近年来,锂电池凭借其容量高、自放电率低、循环寿命长以及绿色环保等优点被广泛应用于便携式与可穿戴电子设备中,同时电子产品性能提升与应用领域的持续拓展对锂电池安全性能不断提出更高的要求。目前,现有锂电池充放电保护芯片精度偏低且稳定性不足是导致电池损坏、燃烧甚至爆炸等危害不可忽略的原因之一。因此,进一步发展高精度、高稳定性和低功耗的锂电池保护芯片具有非常重要的现实意义。根据可穿戴式电子设备中应用的锂电池性能,本文设计了一款高精度、低功耗的单节锂电池充放电保护芯片。芯片主要包括带隙基准电压源模块、电阻修调网络、锂电池电压采样模块、过温保护模块、充电器/负载检测电路、过电压比较器、过电流比较器、0V禁止充电保护、短路保护、延时模块、数字逻辑控制模块等。采用多段线性补偿技术将带隙基准模块输出参考电压的温漂系数降低至1.61 ppm/℃,从而有效提高了保护芯片的检测精度。本芯片充电过压检测精度为±20 mV,放电过压检测精度为±20mV。电阻修调网络采用小电阻串联的5 bit结构,在大幅降低芯片占用面积的同时提供32步进的修调范围,并且利用外部输入控制传输门开关的结构来解决传统熔丝烧断工艺存在的只能单向修调电阻以及芯片成品率较低的问题。保护芯片在低功耗设计的基础上还提供了休眠模式。芯片检测到锂电池异常后随即输出相应的使能信号以切断锂电池充放电回路,同时自身进入休眠状态,大部分模块停止运行以进一步降低功耗,芯片在正常工作状态下平均电流值为18.4μA,休眠模式下平均电流值为5.2μA。本芯片采用SMIC公司0.18μm BCD工艺设计,并基于Cadence ADE的Spectre仿真平台对整个系统和各个子模块进行仿真验证。仿真结果显示电池的充电过压保护电压为4.284 V,放电过压保护电压为2.402 V,过温保护阈值为129.92℃,芯片各项功能均可实现且运行稳定,符合设计期望,并最终完成版图绘制,布局设计合理且通过DRC与LVS验证。