本文選題：雙環(huán)控制　切入點：自適應電壓調(diào)節(jié)　出處：《電子科技大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：伴隨著芯片單位面積集成器件數(shù)量的急劇增加,以及處理器工作時鐘頻率信號的不斷增高,降低處理器等設備的功耗已經(jīng)迫在眉睫。近年來,自適應電壓調(diào)節(jié)(Adaptive Voltage Scaling,AVS)技術(shù)作為一種新型有效的電源管理技術(shù)越來越受到研究者的重視。該技術(shù)可以根據(jù)不同的負載工作狀態(tài)、制造工藝和環(huán)境溫度自適應調(diào)節(jié)變換器輸出電壓,使得設備在完成同樣任務下所消耗的能量最小。該電壓調(diào)節(jié)技術(shù)可降低負載30%-70%的功耗。本文在簡要介紹研究背景與意義的基礎(chǔ)上,引出迄今應用于降低處理器等負載功耗的電源管理技術(shù):DPM策略、DVS技術(shù)和AVS技術(shù),并闡述其技術(shù)原理與發(fā)展動態(tài)。對比DPM策略,AVS技術(shù)是通過降低負載的工作電壓而非關(guān)閉負載的供電;不同于DVS技術(shù),AVS通過檢測負載實時工作狀態(tài)形成閉合環(huán)路而非通過電壓-頻率查找表開環(huán)調(diào)節(jié)負載工作電壓。在對基于負載運行出錯率、使用全數(shù)字DC-DC和采用延遲線檢測三種AVS電路的分析基礎(chǔ)上,本課題設計了一種基于雙環(huán)控制的自適應電壓調(diào)節(jié)電路。該電路使用延時線檢測與計數(shù)統(tǒng)計結(jié)果作為負載工作電壓是否滿足工作需要的判斷依據(jù),自適應工藝、溫度和負載的需要變化調(diào)節(jié)變換器輸出電壓。芯片最終使用0.13?m CMOS工藝流片。本文首先對基于雙環(huán)控制的自適應電壓調(diào)節(jié)電路的系統(tǒng)框圖和各模塊功能做了詳細的說明。著重闡述了所設計AVS電路在啟動以及調(diào)頻-調(diào)壓過程中系統(tǒng)的工作流程,并對該系統(tǒng)的穩(wěn)定性從直觀上作出分析。其次,本文詳細介紹了初值設定邏輯、延時線檢測模塊、校正算法模塊和限流快速比較器模塊的工作狀態(tài)、電路實現(xiàn)以及仿真結(jié)果。最后完成電路的整體設計與仿真、繪制版圖以及確定封裝方案。本文所設計的自適應電壓調(diào)節(jié)電路的輸入電壓范圍為2.7-4.2V,輸出電壓為0.7-1.5V,對應的設備工作頻率為30MHz-120MHz。所設計系統(tǒng)的模擬主環(huán)路采用基于PWM調(diào)制模式的BUCK變換器模擬環(huán)路。通過與數(shù)字輔助電路以及延時線檢測相結(jié)合,該電壓調(diào)節(jié)電路的輸出電壓自適應的調(diào)節(jié)大小,并具有較小的紋波。與DVS技術(shù)相比,所設計電路最高可節(jié)約46.3%的能耗。
[Abstract]:With the rapid increase in the number of integrated devices per unit area of the chip and the increasing of the working clock frequency signal of the processor, it is urgent to reduce the power consumption of the processor and other devices in recent years. Adaptive Voltage scaling (Avs) technology, as a new and effective power management technology, has been paid more and more attention by researchers. The output voltage of the converter can be adjusted adaptively by manufacturing process and ambient temperature. This voltage regulation technology can reduce the power consumption of the load by 30% to 70%. This paper briefly introduces the research background and significance. This paper introduces the power management technology used to reduce the power consumption such as processor, such as the power management technology: DPM strategy, DVS technology and AVS technology. Compared with the DPM strategy, the DPM technology is to reduce the working voltage of the load rather than turn off the load power supply. Unlike DVS technology, it forms a closed loop by detecting the real-time working state of a load instead of adjusting the load working voltage by an open loop with a voltage-frequency lookup table. Based on the analysis of three kinds of AVS circuits using full digital DC-DC and delay line detection, In this paper, an adaptive voltage regulation circuit based on double loop control is designed. The temperature and load need to change to adjust the output voltage of the converter. The flow sheet of m CMOS process. Firstly, the system block diagram of adaptive voltage regulation circuit based on double loop control and the function of each module are described in detail. The design of AVS circuit in start-up and frequency modulation and voltage regulation process is emphatically described. The workflow of the system, The stability of the system is analyzed intuitively. Secondly, the working state of the initial value setting logic, the delay line detection module, the correction algorithm module and the current limiting fast comparator module are introduced in detail. Circuit realization and simulation results. Finally, the overall design and simulation of the circuit are completed. The adaptive voltage regulation circuit designed in this paper has an input voltage range of 2.7-4.2V and an output voltage of 0.7-1.5V. the corresponding operating frequency of the equipment is 30MHz-120MHz. the analog main loop of the designed system is based on PWM. Modulation mode BUCK converter analog loop. By combining with digital auxiliary circuit and delay line detection, The output voltage of the circuit can be adjusted adaptively and has small ripple. Compared with DVS technology, the designed circuit can save 46.3% of energy consumption.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM46

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本文編號：1647842