一种Type-C线缆的USB-PD接口芯片设计

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近年来,随着电子产品不断的发展,电子设备拥有越来越广泛的应用,人们的生活、工作与电子设备的关系紧密,其中移动电子设备更是大众的日常生活中的一部分。电源接口是移动电子产品中不可或缺的一部分,由于消费类移动电子产品强劲的需求和发展,市场对电源接口的要求也越来越高。针对最新的C型线缆接口识别、功率可选的设计需求,本文从C型接口功能电路和电力传输协议驱动电路的优化这两个方面进行了设计研究,提出了一种高精度迟滞结构的通用串行总线的电力传输协议的驱动器。所设计的驱动电路采用迟滞结构,与传统的单管驱动相比,提高了边沿时间精度,优化信号波形,省去了修调电容,降低了成本和面积。本文根据通用串行总线协议的要求明细了接口电路功能,对输出信号的斜率和高低电平有着严格的控制。在不同负载及输出电压下,对输出端的PMOS或NMOS的驱动电流大小做了分析。其中修调模块采用MCU控制,通过控制不同电流的组合改变迟滞时间,实现对因不同负载大小导致的边沿时间误差的微调。同时本设计包含了电力传输协议模式下C型接口所需的所有外围模块,上电检测模块用于识别接口的连接,接收模块通过将双向标记编码波形与可变的阈值比较完成数据的传输,振荡器模块作为MCU的时钟使用,此外内部还集成了保护模块、供电模块等。最后论文给出了系统的电路和版图设计。本文所设计的芯片采用台积电TSMC 0.18μm 1.8V/3.3V CMOS工艺进行流片,并通过USB-C连接器连接电路原型验证。测试结果表明:当处于电力传输协议模式时,输入频率为300k Hz的方波时,线缆上电压标准值为1.12V,调节范围±7%,信号电平跳变时上下沿时间分别为340ns/340ns,通过添加修调电路可在300ns-500ns之间调整,校正后周期误差仅有2.6%,配合协议工作后,启动时间在350ms内,静态电流为200μA。可见,本文设计的接口芯片在通用串行接口C型线缆系统中具有很好的应用前景。
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