1 工作简介

         ——AMOLED显示供电芯片

有源矩阵有机发光二极管（AMOLED）屏幕以其高分辨率、低功耗和轻薄的特点，已成为移动电子设备显示屏的主流选择。单电感双极性输出（SIBO）直流-直流转换器仅需一个电感便能提供双极性电压轨，在AMOLED显示屏供电方面具有巨大潜力。然而，随着电子设备的小型化，现有SIBO结构的效率和带载能力因电感尺寸限制，难以为大屏幕设备供电。针对这一问题，中国科学技术大学程林教授课题组与合肥乘翎微电子有限公司合作研发了一种新型拓扑结构及控制方法，显著提升了AMOLED供电芯片的效率、功率密度和瞬态响应速度。

_{图1. AMOLED供电需求及挑战。}

本工作从降低SIBO转换器对大尺寸电感的依赖入手，基于传统SIBO拓扑结构，在正压（V_OP）侧和负压（V_ON）侧各引入1个飞电容，用高能量密度的电容来分摊电感电流应力（在典型输入输出条件下，电感电流降低56%）与功率开关电压应力。同时降低了系统对有源器件和无源器件的需求，以此确保在使用小尺寸电感的条件下，该结构也能实现大带载能力与高效率。同时，本工作还提出了一种新型SIBO控制方案，通过构建共模环路和差模环路来分别调节总的输出能量和能量在正、负压输出之间的分配。相比传统控制方案，该方法对正、负压调节权重相同，能有效抑制交调问题，并加快瞬态响应。

_{图2. 系统电路框图。}

本工作采用0.18 μm工艺流片。测试结果显示，在使用封装为2520的小尺寸电感条件下，峰值效率达94.5%，实现了全负载范围内的最高效率和最大的片上功率密度，比现有工作分别提高10% （相同功率密度下） 和2倍。这项研究为AMOLED显示屏供电提供了一种紧凑高效的解决方案，相关技术正在产业化落地中。

_{图3.（a）效率及功率密度与世界领先水平对比；（b）芯片照片。}

本研究得到安徽省重点研发计划支持，相关成果以《A 94.5%-Peak-Efficiency 3.99W/mm²-Power-Density Single-Inductor Bipolar-Output Converter with a Concise PWM Control for AMOLED Displays》为题发表于ISSCC 2024，并被评选为大会“亮点论文”。中国科学技术大学微电子学院博士生靳吉和乘翎微电子有限公司许伟伟博士为论文的共同第一作者，程林教授为通讯作者。

2 作者简介

通讯作者

程林，中国科学技术大学国家示范性微电子学院教授、博士生导师。

主要研究方向为功率及模拟集成电路设计，包括高压/高速直流-直流转换器、隔离电源芯片、无线充电芯片、模拟前端芯片等。主持或参与国家自然科学基金重点及面上等项目近10项。在国际会议和期刊上发表论文40多篇，其中以第一或通讯作者发表ISSCC和JSSC论文18篇。曾获2020年IEEE ASP-DAC最佳设计奖、2018年香港科学会青年科学家（提名奖）和2015年IEEE固态电路协会Pre-Doctoral Achievement Award。现任ISSCC技术委员会委员和ICTA 2024技术委员会主席。

共一作者

许伟伟，合肥乘翎微电子有限公司首席技术官。

2011年在复旦大学获得博士学位，博士期间以第一作者在ISSCC 2011上的成果是中国大陆地区在电源管理芯片领域的首次突破。博士毕业后在美国硅谷的国际著名半导体公司Marvell与NXP工作12年。设计的多款芯片累计出货超过十亿颗，广泛应用于网络连接，汽车电子及工业控制等。发表论文十余篇，其中包括ISSCC论文5篇。已授权美国专利9项，中国专利8项。多项专利已实现了大规模产业化应用。

共一作者

靳吉，中国科学技术大学在读博士。

2020年本科毕业于中国科学技术大学电子科学与技术专业。目前于中国科学技术大学微电子学院攻读博士学位。获2024年中国科学院院长奖。主要研究方向为功率集成电路设计。

3 原文传递