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  一种基于双环控制的自适应电压调节电路 设计# 彭宣霖，罗 萍，付松林，李航标，王东俊** 5 10 15 20 25 30 35 （电子科技大学微电子与固体电子学院，成都 610054） 摘要：本文提出了一种基于双环控制的自适应电压调节电路。变换器的控制电路可以根据延 迟线检测原理找到满足负载工作的最小供电电压，同时,变换器输出电压具有较小的纹波。 0.13μm CMOS 工艺下的 HSPICE 仿真表明，该自适应电压调节电路的负载工作频率为 30MHz- 120MHz，对应的输出电压在 0.7V-1.5V 之间，系统具有良好的稳定性能。 关键词：双环控制；自适应电压调节；延迟线检测 中图分类号：TN4 The Design of Adaptive Voltage Scaling System Based on Dual-loop Control Peng Xuanlin, Luo Ping, Fu Songlin, Li Hangbiao, Wang Dongjun (School of Microelectronics and Solid-state Electronics of UESTC,Chengdu 610054) Abstract: A dual-loop conctrolled Adaptive Voltage Scaling (AVS) system is proposed in this paper. The control circuits finds the minimum supply voltage based on the delay-line detection theory to satisfy the work needs of load. Besides, this converters output voltage has lower ripple. Based on a 0.13μm CMOS process, simulation results show that the load works at the frequency of 30MHz-120MHz, the corresponding output voltage range is 0.7V-1.5V; this proposed AVS system has a good stability. Key words: Dual-loop control；Adaptive Voltage Scaling；Delay-line detection 0 引言 随着半导体技术的不断发展，作为供电负载的复杂电子部件（如数字信号处理器 DSP、 中央处理器 CPU 等）的单位芯片面积功耗不断上升。其功耗主要部分的动态功耗与工作频 [1] 则负载消耗的能量将明显减小。 自适应电压调节技术（AVS）是一种闭环的电压调节方式，它可根据不同的工艺偏差、 温度和负载工作频率实时自适应调节负载工作电压，使其能量消耗最小。在之前的研究中， 有根据电压调节过程中负载电路运行出错率来调节电压，同时用错误校正机制来纠正错误以 [2] [3] [4] 较复杂。 基金项目：本项目受高等学校博士学科点专项科研基金项目（20120185110005）和国家自然科学基金项目 资助 作者简介：彭宣霖（1989-），男，硕士研究生，主要从事模拟集成电路及开关电源方面研究 通信联系人：罗 萍（1968-），女，教授，微电子科学与技术. pingl@uestc.edu.cn -1-   本文提出了一种基于延迟线检测原理的、采用双环控制的自适应电压调节电路，在给定 的工作频率下，能够将电压调节到负载能够正常工作的最低点。同时，由于采用基于脉宽调 制（PWM）模式的模拟主环路，该电压调节器具有更小的输出电压纹波。 1 整体架构设计  40 45  1.1  系统的整体结构及思想 本文所提出的基于双环控制的自适应电压调节电路系统架构如下图 1 所示。 图 1 本文所提自适应电压调节系统的整体结构 Fig.1 The top structure of proposed Adaptive Voltage Scaling system 图 1 所示电路中，BUCK 变换器的模拟主环路如图中短虚线箭头所示，主要由 BUCK 变换器拓扑结构、PWM 环路控制和驱动及死区控制三部分构成。数字控制部分电路如图中 长虚线箭头所示，主要包括延迟线检测模块（Delay-DT）、数字控制振荡器（DCO）、数 字比较器（Digital_cmp）以及校正算法等模块。将基于延迟线检测的