面向锂离子供电边缘系统的全集成齿轮组式混合直流-直流转换器

《IEEE Open Journal of the Solid-State Circuits Society》：A Fully-Integrated Gear-Train Hybrid DC-DC Converter for Li-Ion-Powered Edge Systems

　　

摘要：

本文提出了一种全集成齿轮传动式混合DC-DC转换器，用于电池连接的边缘系统。该转换器以低物料清单（BoM）成本和高效焊盘集成为目标，采用22纳米FDX技术中的低压核心NMOS器件，将2.5–4.2V的锂离子电池输入直接转换为稳压的亚1V输出。所提出的拓扑结构将电感的开关节点电压降至V_IN/4，同时该拓扑结合开关堆叠将每个功率晶体管的最高电压应力限制在V_IN/4。这两项特性共同实现了高达360MHz的工作频率以及紧凑型电感的全片上集成。所有被动和辅助功能，包括自举电路，均使用标准MOM电容和核心器件在片上实现，无需额外的工艺光罩。原型芯片面积为0.707 mm²，输出调节范围从0.3V到0.9V，支持高达30mA的负载电流，并在最差的0.2转换比下保持64.5%的效率。与理想LDO相比，该方案将功率损耗降低了3.2倍。它还展示了亚200ns的动态电压调节能力，非常适合高度集成的边缘系统。