采用有源电容倍增器改善开关电容DC-DC变换器的性能

研究了开关电容DC-DC变换器输出电压与电容的关系,分析了变换器输出电压波纹产生的原因.针对变换器中大电容难集成的问题,提出了一种基于跨导放大器和第二代电流传输器的有源电容倍增器的新型拓扑结构.该电路只用较少的元件就可以实现开关电容变换器中的浮地和接地电容.以二阶开关电容DC-DC变换器为例,用PSPICE软件分别对采用了有源电容倍增器的新型结构和传统结构进行了仿真.结果显示,基于有源电容倍增器的开关电容变换器仅用100pF电容就等效了200nF电容的输出性能,而且具有更低的输出电压波纹.     

多输出谐振型开关电容变换器的设计与仿真

开关电容变换器是一种典型的无感变换器,电路中主要由开关管和电容器来实现电压变换和能量转换。由于电路中不含电感和变压器,可以大大缩小电源体积、减轻重量,并且易于在芯片上集成。随着电子设备的小型化,开关电容DC-DC变换器将具有广阔的应用前景。基于开关电容DC-DC变换器的研究现状,文中系统地阐述了多输出开关电容DC-DC变换器的工作原理和设计方法,并通过系统仿真和实验验证了该类谐振型变换器的高效性。     

嵌入式开关电容DC-DC变换器的新颖控制技术

提出了一种针对单片集成开关电容DC-DC变换器进行优化的设计方案.阐述了开关电容DC-DC变换器电路的拓扑结构及其基本工作原理,给出了单片集成开关电容DC-DC变换器的等效电阻控制方法.考虑到集成工艺的兼容性问题,在电路设计时,用n沟MOSFET替代二极管;为了改善变换器的输出特性,在标准2μm p阱双层多晶硅单层金属CMOS工艺中增加了一次MOSFET阈值电压的调整步骤,实现了升压开关电容DC-DC变换器的单片集成.芯片面积为0.4mm2,测试结果显示,在变换器输入电压为3V,输出电压为5V,电路开关频率为9.8MHz时,输出功率为0.63mW,效率达到68%.     

基于有源电容倍增器的新型电荷泵DC-DC变换器

电荷泵中浮置电容是影响输出特性的关键因素,针对大容量浮置电容难以集成的问题,提出利用电流传输器构成有源电容倍增器代替浮置电容的方法,可使等效的浮置电容容量提高1~3个数量级.利用PSPICE软件对反压及倍压电荷泵分别在采用有源电容倍增器和理想电容的情况下进行仿真,对比分析的结果说明采用有源电容倍增器的电荷泵电路仅需要很小的电容就能得到与外加大容量浮置电容电荷泵电路相同的输出特性(实例中100pF可等效50nF),从而基于有源电容倍增器的电荷泵将更易于全单片集成.     

嵌入式开关电容DC-DC变换器的新颖控制技术

提出了一种针对单片集成开关电容DC-DC变换器进行优化的设计方案.阐述了开关电容DC-DC变换器电路的拓扑结构及其基本工作原理,给出了单片集成开关电容DC-DC变换器的等效电阻控制方法.考虑到集成工艺的兼容性问题,在电路设计时,用n沟MOSFET替代二极管;为了改善变换器的输出特性,在标准2μm p阱双层多晶硅单层金属CMOS工艺中增加了一次MOSFET阈值电压的调整步骤,实现了升压开关电容DC-DC变换器的单片集成.芯片面积为0.4mm2,测试结果显示,在变换器输入电压为3V,输出电压为5V,电路开关频率为9.8MHz时,输出功率为0.63mW,效率达到68%.     

开关电容DC-DC变换器的最佳控制方法

在采用等效电量关系法对开关电容DC-DC变换器进行分析的基础上，研究了脉冲宽度调制（PWM）和频率调制（FM）的关系．得出开关电容DC-DC变换器的统一等效电路并指出：对开关电容DC-DC变换器，无论采取什么控制方法，都是能耗控制，因此级联低压差线性稳压器是一种最佳的控制方式．     

单周期控制开关电容DC-DC变换器

传统的开关电容DC-DC变换器通常采用PWM控制方法，以输出电压或者开关管的电流作为反馈信号来调节占空比，然而占空比信号的变化不能即时跟随输入电压或负载的变化，因而PWM控制方法的动态调节响应较慢。单周期控制方法是一种非线性控制技术，该技术利用开关变换器的非线性特点，对开关变量平均值实现即时的动态控制，只需在一个开关周期之内就能使开关变量平均值达到稳态，因而具有较快的响应速度。本文介绍了单周期控制方法的基本原理，并将该方法应用于一个恒定频率的升压(5V／12V)开关电容DC-DC变换器的控制．仿真结果轰明该方法是可行的。     

一种新的应用于降压式DC-DC变换器电流采样电路的设计

在分析了传统的应用于大负载电流降压式DC-DC变换器电流采样电路主要缺点的基础上,提出一种新的应用于降压式DC-DC变换器的电流采样电路。该方法通过一个电阻电容网络来消除电感寄生电阻的影响,并利用开关电容积分器来实现降压式DC-DC变换器的电流采样,在Chartered 0.35μm CMOS工艺下实现该电路并流片验证。最终的测试结果显示,提出的电流采样电路实现了对降压式DC-DC变换器精确的电流采样。     

一类零电流谐振开关电容变换器的特性分析

具有零电流开关特性的谐振开关电容变换器是开关电容变换器的一种新拓扑形式.本文着重分析电路寄生参数和变换器运行条件对该类谐振开关电容变换器稳态特性的影响,推出变换器输出电压和效率的数学表达式,为研究负载或输入电压变化时变换器的输出性能提供了分析和设计依据.基于输出电压表达式,还提出谐振开关电容变换器的频率控制方案.全文以一个降压式谐振开关电容变换器为例详细说明公式的推导过程,并将此稳态特性分析推广到其它类型的谐振开关电容变换器.最后,文中设计了一台12V/5V/2.5A降压式谐振开关电容变换器样机,实验结果验证了本文的理论分析结果.     

PWM型开关电容DC-DC变换器的 非线性动力学行为研究

建立了PWM型二阶开关电容DC-DC变换器的二维离散映射模型,用非线性动力学理论分析了映射模型定点的稳定情况.以电压反馈系数为参数,通过数值计算描绘了系统动态演化的分岔图和最大Lyapunov指数变化曲线.以二阶串并电容组合开关电容DC-DC变换器为例,用PSPICE软件对其进行模拟仿真,得到了变换器的混沌吸引子.理论分析、数值计算和模拟仿真保持了一致.     

MOS工艺下叉指夹心集成电容的结构及其模拟分析

针对较大电容难以集成的实际，提出叉指夹心集成电容结构，采用横向电通量增加电容策略，在顶层上布铝导线呈平铺叉指夹心结构，涂盖Si3N4为介质，通过选择考虑边缘效应的模型进行仿真模拟，观测这种结构下两种连接方式电容的大小，得到了一定叉指电极长度的电容值可达到约15.3 pF.     

一种具有积分电容复用功能的红外读出电路设计

为提高长波红外探测器的电荷处理能力,提出了一种积分电容复用技术。该技术将读出电路阵列分为奇偶行两个部分,使奇偶行像素分开进行积分读出。当所有的奇行像素积分时,所有的偶行像素均不进行积分。奇行像素复用偶行像素的积分电容,奇行像素积分结束后按行列顺序依次读出。同样地,当所有偶行像素积分时,奇行像素不进行积分,偶行像素复用奇行像素的电容,积分完成后偶行像素按顺序读出。相比于使用叠层电容来提高电荷处理能力的方法,积分电容复用技术更加有效且不受工艺限制。仿真结果表明,积分电容复用技术可将像素的等效积分电容提升至原来的2倍,使读出电路的电荷处理能力从20 Me^-提升至40 Me^-。     

基于新型介电弹性体平行板电容器的研究

为了研究具有传感功能的可变电容器,采用新型介电弹性体材料制成平行板电容器。研究了该电容器充放电前后的外形变化及影响电容大小的因素。结果表明:在高压充放电前后,电容器的极板面积和两电极板间距离都发生了明显的变化;电容随着外加电压的增大而增大;在外加电压为6 000 V的条件下,电容随着材料预拉伸的增大出现一极大值,随后又减小,即在变化过程中存在拐点;另外,电容器的电极材料用石墨粉时要比用导电胶时电容大。     

A Monolithically Integrated 12V/5V Switch-Capacitor DC-DC Converter

Motivated by the battery-operated applications that demand compact,lightweight andefficient DC-DC converters,many kinds of converter circuits have been published.Amongthem,resonantconverters and the soft-switching convertershave greatl...     

动态随机存储器中堆叠电容器结构的互连寄生电容模拟

在高密度比特位动态随机存储器(DRAM)芯片的发展中,随着多层布线与复杂存储单元结构的日渐普遍使用,互连寄生电容对存储器件性能如时延、功耗、噪声等的影响日渐突出,已成为不可忽视的重要因素,对互连寄生电容提取软件提出了紧迫的要求.本文介绍一个基于直接边界元素法的精度高,速度快,并可适应复杂堆叠(stacked)电容器结构的互连寄生电容模拟软件,并通过实例计算,分析DRAM中互连线寄生电容对电路性能的影响.     

Design and development of an integrated device consisting of an independent solar cell with electrical storage capacity

A thin film‐integrated device was constructed consisting of photovoltaic layers combined with additional layers to store charge in real time within the same device. In our design, a dye‐sensitized solar cell and capacitor layers are integrated by a double‐anodized titanium plate, which consists of TiO₂ nanotubes grown on either side by electrochemical anodization. The combination device can act either as an independent solar cell, a capacitor, or as a solar cell/capacitor device. The results presented here illustrate the capacitive behavior of high surface area nanotubular metal oxide films, with an achieved capacitance of 140 μF cm⁻². Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

高密度Si基半导体电容器的性能及其制作

随着各种混合信号电路的性能和集成度的迅速提高以及对电路模块和元器件小型化的需要,集成无源技术成为一种取代分立无源器件以达到小型化的解决方案。鉴于电容器被广泛用于滤波、调谐和电源回路退耦等各种板级集成封装中,采用Si MEMS工艺,在半导体表面深刻蚀三维(3D)图形以增大有效表面积,制作了一种高电容密度的半导体pn结退耦电容器,并分析研究了其主要制成工艺和性能。结果显示,所制作的电容器的电容密度达8～12nF/mm2,相比无表面三维刻蚀图形的半导体电容器电容密度增大了10倍以上,退耦频率范围为10kHz～3.2GHz,可用于中低频率较大范围内的退耦。     

一种新的铁电电容模型及其在1T/1C FeRAM中的应用

随着集成铁电工艺的迅速发展和铁电电容的广泛应用 ,铁电电容模型的缺乏已成为制约基于铁电电容电路设计和优化的瓶颈。文中提出的非线性双电容铁电电容模型是线性双电容铁电电容模型的改进 ,它不仅与线性双电容模型一样易于用宏模型实现 ,而且比后者具有更高的精度和更简单的控制方式。以 1 T/1 C单元作为基于铁电电容电路设计优化的实例 ,定性分析了位线寄生电容对读出窗口的影响 ,并在 HSPICE中用非线性双电容模型进行了仿真 ,得到位线寄生电容与 1 T/1 C单元铁电电容比例 (CBL/CF E)对读出窗口的最优值 :CBL/CF E=2 .4     

一种片内集成飞电容的自适应开关电容DC-DC

提出一种电容片内集成、高效率升压模式的DC-DC电源管理芯片,较普通结构相比,文中提出的电路结构具有6组2×,3组3×,2组4×升压模型共11种工作模式,并具有低纹波等优点。通过MIM电容与积累型NMOS电容串联的方式,提高单位面积容值,使得总电容面积大幅减小。采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,利用Cadence工具对电路进行仿真验证,所提出自适应开关电容升压电路,在输出电压为3 V时,其效率最高可达到83.6%。在开关频率为20 MHz时,输入电压范围为1~1.8 V,所需总片内集成电容总面积为900 μm×900 μm,输出电压纹波＜40 mV     

利用半导体pn结结电容构成的沟道式电容器

为满足对电子系统中元器件性能提升、面积减小、成本降低等需求,利用感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP),对低阻p型硅采用刻蚀、扩散、磁控溅射Al电极等工艺,使之形成凹槽状三维结构,制造出一种特殊的具有高密度电容量的硅基电容器。其特点是结构简单,电容量大(电容密度可达2.2×10–9F/mm2),容值可调,与现有微电子工艺兼容,可用于200MHz至数GHz的退耦或其他场合。同时由于半导体pn结固有的特性,该电容器可取代传统的贴片电容广泛用于电子系统中的退耦、滤波、匹配、静电和电涌防护等场合。