片内锁相的单片集成USM驱动电路设计

发布时间：2021-03-27 15:48

　　随着电机越来越多地应用在我们生活的方方面面,传统电机由于受限于自身结构设计与工作原理很难实现小型化与高效化,与现阶段便携式电子产品的发展趋势存在一定冲突,而超声电机（Ultra Sonic Motor,USM）的出现则在一定程度上填补了传统电机的空白。通过利用压电陶瓷的逆压电效应将定子与转子间的摩擦力转化为动能,具有体积小、抗电磁干扰能力强、扭矩大等特点。而超声电机高驱动电压的需求则对驱动电路的小型化提出了很高的要求。本文设计了一种内置锁相的单片集成USM驱动芯片并流片验证。结合超声电机驱动的特点,采用峰值电流模Boost电路与两路半桥的基本架构,同时通过内置锁相环对外部输入超声电机控制信号进行处理,产生与输入信号频率相同,相差90°的信号,并将这两路信号作为驱动电路控制信号,最大限度减少所需外部信号与片外元件,尽可能减小整个超声电机驱动电路体积。基于0.18μm BCD（Biplor-CMOS-DMOS）工艺,完成了整体芯片电路与版图设计并通过了仿真验证,还对本文所设计的驱动芯片进了流片。芯片测试结果显示所设计的超声电机驱动芯片可以成功驱动超声电机,并且关键参数满足设计要求。在带超声... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

芯片版图

电子科技大学硕士学位论文66与保护，将Boost变换器和半桥中的功率管分别放置在芯片的最下方与芯片的右上角，同时也在版图结构上对其做了额外隔离处理，减小由于开关动作而产生的衬底耦合噪声和热噪声对其他模块的影响；带隙基准源与误差放大器等高精度模块尽可能的放置在远离功率级的位置，其他模块则按照走线最短的原则放置在合适的位置。如图5-4所示为实际绘制的芯片版图，其中包括整体电路结构、ESD保护电路与输入输出PAD等结构，最后整体芯片版图尺寸大小为2.3mm*1.9mm。图5-5芯片封装图芯片采用COB封装形式，这种封装方式具有成本低和寄生参数小的特点。其封装的Bonding线连接如图5-5所示，其中为了减小由于所用金线引入的寄生参数影响，在功率级部分如VSS与LX处均使用多根并联的方式。5.3芯片测试电路及仿真结果5.3.1芯片测试PCB板芯片测试电路PCB实物图如图5-6所示，其中包含了上文所述芯片必要外围元件、关键信号测试端和输入输出信号接线端等，同时为了减小由于PCB引入的寄生参数的影响，所以对于其中功率大电流部分均采用了大线宽并在加工阶段选用加厚铺铜厚度与沉金处理，设计其中黑胶部分为本文设计芯片。

第五章片内锁相的单片集成USM驱动芯片整体版图设计与测试67图5-6芯片测试PCB图5.3.2芯片测试结果VBOOSTILLX图5-7芯片中Boost变换器关键节点测试图如图5-7所示，芯片中Boost变换器处于临界状态下部分关键节点测试波形图，由上到下依次为Boost输出电压波形、电感电流波形与LX点电压波形。从仿真结果中可以看出在此状态下，Boost输出电压约为40V；电感电流纹波约为3A，并且从电感电流波形可以看出此时Boost变换器处于CCM与DCM的临界状态；LX处波形正常，并且由于LX处波形频率与芯片内时钟频率相同，所以可得到系统时钟为1MHz，符合设计要求。

【参考文献】：
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本文编号：3103772