ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЧИСЛА УРОВНЕЙ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В СТРУКТУРЕ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ ДЛЯ СИСТЕМ НА КРИСТАЛЛЕ

  • Л.К. Самойлов Южный Федеральный Университет
  • А. А. Жук Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Источник питания, система на кристалле, линейные стабилизаторы, импульсный DC/DC преобразователь

Аннотация

Традиционная структура источника питания имеет три уровня: выпрямитель; корректор коэффициента мощности (ККМ); импульсный изолированный DC/DC источ-ник. Такая структура не может использоваться в источнике питания для систем на кристалле (СнК) по двум основным причинам:1) в СнК нельзя разместить электролитические конденсаторы (ЭК), а также керамические конденсаторы (КК) большой емко-сти; 2) возникают трудности при реализации импульсного высокочастотного транс-форматора DC/DC источника с требуемым коэффициентом трансформации. В работе показано, что введение в структуру четвертого уровня на основе линейных стабилиза-торов без выходных электролитических конденсаторов (NoCap) устраняет первую при-чину, но требования на коэффициент трансформации остаются прежними. Это связа-но с тем, что стабилизаторы типа NoCap имеют нестандартные входные напряже-ния, которые мало отличаются от выходных (разница составляет 100–200 mB). Такое условие питания стабилизаторов типа NoCap можно выполнить введением в структуру дополнительного пятого уровня в виде неизолированного импульсного многовыходного DC/DC источника питания. Основная часть неизолированного DC/DC источника пятого уровня может размещаться в СнК, а необходимый для его работы дроссель будет на-весным элементом. В работе дается обоснование необходимости введения шестого уровня структуры в виде импульсного DC/DC источника, который обеспечит безопасное напряжение для кристалла СнК и облегчит требования на трансформаторы системы. К. В статье показано, что эффективное использование стабилизаторов типа NoCap возможно только при выполнении достаточно жестких условий на стабильность их входных напряжений.

Литература

1. Braun M. Istochniki pitaniya. Raschet i konstruirovanie [Power supply]: transl. from engl. K: MK-Press, 2005, 288 p. ISBN 986-8806-01-8.
2. Chenchang Zhan, Wing-Hung Ki. Output-Capacitor-Free Adaptively Biased Low-Dropout Regulator for System-on-Chips, IEEE Transactions on circuits and sestems–I, May 2010, Vol. 57, No. 5.
3. Chu Y.C. and Chang-Chien L.R. Digitally controlled low-dropout regulator with fast-transient and autotuning algorithms, IEEE Transactions on Power Electronics, Sept. 2013, Vol. 28, No. 9, pp. 4308-4317.
4. Romadina I. LDO – stabilizatory napryazheniya ON Semi. Vybor i primenenie [LDO-voltage stabilizers on Semi. Selection and application], Elektronnye komponenty [Electronic compo-nent], 2011, No. 2.
5. Samoylov L.K. Istochniki pitaniya. Ustroystva formirovaniya sluzhebnogo napryazheniya. Deponirovannaya rukopis' № 1066-V2006 16.08.2006 [Power supply. The device of the for-mation of the utility voltage. Deposited manuscript No. 1066-B2006 16.08.2006].
6. Samoylov L., Seredzhinov R. Analiz protsessov v istochnikakh sluzhebnogo pitaniya za schet vykhodnykh kaskadov dvukhtaktnykh pryamokhodovykh impul'snykh preobrazovateley [Analysis of processes in service power sources due to output stages of push-pull forward pulse converters], Silovaya elektronika [Power electronics], 2008, No. 16, pp. 80-84.
7. Leung W.Y., Man T.Y., Chan W.T., and Chan M. A high precision, output-capacitor-free low-dropout regulator for system-on-chip design, IEEE International Symp. on Circuits and Sys-tems, May 2008, pp. 2242-2245.
8. Shi C., Walker B.C., Zeise E., Hu B., and McAllister G.H. A highly integrated power manage-ment IC for advanced mobile applications, IEEE J. Solid-State Circuits, Aug. 2007, Vol. 42, No. 8, pp. 1723-1731.
9. Ming, X., Li, Q., Kun Zhou, Z., et al. An ultrafast adaptively biased capacitorless LDO with dynamic charging control, IEEE Trans. Circuits Syst. II, Exp. Briefs, Jan. 2012, Vol. 59, No. 1, pp. 40-44.
10. Aminzaden H., Serdijn W. Low-dropout regulators: Hybrid-cascode compensation to improve stability in nano-scale CMOS technologies, In: Proc. IEEE Int. Symp. on Circuits and Systems, May 2011, pp. 2293-2296.
11. Robert J. Milliken, Jose Silva-Martнnez. Full On-Chip CMOS Low-Dropout Voltage Regulator, IEEE transactions on circuits and systems–I: Regular papers, September 2007, Vol. 54, No. 9.
12. Patounakis G., Li Y.W., and Shepard K. A fully integrated on-chip DC-DC conversion and power management system, IEEE J. Solid-State Circuits, Mar. 2004, Vol. 39, No. 3, pp. 443-451.
13. Leung K.N. and Mok P.K.T. A capacitor-free CMOS low-dropout regulator with damping-factor-control frequency, IEEE J. Solid-State Circuits, Oct. 2003, Vol. 37, No. 10, pp. 1691-1701.
14. Gupta V., Rincon-Mora G., and Raha P. Analysis and design of monolithic, high PSR, linear regulators for SoC applications, in Proc. IEEE Int. Syst. Chip Conf. , Santa Clara, CA, Sep. 2004, pp. 311-315.
15. Rincon-Mora G.A. and Allen P.E. A low-voltage, low quiescent current, low drop-out regula-tor, IEEE J. Solid-State Circuits, Jan. 1998, Vol. 33, No. 1, pp. 36-44.
16. Man T.Y., Leung K.N., Leung C.Y., Mok P.K.T., and Chan M. Development of single-transistor-control LDO based on flipped voltage follower for SoC, IEEE Tran. Circuits and Systems I, Reg. Papers, Jun. 2008, Vol. 55, pp. 1392-1401.
17. Lau S-K., Mok P.K.T. and Leung K.N. A low-dropout regulator for SoC with Q-reduction, IEEE J. Solid-State Circuits, Mar. 2007, Vol. 42, No. 3, pp. 658-664.
18. Leung W.Y., Man T.Y., Chan W.T., and Chan M. A high precision, output-capacitor-free low-dropout regulator for system-on-chip design, IEEE International Symposium on Circuits and Systems, May 2008, pp. 2242-2245.
19. Hoon S.K., Chen S., Maloberti F., Chen J., and Aravind B. A Low Noise, High Power Supply Rejection Low Dropout Regulator for Wireless System-on-Chip Applications, in Proc.IEEE Custom Integr.Circuits Conf., Sept. 2005, pp. 759-762.
20. Peter Hazucha, Tanay Karnik, Bradley A. Bloechel, Colleen Parsons, David Finan, and Shekhar Borkar. Area-Efficient Linear Regulator With Ultra-Fast Load Regulation, IEEE J. Solid-State Circuits, April 2005, Vol. 40, pp. 933-940.
21. Leung K.N. and Mok P.K.T. Analysis of multistage amplifier–Frequency compensation, IEEE Trans on Circuits Syst. I, Sept. 2001, Vol. 48, pp. 1041-1056.
22. Leung K.N. and Mok P.K.T. A capacitor-free CMOS low-dropout regulator with damping-factor-control frequency compensation, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2003, No. 38 (10), pp. 1691-1702.
Опубликован
2020-01-23
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ