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现代数字处理器的特点是低电压大电流工作,且工作频率高,因此,对供电电源的驱动能力和输出电压的纹波都有很高要求,包括在瞬时跳变时的快速响应和大的驱动能力,以及小的电压纹波,给处理器的电源设计带来了极大的挑战。目前,对上述性能进行改善的常见方案有步进电感技术和多相交错Buck电路等,均以牺牲面积为代价。同时,由于额外功率器件的引入,也使得控制策略更加复杂。
本文提出一个应用于DC-DC变换器的线性电流补偿电路。电流补偿电路在功率级只增加两个小的开关管,就可以达到性能优化的效果。根据不同的精度调节,可以单独使用或是作为主控制器的辅助电路使用。电流补偿电路采用电容电流作为控制信号,可以迅速反应负载的变化,又不会给功率级带来额外的性能损耗。同时线性控制能够避免使用一般电流补偿电路使用的限流电阻,降低了功率的损耗。电流补偿电路在电路稳态时并不开启,只有在负载跳变的时候才会发生响应,静态功耗很低。提出并实现了该线性电流补偿型的快速响应直流变换器的系统设计,并完成了其中关键模块的电路设计。整个系统和版图采用TSMC0.35um CMOS工艺设计,仿真验证的结果表明,达到了预期的改善DC-DC变换器瞬态响应的目标。