第九届集创赛杯赛题目——芯海杯
芯海杯
一、杯赛题目：旋转变压器励磁电流控制系统
二、参赛组别：A组、B组
三、赛题任务：
设计一款芯片（Figure1-1蓝色框部分）可以生成正弦脉冲宽度调制波（单极性、双极性皆可），驱动H桥，进而在旋转变压器励磁线圈（抽象成RL负载，R=10ohm, L=100uH）中产生正弦波励磁电流。H桥低侧Shunt电阻（
=20mohm）将电流信号（0~1A）转换成电压信号（0~20mV），通过ADC采集，以实现控制励磁电流峰值。
各赛程阶段任务划分参考：
初赛阶段，聚焦SOC设计，要求全部电路，在仿真环境中进行验证；
分赛区决赛阶段，聚焦进阶指标，在仿真环境中进行验证；
全国总决赛阶段，搭建实物进行板级验证。如不能流片验证,可使用FPGA（包含关键功能数字控制代码）+外围器件（包括H桥，电机，ADC等）来验证。（H桥驱动推荐型号：MPQ6528, MOS管推荐型号：AO3400； 运算放大器推荐型号：TLV272, ADC芯片推荐型号：AD7356）
Figure 1-1 系统控制框图
Figure 1-2 双极性SPWM
Figure 1-3 励磁电流控制示意
四、设计指标：
1．系统供电VDD=3.3V±10%，VBUS=12V（理想值）
2．系统时钟不超过100MHz（参考时钟可采用晶振时钟电路，使用外部晶振）
3．SPWM的载波推荐使用320kHz的三角波，调制波为10kHz的正弦波（即1个正弦波由32个三角波组成）调制比≤1（调制比=调制信号的峰值与载波信号的峰值之比）
该部分必须由芯片产生。
4．SPWM波的占空比误差不超过±0.5%（eg. 占空比理想值为57.5%，那么实际输出的占空比不低于57%，且不高于58%）
5．SPWM波的频率误差不超过±8%（SVPWM波的频率和系统时钟精度有关，比如系统时钟频率96MHz，频率偏差±5%，那么320kHz SPWM波的频率偏差也是±5%）
6．在每个SPWM载波的周期点触发ADC采样，ADC吞吐率不低于1Msps（每个载波周期执行一次ADC采样，即1/320kHz=3.125us采集一次），ADC参考电压可以由外部提供。
7．电流信号可以采用PGA或者OPAMP进行放大处理，增益不高于20倍（ADC差分输入范围为±VREF，等效到PGA输入范围为±VREF/GAIN）
8．每个正弦周期（100us）调整一次调制比，使得励磁电流的峰值稳定控制在400mA，误差±3%以内
9．系统可以在-40~85℃ 环温条件下稳定工作
10．CMOS工艺：≤0.18 µm
五、附加题或进阶指标：
1．仿真条件VDD=3.3V±10%，-40~85℃ 环温：SPWM波的频率误差不超过±3.5%。（考评载波320kHz频率精度）
2．仿真条件VDD=3.3V±10%，-40~85℃ 环温：励磁电流峰峰值计算误差: <±1%。(考评系统精度：包括PGA,ADC，时钟等误差影响)
六、杯赛阶段及提交内容：
1．中期汇报
中期报告，请以大赛通知为准；
2．初赛和企业技术评分：
技术文档和设计数据，包括：
（1）详细设计方案——设计报告包含完整的系统设计方案、系统指标分解过程，子电路详细结构设计，前仿真报告以及版图设计（DRC/LVS验证）和后仿真报告；
（2）系统Matlab建模文件(如果有建模相关工作，则必选)；
（3）仿真验证文件：仿真报告包含仿真结果截图等以及详细仿真数据（包含PVT）（包含数字代码验证报告，以及数模混放结果）；
（4）版图设计；
3．分赛区决赛提交内容
（1）汇报PPT：项目介绍、关键技术介绍、性能指标
（2）技术文档和设计数据：同上
4．总决赛提交内容
（1）汇报PPT：项目介绍、关键技术介绍、性能指标
（2）技术文档和设计数据：同上
七、评分标准：
大项 | 内容 | 分值 | 评分要求 |
性能指标 （60分） | 1.系统指标 | 40分 | 1．在成本较低的方案下满足系统指标要求。（极限PVT，至少覆盖以下3种情况：T=85℃、Process=FF、VDD=3.6V；T=-40℃、Process=SS、VDD=3V；T=27℃、Process=TT、VDD=3.3V） |
2.系统建模 | 10分 | 1. Matlab建模，如果设计中建模不是必须的，则将分数移到电路指标中 | |
3.设计完整性 | 10分 | 1. 完整的系统电路图 | |
2. 完整的系统设计方案、仿真分析报告 | |||
优化指标 （15分） | 1.优化目标 | 15分 | 1. 创新性：系统或电路架构是否有创新； |
2. 版图设计（DRC/LVS验证）和后仿真报告 | |||
文档与现场表现（25分） | 1.现场答辩和演示 | 15分 | 1. 答辩和问答表现； |
2. 现场演示效果； | |||
2.文档质量 | 10分 | 1. 汇报PPT重点突出、条理清晰 | |
2. 设计方案原理分析合理、逻辑清晰 | |||
3. 仿真验证报告内容详细充分 | |||
附加题 （20分） | 进阶指标 | 20分 | 满足附加题条件指标要求。（极限PVT，至少覆盖以下3种情况：T=85℃、Process=FF、VDD=3.6V；T=-40℃、Process=SS、VDD=3V；T=27℃、Process=TT、VDD=3.3V） |
八、参考资料：
1．基于C2000的调光玻璃逆变控制器设计（https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca971/zhca971.pdf?ts=1736164519808）2．Hybrid ADCs, Smart Sensors for the IoT, and Sub-1V & Advanced Node Analog Circuit Design, Pieter Harpe, Kofi A.A.Makinwa, Andrea Baschirotto.
3．High-Resolution and High-Speed Integrated CMOS AD Converters for Low-Power Applications, Weitao Li, Fule Li, Zhihua Wang.