硅基微顯示芯片集成高性能電源管理器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著近幾年微電子技術(shù)的蓬勃發(fā)展，硅基OLED微型顯示設(shè)備以其微型便攜的優(yōu)點(diǎn)引起人們的高度重視。由于硅基OLED像素驅(qū)動(dòng)電路需要正負(fù)兩路電壓供電才能達(dá)到顯示效果，這兩路電壓分別提供像素驅(qū)動(dòng)電路所需的正電壓和硅基OLED公共陰極所需的負(fù)電壓。本文的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)雙輸出的電源管理單元(PMU)為硅基OLED供電。
　　首先，介紹了PMU中常用到的變換器類(lèi)型，主要包括:低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)、電荷泵和DC-DC開(kāi)關(guān)電源，分析了三種變

2、換器的性能優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合課題的實(shí)際要求，本文所設(shè)計(jì)的PMU采用Cuk型DC-DC變換器和LDO相結(jié)合的新型結(jié)構(gòu)。其中Cuk電路采用PWM調(diào)制的峰值電流控制模式輸出負(fù)電壓，同時(shí)Cuk電路產(chǎn)生的脈沖電壓經(jīng)過(guò)濾波得到直流電壓，該直流電壓通過(guò)LDO模塊輸出正電壓，這兩路輸出電壓在數(shù)值上均大于輸入電源電壓。
　　本文設(shè)計(jì)的PMU電路主要包括兩個(gè)部分:第一部分為輸出正電壓的LDO模塊，其中的子模塊主要包括基準(zhǔn)電路、誤差運(yùn)放和開(kāi)關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)等，通

3、過(guò)具體分析影響LDO電路穩(wěn)定性的因素，設(shè)計(jì)采用一種無(wú)片外電容并帶有密勒補(bǔ)償?shù)腖DO結(jié)構(gòu);第二部分是PWM調(diào)制的負(fù)壓輸出模塊，該部分的子模塊包含了電流檢測(cè)電路、斜坡補(bǔ)償電路、誤差運(yùn)放、比較運(yùn)放、環(huán)形振蕩器和驅(qū)動(dòng)電路等。由于負(fù)壓輸出部分采用外環(huán)電壓、內(nèi)環(huán)電流的雙環(huán)負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)采用電壓環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和電流環(huán)路斜坡補(bǔ)償電路來(lái)使得PWM調(diào)制的負(fù)壓輸出部分具有足夠的相位裕度。
　　PMU的電路仿真和整體的版圖設(shè)計(jì)是在SMIC0.18

4、μm1.8V/5V CMOS工藝下完成的，通過(guò)仿真可以得出，在2MHz開(kāi)關(guān)頻率和系統(tǒng)提供的3.3V、1.8V標(biāo)準(zhǔn)輸入電源下，輸出正電壓在2～5.5V范圍內(nèi)可調(diào)，輸出負(fù)電壓在-2～-5.5V范圍內(nèi)可調(diào)，并且正負(fù)輸出電壓紋波均小于5mV。輸出正、負(fù)電壓的線性調(diào)整率(LNR)分別為5mV/V和20mV/V，負(fù)載調(diào)整率(LDR)分別為0.04mV/mA和0.15mV/mA。結(jié)果表明，本課題設(shè)計(jì)的PMU能夠滿足硅基OLED像素驅(qū)動(dòng)電路的供電要求。