Vcore电源管理芯片的无损精确电流检测电路设计

摘要

便携式设备已成为人们日常生活中不可缺少的部分，为了得到更好的用户体验，需要电源管理芯片对设备各个功能模块用电进行优化处理，确保设备能够长时间稳定的工作。为了优化电源管理芯片的转换效率和过流保护功能，需要精确采集电流信息。随着集成电路制造工艺的最小特征尺寸不断减小，核心模块供电(Vcore)所需的电压低、电流大。在大电流的条件下传统的电阻检测不能有效的检测电流信息，因此必须采用无损电流检测技术。 本文基于无损电流检测技术，从经济实用和电流应用的角度出发，设计出一种新颖的精确电流检测电路，该电路能够同时准确地检测出电感电流的瞬时值和平均值，提高了检测效率。该电路主体由高精度低速电流检测、快速电流检测和反馈校准电路三部分组成。其中高精度低速电流检测电路检测电流的平均值，并通过反馈校准电路去校准快速电流检测电路，从而精确检测出电流的瞬时值。还包括修调和负电流产生电路，用于修调高精度低速电流检测电路因工艺偏差引起的失调电压和解决电流倒灌问题。 由于修调电路需要稳定电压作为参考电压以及电流检测电路需要偏置电流，为了得到稳定的参考电压和偏置电流，本文还对带隙基准电路和参考电压偏置网络进行分析和设计，提供修调所需的参考电压和偏置电流。所有电路都通过Cadence Spectre仿真验证，为了验证修调电路的修调效果，本文还采用Verilog-A语言设计了模数转换接口，有效地缩短仿真的时间，仿真结果均满足设计指标要求。 本论文所设计的电路采用TSMC180nm IP3M GEN2工艺完成了版图设计，并通过了LVS和DRC验证。

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