双通道USB设备电源管理芯片的前端设计

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通用串行总线(Universal Serial Bus)自从1995年推出以来,很快就成为了计算机外部通讯的主要接口。随着USB2.0通用串行总线规范的出台,USB外设的种类增多,通过USB与计算机通讯的设备更是层出不穷。USB通过四根电缆线与计算机进行连接,其中有电源线和地线,因而用USB接口为外设进行供电成为可能。然而,由于操作不当或电压、电流过大等问题可能使USB设备损坏,故设计一种针对USB设备的电源管理芯片至关重要。 本论文基于标准CMOS工艺,并利用EDA集成电路设计工具Cadence IC5.0、仿真工具SpectreS,设计了一种双通道USB设备电源管理集成电路。该集成电路可以抑制由于设备热插拔而产生的浪涌电流,其具有两个通道,每个通道均可独立工作,在某一通道发生过流、过热或欠压情况时,该通道自动关闭,而另一通道仍可继续工作,从而达到保护USB设备的目的。电路的正常工作温度范围是0~75℃;振荡器的输出频率为100kHz;输出电压和电流分别为5V和500mA,符合为USB设备供电的标准,可以应用在USB设备之中。 文中首先给出了双通道USB设备电源管理集成电路的整体结构设计。其次对集成电路内所需要的基本模拟及数字电路如有源电阻、电流镜、电压比较器、与门及或门进行了设计和仿真。并对集成电路内的各个功能单元电路包括偏置电路、基准电压电路、振荡电路、使能电路、电荷泵电路、欠压锁定电路、过热保护电路、过流保护电路、输出电路以及故障标志电路进行了详细的设计和仿真,达到了预先设定的指标。 最后,本论文对整体电路的工作过程进行了分析与仿真,主要有以下几个方面:电路的启动和关断过程,使能信号的控制过程,过流检测过程和过热关断过程。仿真结果表明,该集成电路满足了设计的要求,完成了集成电路的前端设计。
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