(For USM Staff/Student Only)

EngLib USM > Ω School of Electrical & Electronic Engineering >

Design of 0.13-μm cmos 3-stage cascode dcdc buck converter for battery operated devices / Eric Chew Choon Yean

Design of 0.13-μm cmos 3-stage cascode dcdc buck converter for battery operated devices_Eric Chew Choon Yean_E3_2017_MYMY
Selaras dengan perkembangan teknologi, voltan bekalan bagi litar atas cip menjadi semakin kecil. Sebagai contoh ialah bekalan voltan yang terhad kepada 1 V bagi kebanyakan rekabentuk litar 90-nm. Walau bagaimanapun, satu sel bateri ion litium yang digunakan dalam peranti elektronik hari ini mempunyai voltan nominal 3.7V dan mencapai 4.2V pada cas penuh. Oleh itu, penukar turun “buck” DC/DC yang berupaya untuk membekalkan voltan dan arus yang stabil kepada litar adalah diperlukan. Penyelidikan ini adalah berkaitan satu reka bentuk cip 0.13-μm CMOS tanpa transistor kuasa tinggi penukar turun “buck” berupaya untuk menukar turun voltan 3.4 V - 4.2 V kepada 1 V. Cabaran dalam melaksanakan reka bentuk ini adalah penggunaan transistor biasa yang tidak mempunyai ketahanan terhadap voltan dan arus yang tinggi dan sebaliknya mempunyai rintangan yang agak tinggi berbanding dengan transistor kuasa tinggi yang digunakan dalam litar penukar turun komersial. Reka bentuk penukar turun “buck” dalam penyelidikan ini adalah berdasarkan Mod Pengaliran Berterusan (CCM) bagi mendapatkan hingar yang lebih rendah dan kecekapan yang lebih baik pada litar yang memerlukan arus tinggi. Di samping itu, transistor dalam bahagian kuasa litar penukar tersebut adalah dalam konfigurasi tindan/kaskod bagi membolehkan penggunaan voltan bekalan yang lebih tinggi daripada voltan runtuhan transistor. Simulasi adalah menggunakan Cadence SpectreRF. Keputusan menunjukkan bahawa penukar “buck” yang direka bentuk menggunakan transistor bukan kuasa tinggi dapat berfungsi secara efektif seperti mana penukar yang menggunakan transistor berkuasa tinggi dengan riak voltan keluaran kurang daripada 5% dan berupaya untuk membekalkan arus keluaran setinggi 500mA dengan kecekapan maksima 47.7%. Ia juga mencapai nisbah penukaran 0.238 yang standing dengan reka bentuk sedia ada yang menjadi rujukan. __________________________________________________________________________________ As technology advances, voltage supply for on-chip circuit decreases. An example of this is the limited 1 V voltage supply for most 90-nm circuit design. However, even a single lithium ion battery cell used in today’s electronic devices has a nominal voltage of 3.7 V and can even reach 4.2 V during full charge. Therefore, a DC/DC buck down converter that is capable of providing stable voltage and current supplies to the circuits is needed. This research is on the design of a 0.13-μm CMOS with non-high power transistors on-chip buck down converter capable of down converting 3.4 V – 4.2 V to 1 V. The challenge in implementing this design was the used of non-high power transistors which do not have the capability to withstand high voltage and high current but instead have high resistances, as compared to power transistors which are commonly implemented in commercial converter circuits. The design of the buck down converter in this research was based on Continuous Conduction Mode (CCM) to obtain lower noise and better efficiency for high current draw circuits. In addition, the transistors in the power stage of the converter circuit are in stack/cascode configuration in order to utilize a supply voltage of higher than the transistor’s breakdown voltage. Simulation was performed using Cadence SpectreRF. The results show that the designed buck converter with non-high powered transistors is able to function as effectively as its high-powered counterparts with output voltage ripple of less than 5% and capable of delivering up to 500 mA of output current with maximum efficiency of 47.7%. It also achieves a conversion ratio of 0.238, comparable with the existing referenced design.
Contributor(s):
Choon Yean Eric Chew - Author
Primary Item Type:
Thesis
Identifiers:
Accession Number : 875008452
Language:
English
Subject Keywords:
lithium; commonly; SpectreRF
Sponsor - Description:
Pusat Pengajian Kejuruteraan Elektrik & Elektronik -
Originally created:
6/1/2017
Original Publication Date:
1/28/2020
Previously Published By:
Universiti Sains Malaysia
Place Of Publication:
School of Electrical & Electronic Engineering
Citation:
Extents:
Number of Pages - 195
License Grantor / Date Granted:
  / ( View License )
Date Deposited
2020-01-28 15:41:32.143
Submitter:
Mohamed Yunus Yusof

All Versions

Thumbnail Name Version Created Date
Design of 0.13-μm cmos 3-stage cascode dcdc buck converter for battery operated devices / Eric Chew Choon Yean1 2020-01-28 15:41:32.143