스위치 방식을 이용한 고성능 고효율의 인덕터 내장형 전력용 반도체 회로 설계

Abstract

본 논문은 SoC 설계를 위한 고성능 DC-DC 부스트 변환기 설계에 관한 것이다. DC-DC 변환기에서 일반적으로 에너지 축전용으로 사용 되는 인덕터와 커패시터를 칩 안에 집적하기 위해 그 크기를 크게 감소시키고, 스위칭 주파수를 100㎒로 하였다. 고속 동작에서 전압 방식 제어 (voltage mode control method)로 신뢰성을 높였으며, 적절한 주파수 보상 (frequency compensation)으로 안정적인 동작 특성을 확보하였다. 설계한 DC-DC 변환기는 thick gate oxide 옵션이 포함된 0.18㎛ CMOS 표준 공정으로 제작 하였다. 내부 필터 커패시터와 디커플링 커패시터 (decoupling capacitor)를 포함한 칩의 면적은 8.14㎟ 이고, 제어기 (controller)가 차지하는 면적은 1.15㎟ 이다. 부하 전류 300㎃ 이상에 대하여 4V의 출력을 얻는 변환기의 최대 효율은 76.57% 이상, 로드 레귤레이션 (load regulation)은 100㎃의 변화에 대하여 0.012% (0.5㎷)의 특성을 갖는다.; This paper presents a design of a high performance DC-DC boost converter as a power module for SoC designs. It applied to this chip that reduced inductor and capacitor for integrating on a chip, and It operates with a switching frequency of 100㎒. It has reliability and stability in high switching frequency. The controller of DC-DC boost converter is designed by voltage-mode control method and compensated properly. The designed DC-DC converter is fabricated with the 0.18㎛ CMOS technology with a thick-gate oxide option. The overall die size is 8.14㎟, and controller size is 1.15㎟. The converter has the maximum efficiency over 76.57% for the output voltage of 4V and load current larger, 300㎃. The load regulation is 0.012% ( 0.5㎷ ) for the load current change of 100㎃.