一种新型低功耗智能漏电保护器芯片的设计

摘要

该论文设计了一种新型漏电开关保护芯片,在功能上可以取代目前占市场主导地位的日本三菱公司的M54133FP/GP.和采用双极工艺的纯模拟电路芯片M54133FP/GP不同,该芯片采用的是数模混合的CMOS工艺,可以充分利用数字电路所带来的极大的灵活性和强大的功能,比起M54133FP/GP来该芯片具有一些显著的优点.1,因为采用数字电路实现延时,这个芯片在控制原理上采用了定时延,从而使在电力网三级保护下的级间匹配的精确性大大提高,减少了误触发.2,实现了多功能的集成.利用数字电路的灵活性,除了漏电保护这一主功能外,还将电源过压保护,电源过负载保护等功能也都集成了进来,实现了部分电源管理的功能.3,该芯片在进行功能划分时,将尽可能多的功能都利用CMOS数字电路来实现.由于CMOS数字电路本身低功耗的特点,相对于用双极模拟工艺的实现方案大大节省了功耗.4,该芯片外置了两个编程管脚,以便决定是应用在三级保护的哪一级上,具有极大的灵活性和可靠性.5,在数字电路中特别增加了对输入有效信号的判别功能,大大减少了干扰信号造成的漏电保护器误动作.该芯片是一个数模混合信号的芯片,参加了由上海集成电路中心(ICC)组织的MPW计划在无锡上华半导体有限公司流片,采用0.6微米双铝、双多晶硅、准双阱CMOS工艺.芯片面积约为2.1平方毫米,管脚为19个(含测试管脚).

目录

文摘

英文文摘

第一章概述

1.1漏电保护器的用途和意义

1.1.1安装漏电保护器是保证安全的有效措施

1.1.2住宅安装漏电保护器的必要性

1.2漏电保护器的分类

1.3电流型漏电保护器的原理

1.4漏电保护器的分级设置

1.5现有的产品及不足

1.6本课题设计的芯片所具有的优势

第二章芯片整体功能的设计

2.1整体功能介绍

2.3数字和模拟功能的划分及介绍

第三章芯片模拟电路部分功能的设计

3.1上华0.6u混合信号CMOS工艺介绍

3.2带隙基准源电路的设计

3.2.1带隙基准源电路的原理

3.2.2带隙基准源电路的电路图

3.2.3带隙基准源电路的特性

3.3多值偏置产生电路的设计

3.3.1多值偏置产生电路的原理

3.3.2多值偏置产生电路的电路图

3.3.3多值偏置产生电路的特性

3.4缓冲电路的设计

3.4.1缓冲电路的原理

3.4.2缓冲电路的电路图

3.4.3缓冲电路的特性

3.5运算放大器的设计

3.5.1运算放大器电路的原理

3.5.2运算放大器电路的电路图

3.5.3运算放大器电路的特性

3.6比较器电路的设计

第四章芯片数字电路部分功能的设计

4.1数字电路的总体功能

4.2有限状态机（FSM：finita-state machine）的设计

4.3漏电信号判断电路的设计

4.4输出波形生成电路设计

第五章芯片的整合与实现

5.1芯片的设计方法

5.2模拟电路的版图设计简述

5.3芯片的实现

5.4芯片的测试方法

回顾与展望

参考文献

致谢