Diseño de un conversor dc-dc integrable en tecnología cmos

Abstract

El aumento de las funciones integradas en los dispositivos electrónicos portátiles, y la cantidad limitada de energía ofrecida por la batería, resaltan un importante campo: la administración de potencia. El conversor DC-DC es uno de los circuitos más utilizados en cualquier unidad de administración de potencia, el cual se destaca por su alta eficiencia y grandes relaciones de conversión. Generalmente, estos circuitos se implementan con elementos pasivos externos, lo cual involucra una mayor área ocupada. Siguiendo la tendencia SoC, se han propuesto algunas topologías con todos los elementos integrados, manifestándose en un aumento en la frecuencia de operación. Este trabajo presenta el diseño de un conversor DC-DC, en tecnología UMC 90nm. La selección de la topología a implementar se realiza bajo el criterio de tensión de rizo en la salida y la eficiencia de los inductores integrados, con lo cual, dentro de las arquitectuas presentadas, se escoge la Stacked Coupled como la más adecuada, según las especificaciones ya mencionadas. El proceso de diseño se divide en tres: selección de la frecuencia de operación, diseño y caracterización de los inductores con ayuda del software ASITIC, y finalmente el diseño de los interruptores, usando para estos últimos el modelo BSIM4v4. La validación del diseño se hace por medio de simulaciones, obteniendo como resultado una eficiencia máxima de 84.3% para una corriente de carga de 107.6 mA, a una tensión de salida de 700 mV. Finalmente, se realiza un análisis estadístico Monte Carlo, considerando las variaciones del proceso de fabricación, corroborando la robustez del diseño.