基于BiCMOS的单片开关电源管理芯片

摘要

单片开关电源自从20世纪90年代中期问世以来，以具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等特点，显示出强大的生命力。电子产业、计算机和通信等领域的飞速发展，成为开关电源朝着短、小、轻、薄方向发展的巨大推动力。由此也促成了大力研发高性能、低功耗、高集成度型单片开关电源管理集成电路的迫切需求。 BiCMOS(Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor)是一种结合CMOS与双极型器件结构在单一集成电路内的技术。它既保持了CMOS电路在功耗、噪声容限和封装密度上的优势，又获得了与双极电路相媲美的高开关速度、强电流驱动能力和较佳的模拟电路性能。因此，近年来该技术正日益受到集成电路(IC)业界的关注和高度重视。 本文设计的单片开关电源管理IC，实现将脉宽调制器、带隙基准电压源、振荡器、并联调整器、过电流保护电路等低压控制电路部分与高压功率管单片集成化，并采用先进的BiCMOS工艺技术，使单片开关电源IC的性能得到提高。本文对单片开关电源管理IC的单元模块进行了反复的仿真试验，并达到了预先设定的指标。所设计的单片开关电源管理IC工作于脉冲宽度调制控制方式，即PWM控制方式。开关频率为100kHz，输出信号占空比可在7％～68％的范围内进行调节，电路正常工作温度范围是0℃～80℃，适用于中、小功率开关电源中。 本文根据单片开关电源管理IC的性能要求，结合目前IC的工艺水平，提出了实现本文所设计的单片开关电源管理IC的BiCMOS工艺设计要点。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1BiCMOS技术的研究进展

1.2单片开关电源管理芯片现状及其发展趋势

1.3论文研究的意义

1.4本文研究的主要内容及论文章节安排

第二章单片开关电源管理芯片的整体设计方案

2.1管理电路结构和主要组成部分的原理

2.2工艺设计方案

2.3整体电路设计

2.3.1管理芯片的控制方式

2.3.2PWM控制方式

2.3.3电路的整体结构设计

第三章BiCMOS工艺技术与控制逻辑电路

3.1BiCMOS工艺的实现

3.2BiCMOS工艺结构

3.3CMOS/BiCMOS主要性能比较

3.3.1负载能力及延迟时间

3.3.2集成度及功耗

3.4单片开关电源管理芯片的BiCMOS数字逻辑部分电路设计

3.4.1BiCMOS反相器设计

3.4.2典型的BiCMOS与非门和或非门

3.4.3BiCMOS RS触发器

3.4.4全摆幅BiCMOS逻辑门

第四章单片开关电源管理IC功能电路的设计

4.1带隙基准电压源的设计

4.1.1设计思路

4.1.2基本原理

4.1.3能隙基准电压源电路

4.2振荡器的设计

4.2.1设计方案

4.2.2电路结构与分析

4.3并联调整器的设计

4.3.1设计思路

4.3.2并联调整器电路

4.4关断--重启电路

4.4.1设计思路

4.4.2关断--重启动电路

4.5PWM比较器的设计

4.5.1设计思路

4.5.2PWM比较电路

4.6过热保护电路的设计

4.6.1设计思路

4.6.2过热保护电路

4.7前沿消隐与过流保护电路

4.7.1设计思路

4.7.2前沿消隐和过流保护电路

4.8功率管驱动电路

4.8.1设计思路

4.8.2功率开关管驱动电路

第五章BiCMOS工艺技术设计

5.10.6μmBiCMOS器件结构及其参数

5.20.6μmBiCMOS工艺技术要点

5.2.1工艺流程中的制作要点

5.2.2集成器件制作要点

5.2.3双极型器件的形成

5.2.4CMOS器件的形成

第六章电路仿真

6.1仿真工具简介

6.2器件模型参数

6.2.1双极型管模型参数

6.2.2MOS管主要模型参数的选取

6.3子模块电路的仿真

第七章结论与展望

7.1论文工作总结

7.2结论与讨论

7.3展望

致谢

参考文献

本文作者硕士生期间论文发表的情况