地介绍。
PWM技术重要理论基础——面积等效原理，即冲量相等和形状存在差异的窄脉冲加在存在惯性的环节上时，其成效大体相同，如图11所示。PWM控制技术就是以该论断为实践基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列摆动幅度大小相等而宽度不一样的脉冲，用这些脉冲来替代正弦波或其余所需要的波形。按照一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，这样既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。从而达到控制输出的目的。
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图11 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲
依据面积等效原理，正弦波还可等效为图12中的PWM波。
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图12 正弦波等效的PWM波
显然，控制脉冲信号比控制其他信号简单容易的多，所以从初始使用模拟电路实现三角调制波和参考正弦波的比较，产生正弦脉宽调制SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前使用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说现今PWM在各种应用场所仍在主导地位，而且一直是人们钻研的焦点。
1.2 PWM技术的发展
在20世纪80年代，数字集成电路发展的迅猛速度让世人惊叹。有人甚至预言数字电路即将全部取代模拟电路，但是到了21世纪的今天，模拟集成电路不仅没有消亡，反而有了长足的发展，得到了更多人的认可[9]。
而电源管理芯片作为模拟集成电路的典型代表，在今天的电子领域扮演着重要的角色。在科技高速发展的今天，手机、平板电脑、数码相机等等便携式电子产品已经与我们日常生活密切相关。然而一旦没有了电源，所有的电子设备都将停止工作。现在我们使用的电子产品基本上都是使用了锂电池供电，而锂电池一般只能够提供0—4.2V的直流电压，但是面对不同电路或芯片的需要，单一的电压和电流远远不能满足我们的需求。正因如此，电源管理芯片就显得尤为重要。这种芯片不仅能够调节和改变电源的大小和极性，还可以有效的对电源进行优化的管理和支配，减少不必要的浪费，延长电池的使用时限和使用寿命。
一块完整的电源管理芯片包含了许多功能模块，由差分运放，PWM比较器，谐波发生器，振荡器，相位补偿电路，基准及软启动外部设定，缓冲器等构成，这些功能各异的小电路在整个电路中都是不可缺少的，它们相互协调工作，完成一系列功能最后输出要求的稳定电压和电流。因为时间和能力的关系，我无法完成设计一块完整的电源管理芯片，因此我的任务就是设计出电源管理芯片的控制核心——PWM控制电路，其中包括了差动放大器，PWM比较器，谐波发生器以及相位补偿电路。我的设计需要这些电路能够正常工作并使其能有一定的实用性，达到可以生产应用的水平。
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