All-Digital Integrated Variable-Frequency Variable-Duty-Cycle Modulator With Single-Element Resolution and Single-Cycle Convergence

现场可编程门阵列 占空比 标准电池 计算机科学 专用集成电路 三角积分调变 CMOS芯片 电子工程 计算机硬件 工程类 电气工程 集成电路 电压 操作系统
作者
Tom Urkin,Mor Mordechai Peretz
出处
期刊:IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (4): 4270-4283 被引量:2
标识
DOI:10.1109/jestpe.2023.3271689
摘要

This article introduces a new architecture for an all-digital high-resolution (HR) variable-frequency variable-duty-cycle modulator for low-power and area-sensitive applications. Constructed through digital standard-cell delay-line (DL) and simple combinatorial logic, the modulator produces pulse width modulated signals with time-resolution of a single delay-element (DE) for both modulation parameters, thus making it a promising candidate for integration in hybrid controllers of high-frequency switched mode power supplies (SMPSs). Since the entire architecture is realized through standard cells, the solution also scales with fabrication technology and is described in hardware description language (HDL) which translates onto hardware using an automated process. The modulator has been designed on a 0.18- $\mu \text{m}$ 5-V CMOS process, totaling 0.18 mm 2 of silicon area as well as on an Altera V field programmable gate array (FPGA) to demonstrate the versatility of the architecture. Experimental results of the FPGA prototype are provided as well as post-layout simulations of the ASIC realization for a variety of mitigation sequences demonstrating single-cycle convergence and time-resolution of 220 and 200 ps, respectively, with excellent linearity characteristics.

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