새로운 게이트 드라이버를 이용한 완전 집적화된 DC-DC 벅 컨버터 = A Fully-Integrated DC-DC Buck Converter Using A New Gate Driver

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 패키징 인덕터를 이용한 완전 집적화된 DC-DC 벅 컨버터를 소개한다. 사용된 패키징 인덕터는 본딩 와이어와 리드 프레임의 기생 인덕턴스를 포함한다. 이들은 실리콘 위에서 구현되는 온-칩 인덕터 보다 높은 Q 인자를 가진다. 또한 본 논문은 고주파 스위칭 컨버터의 효율적인 레귤레이션을 위해 로우-스윙 게이트 드라이버를 제안한다. 로우-스윙 드라이버는 다이오드-커넥티드 트랜지스터의 전압 드롭을 이용한다. 제안된 컨버터는 0.13-μm CMOS 공정을 통해 설계 및 제작되었다. 제작된 벅 컨버터의 효율은 입출력 전압비가 3.3 V/ 2.0 V와 2.8 V/ 2.3 V 일 때, 각각 68.7%, 86.6%로 측정되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents a fully-integrated buck converter equipped with packaging inductors. These inductors include parasitic inductances of the bonding wires and lead frames in the package. They have significantly better Q factors than the best on-chip inductors implemented on silicon. This paper also proposes a low-swing gate driver for efficient regulation of high-frequency switching converters. The low-swing driver uses the voltage drop of a diode-connect transistor. The proposed converter is designed and fabricated using a 0.13-μm CMOS process. The fully-integrated buck converter achieves 68.7% and 86.6% efficiency for 3.3 V/2.0 V and 2.8 V/2.3 V conversions, respectively.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. DC-DC 컨버터의 인덕터 설계
• Ⅲ. 완전 집적화된 벅 컨버터의 구조 및 회로설계
• Ⅲ. 실험
• Ⅳ. 결론
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

1 김영재, "Stacked Interleaved 방식의 50MHz 스위칭 주파수의 벅 변환기" 대한전자공학회 46 (46): 16-24, 2009

2 이민우, "SoC 전원 관리를 위한 인덕터와 커패시터 내장형 100㎒ DC-DC 부스트 변환기" 대한전자공학회 46 (46): 31-40, 2009

3 J. Zou, "Plastic Deformation Magnetic Assembly(PDMA) of out-of-plane microstructures: technology and application" 10 (10): 302-309, 2001

4 C.-T. Tsai, "Package inductance characterization at high frequencies" 17 (17): 175-181, 1994

5 M. Ludwig, "PCB integrated inductors for low power DC–DC converter" 18 : 937-945, 2003

6 "MQFP data sheet"

7 H. Khatri, "Integrated RF interference suppression filter design using bond-wire inductors" 56 (56): 1024-1034, 2008

8 J. Sun, "Fully monolithic cellular buck converter design for 3-D power delivery" 17 (17): 2009

9 A. Abedinpour, "DC –DC power converter for monolithic implementation" 2471-2475, 2000

10 N. C. Li, "CMOS tapered buffer" 25 : 1005-1008, 1990

11 E. McShane, "CMOS monolithic 5MHz, 5 V, 250 mA, 56% efficiency switch-mode boost converter with dynamic PWM for embedded power management" 653-657, 2001

12 P. E. Allen, "CMOS Analog Circuit Design" Holt Rinehart and Winston 1987

13 "Bond Wire Modeling Standard, EIA/JEDEC Standard EIA/JESD59"

14 P. J. Sullivan, "An integrated CMOS distributed amplifier utilizing packaging inductance" 45 : 1969-1975, 1997

15 S. Abedinpour, "A multi-stage interleaved synchronous buck converter with integrated output filter in 0.18 um SiGe process" 22 : 2164-2175, 2007

16 Wens, M. Steyaert, "A fully-integrated 0.18um CMOS DC-DC step-down converter, using a bondwire spiral inductor" 17-20, 2008

17 M. Alimadadi, "A fully integrated 660MHz low-swing energy- recycling dc-dc converter" 24 : 1475-1485, 2009

18 M. D. Mulligan, "A constant-frequency method for improving light-load efficiency in synchronous buck converters" 3 (3): 24-29, 2005

19 J. Wibben, "A High-efficiency DC-DC Converter Using 2nH Integrated Inductors" 43 (43): 844-854, 2008

20 P. Hazucha, "A 233 MHz 80%–87% efficient four-phase DC-DC converter utilizing air-core inductors on package" 40 (40): 838-845, 2005