2010年二月八日开幕的“ISSCC2010”的“Session10:DC-DCpowerConversion”是一场开关电源技术研讨会。此次的热点是,开关电源的数字反馈控制(论文序号10.2,10.4)技术、微细CMOS工艺用完全片上型开关电容器电源(论文序号10.7,10.8)技术以及极型无线发送设备用电源调制电路的高效化宽频带化技术(论文序号10.1)。另外,在2009年的ISSCC上,电源技术研讨会是与class-D型音频放大器技术研讨会合办的,而此次是单独举办的。
开关电源的数字化又进了一步
台湾台积电(TSMC)公布了利用40nmCMOS工艺制造的降压型开关电源(论文序号10.2)。为了在1.1V低电源电压下启动电源电路中唯一的模拟电路——A-D转换器,采用了1级ΔΣ型AD转换器。通过在输入部中采用可除去共模信号成分的开关电容器电路,将输入范围抑制在了±20mV。数字pWM电路方面,通过在输入部设置1bitΔΣ调制器,使低频噪声成功削减了20dB。不含驱动器部分在内的控制电路面积仅为0.1mm2。输出200mA电流时,效率高达90%。
美国亚利桑那州立大学(ArizonaStateUniversity)公布了采用0.18μmCMOS工艺制造的降压型开关电源(论文序号10.4)技术。A-D转换器采用了由环型振荡器和数字微分电路构成的1级ΔΣ型AD转换器。数字pWM电路方面,通过在5bit计数器中嵌入DLL,将分辨率提高到了9bit。
数字控制电源一般不易受到工艺差别等的影响,比较适合微细CMOS工艺,但必须具备A-D转换器和数字pWM电路。今后,估计这些电路的低功耗化、小面积化及高精度化技术会受到关注。
面向最尖端CMOS工艺,挑战开关电容器型电源的高效化
美国MIT和美国爱荷华州立大学(IowaStateUniversity)及美国德州仪器(TexasInstruments)公布了设想在无线系统中混载的开关电容器(SC)型电源(论文序号10.7)技术。为了防止发生EMI问题,未选择原来的开关频率控制方式,而采用了电容器值控制方式。通过这种方式,实现了开关频率恒定的稳压器。采用45nmCMOS工艺制造时,该电源电路的最大输出电流和最大效率分别为8mA和69%。电路面积只有0.16mm2。
由于SC型电源不要外置部件,而且可随着微细化程度的提高而缩小面积,因此其面向微细CMOS工艺的开发正在加速。今后仍需继续关注SC型电源。(特约撰稿人:藤本义久,夏普电子元器件事业本部)