Explication détaillée du principe de conception interne et de l'analyse structurelle de la puce

résumé

En tant qu'ingénieur R&D en alimentation électrique, j'entre bien sûr souvent en contact avec diverses puces. Certains ingénieurs ne connaissent peut-être pas l’intérieur de la puce. De nombreux étudiants accèdent directement à la page d'application de l'ensemble de données lors de l'application de nouvelles puces et construisent des périphériques selon la conception recommandée. C'est ça. De cette façon, même si l'application fonctionne correctement, les détails techniques sont ignorés et une meilleure expérience n'est pas accumulée pour votre propre croissance technique. Aujourd'hui, en prenant comme exemple la puce d'alimentation abaisseur DC/DC LM2675, le principe de conception interne et la structure des puces suivantes sont expliqués en détail.  
 Circuit d'application typique du LM2675-5.0  
   
  Ouvrez la fiche technique du LM2675, regardez d'abord le schéma fonctionnel.
   
 Ce schéma contient tous les modules de l'unité interne de la puce d'alimentation. Nous avons bien compris la structure du BUCK. La fonction principale de cette puce est de piloter le transistor MOS et de former un transistor MOS de puissance de commande PWM contrôlé par boucle en détectant l'état de sortie de la broche FB, de manière à obtenir une tension stable ou une sortie de courant constant. Il s'agit d'une alimentation en mode asynchrone, c'est-à-dire que le dispositif de roue libre est une diode externe et non un tube MOS interne.Analysons comment chaque fonction est réalisée.
  一tension de référence  
  Semblable à l'alimentation de référence d'une conception de circuit au niveau de la carte, la tension de référence interne de la puce fournit une tension de référence stable pour les autres circuits de la puce. Cette tension de référence nécessite une haute précision, une bonne stabilité et une faible dérive de température. La tension de référence à l'intérieur de la puce est également appelée tension de référence de bande interdite, car cette tension est proche de la tension de bande interdite du silicium, elle est donc appelée référence de bande interdite. Cette valeur est d'environ 1.2 V, comme le montre la figure suivante :
 
   
  Revenons au manuel et parlons de la formule, de la formule de courant et de tension de la jonction PN :  
   
  On peut voir qu'il est exponentiel et que IS est un courant de fuite saturé inverse (c'est-à-dire un courant de fuite de la jonction PN provoqué par une dérive de porteur minoritaire). Ce courant est proportionnel à la surface de la jonction PN ! Est->S ..De cette façon, on peut en déduire Vbe=VT*ln(Ic/Is) !Revenons à la figure ci-dessus, d'après l'analyse de l'amplificateur opérationnel, VX=VY, alors c'est I1*R1+Vbe1=Vbe2, donc on peut obtenir : I1=△Vbe/R1, et parce que les tensions de grille de M3 et M4 sont pareil, le courant I1=I2, donc la formule est dérivée : I1=I2=VT*ln(N/R1) N est le rapport des zones de jonction PN de Q1 et Q2 !Revenons à la figure ci-dessus, d'après l'analyse de l'amplificateur opérationnel, VX=VY, alors c'est I1*R1+Vbe1=Vbe2, donc on peut obtenir : I1=△Vbe/R1, et parce que les tensions de grille de M3 et M4 sont pareil, le courant I1=I2, donc la formule est dérivée : I1=I2=VT*ln(N/R1) N est le rapport des zones de jonction PN de Q1 et Q2 !De cette façon, on obtient finalement le cas-test Vref=I2*R2+Vbe2. Le point clé est que I1 est un coefficient de température positif, tandis que Vbe est un coefficient de température négatif. Après avoir ajusté la valeur de N, il peut obtenir une bonne compensation de température ! Et une tension de référence stable est obtenue. Généralement, l'industrie conçoit selon 8. Afin d'atteindre un coefficient de température nul, Vref=Vbe2+17.2*VT est calculé selon la formule, il est donc d'environ 1.2 V. À l'heure actuelle, la référence de moins de 1 V peut être atteinte en le domaine basse tension. Outre le coefficient de température, il existe des problèmes tels que la suppression PSRR de l'ondulation de l'alimentation électrique, etc., qui ne peuvent pas être approfondis en raison du niveau. Le dernier schéma est le suivant, et la conception de l'amplificateur opérationnel est bien sûr très particulière :
   
  Comme le montre la figure simulation des caractéristiques de température :  
   
  、Oscillateur OSC et PWM
 
Nous savons que le principe de base de l'alimentation à découpage est d'utiliser une onde carrée PWM pour piloter le transistor MOS de puissance, nous avons donc naturellement besoin d'un module qui génère une oscillation. Le principe est très simple, c'est-à-dire que le condensateur est chargé et déchargé pour former une onde en dents de scie et que le comparateur est utilisé pour générer une onde carrée avec un rapport cyclique réglable.
 
   
La conception finale détaillée du circuit est la suivante :
 
   
 Il existe une difficulté technique dans la compensation de pente en mode courant, qui vise à stabiliser la pente lorsque le rapport cyclique est supérieur à 50 %. J'ai également une compréhension superficielle et les étudiants intéressés peuvent l'étudier en détail.
  Troisièmement,Amplificateur d'erreur
  La fonction de l'amplificateur d'erreur est d'échantillonner la tension de rétroaction pour garantir un courant constant ou une tension constante de sortie. Ajustant ainsi le PWM de pilotage du tube MOS, comme indiqué dans le schéma :
 
   
 
  、circuit d'entraînement
 La structure de la dernière partie d'entraînement est très simple, c'est-à-dire un tube MOS de grande surface avec une forte capacité de courant.
 
   
 
  、Autres circuits de modules
  Les autres circuits du module ici visent à garantir que la puce peut fonctionner normalement et de manière fiable, bien qu'ils ne soient pas au cœur du principe, mais ils occupent en réalité une position importante dans la conception de la puce.Concrètement, il a plusieurs fonctions :
  1,Démarrer le module   La fonction du module de démarrage est naturellement de faire fonctionner la puce, car au moment de la mise sous tension, il est possible que tous les courants des transistors soient nuls et restent inchangés, donc cela ne peut pas fonctionner. La fonction de démarrer le circuit équivaut à « allumer un feu » puis à l'éteindre. Comme le montre la figure:Au moment de la mise sous tension, S3 est naturellement allumé, puis S2 peut allumer M4 Q1, etc., donc M1 M2 est allumé. Le circuit source de courant constant sur la droite fonctionne normalement, et S1 est allumé, donc S2 est éteint et le démarrage est terminé. S'il n'y a pas de S1 S2 S3, le courant instantané de tous les transistors est égal à 0.
   
  2,Module de protection contre les surtensions OVP  Il est facile de comprendre que lorsque la tension d'entrée est trop élevée, la sortie peut être désactivée par le tube de commutation pour éviter tout dommage, et un point de protection peut être défini par le comparateur.  
   
  3,Module de protection contre la surchauffe OTP   La protection contre la température vise à empêcher la puce d'être endommagée par une température anormalement élevée. Le principe est relativement simple. La sortie est désactivée en utilisant les caractéristiques de température du transistor, puis en réglant le point de protection via le comparateur.
   
  4,Module de protection contre les surintensités OCP  Par exemple, lorsque la sortie est court-circuitée, l'état du tube de sortie peut être contrôlé par rétroaction en détectant le courant de sortie, et le courant peut être désactivé ou limité. Comme le montre la figure, le courant du transistor est échantillonné proportionnellement à la surface. Généralement, la surface du tube d'échantillonnage Q2 sera un millième de la surface du tube de sortie, et ensuite l'attaque du tube MOS est contrôlée par le comparateur de tension.
   
Il existe d'autres modèles de modules auxiliaires  
  、Et source de courant constant et miroir de courant. 
  À l'intérieur du circuit intégré, la manière de définir l'état de fonctionnement de chaque transistor se fait via le courant de polarisation. Le circuit source de courant constant peut être considéré comme la pierre angulaire de tous les circuits, et une référence de bande interdite est également produite. Ensuite, le miroir de courant est utilisé pour fournir du courant à chaque module fonctionnel. Le miroir de courant est utilisé pour définir le courant requis dans la zone du transistor, ce qui est similaire à l'image miroir.
 
   
  、résumé 
 

Ce qui précède est probablement toute la structure interne de la puce d'alimentation DC/DC LM2675, et c'est également un examen des connaissances antérieures en matière de fourrure. Bien entendu, il ne s’agit là que d’une structure de base. Une conception spécifique doit prendre en compte de nombreuses caractéristiques de paramètres, de nombreuses analyses et simulations, ainsi qu'une compréhension approfondie des paramètres du processus de semi-conducteur, car le processus de fabrication détermine de nombreux paramètres et performances des transistors. Je fais. Défectueux ou complètement inutilisable. La conception globale de la puce est également une ingénierie système complexe, qui nécessite de bonnes connaissances théoriques et une expérience pratique.

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