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单片式电源管理芯片设计

罗杰  
【摘要】:电源管理芯片是指将电源有效分配给系统不同组件的管理芯片,通过芯片管理降低组件闲置时的能耗,为整个系统节能。电源管理芯片在邮电通信、仪器仪表、工业设备、消费电子等诸多领域有着广泛的应用,为系统提供稳定、高效的动力并为节能作出了重要的贡献。 BCD(Bipolar CMOS DMOS)工艺是把双极器件,CMOS器件和DMOS功率器件同时制作在同一芯片上。它综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力,CMOS器件高集成度、低功耗,和功率器件大功率的优点,所以BCD工艺是最符合功率驱动电路的工艺。 论文主要研究基于BCD工艺开发及单片高压开关电源电路的实现及优化。在工艺及器件方面—建设一条光刻掩膜层次少、700v/40v/5v器件兼容性好、集成具有低比导通电阻700v LDMOS的稳定工艺平台,同时验证LIGBT的开关频率和导通功耗关系以满足在不同功率运用下具有最优频率和功耗折中关系的功率管相匹配;在控制电路方面—利用合作开发的工艺平台设计一款具有AC-DC转换,可实现恒流及恒压输出的电源管理芯片,该芯片的控制部分具有时序、PSM(跨周期调制)控制、各种故障保护、回路调节、限流调节、功率管开关控制等完备功能。根据论文的设计要求进行器件选定和设计。确定整体工艺流程后通过MEDICI及Tsuprem-4分别对各选定器件进行工艺器件联合仿真,通过仿真得出结构分布和尺寸大小。器件流片、测试后,提取器件参数以及建立器件模型,然后进行开关电源电路设计和仿真。该芯片包含了带隙基准电压源、电流极限比较器、5.8v调整器、振荡器等低压控制子模块,来控制高压器件的开关状态。 在电路设计的过程中,需先对国外较新的单片开关电源进行提取,再划分电路的功能块并分析和改善各功能块的功能。在功能清晰的基础上用Hspice对电路模拟仿真及完成容差分析。用Cadence完成电路的版图设计。最后采用开发的BCD工艺投片生产并封装、测试。


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