80V电机驱动芯片保护电路的设计仿真与版图

摘要

智能功率集成电路芯片在工业自动化、生活医疗电器、汽车电子，特别是现代军事、航天航空等领域发挥着越来越大的作用。由于其特殊的使用环境，使芯片的使用寿命和稳定性成为新的研究方向。本文主要工作是为一款基于120V BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺生产的单片电机驱动芯片设计保护电路。该电机驱动芯片的工作电压范围为20V到80V，连续工作电流为5A，静态电流小于25mA，典型功耗3.2W，在同一芯片上集成了LDMOS功率管和Bipolar、CMOS等器件。为了使芯片和所驱动电机能在出现极端情况下得到有效的保护，保护电路要具有：电源欠压保护、驱动电流限制、高温预警与保护、电流采样、电源短路保护这五种自我保护和检测功能。保护电路使芯片不仅能够稳定地驱动电机以及相关的设备，而且能够有效的保护芯片自身安全、延长使用寿命。芯片保护电路的研究对提升芯片质量和完善芯片功能具有重要意义。
　　本文首先介绍了电机驱动芯片的总体结构以及工作模式，并针对其功能从系统的角度概况地阐述80V电路驱动芯片的整体电路构架，子模块功能。重点介绍如何利用电路仿真软件Hspice实现保护电路功能和Cadence中的版图设计软件Virtuoso构建电路实体。
　　文中保护电路被细分为驱动电流限制电路、高温预警与保护电路、电源欠压保护电路、电流采样电路。详述了电路设计与电路功能验证脚本的编辑、仿真过程与结果、电路版图的绘制。在理论分析的基础上，运用Synopsys公司的Hspice仿真软件对电路子模块以及整体电路进行了仿真验证理论上实现功能后，使用Cadence中的Virtuoso版图软件绘制版图，通过Mentor Graphics公司的Calibre软件进行DRC、 LVS验证后，最后交付代工厂流片、封装。

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第一章 绪 论

1.1功率集成电路与BCD工艺的发展历程

1.2 智能功率集成电路的应用

1.3 研究的目标与现实意义

第二章 电路整体结构与器件的选用

2.1 电路结构的主体构架及工作原理

2.2 器件选用

2.3 本章小结

第三章 保护电路子模块的设计与仿真

3.1 保护部分设计

3.2 电源欠压保护部分的分析设计

3.3 高温预警与保护部分的分析设计

3.4电流采样电路分析设计仿真

3.5驱动电流限制电路的分析设计与仿真

3.6 电源短路保护电路设计与仿真

3.7 保护电路设计小结

第四章 保护电路模块的版图设计

4.1版图设计概述

4.2电源欠压保护电路的版图设计

4.3高温预警与保护的版图设计

4.4电流采样的版图设计

4.5驱动电流限制电路的版图设计

4.6电源短路保护电路的版图设计

4.7 保护电路在整体电路版图中的布局

4.8 保护电路版图设计小结

第五章 CAD软件在电路设计仿真与版图设计的使用

5.1 Hspice的使用

5.2 Virtuoso的使用

5.3 CAD软件使用小结

第六章 保护电路设计仿真与版图设计的总结

致谢

参考文献