低功耗低、高精度、工艺鲁棒性极佳的有源整流器芯片面世!

发布时间:2019-02-28

近几年来,随着科技技术的进步及各种电器和设备功能的提升,大功率的整流器使用越来越广泛,同时,对大功率整流器功能的要求也越来越高。因此,如何能够增强整流器抗温度突变的能力、抗高温的能力,成为目前整流器的研究发展方向。


据记者报道,西安交通大学微电子学院耿莉教授团队用一种新型的基于自适应延迟控制器的有源整流器结构,去除了原有结构中功耗大的连续时间比较器,提出了自适应延迟控制方法,降低了有源整流器的功耗,其功耗低、精度高、工艺鲁棒性好等优点,可广泛地应用于消费电子、生物医疗、物联网中的无线传能系统中,其相关研究成果近日在集成电路领域的顶级期刊《固态电路学报》在线发表。

 

通过波束发射能量的想法并不新奇。早在1891年,Nikola Tesla在Wardenclyffe进行的无线功率传输实验就证明,可以在没有导线的情况下点亮25英里以外的氖气照明灯。在无线能量传输领域,处于能量接收端的电源芯片通常包括整流器、DC-DC变换器和LDO三级结构。提升各级结构的效率有利于提升无线能量传输电源系统的整体效率。有源整流器相比于传统的二极管整流器在低压下具有更高的效率,尤其是其轻负载效率一直受制于结构中的连续时间比较器的较大功耗。此外,常规有源整流器采用延迟补偿结构,造成有源整流器的多重脉冲等问题,影响了整流器工作的稳定性和可靠性。机器学习和其他新工作任务,以及联网智能设备的激增正在推动对芯片技术的新一轮投资,以及对可配置和可修改的硬件平台的需求。


 


根据市面上长期生产整流器总结的数据发现,芯片分布不均匀的整流器,其在客户端失效的几率比芯片分布均匀的整流器平均要大5%。西安交通大学耿莉教授团队提出的应用于无线能量传输系统的有源整流器芯片新结构,提高了时间调节精度,采用了电流控制延迟和锁存逻辑的方式来产生功率MOS管的控制信号,从结构上避免了传统有源整流器存在的多重脉冲现象,提高了整流器的稳定性和可靠性。

 

该有源整流器采用0.18μm CMOS工艺进行了流片验证,具有低于230μW的静态功耗。整流器的输出功率为10.63mW时,达到94.1%的峰值效率。使该产品在应用上生产的失效比例减小,提升产品良率,同时也能减少在客户端的失效比例,而客户端的验证即是对产品可靠性的验证,以此结构提升产品可靠性。

 


多年来,芯片制造商已经采取了很多措施来跟上摩尔定律的步伐,包括增加更多内核、在内核中驱动线程,以及利用加速器。耿莉教授近几年在低功耗电源管理芯片设计上取得了一些研究成果,在IEEE JSSCIEEE TPEIEEE TCAS-I等国际著名期刊上相继发表高水平论文,这些研究成果为低功耗电源管理芯片的设计提供了新方法和新思路。

 

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