Design and Implementation of Integrated High Efficiency Low-voltage CMOS DC-DC Converters
Notice bibliographique
Résumé
De nos jours, les appareils portatifs sont utilisés dans plusieurs applications.Ils utilisent en général une batterie qui doit être remplacée ou rechargée régulièrement.Dans le cas d'applications biomédicales, la durée de vie de la batterie est un paramètre critique.Pour un appareil implantable, une longue durée de vie est un objectif primordial.Cet objectif est généralement atteint en réduisant la consommation de puissance des circuits constituant l'implant.Parmi les diverses techniques existantes qui permettent la réduction de la consommation en puissance des circuits CMOS, on retrouve la technique d'ajustement dynamique de la tension (dynamic voltage scaling -DVS).En réduisant la tension d'alimentation, la consommation totale des circuits peut être diminuée.Cependant cette technique ne peut être implémentée sans faire appel à des circuit dédiés à une gestion intelligente de l'énergie.Dans ce contexte, l'utilisation de convertisseurs de tension DC-DC devient nécessaire pour économiser la charge de la batterie.Mais pour garantir une réduction effective de la consommation globale, des convertisseurs DC-DC de haute efficacité doivent être utilisés.A cette contrainte se rajoute la miniaturisation en utilisant des circuits hautement intégrés pour les applications telles que les implants biomédicaux.Le défi réside dans la conception d'un convertisseur DC-DC totalement intégré tout en assurant une haute efficacité sur une grande plage de tension de sortie.De plus, les appareils tels que les implants électroniques fonctionnet souvent en mode de veille pour réduire la consommation, entrainant ainsi des variations conséquentes de la charge du convertisseur DC-DC.Ceci rajoute un défi supplémentaire pour le maintient d'une haute efficacité de la conversion DC-DC à faible charge.Dans ce mémoire, nous présentons la conception détaillée d'un convertisseur DC-DC hautement efficace et totalement intégré dans une technologie CMOS à faible tension.Nous proposons une implémentation originale et totalement intégrée d'un convertisseur DC-DC à capacités commutés (switched capacitor -SC) opérant avec un contrôle asynchrone.L'efficacité du convertisseur est maintenue élevée en ajustant sa topologie et sa fréquence d'opération selon la charge.Le convertisseur SC DC-DC proposé utilise trois topologies distinctes pour réaliser trois taux de conversion différents.Ainsi, le convertisseur maintient une haute efficacité à différents niveaux de tensions de sortie.De plus, afin de réduire les pertes d'énergie, le contrôle asynchrone adapte la fréquence d'opération aux diverses conditions de charge.Ce contrôle est également capable d'adapter la taille des interrupteurs du convertisseur SC DC-DC pour améliorer encore plus l'efficacité de la conversion.Les résultats expérimentaux de ce travail confirment la théorie et les simulations conduites lors de la conception.Une puce vii de 1.5 × 1.5mm 2 contenant le convertisseur proposé a été fabriqué en utilisant la technologie IBM CMOS 0.13µm.Le convertisseur est capable d'atteindre une efficacité maximale de 80% en fournissant une tension de sortie entre 0.3V et 1.1V à partir d'une entrée à 1.2V .Le convertisseur utilise un ensemble de condensateurs intégré dont la capacité totale est de 350pF pour fournir une puissance de sortie maximale de 230µW , ciblant ainsi de nombreuses applications à très faible puissance.viii
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,007 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».