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中國科大四項芯片設計成果亮相ISSCC 2025

2025-03-04 08:45:24來源：中國科學技術(shù)大學閱讀量：8225 評論

　　近日，中國科大國家示范性微電子學院程林教授課題組設計的四款電源管理芯片亮相于集成電路設計領域著名會議IEEE International Solid-State Circuits Conference(ISSCC)。ISSCC是世界學術(shù)界和工業(yè)界公認的集成電路設計領域最高級別會議，被認為是集成電路設計領域的“芯片奧林匹克大會”。ISSCC 2025于2月16日至20日在美國舊金山舉行。

　　該課題組的潘東方特任研究員以及靳吉、尚銘?zhàn)┖忘S琪奧三位同學分別為入選論文的第一作者，程林教授為通訊作者，工作方向涵蓋了低EMI多核架構(gòu)隔離電源芯片、高效率單模式降壓-升壓轉(zhuǎn)換器芯片、低紋波快速電壓縮放的5G電源調(diào)制器芯片和高效率雙諧振拓撲隔離電源芯片。作為大會技術(shù)委員會委員，程林教授還擔任了“Isolated Power and Gate Drivers”技術(shù)專題的主席，并且參加了電源管理分委會會議和遠東區(qū)委員會會議。

　　2月18日上午，博士研究生尚銘?zhàn)┰?ldquo;Ubiquitous Power Delivery”技術(shù)專題匯報了論文“A 102ns/V 94.3%-Peak-Efficiency Symbol-Power-Tracking Supply Modulator for 5G NR Power Amplifiers”。該工作設計了一款用于5G功率放大器的電源調(diào)制器，采用紋波消除結(jié)構(gòu)，顯著減少穩(wěn)態(tài)負載電容與輸出紋波。同時，提出的動態(tài)工作模式通過電路拓撲重構(gòu)提升響應速度，并避免傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中輔助LDO充電，提高動態(tài)效率。測試表明，該調(diào)制器在220nF負載電容下，穩(wěn)態(tài)紋波小于12mV，并實現(xiàn)了102ns/V的快速響應速度。

　　2月18日上午，課題組與企業(yè)合作研發(fā)的高效率單模式降壓-升壓轉(zhuǎn)換器芯片在“Ubiquitous Power Delivery”技術(shù)專題亮相，博士研究生靳吉以“A 98.3%-Peak-Efficiency Single-Mode Hybrid Buck-Boost Converter with 7mV Maximum Output Ripple for Li-Ion Battery Management”為題匯報了該工作。針對現(xiàn)有混合單模式降壓-升壓轉(zhuǎn)換器效率低和輸出電壓紋波大的問題，提出了一種輸出電流連續(xù)的單模式拓撲結(jié)構(gòu)。通過降低功率管耐壓至輸入電壓的一半，減少導通損耗和開關損耗，實現(xiàn)了顯著的效率提升。該拓撲工作原理類似傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器，輸出電壓紋波小，瞬態(tài)響應快。測試結(jié)果表明，峰值效率達到98.3%，輸出電壓紋波最高僅為7mV，較現(xiàn)有同類產(chǎn)品在全工作范圍內(nèi)實現(xiàn)了最高效率。

　　2月19日下午，碩士研究生黃琪奧在“Isolated Power and Gate Drivers”技術(shù)專題匯報了論文“A Dual-LC-Resonant Isolated DC-DC Converter Achieving 65.4% Peak Efficiency and Inherent Backscattering”。該研究解決了傳統(tǒng)隔離電源系統(tǒng)中的兩大問題：無源整流器中二極管導通損耗大導致效率低，以及依賴額外數(shù)字隔離器進行電壓調(diào)制的問題。通過采用D類LC振蕩器替代傳統(tǒng)無源整流器，利用其低導通損耗和無開關損耗的特點，提升了系統(tǒng)效率。同時，雙諧振拓撲的固有反饋特性消除了數(shù)字隔離器的需求。測試結(jié)果顯示，采用該拓撲可實現(xiàn)1.5W的最大輸出功率，并達到65.4%的峰值效率，為同類工作中的最高值。

　　2月19日下午，課題組與企業(yè)合作研發(fā)的低EMI隔離電源芯片在“Isolated Power and Gate Drivers”技術(shù)專題展示，潘東方特任研究員以“A 2W 53.2%-Peak-Efficiency Multi-Core Isolated DC-DC Converter with Embedded Magnetic-Core Transformer Achieving CISPR-32 Class-B EMI Compliance and <5mV Ripple”為題匯報了該工作。該研究提出了一種基于嵌入式磁芯變壓器的多核架構(gòu)隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器解決方案。該架構(gòu)使多個核在不同振蕩頻率下工作，能夠有效抑制輻射電磁干擾，且無需頻率跳變電路。同時，采用多相控制方法抑制傳導電磁干擾，并顯著降低輸出電壓紋波。該轉(zhuǎn)換器在雙層PCB上實現(xiàn)了2.1W最大輸出功率、53.2%峰值效率，輸出電壓紋波低于5mV，并以低成本通過了CISPR-32 Class-B傳導及輻射電磁兼容標準認證。

　　2月16日晚，博士研究生劉澤國在ISSCC會議的學生科研前瞻(Student Research Preview, SRP)技術(shù)專題會上匯報了題為“A 100A 48-60V to 1V Hybrid LLC Resonant Converter with 51mV Droop for a 70A/20ns Load Transient”的研究成果。該研究針對數(shù)據(jù)中心多核CPU/GPU供電瓶頸，提出了一種混合拓撲LLC諧振轉(zhuǎn)換器，以解決傳統(tǒng)LLC轉(zhuǎn)換器電壓調(diào)節(jié)不足和負載瞬態(tài)響應慢的問題。實驗表明，該轉(zhuǎn)換器在48–60V輸入下可穩(wěn)定輸出0.8–1V，并支持100A負載；負載電流在20ns跳變70A條件下，輸出跌落僅51mV，瞬態(tài)響應速度提升超過3倍，達到業(yè)內(nèi)領先水平。現(xiàn)場還進行了海報展示和視頻演示。

　　這四項報告獲得了國際同行的廣泛認可。目前，程林教授課題組已連續(xù)五年在ISSCC上發(fā)表論文，累計13篇。以上研究得到了國家自然科學基金、安徽省重點研發(fā)計劃和企業(yè)合作項目等課題的資助，也得到了中國科大信息科學實驗中心的大力支持。

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