一款双极基准电压源电路芯片的设计与实现

发布时间：2017-09-29 22:19

  本文关键词：一款双极基准电压源电路芯片的设计与实现

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【摘要】：基准电压源在模拟电路和数模混合电路中应用广泛,作为电路内部的“基准”,基准电压源比一般电压源源具有更高的精度和稳定性。集成电路中使用基准电压源,是为了获得与电源电压、工作温度、负载电流无关的稳定的电压基准,其性能的好坏直接影响电路的稳定工作,因此基准源的设计对使用它的集成电路系统就显得尤为重要。集成电路版图作为电路设计和芯片制造的纽带,版图设计的质量直接决定电路设计能否转化为合格的电路芯片。本文的主要工作就是使用双极工艺完成基准电压源的电路设计设计和版图设计并通过相关验证。本文调研基准电压源的发展现状,分类比较了不同的基准电压源的电路结构和性能特点,重点分析了影响能隙电压基准源的温度特性的主要因素。结合所做基准电压源电路产品开发项目,完成了基准电压源的系统设计和电路设计,并采用Tanner EDA工具对电路进行功能验证。采用某公司成熟的双极工艺模型库进行基准电压源电路的版图设计,结合芯片线提供的设计规则优化版图设计,尽可能降低电路内部器件的参数误差,并实现版图面积最优化,最终完成了版图设计并通过了设计验证。设计完成的版图采用燕东公司50V的5um双极工艺进行项目产品的加工,根据首次流片结果对电路的过温保护功能进行了设计改进。对加工完成的电路芯片封装后进行测试,测试结果显示,输出电压精度可达5±0.05V,线性调整率可达4.29mV,负载调整率可达5.17mV,输出电压温度系数可达36ppm/℃,纹波抑制比可达-65dB。
【关键词】：基准电压源 双极工艺 温度系数 版图设计
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN402
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题背景及研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-10
• 1.3 本文主要工作10-13
• 第2章 基准电压源电路的分类比较和性能分析13-23
• 2.1 基准电压源的主要技术指标13-14
• 2.1.1 基准电压精度13
• 2.1.2 温度系数13
• 2.1.3 线性调整率13-14
• 2.1.4 负载调整率14
• 2.1.5 电源电压抑制比14
• 2.2 基准电压源的分类及主要特点14-20
• 2.2.1 齐纳基准14-16
• 2.2.2 隐埋齐纳基准16-17
• 2.2.3 XFET基准17-18
• 2.2.4 带隙基准18-20
• 2.3 带隙基准电压源的温度特性分析20-22
• 2.3.1 负温度系数项V_(be)20-21
• 2.3.2 正温度系数项V_T21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 基准电压源电路的设计方案与硬件实现23-37
• 3.1 基准电压源电路的设计要求23-24
• 3.1.1 功能要求23
• 3.1.2 极限参数设计要求23-24
• 3.1.3 电特性设计指标24
• 3.2 电路设计开发环境24-26
• 3.2.1 电路图编辑工具S-Edit25
• 3.2.2 电路仿真工具T-Spice25
• 3.2.3 波形图编辑工具W-Edit25-26
• 3.2.4 版图编辑工具L-Edit26
• 3.2.5 电路原理图和版图对比工具LVS26
• 3.3 电路的系统设计26-27
• 3.4 基准电路设计27-28
• 3.5 误差放大器电路设计28-29
• 3.6 启动电路设计29-30
• 3.7 调整电路及取样电路设计30-31
• 3.8 保护电路设计31-33
• 3.8.1 过热保护电路31
• 3.8.2 安全工作区保护电路31-33
• 3.9 基准电压源电路的整体仿真验证33-35
• 3.9.1 电路的输出电压及线性调整率33-34
• 3.9.2 负载调整率34-35
• 3.9.3 温度特性35
• 3.10 本章小结35-37
• 4. 基准电压源电路的版图设计与验证37-53
• 4.1 版图设计的相关技术37-39
• 4.1.1 版图设计概述37
• 4.1.2 版图的一般设计流程37-38
• 4.1.3 版图的一般设计规则38-39
• 4.2 版图设计采用的工艺39-43
• 4.2.1 初始材料39-40
• 4.2.2 N型埋层40
• 4.2.3 外延生长40
• 4.2.4 隔离扩散40-41
• 4.2.5 深N+扩散41
• 4.2.6 基区注入41-42
• 4.2.7 发射区扩散42
• 4.2.8 接触孔制作42
• 4.2.9 正面金属化42-43
• 4.2.10 钝化层保护43
• 4.3 基准电压源电路的版图设计43-50
• 4.3.1 版图设计的分层43-44
• 4.3.2 版图设计采用的器件44-49
• 4.3.3 版图的总图设计49-50
• 4.4 版图验证50-52
• 4.4.1 版图的DRC验证51
• 4.4.2 版图的ERC验证51
• 4.4.3 版图的LVS验证51-52
• 4.4.4 版图的人工验证52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 基准电压源电路的加工结果与设计改进53-57
• 5.1 初次加工的样品测试情况53-55
• 5.1.1 全参数测试情况53-54
• 5.1.2 过温保护功能测试情况54
• 5.1.3 过流、过压保护功能测试情况54-55
• 5.2 设计改进55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 结论57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63

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本文编号：944564