低成本，低功耗，高集成度的单片机电源系统设计

论文摘要

本文从单片机开发过程中实际面对的电源电路设计需求入手,以无片外电容的高集成度、低功耗模式下极低的待机电流与严格控制芯片面积的低成本作为电路设计的主要待突破方向。在此基础上,对各种主流的电源架构进行了充分的分析与论证,充分比较了它们的优势与缺陷,并加以取舍。通常市面上可见的电源主要区分为开关电源与线性电源两类,开关电源又可依储能元件不同而区分为依赖电感的PWM电路或依赖电容的电荷泵电路；而线性电源也可根据误差放大器的形式区分为若干种形式,它们各自具有不同的优缺点,比如PWM电路在高功耗情况下具有比较良好的转换效率,而线性电源则具备优秀的EMI特性。在本文所面对的设计需求中,宽电压输入,无外部器件的条件限制下,很难利用单一的电路结构完成设计,因此,需要采取多种手段结合的方式来完成整个电源系统的搭建。在充分讨论各类电路的特性基础上利用他们的优势叠加最终确定电路的基本架构为电荷泵升压拓展工作电平范围的线性电源,并且输出级采取源跟随器的方式改善动态特性,取消外接电容,而对于低功耗模式,则采取滞回的控制方式来严格控制待机电流。在系统的目标与架构得到确立后,进一步明确各分块电路的设计指标并加以设计仿真,最终得到电源系统的完整设计。在设计完成并交由布局人员完成布图后,芯片通过流片得到实物进行验证,验证结果也列于本文中。从最终的验证结果来看,本文最初提出的设机构想得到了充分的解决,在一系列单片机系统芯片中有着广阔的应用前景,可以大大提升芯片的应用价值,拓展应用范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 选题的依据与意义
• 第一节 电源电路简介
• 1. 开关电源
• 2. 线性电源
• 3. 组合方式
• 第二节 设计需求
• 第三节 设计难点
• 第四节 设计重点
• 第二章 电源的架构选取
• 第一节 PMOS输出,共源放大器结构的线性电源
• 第二节 PMOS输出,电流源映射结构的线性电源
• 第三节 NMOS输出,源极跟随器结构的线性电源
• 第四节 NMOS输出,滞回控制方式的开关电源
• 第五节 NMOS输出,升压电路与运放组合结构的线性电源
• 第三章 模块划分与定义
• 第一节 电源系统框图
• 第二节 误差放大器规格
• 第三节 电荷泵电路规格
• 第四节 带隙电压源规格
• 第五节 箝位电路规格
• 第四章 模块电路设计
• 第一节 整体规划
• 第二节 带隙电压源
• 第三节 误差放大器与箝位电路
• 第四节 电荷泵电路
• 第五节 整体性能仿真
• 第五章 验证结果
• 参考文献