采用超深亞微米CMOS的無線電源管理系統(tǒng)
Wireless Power Management Systems in Ultra-DeepSub-MicronCMOS
1.簡(jiǎn)介
---如今,無線電源管理設(shè)計(jì)工程師在 I／O 接口、能量管理以及電池使用壽命方面面臨著新的挑戰(zhàn)。隨著蜂窩電話變得越來越先進(jìn),系統(tǒng)工作時(shí)的功耗以及系統(tǒng)待機(jī)時(shí)的功耗也隨之增加,這些變化同時(shí)也推動(dòng)了向高應(yīng)用性能與多功能的發(fā)展。數(shù)字設(shè)計(jì)人員在業(yè)界率先實(shí)施了采用超深亞微米（0.13μm、0.09μm及0.065μm）的微處理器,他們發(fā)現(xiàn),采用更薄的氧化物以及更短的通道長(zhǎng)度能夠產(chǎn)生速度更快的晶體管。模擬基帶 (ABB) 與射頻 (RF) 設(shè)計(jì)人員也緊隨其后,努力尋求一種集成方法,以便為其最終客戶提供單芯片無線解決方案。但是,電壓的縮放比例無法與晶體管的縮放比例保持一致,這就導(dǎo)致了系統(tǒng)解決方案的漏電問題很嚴(yán)重,而漏電必然會(huì)縮短電池使用壽命。下面將介紹單芯片解決方案中采用的某些電源管理技術(shù),以及這些技術(shù)是如何不斷演進(jìn),以應(yīng)對(duì)延長(zhǎng)電池使用壽命這一挑戰(zhàn)的。
2.能量管理
---可確定的電源損耗形式有三種：1) 工作電流消耗,2) 待機(jī)電流消耗（有時(shí)也指休眠模式）, 3) 關(guān)閉模式下的漏電消耗。在工作模式中,功耗是靜態(tài)偏置電流功耗與平均開關(guān)或時(shí)鐘（動(dòng)態(tài)）功耗的總和。待機(jī)是一種低功耗狀態(tài),因?yàn)闀r(shí)鐘已經(jīng)被選通或關(guān)閉,幾乎所有的動(dòng)態(tài)功耗都為零,在這種模式下,靜態(tài)電流的大小決定了電池的壽命。最后,關(guān)閉模式的功耗是亞閾值 (sub-threshold) 漏電的函數(shù)。亞閾值漏電是指當(dāng)芯片關(guān)閉但輸入電壓仍存在時(shí),芯片中晶體管具有的電流。
---如果超深亞微米 (UDSM) CMOS 工藝能夠處理更高的電池電壓（4.3V ～5.4V）,則關(guān)閉模式下的損耗可忽略不計(jì),因?yàn)橛行ǖ篱L(zhǎng)度將更長(zhǎng),并且柵極氧化層將更厚。同樣,工作時(shí)的電源消耗也會(huì)更少,因?yàn)檫@種工藝速率慢、可識(shí)別頻率,并且動(dòng)態(tài)功耗是電容、頻率以及輸入電源的函數(shù)。因此,在討論采用 UDSM 的能量管理時(shí),必須解決電源管理電路的直流電池通電 (DBH) 問題。有兩種最常用的電路在做適當(dāng)修改后可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),它們是低壓降穩(wěn)壓器 (LDO) 和 DC-DC 降壓開關(guān)調(diào)節(jié)器。
