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.
Design of 0.13-μm cmos 3-stage cascode dcdc buck converter for battery operated devices_Eric Chew Choon Yean_E3_2017_MYMY