초록
본 논문에서는 DT-CMOS(Dynamic Threshold voltage Complementary MOSFET) 스위칭 소자를 사용한 DC-DC Buck 컨버터를 제안하였다. 높은 효율을 얻기 위하여 PWM 제어방식을 사용하였으며, 낮은 온 저항을 갖는 DT-CMOS 스위치 소자를 설계하여 도통 손실을 감소시켰다. 제안한 Buck 컨버터는 밴드갭 기준 전압 회로, 삼각파 발생기, 오차 증폭기, 비교기, 보상 회로, PWM 제어 블록으로 구성되어 있다. 삼각파 발생기는 전원전압(3.3V)부터 접지까지 출력 진폭의 범위를 갖는 1.2MHz의 주파수를 생성하며, 비교기는 2단 증폭기로 설계되었다. 그리고 오차 증폭기는 70dB의 이득과 $64^{\circ}$의 위상여유를 갖도록 설계하였다. 또한 제안한 Buck 컨버터는 current-mode PWM 제어회로와 낮은 온 저항을 갖는 스위치를 사용하여 100mA의 출력 전류에서 최대 95%의 효율을 구현하였으며, 1mA 이하의 대기모드에도 높은 효율을 구현하기 위하여 LDO 레귤레이터를 설계하였으며, 또한 2개의 IC 보호 회로를 내장하여 신뢰성을 확보하였다.
In this paper, high efficiency power management IC(PMIC) with DT-CMOS(Dynamic threshold voltage Complementary MOSFET) switching device is presented. PMIC is controlled PWM control method in order to have high power efficiency at high current level. The DT-CMOS switch with low on-resistance is designed to decrease conduction loss. The control parts in Buck converter, that is, PWM control circuit consist of a saw-tooth generator, a band-gap reference(BGR) circuit, an error amplifier, comparator circuit, compensation circuit, and control block. The saw-tooth generator is made to have 1.2MHz oscillation frequency and full range of output swing from supply voltage(3.3V) to ground. The comparator is designed with two stage OP amplifier. And the error amplifier has 70dB DC gain and $64^{\circ}$ phase margin. DC-DC converter, based on current mode PWM control circuits and low on-resistance switching device, achieved the high efficiency nearly 96% at 100mA output current. And Buck converter is designed along LDO in standby mode which fewer than 1mA for high efficiency. Also, this paper proposes two protection circuit in order to ensure the reliability.