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中國(guó)科大EMI隔離電源芯片技術(shù)
2023-02-17 506次

  中國(guó)科大國(guó)家示范性微電子學(xué)院程林教授課題組設(shè)計(jì)的兩款電源管理芯片(高效率低EMI隔離電源芯片和快速大轉(zhuǎn)換比DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片)亮相集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域最高級(jí)別會(huì)議 IEEE International Solid-State Circuits Conference (ISSCC)，ISSCC是國(guó)際上最尖端芯片技術(shù)發(fā)表之地，其在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界受到極大關(guān)注，也被稱為“芯片奧林匹克”。ISSCC 2022于今年2月20日至28日在線上舉行。


  1. 高效率低EMI隔離電源芯片

  隨著隔離電源的尺寸越來越小，芯片內(nèi)部功率振蕩信號(hào)頻率和功率密度也越來越高。隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器往往會(huì)成為輻射源，導(dǎo)致電磁干擾(EMI)問題。傳統(tǒng)隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器降低EMI的方法大多局限于板級(jí)層面，開發(fā)成本高且無法從根源上解決EMI輻射問題。本研究提出了一種對(duì)稱型D類振蕩器的發(fā)射端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在芯片層面上減小隔離電源系統(tǒng)的共模電流以降低EMI輻射。同時(shí)，該研究提出的死區(qū)控制方法可以巧妙避免從電源到地的瞬時(shí)短路電流。此外，該研究提出的架構(gòu)只采用了低壓功率管，從而有效提高了振蕩器的轉(zhuǎn)換效率，降低了芯片成本。


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  圖1 隔離電源芯片電路結(jié)構(gòu)與EMI測(cè)試結(jié)果


  最終測(cè)試結(jié)果表明該芯片實(shí)現(xiàn)了51%的峰值轉(zhuǎn)換效率和最大1.2W的輸出功率，并且在專業(yè)的10米場(chǎng)暗室中實(shí)測(cè)通過了CISPR-32的B類EMI輻射國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，研究成果以“A 1.2W 51%-Peak-Efficiency Isolated DC-DC Converter with a Cross-Coupled Shoot-Through-Free Class-D Oscillator Meeting the CISPR-32 Class-B EMI Standard”為題發(fā)表在ISSCC 2022上。第一作者為我校微電子學(xué)院特任副研究員潘東方，程林教授為通訊作者，蘇州納芯微電子為論文合作單位。這是課題組連續(xù)第二年在隔離電源芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)表的ISSCC論文。


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  圖2 隔離電源芯片和封裝照片


  2. 快速大轉(zhuǎn)換比DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片單級(jí)大轉(zhuǎn)換比DC-DC轉(zhuǎn)換器因其具備低傳輸線損耗、綜合效率高等優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)中心、5G通信基站等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)有的大轉(zhuǎn)換比DC-DC轉(zhuǎn)換器多采用多相DC-DC轉(zhuǎn)換器與串聯(lián)電容相結(jié)合的混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)等效轉(zhuǎn)換比的擴(kuò)展，但其負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度受多相間固定相位差以及多相結(jié)構(gòu)無法同時(shí)導(dǎo)通的限制。


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  圖3 快速大轉(zhuǎn)換比DC-DC轉(zhuǎn)換器電路結(jié)構(gòu)與芯片照片


  研究基于兩相串聯(lián)電容式DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了雙反饋環(huán)路的電壓模式PWM控制方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和串聯(lián)電容電壓的調(diào)制。同時(shí)，本研究還提出了快速瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)，既克服傳統(tǒng)PWM控制方法存在的環(huán)路響應(yīng)速度與負(fù)載跳變時(shí)刻有關(guān)的缺點(diǎn)，也可以利用兩相電感電流同步對(duì)負(fù)載充電以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)速度。最終測(cè)試結(jié)果表明本研究在3A電流的負(fù)載跳變下實(shí)現(xiàn)了僅0.9μs的恢復(fù)時(shí)間，取得了目前同類研究中最快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度，研究成果以“A 12V/24V-to-1V DSD Power Converter with 56mV Droop and 0.9μs 1% Settling Time for a 3A/20ns Load Transient”為題發(fā)表在ISSCC 2022上。


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  圖4 DC-DC轉(zhuǎn)換器芯片負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試結(jié)果上述兩項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院等項(xiàng)目的資助。

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    • 芯訊通（SIMCom Wireless Solutions）是中國(guó)領(lǐng)先的物聯(lián)網(wǎng)無線通信模組供應(yīng)商，成立于2002年，總部位于上海。其產(chǎn)品涵蓋2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Cat-M、Wi-Fi、藍(lán)牙及GNSS定位模組，廣泛應(yīng)用于車載、智能表計(jì)、共享設(shè)備、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。芯訊通的GNSS模組以“通信+定位一體化”為特色，尤其適合需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸與高精度定位的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。
    2025-04-28 30次
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    • 2025年4月11日，2025年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)大會(huì)暨2024年度（第十七屆）華強(qiáng)電子網(wǎng)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)商&電子元器件行業(yè)優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)品牌頒獎(jiǎng)盛典在深圳華僑城洲際大酒店成功舉辦。此次盛典吸引了業(yè)內(nèi)眾多領(lǐng)先企業(yè)與專家學(xué)者參與，分享產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)和未來機(jī)遇。時(shí)科公司歷時(shí)四個(gè)月，經(jīng)過企業(yè)提名、專家篩選、公眾投票和專家評(píng)審四大環(huán)節(jié)，最終脫穎而出，榮獲“2024年度華強(qiáng)電子網(wǎng)優(yōu)秀國(guó)產(chǎn)品牌企業(yè)”大獎(jiǎng)。這一殊榮的獲得，不僅是對(duì)時(shí)科多年努力的肯定，更是對(duì)其在行業(yè)中的卓越貢獻(xiàn)的認(rèn)可。
    2025-04-17 49次
  • 英偉達(dá)Jetson各系列區(qū)別
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    2025-04-17 41次

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