復(fù)旦大學(xué)芯片院在高速低EMI功率集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展

開關(guān)電源芯片被廣泛應(yīng)用于車載電子系統(tǒng)中，完成高效電能轉(zhuǎn)換。隨著智能駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)開關(guān)電源芯片的電磁干擾（EMI）噪聲的要求也日益嚴(yán)苛。面對(duì)當(dāng)今愈發(fā)復(fù)雜的車載應(yīng)用環(huán)境，傳統(tǒng)依靠在實(shí)驗(yàn)室根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件測(cè)試EMI噪聲的管理辦法已經(jīng)難以保證架駛安全性。為此，包括電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）在內(nèi)的國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)開始建立基于風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)的EMI噪聲管理標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)的全生命周期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，這為實(shí)時(shí)EMI控制提出了極高的挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述發(fā)展趨勢(shì)，復(fù)旦大學(xué)芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院、集成芯片與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉明院士團(tuán)隊(duì)提出了在線閉環(huán)EMI管理新策略，消除了傳統(tǒng)EMI控制過程中需要人為干預(yù)的需求，實(shí)現(xiàn)噪聲原位動(dòng)態(tài)調(diào)控。在具體設(shè)計(jì)上，團(tuán)隊(duì)基于壓縮感知原理，在芯片上設(shè)計(jì)集成了高帶寬原位EMI傳感器，根據(jù)在線分析得到的EMI頻譜，進(jìn)一步完成了可自適應(yīng)調(diào)節(jié)開關(guān)頻率抖動(dòng)范圍的全局過額頻譜調(diào)節(jié)。

上述技術(shù)集成在一款控制氮化鎵（GaN）功率晶體管的高速DC-DC功率轉(zhuǎn)換芯片（BIT）中（圖1），采用180nm BCD工藝流片，測(cè)試結(jié)果表明，原位EMI傳感器帶寬達(dá)500MHz，檢測(cè)誤差在3dB 以內(nèi)，EMI頻譜調(diào)節(jié)分辨率達(dá)9kHz，滿足通用EMI標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試要求。

圖1. 高速低EMI噪聲功率芯片（BIT）照片

相關(guān)研究成果以A Closed-Loop EMI Regulated GaN Power Converter with 500MHz-Sampling-Bandwidth In-Situ EMI Sensing and 9kHz-Resolution Global Excess-Spectrum Modulation為標(biāo)題發(fā)表于2024年的IEEE定制集成電路會(huì)議（Custom Integrated Circuits Conference, CICC）上，論文第一作者、復(fù)旦大學(xué)芯片院青年研究員陳映平在大會(huì)上作口頭報(bào)告（圖2），并作展板介紹（Poster）。鑒于設(shè)計(jì)的新穎性與先進(jìn)性，本項(xiàng)工作榮獲大會(huì)最佳研究論文獎(jiǎng)（Best Regular Paper Award），最佳論文獲獎(jiǎng)比例為5/144。

圖2. 我院高速低EMI功率芯片在CICC 2024上作口頭報(bào)告

IEEE定制集成電路會(huì)議（CICC）是集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的旗艦會(huì)議之一，由IEEE固態(tài)電路協(xié)會(huì)（Solid-State Circuits Society）主辦，IEEE 電子器件協(xié)會(huì)（Electron Devices Society）協(xié)辦，每年吸引全球范圍內(nèi)大量學(xué)術(shù)界和工業(yè)界研發(fā)人員的關(guān)注和參與。本次CICC于2024年4月21日-24日在美國(guó)科羅拉多州首府丹佛舉行。

來源：復(fù)旦大學(xué)芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院

審核編輯：劉清