디지털 컨트롤러 공유 및 Pseudo Relaxation Oscillating 기법을 이용한 원-칩 다중출력 SMPS

Abstract

본 논문에서는 디지털 제어부를 공유하며, 회로 동작시간의 분배 방식을 통해 다중 출력을 지원하는 SMPS를 제안한다. 제안된 회로는 Pseudo Relaxation Oscillating 기법의 DPWM 발생기를 사용한다. 제안된 SMPS는 회로의 동작시간 분배 방식을 사용하여 기존의 DPWM 발생기에서 문제가 되는 큰 면적의 디지털 로직 컨트롤러를 공유하는 형태이기 때문에 칩 면적과 효율 측면에서 큰 이점을 가지지만, 각 DPWM 발생기의 실시간 제어가 어려우며 불안정한 출력 전압을 공급할 수 있다는 단점을 가진다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 동작시간 분배 방식으로 인해 동작클록이 인가되지 않은 DPWM 발생기들의 출력전압을 실시간으로 피드백 받아 안정된 출력 전압을 공급할 수 있는 실시간 전류 보정 기법을 제안한다. 제안된 SMPS를 100MHz의 내부 제어 동작 주파수와 10MHz 스위칭 주파수로 동작시킬 시, 소모되는 내부 코어 회로의 최대 전류는 4.9mA이며, 출력 버퍼를 포함한 전체 시스템의 전력 소모는 30mA이다. 또한 800mA, 100KHz의 load current regulation 조건으로 시뮬레이션 시, 3.3V 출력전압에 대한 최대 리플 전압은 11mV, Over/Undershoot voltage는 각각 10mV, 19.6mV 이다. 코어 회로의 크기는 700㎛×800㎛의 작은 면적으로 구현가능하다. 제안된 회로는 Dong-bu Hitek BCD 0.35㎛ 공정을 이용한 시뮬레이션을 통해 검증되었다.