Abstract
This paper suggests the triple-mode CMOS DC-DC converter that has temperature/voltage variation compensation techniques. The proposed triple-mode CMOS DC-DC converter is used to generate constant or variable voltages of 0.6-2.2V within battery source range of 3.3-5.5V. Also, it supports triple modes, which include Pulse Width Modulator (PWM) mode, Pulse Frequency Modulator (PFM) mode and Low Drop-Out (LDO) mode. Moreover, it uses 1MHz low-power CMOS ring oscillator that will compensate malfunction of chip in temperature/voltage variation condition. The proposed triple-mode CMOS DC-DC converter, which generates output voltages of 0.6-2.2V with an input voltage sources of 3.3-5.5V, exhibits the maximum output ripple voltage of below 10mV at PWM mode, 15mV at PFM mode and 4mV at LDO mode. And the proposed converter has maximum efficiency of 93% at PWM mode. Even at $-25{\sim}80^{\circ}C$ temperature variations, it has kept the output voltage level within 0.8% at PWM/PFM/LDO modes. For the verification of proposed triple-mode CMOS DC-DC converter, the simulations are carried out with $0.35{\mu}m$ CMOS technology and chip test is carried out.
본 논문에서는 temperature/voltage에 둔감한 triple-mode CMOS DC-DC Converter를 제안한다. 제안된 triple-mode DC-DC converter는 단일 배터리의 수명에 따른 전압변화(3.3-5.5V)로부터 일정 또는 다양한 출력전압(0.6-2.2V)을 생성한다. 제안된 triple-mode CMOS DC-DC converter는 Pulse Width Modulator(PWM) 모드, Pulse Frequency Modulator(PPM) 모드, 그리고 Low Drop-Out(LDO) 모드, 이렇게 세 가지 모드로 동작한다. 또한, 제안된 회로는 temperature/voltage 변화에 의한 칩의 오동작을 방지하기 위해 temperature/voltage 변화에 둔감한 저 전력 1MHz CMOS ring oscillator를 사용한다. 제안된 triple-mode DC-DC converter는 단일 입력 전원소스(3.3-5.5V)에서 출력 전압(0.6-2.2V)을 생성하며, 출력 전압 ripple은 PWM mode에서 10mv, PFM mode에서 15mV, 그리고 LDO mode에서는 4mV 이하이다. 또한, 제안된 회로의 효율은 PWM mode에서 93% 이상이며, $-25-80^{\circ}C$의 온도변화에도 각 모드에서의 출력 전압 레벨의 오차는 단지 0.8% 이하로 유지한다 제안된 회로의 검증을 위해 CMOS $0.35{\mu}m$ 공정을 이용한 시뮬레이션 및 칩 테스트를 수행하였다.
