2025 IEEE International Solid-State Circuits Conference （ISSCC）近日在美國舊金山召開。
南京大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院施毅教授/邱浩副教授團(tuán)隊(duì)的論文“A 6.78-MHz Single-Stage Regulating Rectifier with Dual Outputs Simultaneously Charged in a Half Cycle Achieving 92.2% Efficiency and 131mW Output Power”被大會(huì)發(fā)表。團(tuán)隊(duì)受邀進(jìn)行現(xiàn)場芯片功能展示，并榮獲ISSCC Silkroad Award，該獎(jiǎng)項(xiàng)是大會(huì)為亞太地區(qū)設(shè)立的優(yōu)秀論文獎(jiǎng)，每年1-2項(xiàng)。
圖1. 獲獎(jiǎng)?wù)掌?/p>
整流芯片在工業(yè)自動(dòng)化、消費(fèi)電子、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為系統(tǒng)多功能模塊提供穩(wěn)定的電源。針對不同功能模塊（微控制器、傳感器、執(zhí)行器等）有不同的電壓需求，多輸出整流是當(dāng)前工業(yè)界的主流設(shè)計(jì)方向。相比單輸出整流+多輸出直流變換的多級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì)，單級(jí)架構(gòu)能夠避免能量轉(zhuǎn)換效率低、大負(fù)載切換時(shí)響應(yīng)速度慢等問題。但目前報(bào)道的單級(jí)多輸出整流器多采用時(shí)分復(fù)用的形式對不同輸出電壓測進(jìn)行供電，存在負(fù)載功率低、紋波電壓大等核心問題，限制其應(yīng)用。
為了打破該局限性，團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的單級(jí)雙輸出整流芯片架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)在半個(gè)周期內(nèi)為多輸出端同時(shí)供電，大大提高負(fù)載功率和抑制紋波電壓。進(jìn)一步，針對低壓側(cè)大電流負(fù)載切換時(shí)難以穩(wěn)壓的行業(yè)難題，團(tuán)隊(duì)提出了一種新型的電荷分配工作模式，通過自適應(yīng)優(yōu)化多輸出端間電荷分配，有效拓寬了額定輸出電流范圍，顯著提升了電路的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。
圖2. 芯片照片與架構(gòu)示意圖
該芯片采用0.18 μm CMOS工藝進(jìn)行了流片驗(yàn)證，測試結(jié)果表明：在穩(wěn)態(tài)情況下，實(shí)現(xiàn)了92.2%的峰值效率和131mW的峰值負(fù)載功率，雙輸出電壓分別穩(wěn)定在3.3V和1.6V，對應(yīng)的最大紋波電壓控制在50mV和75mV；在大負(fù)載切換（×15）情況下，在實(shí)現(xiàn)高速響應(yīng)的同時(shí)避免了雙輸出之間的耦合干擾。多個(gè)核心指標(biāo)刷新了國際報(bào)道相關(guān)工作的最高記錄。
電子科學(xué)與工程學(xué)院2024級(jí)博士生莊泉榮是論文的第一作者，邱浩副教授和施毅教授是論文的共同通訊作者，IBM托馬斯?J?沃森研究中心的張信研究員對該工作進(jìn)行了指導(dǎo)。研究得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、首批海外優(yōu)青項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目等的資助，以及光電材料與芯片技術(shù)教育部工程中心、未來智能芯片交叉研究中心的支持。
團(tuán)隊(duì)近年來依托南京大學(xué)成功研制了多款高能效模擬芯片，并收錄于集成電路頂刊/頂會(huì)，持續(xù)刷新同領(lǐng)域國際報(bào)道的最高記錄。
圖3. 團(tuán)隊(duì)近年來研制的多款高能效模擬芯片
ISSCC是全球集成電路領(lǐng)域的最高級(jí)別會(huì)議，又稱“芯片奧林匹克大會(huì)”。自1953年創(chuàng)辦以來，ISSCC一直是全球最頂尖固態(tài)電路技術(shù)的首發(fā)地，如世界上第一個(gè)集成模擬放大器芯片（Fairchild Semiconductor）、第一個(gè)8位微處理器芯片（Intel）、第一個(gè)32位微處理器芯片（Intel）、第一個(gè)1GB內(nèi)存DRAM芯片（Samsung）以及第一個(gè)多核處理器芯片（Intel）。
ISSCC網(wǎng)站：
https://www.isscc.org/
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