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JSSC 2020第12期Power Management0.18µm

A Monolithic Resonant Switched-Capacitor Voltage Regulator With Dual-Phase Merge

提出一种集成合并LC谐振器的谐振开关电容电压调节器,提高效率和功率密度。
0.18-µm CMOS, 85.5%效率, 0.47W, <40-mV瞬态波动
谐振开关电容电压调节器集成电感效率优化负载瞬态响应
创新点1:方法创新 - 提出并实现了一种新型的硅集成合并LC谐振器结构,将飞跨电容和电感集成到单一结构中,显著降低了交流电阻损耗,提高了整体效率(85.5%)和功率密度。
创新点2:电路创新 - 采用双相位合并技术,优化了谐振开关电容电压调节器的拓扑结构,减少了传统设计中因分立元件带来的寄生损耗,提升了能量转换效率。
创新点3:系统创新 - 引入OFF时间调制(OTM)技术,有效扩展了轻载条件下的效率,同时在2–50-mA/4-µs负载瞬变下实现了低于40-mV的欠压/过压波动,提升了系统的动态响应能力。
创新点4:工艺创新 - 在0.18-µm CMOS工艺中实现了全集成电压调节器,无需外接无源元件,展示了在高集成度工艺中实现高效电源管理的可行性。
Abstract
Fully integrated voltage regulation, while important for a number of applications, is challenging due to the limitations of on-chip passive components, particularly inductors. This work demonstrates a new direction in passive-component integration through the design and implementation of a silicon-integrated merged-LC resonator, used in a resonant switched-capacitor voltage regulator. The merged- LC resonator combines flying capacitance and inductance into a single structure to reduce ac resistiv