DC-DC regulators for ultra low power applications

Abstract

Bu tezde paralel-melez doğrusal-anahtarlama regülasyon sistemlerinde kullanılmak üzere yeni bir doğrusal regülatör tanıtılmıştır. Bu özgün sistem anahtarlama regülatörünün yüksek güç veriminden ve doğrusal regülatörün hızlı tepkisinden faydalanmaktadır. Tasarlanan regülatör 380mV'dan 1V'a kadar 20mV adımlarla değişen tam 32 farklı çıkış voltajını üretebilmektedir. Bu 32 referans voltajı dijital olarak kontrol edilebilen programlanabilir bir direnç DAC'i ile elde edilmektedir. Devre sadece 7µA akım ile çalışmakta ve 10nF 'maksimum çıkış yük kapasitansı için 10mA kadar akım sağlayabilmektedir. Doğrusal regülatör genel olarak pasiftir ve yük akımı atlamalarında otomayik olarak çalışarak anahtarlama regülatörünün performansını geliştirmektedir. Bunların yanı sıra, böyle düşük güç tüketimi ile çalışan doğrusal regülatörlerin tepkisini hızlandırmak için yeni bir teknik kullanılmıştır. Devrenin tasarımı ve modellemesi UMC 65nm CMOS ile yapılmıştır.

his dissertation introduces a new linear regulator that can be used in a parallel hybrid linear switching regulator system. The purpose of the novel system is to make use of the high power efficiency of the switching regulator and the good transient response of the linear regulator. The designed linear regulator achieves 32 different output voltages ranging from 380mV to 1V with a step of 20mV with the control of a programmable digitally controlled resistor DAC. The circuit consumes only 7µA of quiescent current and can supply up to 10mA current with a maximum output load capacitance of 10nF. The linear regulator typically operates in inactive mode and gets activated automatically only in transient conditions enhancing the transient performance of the switched regulator with negligible degradation in efficiency. A new feedforward technique is used to improve the transient response of the linear regulator operating with such low power consumption. The linear regulator can limit the overshoot resulting from a sudden load current change from no load to full load, to 100mV. The circuit design and layout are done on UMC 65nm CMOS.