开关芯片的设计

I摘 要摘要近年来，随着很多新型便携式电子产品的相继问世，如可穿戴式电子产品、5G智能手机、平板电脑以及可生物植入和生物注射的天线等。新型电子产品具有体积小方便携带，自带蓄电功能，对电源的性能要求更高。在日常使用中为了节省电能，除了应用高效率的电源管理芯片外，还需要多个负载开关，并由微处理器进行控制组成负载管理，在不同的工作状态时，给有用的负载供电，将不用的负载统统关断。负载开关IC 是一种电源 IC，具有体积小、低电压工作、低导通电阻和低静态电流等特点，与传统分立式电源结构相比，使用负载开关有助于显著缩小电源 IC 的尺寸和节能，并且对负载可以起到很好的保护作用，因此深受电源 IC 设计师们的喜爱。论文在研究了负载开关 IC 发展现状基础上，针对耐高压、大电流的产品应用，设计了一款双向大电流的负载开关芯片；该款负载开关 IC 具有 3V 到 20V 的宽输入电压工作范围，提供最大 5A 的持续负载电流；此外，该芯片还可提供输入过压保护、过温保护、欠压锁定以及输出电压的反向阻断功能，同时还可支持 USB 充电和 OTG 的自主切换。该芯片主要用于智能手机、手持设备、平板电脑和其它便携式设备中。本文首先系统地研究了负载开关的基本原理与结构，为双向大电流负载开关 IC的设计提供理论指导，然后结合传统负载开关输出电流较小，不具备 OTG 功能等特点提出了双向大电流负载开关芯片的实现方法与整体结构框图，然后对相应子模块电路进行具体设计，并使用 Cadence 工具下的 Spectre 软件搭建电路，采用 0.18µm BCD 工艺完成相关子模块电路的仿真分析工作，最后对芯片整体电路进行了功能验证。关键词：负载开关；浪涌保护；过压保护电路；反向电流阻断；过温保护IIABSTRACTABSTRACTIn recent years, with the advent of many new portable electronic products, such as wearable electronics, 5G smartphones, tablets, and bio-implantable and bio-injectable antennas. Not only are they small in size, light in weight, and versatile, they also have longer charging intervals and require higher power performance. In order to save electricity in daily use, in addition to applying a high-efficiency power management chip, multiple load switches are required, and the microproces...