復旦大學芯片院在高速低EMI功率集成電路設計領域取得重要進展

開關電源芯片被廣泛應用于車載電子系統中，完成高效電能轉換。隨著智能駕駛技術的迅速發展，對開關電源芯片的電磁干擾（EMI）噪聲的要求也日益嚴苛。面對當今愈發復雜的車載應用環境，傳統依靠在實驗室根據標準條件測試EMI噪聲的管理辦法已經難以保證架駛安全性。為此，包括電氣與電子工程師協會（IEEE）在內的國際權威機構開始建立基于風險檢測的EMI噪聲管理標準，以實現電子系統的全生命周期風險評估，這為實時EMI控制提出了極高的挑戰。

針對上述發展趨勢，復旦大學芯片與系統前沿技術研究院、集成芯片與系統全國重點實驗室劉明院士團隊提出了在線閉環EMI管理新策略，消除了傳統EMI控制過程中需要人為干預的需求，實現噪聲原位動態調控。在具體設計上，團隊基于壓縮感知原理，在芯片上設計集成了高帶寬原位EMI傳感器，根據在線分析得到的EMI頻譜，進一步完成了可自適應調節開關頻率抖動范圍的全局過額頻譜調節。

上述技術集成在一款控制氮化鎵（GaN）功率晶體管的高速DC-DC功率轉換芯片（BIT）中（圖1），采用180nm BCD工藝流片，測試結果表明，原位EMI傳感器帶寬達500MHz，檢測誤差在3dB 以內，EMI頻譜調節分辨率達9kHz，滿足通用EMI標準的測試要求。

圖1. 高速低EMI噪聲功率芯片（BIT）照片

相關研究成果以A Closed-Loop EMI Regulated GaN Power Converter with 500MHz-Sampling-Bandwidth In-Situ EMI Sensing and 9kHz-Resolution Global Excess-Spectrum Modulation為標題發表于2024年的IEEE定制集成電路會議（Custom Integrated Circuits Conference, CICC）上，論文第一作者、復旦大學芯片院青年研究員陳映平在大會上作口頭報告（圖2），并作展板介紹（Poster）。鑒于設計的新穎性與先進性，本項工作榮獲大會最佳研究論文獎（Best Regular Paper Award），最佳論文獲獎比例為5/144。

圖2. 我院高速低EMI功率芯片在CICC 2024上作口頭報告

IEEE定制集成電路會議（CICC）是集成電路設計領域的旗艦會議之一，由IEEE固態電路協會（Solid-State Circuits Society）主辦，IEEE 電子器件協會（Electron Devices Society）協辦，每年吸引全球范圍內大量學術界和工業界研發人員的關注和參與。本次CICC于2024年4月21日-24日在美國科羅拉多州首府丹佛舉行。

來源：復旦大學芯片與系統前沿技術研究院

審核編輯：劉清