复旦大学芯片院在高速低EMI功率集成电路设计领域取得重要进展

开关电源芯片被广泛应用于车载电子系统中，完成高效电能转换。随着智能驾驶技术的迅速发展，对开关电源芯片的电磁干扰（EMI）噪声的要求也日益严苛。面对当今愈发复杂的车载应用环境，传统依靠在实验室根据标准条件测试EMI噪声的管理办法已经难以保证架驶安全性。为此，包括电气与电子工程师协会（IEEE）在内的国际权威机构开始建立基于风险检测的EMI噪声管理标准，以实现电子系统的全生命周期风险评估，这为实时EMI控制提出了极高的挑战。

针对上述发展趋势，复旦大学芯片与系统前沿技术研究院、集成芯片与系统全国重点实验室刘明院士团队提出了在线闭环EMI管理新策略，消除了传统EMI控制过程中需要人为干预的需求，实现噪声原位动态调控。在具体设计上，团队基于压缩感知原理，在芯片上设计集成了高带宽原位EMI传感器，根据在线分析得到的EMI频谱，进一步完成了可自适应调节开关频率抖动范围的全局过额频谱调节。上述技术集成在一款控制氮化镓（GaN）功率晶体管的高速DC-DC功率转换芯片（BIT）中（图1），采用180nm BCD工艺流片，测试结果表明，原位EMI传感器带宽达500MHz，检测误差在3dB 以内，EMI频谱调节分辨率达9kHz，满足通用EMI标准的测试要求。

图1. 高速低EMI噪声功率芯片（BIT）照片

相关研究成果以A Closed-Loop EMI Regulated GaN Power Converter with 500MHz-Sampling-Bandwidth In-Situ EMI Sensing and 9kHz-Resolution Global Excess-Spectrum Modulation为标题发表于2024年的IEEE定制集成电路会议（Custom Integrated Circuits Conference, CICC）上，论文第一作者、复旦大学芯片院青年研究员陈映平在大会上作口头报告（图2），并作展板介绍（Poster）。鉴于设计的新颖性与先进性，本项工作荣获大会最佳研究论文奖（Best Regular Paper Award），最佳论文获奖比例为5/144。

图2. 我院高速低EMI功率芯片在CICC 2024上作口头报告

IEEE定制集成电路会议（CICC）是集成电路设计领域的旗舰会议之一，由IEEE固态电路协会（Solid-State Circuits Society）主办，IEEE 电子器件协会（Electron Devices Society）协办，每年吸引全球范围内大量学术界和工业界研发人员的关注和参与。本次CICC于2024年4月21日-24日在美国科罗拉多州首府丹佛举行。