锂离子电池管理芯片的研究及其低功耗设计-----版图实现及验证

5.2.2后模拟结果

1模拟条件及功能验证

系统后模拟所用的电路图如图5.2.1所示，若没有特殊说明，判断CO、DO端是否为高电平的依据为CO、DO电压是否高于外接NMOS管的阈值电压1V.系统仿真同时采用了POWERMILL及HSPICE的验证方法。

图5.2.2~5.2.3都是HSPICE仿真的结果。其中，图5.2.2给出了过充电保护和释放模拟波形，结果表明在充电过程中，当电源电压V_DD升高到过充检测电压V_CU时，CO端将经过适当延时后降为低电平，切断充电回路；当V_DD下降到过充释放电压V_CL时，CO端将立即转为高电平。在整个过程中，因为电源电压一直高于过放检测电压V DL，所以DO端一直保持高电平，允许系统放电。图5.2.3则是过放电保护和释放模拟结果，图中表明，在放电时当V DD低于V DL时，DO端将经过一定的延时后降为低电平，禁止系统再进一步放电；当V DD上升到高于过放释放电压V DU时，DO端及时转变为高电平。同样，在整个过程中，CO一直为高电平。需要指出的是，为了减少模拟时间，延时时间直接在网表中设定，设定的时间比实际延时要短。电路检测到非正常信号后的延时另外用POWERMILL模拟。



图5.2.4给出了放电过程中，三级过流检测和保护的HSPICE仿真结果，图（a）、（b）、（c）中分别对应过流1、过流2和短路保护情况。由图5.2.4（a）、（b）可知，当放电电流检测端VM电压高于150mV、500mV时，比较器输出Vcomp_oct1和V comp_oct2立即翻转，分别延时6.35ms、1.61ms后，放电控制端DO降为低电平，关断放电回路；从图5.2.4（c）还得到，当VM上升比V DD低1.1V时，延迟0.58μs后，短路保护开始起作用，及时关断放电回路。



图5.2.5是非正常充电电流检测及保护的HSPICE功能仿真图。当在低电池电压下充电的过程中，VM降到-1.3V，比较器输出V out及时翻转，而此时V DD仍比较低，所以CO仍保持高电平，允许充电器继续对电池充电，而在延时2ms后，DO才由低电平转为高电平，允许电池接负载放电。图5.2.6则给出了电路在过放状态下进入Power Down状态，并在开始充电时退出Power Down的模拟曲线。



2电学参数比较

考虑了五种工艺漂移、温度变化（-5°C～55°C）、电源电压变化后，整个芯片的HSPICE/POWERMILL后模拟结果见表5.1和表5.2.表中还给出了中高精度的S82系列产品的指标对比。






由表5.1和表5.2可见，和文献报道的同类先进产品指标相比，本设计的电学参数性能均达到设计要求，检测电压和延时精度优于文献指标。另外，在有负载或充电器情况下，由于采用了动态功耗管理技术，芯片的电流功耗降低了14%左右，而这方面的指标，尚未见文献给出。可以肯定的是，将这种功耗管理技术应用在SBS中，节省的功耗将更为可观。

5.3小结在前章提出的电池管理芯片电路实现的基础上，本章完成了系统的版图设计和后模拟验证。首先，介绍了自上而下的版图设计方法，对本次版图设计中的重要问题作了讨论；其次，结合所用工艺，介绍了系统中的一些特殊器件的制作，完成了整个系统版图的设计；然后，分析了常用的版图验证途径，介绍了混合信号电路中后模拟所遇到的困难，结合本设计提出了解决方案，并在此基础上对系统功能、包括功耗在内的性能指标作了仿真验证；最后，将本系统的验证结果和文献报道的同类先进产品作了分析比较，结果表明，在考虑了工艺漂移、温度变化等因素的影响之后，本芯片能实现所有的设计功能，电学指标达到或优于文献，由于进行了有效的功耗管理，在实际应用中，能节省14%左右的电流消耗。