一种快速低功耗功率开关的分析与设计-analysis and design of a fast low power switch.docxVIP

摘要纵观目前的电子产品市场上的消费产品，像 MP3,移动硬盘，闪存这些流行的电 子消费产品发展迅速，给人们生活，工作带来了巨大的方便。这些快速存储设备均离 不开 bus－powered Universal Series Bus (USB)。在 USB 中 power switch 有重要的应用， 能够有效地管理电源，降低电源的功耗，从而为延长电池寿命提供了一个基本办法。 一个高速、稳定、低功耗的功率开关能够广泛地应用在电源管理便携设备和热插拔设 备中，并起到关键作用。与传统的 power switch 电路相比，本文所设计的芯片具有较高集成度，同时降低 了系统的复杂性和成本，并且提高了产品的应用能力；其低功耗设计，使得功率开关 芯片能广泛应用于便携式产品如手机充电器、USB 接口中。正是由于这些优点，成为 我们研究的热点。本课题主要以功率分配开关电路为研究对象，设计了一款基于 Bi-CMOS 工艺的 芯片，能够快速地、有效地和低功耗地关断开启电压，阻止反向电流流过开关。将常 用的多项功能集成到一片 5 脚封装的小芯片内。本文首先给出了监控电路的研究背景 和发展趋势，然后根据芯片的功能研究了功率开关电路的整个系统结构，将整个系统 分为 5 大模块：EN 使能输入端、热探测 ThermalDetection 关断电路、电荷泵 ChargePump 电路、限流 CurrentLimit 电路、外围 Top 电路。分别设计了各个模块的电路结构，提 出了相应的改进方法和说明此电路有什么优点，并进行了相关的原理和仿真分析，最 后介绍了芯片版图的设计和整体仿真。目前芯片已经通过 Cadence、Hspice 等 EDA 软件仿真验证、Bi-CMOS 版图设计、 验证、项目评估验收，从各种验证的初步测试结果看，设计的功率分配开关芯片基本 功能正确，各项性能均能够达到预期设计指标。关键词：功率开关，电荷泵，PTAT 源，软启动，BCDMOSAbstractAs the increasing and development of the popular products such as the MP3, mobile store disk, and flash so on in the electronic market, these trends facilitate the people’s life and work. Meanwhile, these swift store devices count on bus-powered Universal series bus (USB). Power switch is a key part of the USB to supply the functions of efficiently managing power and descending the power cost. In that way, provide a fundamental method to prolong the usage of battery. A high-speed, stable, low power cost power switch is able to abroad apply in the portable equipments of power management and hot plug for playing key role.Compared the traditional power switch circuit, the chip designed in this thesis is featured with decreasing complexity and cost of system, improving applicable ability of products. Because of its low power design, power switch chips can be widely used on portable products such as mobile charger, slot of USB. Due to such advantages of power switch chip, it becomes a hot spot of our research.The project does lots of research on power distribution switch circuits, a kind of based Bi-CMOS process power switch chip is designed what can sw