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通用串行总线(USB)接口因为其支持热插拔、传输速率快、方便携带等优点,出现不到二十年的时间里,在市场上迅速普及。随着科技的进步,目前USB 3.0具有更高的传输速率,能够提供更大的总线功率和输出电流。市场上新出的智能产品大多采用USB通信及充电,然而为了应对一些恶劣的环境和使用过程中的突发情况,如何设计出安全可靠的USB电源管理芯片是工程师们必须面对的难题。本文从芯片安全可靠的角度出发,专注设计USB电源管理芯片中的保护电路,通过仿真验证,完成了限流保护电路、过温保护电路、异常报警电路的设计。本文首先介绍了本课题的背景意义、USB电源管理芯片保护电路的研究现状和发展趋势,总结了USB电源管理芯片的重要性能参数。同时,详细阐述了USB电源管理芯片的架构原理,分析了限流保护电路和过温保护电路的工作过程,并且本文采用串联电阻检测与SENSEFETs检测相结合的方式来监测系统电流。然后,详细介绍了限流保护电路、过温保护电路以及异常报警电路的设计过程。分析了传统限流保护电路不能有效进行短路保护的缺陷,设计了一款新型的双门限限流保护电路,当系统过流时变为恒流源输出,当系统短路时,降为更低门限的恒流源输出。通过带隙基准内部的基准电压与PNP三极管发射极-基极电压的比较来实现温度监测及过温保护功能。若系统发生过载、短路或过温等异常情况,将输出异常报警信号到USB控制器。最后,基于UMC 0.25um BCD工艺,采用Cadence软件设计电路,经过Hspice软件仿真验证。仿真结果表明,限流保护电路的过载限流门限为2.5A,短路限流门限为1.6A；过温保护电路的上升阈值为130℃,下降阈值为100℃,具有30℃的迟滞温度；异常报警信号具有12ms的延时。电路各项指标均满足设计要求,在USB电源管理芯片中具有很高的应用价值。