A 10-MHz Hysteretic-Controlled Buck Converter With Single On/Off Reference Tracking Using Turning-Point Prediction for DVFS Application

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作者
Sijie Pan,Philip K. T. Mok
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems I-regular Papers [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:66 (11): 4502-4515 被引量:20
标识
DOI:10.1109/tcsi.2019.2916611
摘要

This paper presents a turning-point output voltage (TPOV) prediction method to enhance the reference tracking speed of buck converters for dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) application. The optimal reference tracking is modeled, and the TPOV is formulated. The parasitic effects are compensated with the proposed calibration scheme. Reference tracking considering load current changes is evaluated with the proposed end-point determination method. Additionally, this work optimizes the feedback network for smooth loop transition, and incorporates the frequency-locking circuit and the error correction path to address the shortcomings of the hysteretic control. The prototype is fabricated in a 0.13-μm CMOS process with a 1.2-V supply voltage. The converter achieves a near-optimum reference tracking over a wide range of output voltages, from 0.5 to 1 V. Various output voltage steps are measured for different load cases. For a 0.5-1-V output voltage step, with a 90-nH inductor and a 1-μF output capacitor, the up-and down-tracking take 558 and 542 ns, respectively, matching the theoretical result of 533 ns. The prototype achieves a peak efficiency of 93.5%, and over 85% efficiency is measured with VO from 0.5 to 1 V and IO from 130 to 550 mA.

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