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USB 3.0电源管理芯片XDC1029的设计与实现

作　者: 刘世伟
导　师: 代国定
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 电源管理 USB 限流保护电荷泵
分类号: TN86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
第一章绪论  6-12
  1.1 USB 概述  6-8
  1.2 USB 电源管理  8-10
  1.3 论文的主要工作及章节安排  10-12
第二章 XDC1029 的系统设计  12-22
  2.1 芯片工作原理介绍  12-15
  2.2 芯片设计的依据及相关指标的确定  15-20
  2.3 XDC1029 系统设计的特点  20-21
  2.4 本章小节  21-22
第三章 XDC1029 核心模块电路设计与仿真验证  22-46
  3.1 电压基准  22-26
  3.2 电荷泵  26-33
  3.3 限流保护模块  33-38
  3.4 异常报警模块  38-45
  3.5 本章小结  45-46
第四章 XDC1029 整体电路的仿真验证  46-54
  4.1 系统整体性能指标的仿真  46-49
  4.2 芯片整体的功能仿真  49-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章 XDC1029 的版图设计  54-62
  5.1 工艺的选取及简介  54-55
  5.2 XDC1029 的版图设计  55-60
  5.3 本章小节  60-62
结束语  62-64
致谢  64-66
参考文献  66-70
在读期间的研究成果  70-71

USB 3.0电源管理芯片XDC1029的设计与实现

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