单片降压型DC-DC变换器芯片电路分析与版图优化设计

摘要

单片式 DC-DC变换器芯片具有集成度高、性价比高、最简外围电路、能构成高效率电源等特点,使得其被广泛的应用。尤其是最近几年便携数码产品的迅速发展,使得开关电源的作用越来越重要。
　　本文首先对单片降压型DC-DC开关电源芯片的工作原理、系统构成及PWM控制方式进行了研究和分析;然后根据功能需要以及设计要求对电路进行模块划分,通过对各个模块的分析、计算将高压管和低压管分离;并对集成电路内的各个模块包括电流偏置电路、基准电压电路、误差放大电路、三角波振荡器发生电路、PWM比较电路、驱动电路、过热保护电路和过流保护等性能指标进行了分析与仿真,并基于Cadence工作平台采用西岳3um双极型工艺模型,使用Spectre和Hspice等EDA工具对芯片进行系统级仿真,仿真结果验证了设计方案的可行性和理论分析的正确性;在进行版图设计时,将电路元件的高、低压管划分在不同的区域,对于高、低压部分分别采用3um/40V和3um/5V的设计规则。通过这样的版图优化设计,在不影响芯片性能的情况下,版图面积明显减小,成本大大降低。通过 DRC(Design Rule Check)和LVS(Layout Versus Schematics)检查验证后,进行流片,芯片性能测试结果说明了设计电路和版图的正确性。

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1 绪论

1.1 本课题研究背景及研究意义

1.2 研究动态与发展趋势

1.3 本论文的目标及主要工作

2 Buck变换器组成及工作原理

2.1 开关变换器的组成原理及分类

2.2 非同步降压式开关变换器

2.3 开关变换器的调制方式及其特点

2.4 电压模式PWM控制技术

2.5 DC-DC变换器芯片设计指标

2.6 电源管理芯片系统组成及应用电路

2.7 本章小结

3 DC-DC电源管理芯片电路分析与仿真

3.1 单片降压型DC-DC变换器电路高、低压管定性分析

3.2 单片降压型DC-DC变换器电路定量分析

3.3 电路原理分析与仿真验证

3.4 系统仿真

3.5 本章小结

4 版图优化设计与芯片测试

4.1 版图设计基本规则和流程

4.2 基本器件版图设计

4.3 关键器件的版图优化设计

4.4 版图设计中需要考虑的其他因素

4.5 整体版图优化设计

4.6 芯片版图的物理验证

4.7 芯片测试报告

4.8 本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附 录