In Chapter 1, PMIC for PCRAM system using OTS is introduced. Phase change random access memory (PCRAM) has become the most promising candidate to replace flash memory to resolves the difference of access time between CPU and storage device of personal computer (PC) or smart device. A special device called an ovonic threshold switch (OTS) is being studied as a selector of memory cell. Because of the special I-V characteristic, OTS generates a spike current in the memory cell, which places a heavy burden on the power line of the PCRAM system. In transient-state, the load current of the PMIC in PCRAM system has a very fast rise time of less than 5 ns, and the maximum value of the spike is at least 10 times the flowing current. In this study, a comparator based Quasi-Digital low-dropout regulator was designed to overcome this problem. This ensures a 150mV overshoot and a settling time of less than 40ns to ensure the stable operation of the PCRAM system.
In Chapter 2, a high-efficiency smartphone battery charging circuit for fast charging is presented. As the smartphone technology develops, the capacity of the battery gradually increases and fast charging speed is required. For fast charging, it is required to supply a large current to a Li-ion battery. The supply of a large current causes a problem of heating problem and efficiency reduction of the charging circuit. In order to solve this problem, a current supply path using a capacitor is added in addition to a path using a inductor which is conventional design, thereby reducing the burden on the inductor and increasing the efficiency. As a simulated result of the proposed structure, it was confirmed that the efficiency increase by 5% or more than that of the conventional Buck structure.
1장에서는 OTS를 사용하는 PCRAM 시스템을 위한 PMIC에 관한 내용을 소개한다. 기존의 PC 혹은 스마트기기의 CPU와 Storage 사이의 데이터 처리 속도 간극을 해결하기 위해 PCRAM이 차세대 비휘발성 메모리로 주목받고 있다. 또한 OTS라는 특별한 소자가 메모리 Cell의 Selector로 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 OTS는 특별한 I-V Curve 특성 때문에 메모리 Cell에 Spike Current를 생성하고 이는 PCRAM 시스템의 전원부에 큰 부담을 주게 된다. 이 때 전원부가 느끼는 부하 전류는 과도상황에서 5 ns 이하의 매우 빠른 rising time을 가지게 되며, 순간적으로 발생하는 Spike의 최대 치 또한 흐르는 전류의 10배 이상이므로 이를 확실하게 제어할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 비교기를 기반으로한 의사-디지털 저전압강하 레귤레이터를 설계하였으며, 이를 통해 150 mV의 오버슛 제어와 동시에 40 ns 이하의 제어시간을 달성하여 PCRAM 시스템의 안정적인 동작을 보장할 수 있었다.
2장에서는 빠른 충전을 위한 고효율 스마트폰 배터리 충전회로를 소개한다. 스마트폰 기술이 발달되면서 배터리의 용량이 점차 증가하게 되고 이를 위해 빠른 충전속도가 요구된다. 빠른 충전을 위해서는 리튬-이온 배터리로의 큰 전류의 공급이 요구되는데, 큰 전류의 공급으로 인한 충전회로 자체의 발열 및 효율 감소 문제가 대두되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 기존의 인덕터를 이용한 전류 공급경로 외에 캐패시터를 이용한 전류 공급 경로를 추가하여 인덕터의 부담을 줄이면서 동시에 효율을 높게 가져가는 구조를 제안하였다. 이러한 구조의 시뮬레이션 결과로 기존의 Buck 구조보다 5 % 이상의 효율 증가를 확인할 수 있었다.
