USB 3.0电源管理芯片XDC1029的设计与实现

【摘要】：随着硬件设备的不断发展和进步,更高更快的传输速率被人们所重视,随之而来的是市场上USB 3.0的涌现。提高传输速率、增大总线功率和输出电流、提供全新的电源管理功能以及向下兼容USB 2.0,这些都是USB 3.0的开发方向。 本文以科研项目“单芯片数模混合电路设计技术研究”为背景,设计了一款应用于USB 3.0系统的电源管理芯片XDC1029。从芯片的系统规划、指标的制定、子模块电路的设计,到整体电路功能的仿真验证及芯片的版图设计都进行了深入研究。提出了一种新型二倍压电荷泵电路,通过引入衬底可变单元,消除了Dickson电荷泵中MOS器件体效应及阈值损耗的影响。芯片遵循USB 3.0协议中的电源管理规范,实现了对USB 3.0系统输出电流的精确控制。针对USB设备工作时可能出现的意外情况,芯片内部集成限流保护、短路保护、过温保护及异常报警等功能电路,保证了芯片工作的可靠性和稳定性。 芯片面向USB 3.0系统进行设计,可输出2A的持续电流,最大电流达2.5A。同时内部预留修调电路,可通过修调实现对USB 2.0系统的兼容。基于0.35μm 20V BCD工艺,利用Spectre和Virtuoso等EDA工具完成了电路设计、版图设计和仿真验证,仿真结果表明各项性能指标满足设计要求。