半导体技术及工艺的不断进步,带动了电子产品市场的蓬勃发展。以智能手机为代表的便携式智能终端的全面普及,方便了人们的生活。由于智能手机功能越来越强大,人类使用智能设备的频率也不断增加,对电源的续航能力提出了更高的要求。无疑如何通过提升充电速度来弥补电池续航能力不足所带来的困扰,实现快速充电已经成为当下智能手机发展的新挑战和新趋势。本文紧跟市场需求和发展动向,以快充技术的基本理论及相关协议为研究对象,解决相关技术难题并提出了一种较为合理的快充实现方案,设计了一款兼容快充技术的电源接口芯片XD1786。针对传统电荷泵的串通现象,提出了一种采用非交叠时钟控制的输入范围宽、输出纹波小、能有效避免串通现象的高压交叉耦合电荷泵,从而提高电压增益和效率;同时,设计了一种具有负反馈调节能力,可以跟随输入电压调节的电平移位产生电路,具有较高的抗干扰能力;另外,通过对跨导线性环路理论的研究,将该理论从双极型晶体管跨导线性环路推广到MOS晶体管构成的跨导线性环路,并将其应用到模拟集成电路分析和设计中,提出了一种快速而有效地分析电流模式电路的方法,从而简化了非线性电路的计算。本文系统地介绍了XD1786的整个设计流程。首先详细介绍了快充技术的基本理论以及相关协议,并且对快充技术带来的问题进行了研究,通过比较各种快充实现方式的优缺点,提出了一种较为合理的快充实现方案。其次,根据实际应用确定了芯片电气特性指标,并设计了芯片的系统结构及功能。接着,对芯片内部一些核心子模块进行了功能描述、工作原理分析及电路设计,最终通过仿真进行了验证。然后对芯片的整体功能分别进行了前仿真和后仿真验证,并设计了XD1786的版图。最后,实际测试验证了芯片的功能,并对测试结果进行了分析。XD1786是一款USB移动设备充电接口芯片,兼容QC 2.0或QC 3.0快充规范,能为便携设备提供合适的电压进行充电。XD1786可自动选择合适的输出电压,从而缩短电池充电时间和降低系统充电损耗,并且能够自动检测识别充电设备是否兼容快充协议,如果不兼容QC 3.0,可禁止输出电压调整。XD1786内置了自适应输出过压保护、次级过热保护和输出软短路保护等各种保护电路,从而保证了系统能够安全稳定地工作。XD1786基于0.35μm 24V BCD工艺进行电路和版图设计,运用Cadence软件和Spectre仿真器进行了仿真验证,并对流片出来的样片进行测试验证,测试结果表明芯片的各项性能指标均满足设计要求。