Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD (대한전자공학회논문지SD)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

A 100MHz DC-DC Converter Using Integrated Inductor and Capacitor as a Power Module for SoC Power Management

SoC 전원 관리를 위한 인덕터와 커패시터 내장형 100MHz DC-DC 부스트 변환기

  • Lee, Min-Woo (Dep. of Electronic, Electrical, Control and Instrumentation Engineering, Hanyang Univ.) ;
  • Kim, Hyoung-Joong (Dep. of Electronic, Electrical, Control and Instrumentation Engineering, Hanyang Univ.) ;
  • Roh, Jeong-Jin (Dep. of Electronic, Electrical, Control and Instrumentation Engineering, Hanyang Univ.)
  • 이민우 (한양대학교 전자컴퓨터공학) ;
  • 김형중 (한양대학교 전자컴퓨터공학) ;
  • 노정진 (한양대학교 전자컴퓨터공학)
  • Published : 2009.08.25
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Abstract

This paper presents a design of a high performance DC-DC boost converter as a power module for SOC designs. It applied to this chip that reduced inductor and capacitor for integrating on a chip, and it operates with a switching frequency of 100MHz. It has reliability and stability in high switching frequency. The controller of DC-DC boost converter is designed by voltage-mode control method and compensated properly. The designed DC-DC converter is fabricated with the 0.18${\mu}m$ standard CMOS technology with a thick-gate oxide option. The overall die size is 8.14$mm^2$, and controller size is 1.15$mm^2$. The converter has the maximum efficiency over 76% for the output voltage of 4V and load current larger 300mA. The load regulation is 0.012% (0.5mV) for the load current change of 100mA.

본 논문은 SoC 전원 관리를 위한 고성능 DC-DC 부스트 변환기 설계에 관한 것이다. DC-DC 변환기에서 일반적으로 전하 축전용으로 사용되는 인덕터와 커패시터를 칩 안에 집적하기 위해 그 크기를 크게 감소시키고, 스위칭 주파수를 100MHz로 하였다. 고속 동작에서 전압 방식의 제어를 선택하여 신뢰성을 높였으며 적절한 주파수 보상으로 안정적인 동작 특성을 확보하였다. 설계한 DC-DC 변환기는 thick gate oxide 옵션이 포함된 0.18${\mu}m$ CMOS 표준 공정으로 제작하였다. 내부 필터 커패시터를 포함한 칩의 면적은 8.1$mm^2$ 이고, 제어기가 차지하는 면적은 1.15$mm^2$ 이다. 부하 전류 300mA 이상에 대하여 4V의 출력을 얻는 변환기의 최대 효율은 76% 이상, load regulation은 100mA의 변화에 대하여 0.012% (0.5mV) 의 특성을 갖는다.

Keywords

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