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RSS订阅原创 Chapter 9 Capacitive DC–DC Converters
Capacitive DC–DC converters 通过电容和管子实现DC-DC, 也称为switched-capacitor converters or SC converters. 由于电容高储能性, 而且不像LDO一样效率低下, 因此很受欢迎. 这种converter 适用于 fully integrated point-of-load power supplies (power-supply-on-chip). 对于更大电流, 可采用片外电容, 也是一个compact solution.
2025-03-30 15:15:25
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原创 Chapter 8 Charge Pump
电荷泵就是capacitive DC–DC converters, 一般把小功率bias generation叫做电荷泵, 传输大功率的称为switched-capacitor DC–DC converters. 但其实两者都是通过电容网络的charge redistribution, 来实现电压的倍增或者倍降.
2025-03-21 20:02:09
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原创 Chapter 1 Introduction
Design of Power Management Integrated Circuits 这本教材由德国教授 Bernhard Wicht编写于2020 ~ 2024. 非常好的一本介绍电源芯片系统设计的教材, 贴合工程实践和学术创新.电源领域近年来蓬勃发展, 手机, 物联网, AI都需要用到越来越高效, 智能的电源产品.
2025-03-06 21:51:50
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原创 Chapter 4 Noise performance of elementary transistor stages
在介绍运放之前, 这一章介绍噪声噪声是看RMS电压, 即Root-Mean-Square VoltageVRMST1∫0TVt2dt2VP。
2025-02-27 20:51:54
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原创 Chapter2 Amplifiers, Source followers & Cascodes
对于MOS的CS放大和source follower. 记住从souce看进去的阻抗为1/gm.对于BJT, 稍微复杂一些对于Cascode结构AR=Vout/Iin. 从source看进去的阻抗为1/gm 或者Rb. 从drain看进去的阻抗为gm×ro×RB.
2025-02-02 09:01:34
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原创 Chapter 1 Comparison of MOS and Bipolar transistor models
MOS要处于饱和区, 需要Vds>Vgs-Vth. BJT处于饱和区, 只需要Vce>Vce,sat=几倍kT/q=4*26mV, 大约为0.1V. 因此BJT适用于Low Power Supply场景.注意衬偏效应, 即Vbs上有电压, 会额外引入gmb=gm*(n-1), 注意gmbs和gm电流相反, 一般是Vs>Vb, Vbs为负值. 需要额外注意防止body和source PN节导通.为了得到高增益, Vgs-Vth需要小, (0.2V), L需要大.ro和电流成反比, 和Lengh L成正比。
2025-01-18 11:36:44
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原创 Chapter 19 Layout and Packaging
这一章我们介绍版图和封装, 关注模拟和数字电路的要求. 首先讲模拟电路中layout设计考虑, 然后解决衬底coupling问题, 最后描述封装问题, 分析IC的外部电容和电感问题.
2024-12-22 16:49:21
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原创 Chapter 19 Layout and Packaging
这一章我们介绍版图和封装, 关注模拟和数字电路的要求. 首先讲模拟电路中layout设计考虑, 然后解决衬底coupling问题, 最后描述封装问题, 分析IC的外部电容和电感问题.
2024-12-22 16:48:19
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原创 Chapter 18 CMOS Processing Technology
这一章介绍CMOS制造工艺, 介绍wafer制作, 光刻, 氧化, 离子注入, 沉淀(deposition)和刻蚀. 然后介绍MOS管制作流程, 最后介绍被动器件和互连接.sheet resistance为方块电阻. R = ρL/(W ·t), 方块电阻定义为R = ρ/t首先要生产出高纯度, 无缺陷的wafer硅片.有多少层layer, 就需要多少层mask 来进行光刻, 直接决定流片费用硅可以形成良好的氧化层, 在器件之间可形成场氧化层field oxide (FOX)
2024-12-19 06:53:20
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原创 Chapter 17 Short-Channel Effects and Device Models
第二章电流电压平方律Id∝ V^2的公式适用于宽线宽(um以上), 但已不适用于小尺寸这一章我们先描述MOS管的scaling理论, 然后学习短沟道效应, 例如Vth变化, 速度饱和和输出阻抗和电压相关, 然后review MOS模型, 最后讨论电容模型, 温度变化和工艺角.我们把MOS管的尺寸减小α倍, 降低阈值电压和供电电压α倍, 增加掺杂浓度α倍可得Id表达式, Id减小了α倍.scaling的优势是功耗和电容小了α倍.对于数字电路delay, T=C/I*VDD, 也减小了α倍.
2024-12-08 16:27:34
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原创 CHAPTER 11 Nanometer Design Studies
这一章介绍深亚米40nm工艺模拟电路设计, 供电1V. 我们首先学习深亚米工艺下器件的非理想性, 和设计步骤 以运放设计, 仿真, 优化为例. 最后设计高速, 高精度的运放, 同时功耗要小.
2024-11-30 19:16:42
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原创 CHAPTER 15 Oscillators
这一章介绍CMOS振荡器, VCO(电压控制振荡器). 先学习振荡器负反馈系统, 介绍环形振荡器和LC振荡器, 和改变频率的各种方法. 然后介绍VCO的建模, 以应用在PLL设计中.振荡器就是一个稳定性很差的unity-gain 反馈电路.VinVouts1HsHs要在w0处震荡, 这个负反馈系统要满足两个条件: Gain>1, Phase (w0) = 180deg, 即Barkhausen criteria。
2024-11-10 15:49:25
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原创 CHAPTER 14 Nonlinearity and Mismatc
第6,7章我们介绍了两种非理想: 频率响应和噪声. 这一章我们介绍另外两种非理想现象: 非线性和失配.我们首先定量化nonlinearity, 学习差分电路和反馈系统的非线性, 以及线性化技术. 然后学习差分电路中的失配和dc offset. 最后学习一些消除offset的方法.
2024-10-28 08:43:56
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原创 chapter 12 Bandgap References
这一章我们介绍电压和电流基准. 首先学习和输入电压无关的偏置和起动问题. 然后介绍和温度有关的基准电压, 考虑offset对输出电压的影响. 最后学习恒定gm偏置和state-of-the-art电压基准.
2024-09-22 22:05:39
2019
原创 Chapter 10 Stability and Frequency Compensation
Chapter 8介绍了负反馈, 这一章介绍稳定性, 如果设计不好, 负反馈系统是要发生震荡的.首先我们学习理解稳定判断标准和条件, 然后学习频率补偿, 介绍适用于不同运放的补偿方式, 同时介绍不同补偿对两级运放slew rate的影响, 最后介绍Nyquist’s判断标准。
2024-09-07 17:05:06
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原创 Chapter 9 Operational Amplifiers
operational amplifier (op-amp) 运算放大器无疑是模拟电路中最基础最重要的block之一. 这一章我们首先review telescopic and folded-cascode 拓扑, 然后学习two-stage and gain-boosting 结构, 和共模反馈问题, 最后引入slew rate, 分析supply rejection和op-amp的噪声问题.
2024-08-13 21:45:34
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原创 Chapter 3 Single-Stage Amplifiers
gain, Vout的表达式可以很简单, 例如degerated cs, gain=-RD/(Rs+1/gm)也可以很复杂. 在实际电路设计分析中, 先把复杂电路分解为一个个小的熟悉的模块, 对于小的模块就用最简单的gm*Vgs模型 (不带ro). 如果drain连接高阻节点, 就添加ro. 这样大部分电路的基本原理都能知道了. 如果还要更准确, 就迭代body effect.
2024-04-22 08:05:47
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原创 Chapter 1 Introduction to Analog Design
只有Analog人能设计ADC. 低速用数字, 高速用模拟.在我看来analog designer就是花小钱,办大事的好手. 只需要几个design(甚至只需要一个design)就能设计出一款芯片完成特定功能, 还要负责回片测试, 量产,甚至也能做系统的活(例如电源)等, 如果用数字全流程前端后端人力开销可比模拟大多了.
2024-04-22 07:59:27
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原创 Appendix A RMS Values of Commonly Observed Converter Waveforms
下面是常见波形的RMS值总结, RMS值可用来计算功率, loss等, 很有用。
2024-04-14 16:10:33
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原创 Chapter 18 Current-Programmed Control 峰值电流模控制
对于PWM converter, 其输出电压由占空比d控制. 我们将直接控制占空比d称为, 因为输出电压和占空比成正比.还有一种广泛应用的控制方法是控制开关管峰值电流的. 我们称为。
2024-04-06 19:45:56
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原创 Chapter 17 Input Filter Design
在switching converter前面我们总想加一个input filter, 这样可以减少输入电流的谐波EMI(conducted electromagnetic interference).另外, Input filter可以保护converter和负载不受输入电压瞬态变化的影响, 从而提高了系统稳定性.如下图所示, 加入LC filter, 输入电流的谐波大大减小, 不再是方波.
2024-03-24 11:12:50
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原创 Chapter 16 Techniques of Design-Oriented Analysis: Extra Element Theorems
这一章介绍Middlebrook’s Extra Element Theorem (EET), 这是一个强力的分析复杂电路传输函数的工具.
2024-03-17 10:40:01
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原创 Chapter 15 AC and DC Equivalent Circuit Modeling of the Discontinuous Conduction Mode
这一章我们关注discontinuous conduction mode (DCM)的小信号模型.在DCM,成正比, 满足欧姆定律, 因此可以用一个, Re(d)代替., 其功率=Re上的功率DCM平均小信号模型可转化为lossless resistor和一个功率源其中替代Switch的lossless resistor, RePReVg2RV2上式可得Re,R,Vg和V的关系.Red2Ts2L因此可得DCM的V/Vg转化比。
2024-03-13 20:43:53
878
原创 Chapter 13 Techniques of Design-Oriented Analysis: The Feedback Theorem
从这一章开始讲负反馈Control系统和小信号建模.
2024-03-13 20:43:14
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原创 Chapter 11 Inductor Design
这一章介绍电感设计.对于绕制的电感air gap 磁阻占据绝大部分.niΦRg最大Flux DensitynImaxBmaxAcRgBmaxμ0lglg是air gap间隙宽度.Llgμ0Acn2KuWAnAWKu是面积利用率, 为0.95 ~ 0.65. WA为窗口面积.
2024-02-25 14:14:54
843
原创 Chapter 10 Basic Magnetics Theory
磁性元器件设计是电力电子converter重要一部分. 这一章我们将review基本的magnetics理论.
2024-02-25 14:11:49
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原创 Chapter 7 AC Equivalent Circuit Modeling
从第七章开始介绍converter的动态响应和建模.一个典型的dc-dc buck converter带负反馈环路结构如下图所示我们需要设计反馈环路, 让output 稳定, 满足transient overshoot, Setting time等. 我们需要知道输入电压, 输出电流, 占空比如何影响输出电压.建模时我们需要简化, 只保留最重要的部分, 忽略其他的部分. 近似模型有利于我们理解更简单清晰的物理直觉, 否则就是一团数学mess.我们需要建立小信号模型, 即在DC量加上AC轻微扰动.
2024-01-13 20:11:29
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原创 Chapter 6 Converter Circuits
分析了一些converter例如buck, boost, buck–boost, C´uk, voltage-source inverter. 我们不禁会问,这些converter从哪里来?我们还能得到其他什么converter?这一章就讲电路的变形,移位和简化. 例如把输入输出掉头就变成boost converter. casecode converter,简化电路我们就能得到buck–boost, C´uk converter.
2024-01-08 21:17:13
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原创 Chapter 5 The Discontinuous Conduction Mode
这一章 讲The Discontinuous Conduction Mode. 考虑电感ripple很大, 负载电流很小, 电感电流为零的场景. DCM会导致conversion ratio M随着负载变化, 输出阻抗变大.对于buck converter 电感纹波 (1/2 Ipeak-peak)$$$$随着R增大, I减小, 当I=\Delta iL 时系统进入DCM.可以用K或者R进行DCM和CCM判断评价R为负载电阻。
2023-12-30 11:19:55
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原创 Chapter 3 Equivalent Circuit Modeling&Losses , Chapter 4 Switch Realization
将开关和电容电感model成无损耗的dc transformer, 电压比为1:M(D)VMDV1RM2DR1R。
2023-12-24 15:45:15
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原创 Preface, Chapter 1-2 Intro, Principles of Steady-State Converter Analysis
Fundamentals of power electronics是学习电力电子最好的教材之一, 它从最基础开始建模, 恨不得把分析思路喂到你嘴边, 生怕你看不懂公式和原理. 我推荐给所有想从事电力电子的同学. 也希望解释和分析事物能像这本书一样清晰. 当你深刻理解一个东西后, 一定能把这个东西解释的易于理解. You never learn something until you teach someone else.第三版和第二版的主要区别:Fundamentals of power electroni
2023-12-24 15:35:48
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原创 Chapter 32 Hysteretic Power Converters
电源PMIC在手机中为application processor (AP)和modem processor (MP, also know as the cellular or baseband processor)供电. 这一章介绍简单的迟滞电源HPS的设计, 具体电力电子相关教程还得看fundamentals of power electronics等讲电源建模的书籍.HPS本质上就是on-off, bang-bang control, 输出电压高了就off, 输出电压低了就on.
2023-11-27 23:14:35
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原创 Chapter 27 Nonlinear Analog Circuits
这一章我们讨论非线性电路 (输出不是线性输入), 包括电压比较器, adaptive biasing 和 analog multiplier design.
2023-10-31 22:15:45
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