数字控制DC-DC变换器的非线性建模与单输入模糊PID控制算法研究标书正文

数字控制DC-DC变换器的非线性建模与单输入模糊PID控制算法研究标书正文 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 数字控制DC-DC变换器的非线性建模与单输入模糊PID控制 算法研究标书正文 (一)立项依据与研究内容(4000-8000字): 1(项目的立项依据(研究意义、国内外研究现状及发展动态 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，需结合科学研究发展趋势来论述科学意义;或结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 来论述其应用前景。附主要参考文献目录); 随着系统芯片(SoC)集成更多的功能且采用更为先进的工艺，并在各种便携式电子产品中得到了广泛应用，这对其中关键部件—电源系统的设计提出了新的挑战。长期以来，传统的模拟控制电源以成本低、电路简单等优点一直占据主导地位，模拟电源管理芯片结合先进的环路控制理论和电路结构，在集成组合调制模式下已达到全负载条件下较高的性能水平。但由于调整困难，仅能提供特定功能，使用接口简单不适合复杂电源系统的整合，并且控制回路补偿不易调整，因此难以满足SoC产品发展中对电源要求逐步提高的苛刻要求。 因此基于SoC的数字控制DC-DC变换器管理技术应运而生，数字控制技术具备很多明显的优势:1)可以实现高级的控制算法，以提高电源转换器的稳定性以及动、静态性能;2)利用软件技术或者可编程存储器改变控制器性能，可以让基于数字控制器的系统具备很大的灵活性，设计参数很容易被修改以满足新的要求;3)对器件以及外围变化的鲁棒性好，解决了电路性能受工艺影响漂移大的难题;4)优良的—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 系统管理和系统连接能力，包括执行自我诊断、改变系统设定、以及在现场动态升级和维护系统的能力。此外，数字控制DC-DC变换器可以采用主流CMOS制造工艺，能够有效的与SoC系统进行无缝整合集成，更有助于降低成本和缩小体积。因此利用数字控制DC-DC变换器灵活的调控能力将成为下一代SoC芯片的必然选择。 正是由于数字控制DC-DC变换器众多的优越性和不断增加的市场需求，21世纪初国外开始研究数字电源系统。目前在性能上经过众多研究机构多年努力，取得较大进展，但数字控制DC-DC变换器在诸如稳定可靠性、精度以及响应速度方面还不能满足未来信息终端产品的应用需求。下面从建模理论、控制策略的研究现状出发，提出本课题的研究思路: 1.1 建模理论研究 通常来说精确的系统模型是电源设计的基础，有效而精确的建模可有效、透彻地了解的系统工作机理及揭示系统的各元件参数在系统的作用和影响，需要对功率级和反馈控制结构进行精确的建模。而数字控制引入的极限环振荡、时延影 响等问题也给电源的设计带来了挑战，已引起设计者的高度重视。实现离散域中数字控制器的设计是数字电源前进的必经之路，由David M. Van deSype和Koen De Gusseme等人提出的数字控制的小信号Z域分析在Z域中对Buck变换器方法进行了建模，有了一个很好的开始，但提出的方法具有一定的局限性，模型不能应用到所有种类的DC-DC变换器中[1]。之后出现了由Dragan Maksimovic和Regan Zane—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 提出的小信号离散建模方法提出的方法可适用于所有DC-DC变换器的建模方法。遗憾的是，方法没有得到实验的对比验证[2]。2004年根特大学K.De Gusseme 建立了数字控制DC-DC变换器小信号离散模型，进一步分析其稳态、动态特性[3]; 2009年意大利的里雅斯特大学的Marco Meola和Sergio Carrato提出了一种新的DC-DC变换器大信号离散时间模型。该大信号模型能够准确地预测在不同的工作模式下的变换器性能。模型非常适合对数字控制的SMPS进行系统级模拟，避免了费时的混合信号仿真[4]。2004年美国科罗拉多大学的Hao Peng等人建立量化效应模型，对包含量化效应的静态和动态模型进行推导，并解释极限环振荡的起源，发现DC环路增益过大但并不是无限，会产生极限环震荡，而高分辨率DPWM 可以改善这一现象[5]，Peterchev, S.R. Sanders于2003年提出了数字控制DC-DC变换器的离散时间建模方法，加入积分项到控制规则中，在一定程度上消除了极限环振荡现象[6];2005年乌迪内大学W. Stefanutti, D. Trevisan, P. Mattavelli建立了含有PID结构的电压模式控制的变换器模型，使用统计方法对极限环振荡进行预测[7];2006年加利福利亚大学Peterchev A.V., Sanders S.R.研究了模数转换器(ADC)和数字脉冲宽度调制器(DPWM)的量化误差对DC-DC变换器的影响，并给出了避免极限环发生的三个判断条件[8];杜克大学Bibian. S已给出了数字控制DC-DC变换器的时延补偿研究，提出了基于线性外插法的预测方法，通过提高控制回路带宽的方式来消除时延影响[9];同年，伯克利大学Stefanutti. W等分析了时延对数字控制DC-DC变换器的影响，提出了—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 全新的基于变换器状态变量的能量增量的极限环预测方法，减小了极限环振荡的产生概率 [10];2008年乌迪内大学Tedeschi. E 等提出了使用电感电流预测法减少量化效应的方法[11];2012年都柏林大学Mark Bradley等人研究了含有PI的数字控制DC-DC降压变换器的极限环振荡现象，提出了通过调整增益参数避免极限环振荡的方法[12]。我国台湾的Yu-Chi Huang给出了输入电压变化、死区时间控制、切换频率变化、DPWM延迟几种情况引起极限环产生的现象，但没有定量分析其产生机理[13]。 可以看出:目前大量的研究还是集中理想情况下的数字控制DC-DC变换器的建模以及单个量化效应或时延补偿的研究，模数转换器(ADC)和数字脉冲宽度调制器(DPWM)的不匹配量化误差引起的极限环振荡现象，缺少精确的非线性理论模型，导致与实际情况偏差较大，影响其稳定性与可靠性的进一步提高。 1.2控制算法研究 随着现代控制理论的发展和实现方法的改进，在DC-DC变换器控制策略的研究方面有了长足的进步，许多灵活的智能控制方法也得到应用。众多研究表明采用诸如改进的PID线性控制以及预测控制、自适应控制、模糊控制的非线性控制等先进算法，可以显著提高电源系统的动态和静态性能，表1是近年来DC-DC变换器中常见的控制策略。 表1 现有的主要控制算法 可以看出:由于DC-DC变换器本质上是一个强非线性时变系统，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 供电系统输入电压变化、负载变化以及外界干扰的不确定性，使得模糊控制算法以及与之相结合的方法得到越来越广泛的应用，逐渐显现出巨大的优越性。 2009年美国奥本大学的Liping Guo设计了应用于DC-DC升压转换器的PID控制和模糊控制,并比较了这两种控制方法。实验结果表明模糊控制相对于PID控制可以达到更快的瞬态响应,较小的超调,更好的负载扰动抵抗能力[14]。 2011年马来西亚工艺大学的Nik Fasdi Nik Ismail设计了DC-DC的Buck-Boost转换器的PID控制和模糊控制，实验结果显示模糊控制在此Buck-Boost转换器中其启动速度、超调量、抗负载扰动能力都优于PID控制[15]。 2012年韩国东国大学的K.-W.Seo给出了DC-DC控制器的精确鲁棒控制的模糊PID控制器的设计，使用精确的数学矩阵模型方法对PID参数进行调节。实验比较了模糊PID控制与模糊控制。模糊PID控制相对于模糊控制具有较快的响应速度，几乎为零的超调量，较强的瞬态响应能力[16]。 2012年孟加拉国大学的Mamun Rabbani设计比较了DC-DC 降压转换器的模糊控制与模糊PID控制两种控制方法的控制效果。测试结果为:模糊控制的峰值时间为2.4ms、上升时间为1.8ms、超调为8.4%;模糊PID控制峰值时间为 1.4ms、上升时间为1.6ms、超调为7%.可见模糊PID控制比模糊控制有更好的控制效果[17]。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 2007年马来西亚工艺大学的Ayob S.M.提出单输入模糊控制的分段的线性控制方法分析，介绍了基于符号距离法的单输入模糊控制理论设计方法，单输入模糊控制方法与传统模糊控制方法相比，其模糊规则条数大大减小，设计实现较简单[18]。2012年他们设计了基于FPGA的单输入模糊逻辑控制(SIFLC)，并把它应用于升压DC-DC功率转换器中。实验比较了单输入模糊控制与传统模糊控制两种控制方法，实验显示在大的扰动下，单输入模糊控制与模糊控制具有相似的控 制效果[19][20]。 由上面的分析可见在PID、模糊、模糊PID控制算法中,模糊PID具有最优的控制效果，而单输入模糊控制与模糊控制具有类似的控制效果，又由于单输入模糊控制具有设计简单方便的优点、所以本课题中我们拟采用单输入模糊控制与PID控制结合的控制方法，即提出单输入模糊PID控制方法。更好地兼顾模糊与PID控制的各自优点，并能实现较好的调节效果。 国内近年也开展了对于数字控制DC-DC变换器的研究，复旦大学微电子实验室依托2007年国家自然科学基金项目，对数字DC-DC变换器控制集成电路的控制算法、关键模块设计等进行了系统研究。电子科技大学与东南大学合作，依托2009年国家核高基项目，对数字DC-DC变换器与SoC集成接口方法、数字控制方法等进行了研究。西南交通大学开展了低频振荡现象以及脉冲控制方法的研究，西安交通大学进行了数字控制DC-DC变换器中低频振荡现象分析，在考虑采样保持器的作用下，建立了数字控制DC-DC变换器系统的z 域模型，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 由此揭示了系统发生低频分岔现象的原因 [21]，重庆大学开展了延迟离散模型的研究，建立包含延时在内的数字控制DC - DC 变换器的小信号离散模型，得出延时使系统带宽下降，系统的动态响应速度明显变差的结论[22]，清华大学、华南理工大学等也发表过相关文章，均取得一些良好的结果。 我们从2006年起开展了电源管理芯片的研究，进行了建模研究以及高效率DC-DC变换器芯片的研发，主要工作有:先后开展了一种基于相加电流模式的DC-DC转换器的研究， 完成全负载下实现高效率的DC-DC转换器芯片设计，带纹波控制的全载高效率DC-DC变换器的设计以及一种PWM/LDO双模同步降压型稳压器的设计。2008年开始了数字控制DC-DC变换器的研究，并在2009年参与了国家“核高基”“数字辅助功率集成技术研究”。项目研发中重点关注数字DC-DC变换器中的非线性效应的产生机理与解决方法，在2011年实验室自建项目中重点关注了电源专用PMBuS接口的数据交互及处理功能。2012年又开展了基于数字DC-DC变换器的模糊控制算法以及用于单相Boost PFC的数字预测算法的研究[23]。并完成一种数字控制可变输出DC-DC转换器的设计。在DC-DC转换器的研究上具有一定的基础。 综上所述，数字控制DC-DC变换器变换器具有众多优势，符合未来 SoC集成电源的发展趋势。关于数字控制DC-DC变换器的建模及非线性效应分析，尽管国内外研究机构给出了系统的大信号和小信号等效模型，但迄今为止，对数 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 字DC-DC变换器系统诸如有限环振荡的产生本质只是一个比较 粗浅的探索，没有建立一个全面考虑非线性效应及寄生参数的完整和 精确的非线性理论模型指导设计。同时在算法研究中，复杂负载变化 下的控制精度与响应等性能还有待进一步提高。 本课题将采用理论与实践相结合的方法，集理论建模与控制算法 研究、电路设计与MPW流片验证为一体，研究并实际设计出高性能 数字控制DC-DC变换器芯片以验证理论方法的正确性，为进一步使其 成为SoC中的IP单元并与其集成整合打下坚实的基础。 主要参考文献: [1] David M. Van de Sype, Koen De Gusseme, Frederik M.L.L. De Belie. Small-Signal z-Domain Analysis of Digitally Controlled Converters [J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2006, 21(2), pp: 470- 478. [2] Dragan Maksimovic and Regan Zane. Small-signal Discrete-time Modeling of Digitally Controller DC-DC Converters. Power Electronics [J]. IEEE Workshop on Computers in Power Electronics, 2007, 22(6), pp: 2552-2556. [3] Van de Sype, David M., De Gusseme, K. Small-signal z-domain analysis of digitally controlled converters[J]. IEEE Trans Power Electron, 2006,21(2), pp:4299-4305. —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ [4] Meola, Marco; Carrato, Sergio; Bernacchia, Giuseppe; Bodano, Emanuele. Discrete time large-signal model of dcdc converters for system level simulation of digitally controlled SMPS[C]. Cork, Ireland, 2007, pp:60-63. [5] Hao Peng, Aleksandar Prodic, Eduard Alarcon. Modeling of Quantization Effects in Digitally Controlled DC-DC Converters[C]. Power Electronics Specialists Conference, Aachen, Germany ,2004, pp: 4312- 4318. [6] Angel V. Peterchev, Seth R. Sanders.Quantization Resolution and Limit Cycling in Digitally Controlled PWM Converters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003, 18(1), pp:301-308. [7] W. Stefanutti, P. Mattavelli, S. Saggini, G. Garcea. Energy-Based Approach for Predicting Limit Cycle Oscillations in Voltage-Mode Digitally-Controlled dc-dc Converters[C]. IEEE Applied Power Electronics Conference and Expositionon, Dallas, TX, United states , 2006, pp:1148-1154. [8] Peterchev A.V., Sanders S.R. Quantization resolution and limit cycling in digitally controlled PWM converters[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003,18(1), pp:301-308. —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ [9] Stephane BIBIAN, Time Delay Compensation of Digital Control for Switch Mode DC Power[D]. University of British Columbia, 1999. [10] Saggini S., Stefanutti W., Trevisan D., Mattavelli P., Garcea G. Prediction of limit-cycles oscillations in digitally controlled DC-DC converters using statistical approach[C]. Annual Conference of IEEE on Industrial Electronics Society, Raleigh, NC, United states, 2005, pp:561-566. [11] Corradini L., Mattavelli P., Tedeschi E., Trevisan D. High-Bandwidth Multi-sampled Digitally Controlled DC–DC Converters Using Ripple Compensation[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2008, 55(4), pp:1501-1508. [12] Bradley M., Alarcon E., Feely O. 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[23] 常昌远，陈瑶，黄金峰，王青，Buck型DC-DC变换器中单 输入模糊控制器. 东南大学学报(自然科学版), 2012,42(2),pp.229-233. 2(项目的研究内容、研究目标,以及拟解决的关键科学问题(此 部分为重点阐述内容); ?研究内容: 1) 深入分析数字控制DC-DC变换器系统的非线性效应，如 DPWM和ADC精度匹配引起的量化效应，研究ADC转换的时延等与 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 极限环振荡产生的定量关系; 2) 考虑寄生参数影响，建立完整的非线性理论模型，制定相应补偿策略，有效消除极限环振荡以获得高的稳定性与可靠性; 3) 考虑负载复杂变化以及输入电压、温度等变化的情况，给出优化的控制算法与控制策略，以满足静态及动态性能的要求; 最终通过MPW流片来验证所提出的理论与方法的正确性，并形成相关的自主知识产权，为数字控制DC-DC变换器最终成为IP核集成于SoC中打下坚实的基础。 ?研究目标 本项目紧密围绕下一代数字DC-DC变换器的研究为主要目标，以非线性时变控制理论为基础，通过非线性建模研究，揭示有限环振荡的产生机理，并制定相应对策，指导补偿设计，同时开展其控制算法研究，采用单输入模糊pid控制算法提高实时性，改善了数字控制DC-DC变换器各项指标性能，如精度、瞬态响应速度等特性。采用在亚微米工艺下设计出具有自主知识产权的满足VLSI系统应用的数字控制DC-DC变换器芯片。最终进行MPW流片以验证理论与方法的有效性。具体目标为: 1)建立数字控制dc-dc变换器各关键模块，包括功率级，控制环路(ADC， PID，DPWM)各环节的精确传递函数，研究量化效应、延迟效应产生机理以及与各模块的对应变量关系; 2)应用强非线性系统建模方法，考虑寄生效应，建立数字控制dc-dc变换器的完整精确的非线性模型，揭示影响变换器行为和性能—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 的工作机理以及有限环振荡的产生机理与判据，指导电路设计; 3)研究并获得在复杂负载条件以及外界环境变化下，提升稳态精度、减少响应时间、上冲、下冲时间的最优控制方法-单输入模糊PID控制方法; 4)完成数字控制dc-dc变换器完整的芯片设计和仿真分析，经流片和测试，验证上述建模理论分析和控制方法。 ?拟解决的关键科学问题 为了将数字控制方法应用于DC-DC变换器设计，采用数字控制理论，研究开关电源的时变规律以及数字控制产生的非线性效应，建立完整的理论模型，这是集成电路设计的重要基础。因此，研究数字控制DC-DC变换器的非线性效应与建模研究是本项目的关键科学问题之一。由于电源负载以及外界环境复杂多变，对于SoC应用将面临性能方面的严重挑战，因此需要研究采用先进的控制策略改进电源系统的动、静态特性，这是本项目的第二个关键科学问题。 图1 科学问题与关键技术之间的关系 3(拟采取的研究 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 及可行性分析(包括研究方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明); 拟采取的研究方案 针对项目研究的核心内容，拟采用的技术路线如图2所示。主要概括为非线性建模研究?控制算法研究与设计?数字控制DC-DC变换器电路设计(亚微米工艺电路设计)?流片验证及测试。 图2 拟采用的技术路线框图 我们拟设计与验证的数字控制DC-DC变换器芯片框图如图3所示。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 图3 采用单输入模糊PID控制的Buck型DC-DC变换器结构框图 它是由功率级、A/D转换器、控制级、DPWM四个部分组成。 主要的关键技术具体如下: 3.1 建立完整的数字控制DC-DC变换器的非线性理论模型，揭示极限环振荡产生机理，，为芯片的优化设计提供理论依据 众所周知，DC-DC变换器是一个固有开关非线性系统，因此变换器运行必然遵循非线性运行规律。现有的研究表明已观察到DC-DC变换器的奇异或不规则现象，使DC-DC功率变换器的性能受到极大的影响，甚至完全不能工作。尤其采用数字控制方式会由于量化效应、时延效应产生诸如极限环振荡、低频振荡现象。 大量研究表明:如果DPWM分辨率低于ADC的分辨率，那么输出电压因为没有匹配的ADC零变化的量化级数，导致输出电压在DPWM的两个量化台阶之间来回振荡，即极限环振荡，如图4 所示。 图4 极限环振荡示意图 所以ADC的量化电压和DPWM的量化电压要满足下式: VmaxA/D?Vg??M(D)??VDPWMH?2NA/D (1) 即: NDPWM?int[NA/D?log2()]VmaxA/D?D (2) Vref 其中，VmaxA/D为ADC的最大转换电压值，H为ADC的感应增—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 益，NA/D为ADC分辨率位数，NDPWM为DPWM分辨率位数，Vg为输入电压，?M(D)为占空比的最小变化量， Vref为参考电压;?VDPWM?Vg/2NDPWM。 实际上由于数字控制DC-DC变换器的复杂性，极限环振荡还与闭环增益、输入电压，以及频率、步长等密切相关。因而突破现有在线性范围内或稳定运行区域内研究DC-DC变换器的局限性，从非线性系统时变理论的高度探索DC-DC变换器的运行规律，通过对各种DC-DC变换器的非线性现象探索和研究，揭示非线性效应产生机理和相应对策，可以在变换器设计中优化参数设计，避免有害现象的出现，消除奇异或不规则现象，使DC-DC变换器稳定运行，从而提高DC-DC变换器的动态响应特性等。 数字控制DC-DC变换器系统是一个典型的非线性、时变系统，因此在它运行过程中必然存在着大量的非线性效应，如量化效应、延迟效应等。但通常的系统补偿设计时，都是基于模拟电路分析习惯，忽略系统中时延的影响，因此这种情况下对系统所作的设计，特别是对补偿网络的设计，必然只是一个近似设计，并不能满足系统运行时所有的状态，并且由于量化不匹配而导致的极限环现象也没能在模型中得到体现。与模拟控制开关电源解决方案相比，数字控制方案会在反馈环中引入了一个内在的时延，包括ADC转换延时，数字补偿器计算延时，DPWM延时，以及一些其它的传播延时。通常这些延时都存在于数字控制器中，而且不容易得到精确的延时值。这些时延的本质是引入了额外的相位滞后，限制了系统所能达到的带宽。在连续域中—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 可以被认做一个纯粹的时延:Gdelay(s)=exp(-stdelay)。因此在建模设计时要对时延引入的相位滞后进行相应的补偿处理。数字控制DC-DC变换器基本模块组成如图5所示。 图5 数字控制DC-DC变换器基本环节组成 数字DC-DC变换器建模过程中引入了采样系统的等效延迟环节，在Bode图分析和根轨迹法的基础上设计了模拟补偿器并离散化。数字补偿器的设计是在给定的系统采样速率下完成，考虑了数字控制系统固有延迟特性对系统的影响，从而改善了数字重设计法的误差，实现了PWM调节的精确控制。 数字DC-DC变换器非线性建模的基本流程如图6所示。在考虑了系统中各种非理想因素，以及量化效应、延迟效应的影响后，分别建立起系统的大信号模型及小信号模型，对频域和时域特性进行分析，进而得到系统的静态性能指标和动态性能指标。 图6 拟采用的建模分析流程图 本课题以现有模型法为基础,同时考虑功率级与控制环路各模块以及PID补偿环节，研究了BUCK型DC-DC变换器。在考虑功率MOSFET管导通电阻、寄生 电阻、寄生电容、电感的非理想的情况下,研究数字控制变换器在连续工作模式(CCM)下的电路模型,导出传递函数,进行稳态和动态小信号特性分析。得出极限环产生判据与参数优化方法，其非线性建模的重点与难点在于: 1) 选择比较不同的建模方法，得出功率级输入输出状态方程，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 并化简。 采用现有的离散非线性映射模型、分段线性模型、状态空间平均模型三种建模方法分别对DC-DC变换器进行非线性建模并且比较，选择一种合适的模型代入参数进行化简。 2) 给出系统控制环路各部分传递函数 系统反馈级各部分由A/D转换器，数字调节器和数字脉宽调制部分组成。数字调节器PID?z??Kp?Ki?Kd?1?z?1?，其中Kp,Ki和Kd分别为比例、积?11?z vq?n??QA/D?分和微分系数。d(n)?QDPWM?其中 QDPWM,QA/D?dc?n???，?v?n??Vref??， 分别为数字脉宽调制，A/D转换器的传递系数，vq(n)，dc(n)，d(n)分别为A/D转换器，数字调节器和数字脉宽调制的输出。 3) 分析并加入系统中的量化效应与延迟效应参数 在A/D转换和数字脉宽调制过程中，模拟信号与数字信号之间的转换必然存在量化效应。DPWM模块可以考虑为三部分组成:DPWM寄存器的零阶保持效应引起的延迟e?std;DPWM中非线性增益N(A,e);调节器增益FM。ADC模 ?std块也分三部分组成:ADC零阶保持效应引起的延迟e N(A,0);ADC采样频率;ADC的非线性增益1。控制环路延迟还应考虑计算延迟。 Ts 4) 推导系统非线性模型解析表达式，并得出极限环振荡产生判据 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 由功率级传递函数，以及考虑量化效应和延时效应后反馈级传递函数得到闭环系统完整的非线性模型解析表达式。并由稳定性条件，得到极限环振荡产生的判据。 5) 加入扰动，预测极限环振荡的发生概率。 以白噪声作为扰动信号注入控制回路中，推导出白噪声qAD、qPWM与转换器、控制器中的状态变量之间的传递函数。ADC量化误差qAD(k)同DPWM量化误差qDPWM(k)与系统状态变量xi(k)之间的传导函数脉冲响应进行卷积，进而计算出状态变量之间的协方差矩阵，得出高斯概率密度函数。进而可以得到LCO存 在概率的最终值。 6) 采用几何规划算法优化模块结构参数与补偿参数 在此基础上，采用几何规划算法，几何规划算法是一类特殊的非线性规划问题, 是最优化理论和方法研究的一个重要分支，它是一类特殊的非线性规划，利用其对偶原理，可以把高度非线性问题的求解转化为具有线性约束的优化问题求解，使计算大为简化。具有高效，全局优化，可进行灵敏度分析与鲁棒性能设计等特点。最后确定补偿结构和优化参数，彻底消除振荡现象，提高稳定性与可靠性。具体流程如图7所示。 图7 几何规划的非线性模型的参数优化原理图 3.2 DC-DC变换器的控制算法研究以满足静态及动态性能的要求 相对于模拟变换器系统来讲，数字控制变换器系统更加灵活多变，可以用复杂的高级控制算法来实现动态的补偿效果。目前得到广泛关—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 注的模糊控制方法可在没有精确数学模型的情况下根据专家经验规则表进行自主控制。而其在结合了经典PID控制方式后，既具有模糊控制灵活而适应性影响强的优点，又具有PID控制精度高的特点;同时它们在系统工作点变化的情况下，从被控过程的阶跃响应或者振荡中提取特征值，与系统中存有的状态进行比较选择目前最优的整定规则。单输入模糊与PID控制结合，PID控制器的参数能够根据过程特点和工况变化进行调整，通过模糊规则和模糊推理方法对PID控制器参数进行自校正，具有很好的鲁棒性和抗干扰能量。适用于高阶、时变的和非线性的被控对象。 由于DC-DC变换器实际应用中会存在负载参数的扰动，外界温度变化的影响，以及自身的非线性特性，所以将模糊控制理论应用于传统的PID控制算法中，根据专家控制规则实现控制决策表，实时调整PID参数以使系统控制输出 达到理想的效果。既具有模糊控制灵活、适应性强、抗干扰能力强等特点，同时又保留了PID控制精度高，稳定性好等特点。但模糊规则设计较复杂。而使用单输入模糊控制，减小了计算量，设计规则简单，不需要消耗太多的硬件资源。图8为单输入模糊PID控制设计流程图。 图8 单输入模糊PID控制设计流程 设计时根据所设计的系统的结构、参数，以及系统设计指标进行非线性建模，确定PID参数，后根据输出误差与误差变化率进行具有特普利茨结构模糊规则表设计，然后将系统通过符号距离法转化为单—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 输入，再对单输入进行模糊化，隶属函数和模糊规则设计，后选择解模糊方法解模糊，此时单输入模糊控制输出对 PID参数进行整定。通过对系统输出是否达到所要求的控制效果进行控制器的参数追踪，最终使得系统达到满意的设计要求。图9为我们拟采用的单输入模糊PID结构。 图9 单输入模糊PID结构图 其重点难点在于: 1)单输入控制的简化 在常规模糊控制器的基础上，通过将两个输入变量等效成一个等效输入变量，常规的模糊控制规则表如表2表示: 表2 常规的模糊控制规则表 表中每条对角线上的数是相同的，为特普利茨结构。从表可以看出主对角线(ZE)两边的数具有反对称特性。如果以变量e为横坐标，变量ce为纵坐标，并将变量的量化台阶取无限小，那么可以将表1转化成图10。相应的控制规则就变成7条边带。 图10 无限小量化台阶的规则表 通过符合距离法将双输入拟合为单输入。符号距离:设任一工作点P(ce1, e1)，H(ce, e)是工作点到开关线的垂直线的交点，如图11所示，则P(ce1, e1)到H(ce, e)点的距离l1为符号距离。 图11 符号距离示意图 根据误差变量e和误差变化率ce与符号距离ls的关系，可以得到图12所示的单输入模糊控制器的结构框架图。 图12 单输入模糊控制器的结构 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 在常规模糊控制器的基础上，通过将两个输入变量等效成一个等效输入变量，简化为单输入模糊控制。 表3 单输入模糊控制算法的规则表 模糊控制由原来规则数从原来的p2条减少为p条，大大简化了设计。 2)规则获取与参数优化 图13是一个包含模糊控制器的DC/DC转换器的闭环示意图。其中模糊控制器可以简化为三个模块:1)模糊化模块，将定量的具体值用定性值的与语言值表示，即将一个误差信号或者误差变化率的数值转化成一个语言值，如隶属度中的大或者小;2)模糊推理，用来产生模糊规则，是对系统控制信号的关键;3)解模糊化模块，将模糊推理产生的模糊量转换成明确的数值进行输出，提供给DC/DC转换器的控制端。 V 图13 基于模糊控制的DC/DC转换器结构图 模糊控制原理最重要的特征是反映人们的经验以及人们的常识推理规则。其中选择调节参数、设计推理规则表没有系统的步骤，是模糊控制器设计中最主要的困难。模糊规则表设计主要包括:推理值个数选择、输入范围确定、隶属函数形状选择以及判决方法确定。 因此设计中要对带有和不带控制器环节转换器系统进行响应测试，观察在各种不同设臵情况下的误差信号和输出控制信号的改变，帮助确定输入和输出隶属值的范围。而隶属函数则要根据输出控制信—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 号的类型来确定。不同数目的模糊设臵会对系统输出的产生不同的影响，因此在设计过程中要比较不同模糊变量控制器的实际响应，以便达到理想的跟踪精确性。 因此为了使系统达到理想的控制效果，在用模糊PID控制器对其进行设计时就需要根据系统的特点不断进行在线系统仿真、模糊规则调节、参数优化等等，然后进行实际测试调节。 可行性分析 前期项目的实施使得我们在数字控制DC-DC变换器的设计研究有了一定的 积累，为本项目下一步的具体实施打下了坚实的基础。 理论积累 通过查阅大量的国内外论文和专利等文献资料，对近年来该领域技术的发展与现状，有较好地了解与把握。并且也已开展了数字控制中关键技术的研究，为进一步开展数字DC-DC变换器的建模与算法奠定了基础。 实践基础 实验室在开关电源的研究上有多年积累，对整个DC-DC变换器的各项指标有比较深的认识与理解，对本项目的关键技术问题和采取的措施，有一定的分析和研究。并且于2010年设计了一款Buck型数字控制DC-DC变换器，目前已通过MPW流片验证。这为本课题的实施提供了一个基本平台，大大减少了课题的前期工作。在算法研究上采用matlab/simulink进行了DC-DC变换器的预测控制、PID控制、专家PID控制、模糊控制、单输入模糊控制、模糊PID控制的仿真比较。设计了一款基于FPGA的buck型数字电源验证系统，—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 并设计测试验证了基于FPGA的预测控制、PID控制、模糊控制、单输入模糊控制的DC-DC变换器。在此基础上并且进行了数字PID控制、预测控制的CSMC 0.5μm工艺和SMIC 0.13μm工艺的MPW流片验证。 方案执行 本课题整体实施方案分三步完成。首先建立系统模型，属于理论研究阶段;接着是数字控制与算法策略研究，再则主要体现在芯片电路设计，对此，必须坚持按部就班，逐个击破。在电路设计与电路仿真的不断反复中，逐渐完善电路性能，逐步达到预期的设计指标。最终进行流片测试以验证设计结果的正确性 。 总体来说，本课题实施中理论与实验相结合，设计步骤安排合理，对可能遇见的问题认识充分，应对合理，具有很高的可行性。 4(本项目的特色与创新之处; 本项目的重要特色和创新之处具体表现在以下三个方面: 1)通过深入研究数字控制DC-DC变换器的各种非线性效应与寄生参数，建立完整精确的系统模型以指导电路系统的优化设计，彻底消除有限环振荡，改善电源稳定性、可靠性。 2)采用单输入模糊PID控制算法，线性与非线性控制相结合，同时采用单输入简化结构提高实时性，改善了数字控制DC-DC变换器各项指标性能，如精度、瞬态响应速度等特性。 3)采用深亚微米CMOS工艺，设计与实现用于SoC动态能耗管理的高性能数字控制DC-DC变换器芯片，以验证理论方法的正确性。 5(年度研究计划及预期研究结果(包括拟组织的重要学术交流—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 活动、国际合作与交流计划等)。 本项目分4年实施，年度研究计划及预期成果为: 2014年度:考虑时延效应、量化效应，建立系统的非线性时变模型，在此基础上，考虑系统的寄生参数，设计系统补偿电路参数;采用Matlab/Simulink 进行仿真与FPGA验证，确定数字DC-DC变换器控制系统架构及性能指标分配。本年度发表SCI学术论文1篇。 2015年度:控制算法的研究:1)PID参数的优化 根据前面非线性能建模得到PID参数，还要根据复杂负载变化及系统设计指标综合考量进行优化。2)单输入模糊控制算法的研究 根据输出误差与误差变化率进行具有特普利茨结构模糊规则表设计，然后将系统通过符号距离法转化为单输入，再对单输入进行模糊化，隶属函数和模糊规则设计，后选择解模糊方法解模糊，完成单输入模糊控制输出对PID参数进行整定。3)在线系统仿真、调节与参数优化为了使系统达到理想的控制效果性，调节参数的取值及范围，即隶属函数论域，要根据实验数据和系统的响应确定，不同数目的模糊设臵会对系统输出的产生不同的影响，在用模糊控制器对其进行设计时就需要根据系统的特点不断进行在线系统仿真、进行模糊规则的调节、参数优化等等，然后进行实际测试调节。通过对系统输出是否达到所要求的控制效果进行控制器的参数追踪，最终使得系统达到满意的设计要求。 本年度发表SCI学术论文2篇，申请发明专利1项，参加国际会议1次。 2016年度:1) 根据对系统整体性能提高的理论研究的基础上搭建实验平台进行具体电路的设计，重点研究数字控制算法和—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ DPWM的数字抖动技术、多模式切换技术;2) 完成数字接口电路、数字可配臵控制环路的设计及FPGA验证，通过Matlab、 Quartus等软件对电路进行仿真测试，最终在FPGA开发板上完成系统测试;3) 进行whole chip仿真和版图设计，进行流片试验。本年度发表SCI学术论文1篇，申请发明专利1项，参加国际会议1次。 2017年度:在前面流片试验的基础上，进行测试分析，并和理论计算结果进行比较，找出存在的问题，对结构做进一步的优化;提交完整的单路数字控制DC-DC变换器系统设计和验证，实现1.5V电压输出，负载的最大驱动电流600mA， 开关电源效率达到重载90%、轻载75%以上的效率。完成可与SoC整合的低功耗智能数字DC-DC变换器的设计和MPW样品性能验证。本年度发表SCI学术论文2篇，申请发明专利1项。 在培养人才方面培养硕士研究生8名，协助培养博士研究生3名。 (二)研究基础与工作条件 1(工作基础(与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩); 本课题组主要成员近几年在DC-DC变换器非线性建模及控制、开关电源电路非线性建模及设计等研究领域开展研究工作，先后负责承担或主持 ―核高基‖重大专项课题、省自然科学基金等研究工作，在非线性时变系统、电力电子技术及数字辅助功率电SCI/EI论文多篇，拥有发明专利多项，并有持续研究点及稳定的研究队伍，本课题的研究人员整齐，优势互补。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 在模拟DC-DC方面 :2007年开展了全负载下实现高效率的DC-DC转换器芯片设计，提出了全负载下实现PWM/PFM自动切换以降低功耗、提高电源效率的控制方法。结果表明该变换器在较大的负载变化范围内均具有较高效率。2008给出了相加电流模式控制的DC-DC转换器的小信号模型，讨论了控制环路的频率补偿设计方法，设计了一种采用电流相加模式的DC-DC转换器电路，具有动态响应快、输出精度高等优点。2011年完成带纹波控制的全载高效率DC-DC变换器的设计，深入研究了轻载下纹波与频率之间的关系，得到一种降低纹渡的新颖方法-带电感电流峰值控制的PFM技术。传统PFM相比，该方法显著减小了轻载时的输出电压纹波，减小幅度最高可达80,。开展一种PWM/LDO双模同步降压型稳压器的设计，设计了一种新颖的外部同步信号控制PWM/LDO双模系统，用来提高系统在轻载下的性能。 在数字控制DC-DC方面，2008年建立了连续导通模式下单开关降压-升压变换器小信号传递函数，给出了依赖于三端PWM开关等效模型的单开关降压-升压变换器的小信号传递函数公式，该模型能够保证系统的稳定性，消除了负载效应。2010年针对用于数字控制DC-DC变换器中模数转换器(ADC)的特点，提出了一种改进型的延迟环ADC。2010年设计了一种自适应非线性数字模糊逻辑 控制器，该控制器应用于数字控制的自适应降压型DC-DC变换器中。该系统动态响应快，对不同电源和负载有很高的灵敏度。2012年研究了用于单相Boost 该算法用于数字控制的功率因数校正。该预—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 测算法降低了系统的总谐波失真，因而具有更高的功率因数，系统动态响应更迅速。同时开展一种数字控制可变输出DC-DC转换器的设计，针对SoC中的动态电压调节技术，设计了一款可变输出的数字控制降压型DC-DC变换器。采用基于系统模型的轨迹预测方法，补偿环路时延，提高瞬态响应。同时采用多采样技术减弱随机噪声的影响。给出了Buck型DC-DC变换器中单输入模糊控制器的设计与实现，提出了一种简化的用于数字控制DC-DC变换器的模糊控制算法——单输入模糊控制算法。这种单输入模糊控制器具有设计、调节和硬件实现简单等优势，因而有望在数字控制DC-DC变换器中得到广泛应用。 课题组已经建立了DC-DC变换器系统测试环境，并具备自主设计DC-DC控制器软硬件的能力。 此外，与无锡华晶集团公司、上海源赋微电子公司、无锡硅动力微电子公司、南京芯源微电子公司等相关企业积极合作，一方面积累大量的工艺加工和芯片设计经验，对开展相关工作提供了良好的基础条件;另一方面通过与企业的项目合作以及联合指导研究生培养工作，完成了与本课题有关的大量基础性研究工作。 同时近年来学院已经组织完成了多批MPW多晶圆流片，具备较强的IC芯片开发的工程能力。最近二年来，参与了国家核高基重大专项―数字辅助功率集成技术‖的攻关工作，主要负责数字辅助DC-DC功率集成系统中的非线性系统建模、数模转换电路、高级控制算法电路等高性能电路的设计、验证和应用研究，以及完整数字控制开关电源的设计调试，相关的模数转换电路、基本控制策略和脉冲波—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 形产生电路均正在进行CSMC 0.5μm工艺和SMIC 0.13μm工艺MPW流片验证，图14(a)是数字DC-DC控制芯片版图，图14(b)是数字控制DC-DC变换器测试系统照片。 图14(a) 数字控制DC-DC变换器MPW版图 FPGA With The propose control Algorithm & DPWM ADC BlockBuck DC-DC converter 图14(b) 数字电源测试系统照片 上述各项工作为本项目的实施并取得突破奠定了必要的基础和技术积累。并且这几方面的研究基础都将确保本项目的顺利完成。 2(工作条件(包括已具备的实验条件，尚缺少的实验条件和拟解决的途径，包括利用国家实验室、国家重点实验室和部门重点实验室等研究基地的计划与落实情况); 东南大学电子科学与工程学院拥有国内高校最早建立的电子类专业，是国家―211‖工程和―985‖工程的重点建设学科，现有国家专用集成电路(ASIC)系统工程技术研究中心、微电子机电系统(MEMS)教育部重点实验室等重点科研基地，学院还是首批国家集成电路人才培养基地，专门下设集成电路学院。 集成电路学院具有完备的IC设计平台建设，充分具备开展本项目研究的软、硬件条件,如图15所示: (1)拥有Sun Fire V880 服务器，Sun Ultra60、Sun Ultra10 及HP 服务器，这些服务器为本课题所建模型的模拟仿真提供了硬件保障; —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (2)拥有Matlab、Saber、PSpice 等数学及电路仿真软件，这些软件为本课题的模拟仿真验证提供了软件保障; (3)拥有半导体测试仪Keithly4200、CV 测试仪、Lecroy 示波器、Cascade 探针台、Chroma8000 电源自动测试系统、功率分析仪，这些设备为本课题的实验结果测试与验证提供了保障。 (a)电源自动测试系统 (b)功率变换器测试环境 图15 主要的测试仪器 本次项目计划以集成电路学院为主体，依托国家专用集成电路(ASIC)系统工程技术研究中心的雄厚基础，借助已进行的国家核高基重大专项―数字辅助功率集成技术‖部分研究成果，突破几个关键科学技术问题，完成本项目。 3(承担科研项目情况(申请人和项目组主要参与者正在承担的科研项目情况，包括自然科学基金的项目，要注明项目的名称和编号、经费来源、起止年月、与本项目的关系及负责的内容等); [1]申请人承担了国家核高基重大专项―数字辅助功率集成技术‖，2009-2011，具体负责数字控制电源的设计研究, 已完成分项目的验收，为本项目提供相关技术积累。 4(完成自然科学基金项目情况(对申请人负责的前一个已结题 科学基金项目(项目名称及批准号)完成情况、后续研究进展及与本申请项目的关系加以详细说明。另附该已结题项目研究工作总结摘要(限500字)和相关成果的详细目录)。 无 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (三)申请人和项目组主要参与者简介(在读研究生除外)。 申请人: 常昌远，东南大学，集成电路学院副教授。长期从事IC领域内教学和科研工作。参加过国家863、国家自然科学基金重点项目、国家重大专项等项目的研究工作，在模拟电源芯片与数字控制DC-DC芯片设计与系统建模等方面有较好的积累。在国内核心刊物上发表学术论文20余篇，获国家专利1项， 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc 和合作出版专著各1部，指导硕士研究生30余人，目前负责IC学院的cmos模拟集成电路设计教学与MPW多晶圆流片实训工作。在本项目中，作为本项目申请人，总体负责项目实施，检查，并负责总体系统方案和关键技术问题等。 所在单位及职称:东南大学，电子科学与工程学院/IC学院，副教授 受教育经历: ? 1996.9-2000.10，东南大学 电子工程系(微电子中心)，在职研究生/工学博士学位; ? 1985.9-1989.7， 南京工学院 电子工程系，在职研究生/工学硕士学位 研究工作经历: ? 2011.5-至今 ， 东南大学 电子学院/IC学院，研究员(重大项目岗); ? 2000.11-2011.4， 东南大学 电子系/IC学院，副教授 ; ? 1988.5-2000.10 ，东南大学 电子系(微电子中心)，讲师。 主要论著: 近3年申请人已发表的与本项目有关的第一作者主要论著目录如下: [1]常昌远，王绍权，陈瑶，余东升，一种低相位噪声LC压控振—————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 荡器的设计与实现.东南大学学报(自然科学版), 2012,42(6),pp.1052-1057。(EI) [2]常昌远，陈瑶，黄金峰，王青，Buck型DC-DC变换器中单输 入模糊控制器.东南大学学报(自然科学版), 2012,42(2),pp.229-233。(EI) [3]常昌远，王青，杨敏，赵荣飞，一种动态补偿、高稳定性的 LDO设计，固体电子学研究与进展, 2011,31(2),pp.180-184。 [4]常昌远，郑烁锐，王青，一种PWM/LDO双模同步降压型稳压 器的设计.微电 子学,2011,41(4) ,pp.493-497。 [5]常昌远，徐兵，杨洋，一种用于数字电源的改进型延迟环ADC 设计，电力电子技术;2010,44(12)，pp.44-46，。 会议论文2篇如下: [6]Chang-yuan Chang, Qing Wang, Shuo-rui Zheng, Jun Li. Design of a PWM/LDO Dual Mode Synchronous Buck Regulator[C]. The International Conference on Electrical and Electronics Engineering, 2012, Shanghai China. [7]Qing Wang ,Chang-yuan Chang, Long-xing Shi, Design of Adaptive Fuzzy Logic Controller for Adjustment China,IEEE DC-DC Computer Converters[C],ICSICT,2010.11,pp.469-471,Shanghai Society. 项目主要成员:吴金，东南大学 无锡分校教授。长期从事微电 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 子集成电路领域内教学、科研和指导研究生工作，其中1991/4-2003/6，主要研究方向为半导体器件的建模与模拟仿真，2003/07至今，主要研究方向为数模混合集成电路设计。主持完成国家自然科学基金1项、江苏省自然科学基金1项，参与过国家重大专项等项目的研究工作。在国内外核心期刊和会议上发表学术论文30余篇，出版专著1部，授权发明专利2项目，受理发明专利8项。 当前，主要研究领域为红外智能集成传感系统中的数字型读出电路的研究、设计与应用。在本项目中负责功率级建模。 所在单位及职称:东南大学，电子科学与工程学院/IC学院，教授 受教育经历: ? 1993/05-1996/12，东南大学，电子工程系微电子学与固体电子学专业，博士(在职); ? 1988/09-1991/04，东南大学，电子工程系微电子学与固体电子学专业，工学硕士; ? 1984/09-1988/07，南京工学院，电子工程系半导体物理与器件专业，学士。 研究工作经历: ? 2003/07-至今， 东南大学，无锡分校，教授; ? 2002/04-2003/06，东南大学，电子工程系微电子中心，教授; ? 1996/05-2002/03，东南大学，电子工程系微电子中心，副教授; ? 1993/05-1996/04，东南大学，电子工程系微电子中心，讲师; ? 1991/04-1993/04，东南大学，电子工程系微电子中心，助教 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 主要论著: 近3年申请人已发表的与本项目有关的第一作者主要论著目录 如下: [1] Jin Wu，Shangshan Chen，Weiwei Zhang，Huaipeng Dong， Temperature Stable Ring Oscillator Based on the Mismatch Compensation of the Biasing Current，International Journal of Energy Science, 2(4),pp.141-146, 2012. [2] Jin Wu, Ke Ma, Ning Qu, Weiwei Zhang, Modeling and Designing of High Gain, Wide Band and Fast-Speed Operational Transconductance Amplifier, Analog Integrated Circuits and Signal Processing, 71(2),pp.255-263, 2012 (SCI) [3] 吴金, 龙寅, 马科, 常昌远，一种低功耗大摆率Class-AB OTA 电路设计，东南大学学报，42(1):29-34, 2012. (EI) [4] Jin Wu, Ning Qu, Weidong Nie, and Hao Li, A simple curvature-compensated technique for CMOS bandgap voltage reference, IEICE Electronics Express, 8(17),pp.1374-1379, 2011. (SCI) [5] Jin Wu, Ke Ma, Weidong Nie, Ning Qu, A novel CMOS high accuracy fast speed OTA for switched- capacitor Filters, IEICE Electronics Express, 8(12):884- 889, 2011. (SCI) [6] 吴金, 聂卫东, 常昌远, 渠宁, 李浩, 基于失配控制的非线 性补偿带隙基准 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 电路设计，东南大学学报，41(5),pp.917-922，2011. (EI) 近3年授权的与项目有关联的国家发明专利为: [1] 吴金、郑丽霞、王永寿、赵霞、常昌远，CMOS亚阈高阶温度补偿带隙基准电路，2011年4月，ZL 2009 1 0031757.6; [2] 吴金、王永寿、郑丽霞、赵霞、姚建楠，高阶温度补偿带隙基准电路，2011年4月，ZL 2009 1 0031758.0。 项目主要成员:郑丽霞，东南大学，无锡分校讲师。2004年8月毕业后至今在东南大学无锡分校工作，2010年起在职攻读微电子学与固体电子学专业博士学位。曾参与国家863项目32位微处理器的研究与设计、企业横向合作项目视频数据格式转换芯片设计等多项科研工作。在本项目中主要负责系统前、后仿验证、版图设计验证工作。在本项目中负责系统环路建模。 所在单位及职称:东南大学，电子科学与工程学院/IC学院，讲师 受教育经历: ? 2010/03-至今， 东南大学，集成电路学院，集成电路设计专业，在职攻读博士学位; ? 2002/09-2004/07，南京理工大学，电光学院，通信与信息系统专业，工学硕士; ? 1998/09-2002/06，武汉科技大学，自动化学院，电子信息工程专业，学士。 研究工作经历: ? 2007/08-至今， 东南大学，无锡分校，讲师; ? 2004/08-2007/07，东南大学，无锡分校，助教。 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 主要论著: 近3年申请人已发表的与本项目有关的第一作者主要论著目录 如下: [1] Lixia Zheng, Jin Wu, Xia Zhao, A Low Voltage 8.4 ppm/? Voltage Reference Based on Subthreshold MOSFETs，2011 IEEE International Conference of Electron Devices and Solid-State Circuits(EDSSC)，T-22, 2011,天津。 近3年授权的与项目有关联的国家发明专利为: [1] 吴金、郑丽霞、王永寿、赵霞、常昌远，CMOS亚阈高阶温 度补偿带隙基准电路，发明受权:ZL200910031757.6, 2011-04-27 [2] 吴金、王永寿、郑丽霞、赵霞、姚建楠，高阶温度补偿带隙基准电路，发明专利受权:ZL200910031758.0, 2011-04-20 项目主要成员:钱钦松，东南大学，电子工程学院讲师。攻读博士学位的主要研究方向为功率器件模型及其可靠性研究，共发表高水平第一作者学术论文13篇，其中IEEE论文4篇，第一申请人授权发明专利12项。在本项目中，具体负责APD单光子传感器的SPICE建 模与电路仿真研究。在本项目中负责系统寄生参数建模。 所在单位及职称:东南大学，电子科学与工程学院/IC学院，讲 师 受教育经历: ? 2006/09–2012/12， 东南大学，电子科学与工程学院， 硕 博连读 ? 2002/09–2006/06， 东南大学，电子科学与工程学院， —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 本科 研究工作经历: ? 2012年12月–至今，东南大学，电子科学与工程学院， 讲师 主要论著: 近3年申请人已发表的与本项目有关的第一作者主要论著目录 如下: [1]Qinsong Qian, Siyang Liu, Weijun Wan, Weifeng Sun , ―Reliability Concern on Extended E-SOA of SOI Power Devices with P-sink Structures‖, IEEE Transactions on Device and Materials Reliability, vol.53, no,4, 2012, p1-6. [2]Qinsong Qian, Weifeng Sun, Jing Zhu, and Siyang Liu, ―A Novel Charge Imbalance Termination for Trench Superjunction VDMOS‖, IEEE Electron Device Letters, vol.31, no.12, 2010, p1434-1436. [3]Qinsong Qian, Weifeng Sun, Jing Zhu, and Siyang Liu, ―Novel Hot-carrier Degradation Mechanisms in the Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor on SOI Substrate‖，IEEE Transactions on Electron Devices, vol.58, no.4, 2010, p1158-1163. 近3年授权的与项目有关联的国家发明专利为: [1]钱钦松、华国环、孙伟锋、潘晓芳、陆生礼、时龙兴，―带浮 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ 臵埋层的碳化硅 高压N型金属氧化物半导体管及方法‖，发明专利，专利号:ZL 2010 1 0198507.4 [2]钱钦松、庄华龙、孙伟锋、潘晓芳、陆生礼、时龙兴，―带浮臵埋层的碳化硅 高压P型金属氧化物半导体管及方法‖，发明专利，专利号:ZL 2010 1 0198486.6 [3]钱钦松、庄华龙、孙伟锋、吴虹、陆生礼、时龙兴，―基于绝缘体上硅平板显 示器驱动芯片及其制备方法‖，发明专利，专利号:ZL 2010 1 0101671.9 (四) 经费申请说明 购臵单项经费5万元以上固定资产及设备等，须逐项说明与项目研究的直接相关性及必要性。 项目申请总经费为80万元整，其中研究经费58万元、为总经费的72.5%，而研究经费中MPW流片测试验证费用占据接近三分之一的比重。因此，本项目经费主要用于电路系统建模、设计、工艺流片加工、测试和系统应用。 由于研究条件充分具备，无需购臵5万元以上的固定资产或设备，也无需实 验室装修费用，项目经费详细开支见P4的―经费 申请表 食品经营许可证新办申请表下载调动申请表下载出差申请表下载就业申请表下载数据下载申请表 ‖。 (五)其他需要说明的问题 无 —————————————————————————————————————— ------------------------------------------------------------------------------------------------ (六)附件清单 随纸质申请书一同报送的附件。如:不具有高级专业技术职务、 同时也不具有博士学位的申请人应提供的推荐信;在职研究生申请项 目的导师同意函等。 无 ——————————————————————————————————————