等离子显示器（PDP）驱动芯片设计及关键技术研究

摘要

功率集成电路在大量的消费电子产品中发挥着越来越重要的作用，面向消费电子应用需求的功率器件和功率集成电路技术成为当前微电子领域研究和开发的重点之一。 近年来等离子显示器(PDP)己成为高清晰度电视(HDTV)及数字电视的主流产品之一。PDP驱动芯片是PDP系统中不可缺少的组成部分，使用量大，占整个PDP系统成本比例高，目前还全部依赖进口。因此，迫切需要研究开发基于国内现有制造工艺的功率器件，设计具有自主知识产权的低成本的PDP驱动芯片。本论文基于国内现有的体硅CMOS制造工艺，研究符合PDP显示驱动要求的高压功率器件及相应的高低压兼容制造工艺，开发相应的PDP驱动芯片，并应用于PDP系统。 论文综述了等离子显示器的特点、应用以及国内外PDP行列高压驱动芯片的研究和发展现状，研究了PDP驱动芯片的特殊高压器件及其工艺。从理论上重点分析和研究了高压偏置栅结构(Offset-Gate MOS)及横向双扩散结构(LDMOS)的可集成器件和各项关键参数，综合评估最佳性能的各项参数值；然后以实现器件结构及设计参数为目标，进行了流片工艺的研究与设计，同时充分考虑对低压标准CMOS工艺的兼容性，完成了工艺流程的设计。在器件和工艺设计的基础上，进行高压器件的建模，解决了将定制设计的特殊高压器件应用到PDP驱动电路的仿真和评估的问题。 论文还分别研究和设计了PDP行、列驱动芯片的控制电路、低压延时驱动电路和信号电平提升电路。低压延时驱动电路的设计在研究了多种延时级电路的基础上，提出了一种易于调整延迟时间的新电路结构，在信号电平提升电路(即高低压转化电路)的设计方案中，针对6管CMOS高低压转换电路，重点分析其功耗和可靠性，得到了最优化的信号电平提升电路设计参数，同时也降低了低压电路版图面积。低压延时驱动电路和高压电路的联调仿真验证了设计的有效性。 论文还研究了PDP驱动芯片的可靠性问题，包括各部分电路的静电泄放(ESD)保护和抗闩锁(Larch Up)效应；分别分析和设计了输入输出部分及高低压接口部分的ESD保护电路，然后重点研究了电源和地之间ESD保护电路，给出了ESD保护电路的实现方案并通过了电路模拟。在此基础上，提出了全芯片的ESD保护网络方案。在ESD保护的基础上提出了防止Latch Up的有效方案，在版图设计上增加多子保护环和少子保护环以避免闩锁效应，最终确定PDP驱动芯片所需的保护方案。 论文最终完成了PDP行列驱动芯片的版图设计，并根据提出的高低压兼容工艺在无锡华润上华半导体公司进行了流片，芯片测试结果完全符合各项设计指标要求，所设计的列驱动芯片SED9006S11和行驱动芯片SED9902SC3成功应用于25寸高分辨率荫罩式PDP显示系统，实现了DVD播放。

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文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1PDP显示器的结构及优点

1.2PDP驱动系统的特点

1.3PDP驱动芯片的发展

1.4本论文的主要工作及意义

第二章 MOS高压器件的研究与建模

2.1MOS高压器件结构的研究与设计

2.2PDP驱动芯片的高低压工艺设计

2.3高压器件的模拟优化及结果

2.4高压器件的Spice模型研究

第三章 PDP驱动电路的研究与芯片设计

3.1PDP列驱动控制电路的设计

3.2PDP行驱动控制电路的设计

3.3PDP驱动芯片的高低压转换电路设计

第四章 PDP驱动芯片的可靠性研究与设计

4.1输入输出电路的ESD保护电路

4.2电源和地之间的ESD保护电路

4.3高低压接口电路的ESD保护电路

4.4ESD保护网络的实现

4.5PDP驱动芯片抗Latchup方法

第五章 PDP驱动芯片的版图设计及系统应用

5.1PDP驱动芯片的高压版图设计

5.2PDP驱动芯片的版图结构

5.3PDP驱动芯片的测试结果

5.4PDP驱动芯片的系统应用

总结及展望

博士论文期间成果情况