चिप के आंतरिक डिज़ाइन सिद्धांत और संरचनात्मक विश्लेषण की विस्तृत व्याख्या

सार

एक बिजली आपूर्ति आर एंड डी इंजीनियर के रूप में, निश्चित रूप से, मैं अक्सर विभिन्न चिप्स के संपर्क में आता हूं। कुछ इंजीनियर चिप के अंदर के भाग से परिचित नहीं हो सकते हैं। कई छात्र नए चिप्स लागू करते समय सीधे डेटा सेट के एप्लिकेशन पृष्ठ पर जाते हैं, और अनुशंसित डिज़ाइन के अनुसार बाह्य उपकरणों का निर्माण करते हैं। इतना ही। इस तरह, भले ही एप्लिकेशन ठीक हो, तकनीकी विवरणों को नजरअंदाज कर दिया जाता है, और आपके अपने तकनीकी विकास के लिए बेहतर अनुभव जमा नहीं हो पाता है। आज, डीसी/डीसी स्टेप-डाउन पावर सप्लाई चिप LM2675 को एक उदाहरण के रूप में लेते हुए, निम्नलिखित चिप्स के आंतरिक डिजाइन सिद्धांत और संरचना को विस्तार से समझाया गया है।  
 LM2675-5.0 का विशिष्ट अनुप्रयोग सर्किट  
   
  LM2675 की डेटाशीट खोलें, पहले ब्लॉक आरेख देखें।
   
 इस आरेख में बिजली आपूर्ति चिप के सभी आंतरिक इकाई मॉड्यूल शामिल हैं। हमने BUCK संरचना को अच्छी तरह से समझ लिया है। इस चिप का मुख्य कार्य एमओएस ट्रांजिस्टर को चलाना है, और एफबी पिन की आउटपुट स्थिति का पता लगाकर लूप-नियंत्रित पीडब्लूएम ड्राइव पावर एमओएस ट्रांजिस्टर बनाना है, ताकि स्थिर वोल्टेज या निरंतर वर्तमान आउटपुट प्राप्त किया जा सके। यह एक अतुल्यकालिक मोड विद्युत आपूर्ति है, अर्थात, फ्रीव्हीलिंग डिवाइस एक बाहरी डायोड है, न कि एक आंतरिक एमओएस ट्यूब।आइए विश्लेषण करें कि प्रत्येक फ़ंक्शन कैसे साकार होता है।
  सबसे पहले,संदर्भ वोल्टेज  
  बोर्ड-स्तरीय सर्किट डिज़ाइन की संदर्भ बिजली आपूर्ति के समान, चिप का आंतरिक संदर्भ वोल्टेज चिप के अन्य सर्किट के लिए एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज प्रदान करता है। इस संदर्भ वोल्टेज के लिए उच्च परिशुद्धता, अच्छी स्थिरता और छोटे तापमान बहाव की आवश्यकता होती है। चिप के अंदर के रेफरेंस वोल्टेज को बैंडगैप रेफरेंस वोल्टेज भी कहा जाता है, क्योंकि यह वोल्टेज सिलिकॉन के बैंडगैप वोल्टेज के करीब होता है, इसलिए इसे बैंडगैप रेफरेंस कहा जाता है। यह मान लगभग 1.2V है, जैसा कि निम्नलिखित चित्र में दिखाया गया है:
 
   
  आइए पाठ्यपुस्तक पर वापस जाएं और पीएन जंक्शन के सूत्र, वर्तमान और वोल्टेज सूत्र के बारे में बात करें:  
   
  यह देखा जा सकता है कि यह घातीय है, और आईएस रिवर्स संतृप्त लीकेज करंट है (यानी अल्पसंख्यक वाहक बहाव के कारण पीएन जंक्शन का लीकेज करंट)। यह धारा पीएन जंक्शन के क्षेत्रफल के समानुपाती होती है! है->S ..इस प्रकार, Vbe=VT*ln(Ic/Is) निकाला जा सकता है!उपरोक्त आंकड़े पर वापस जाएं, परिचालन एम्पलीफायर विश्लेषण के अनुसार, VX=VY, तो यह I1*R1+Vbe1=Vbe2 है, इसलिए हम प्राप्त कर सकते हैं: I1=△Vbe/R1, और क्योंकि M3 और M4 के गेट वोल्टेज हैं वही, वर्तमान I1=I2, इसलिए सूत्र प्राप्त होता है: I1=I2=VT*ln(N/R1) N, Q1 और Q2 के PN जंक्शन क्षेत्रों का अनुपात है!उपरोक्त आंकड़े पर वापस जाएं, परिचालन एम्पलीफायर विश्लेषण के अनुसार, VX=VY, तो यह I1*R1+Vbe1=Vbe2 है, इसलिए हम प्राप्त कर सकते हैं: I1=△Vbe/R1, और क्योंकि M3 और M4 के गेट वोल्टेज हैं वही, वर्तमान I1=I2, इसलिए सूत्र प्राप्त होता है: I1=I2=VT*ln(N/R1) N, Q1 और Q2 के PN जंक्शन क्षेत्रों का अनुपात है!इस तरह, हमें अंततः बेंचमार्क Vref=I2*R2+Vbe2 मिलता है। मुख्य बात यह है कि I1 एक सकारात्मक तापमान गुणांक है, जबकि Vbe एक नकारात्मक तापमान गुणांक है। एन के मूल्य को समायोजित करने के बाद, यह अच्छा तापमान मुआवजा प्राप्त कर सकता है! और एक स्थिर संदर्भ वोल्टेज प्राप्त होता है। आम तौर पर, उद्योग 8 के अनुसार डिजाइन करता है। शून्य तापमान गुणांक प्राप्त करने के लिए, Vref=Vbe2+17.2*VT की गणना सूत्र के अनुसार की जाती है, इसलिए यह लगभग 1.2V है। वर्तमान में, 1V से कम का बेंचमार्क प्राप्त किया जा सकता है निम्न-वोल्टेज क्षेत्र. तापमान गुणांक के अलावा, बिजली आपूर्ति तरंग के पीएसआरआर दमन आदि जैसी समस्याएं भी हैं, जिन्हें स्तर के कारण गहरा नहीं किया जा सकता है। अंतिम आरेख इस प्रकार है, और परिचालन एम्पलीफायर का डिज़ाइन निश्चित रूप से बहुत खास है:
   
  जैसा कि चित्र तापमान विशेषता सिमुलेशन में दिखाया गया है:  
   
  द्वितीय।ऑसिलेटर ओएससी और पीडब्लूएम
 
हम जानते हैं कि बिजली आपूर्ति स्विच करने का मूल सिद्धांत पावर एमओएस ट्रांजिस्टर को चलाने के लिए पीडब्लूएम वर्ग तरंग का उपयोग करना है, इसलिए स्वाभाविक रूप से, हमें एक मॉड्यूल की आवश्यकता है जो दोलन उत्पन्न करता है। सिद्धांत बहुत सरल है, अर्थात, संधारित्र को सॉटूथ तरंग बनाने के लिए चार्ज और डिस्चार्ज किया जाता है और समायोज्य कर्तव्य अनुपात के साथ वर्ग तरंग उत्पन्न करने के लिए तुलनित्र का उपयोग किया जाता है।
 
   
अंतिम विस्तृत सर्किट डिज़ाइन इस प्रकार है:
 
   
 वर्तमान मोड में ढलान मुआवजे में एक तकनीकी कठिनाई है, जिसका उद्देश्य कर्तव्य चक्र 50% से अधिक होने पर ढलान को स्थिर करना है। मेरी समझ भी सतही है और इच्छुक छात्र इसका विस्तार से अध्ययन कर सकते हैं।
  तृतीय।त्रुटि प्रवर्धक
  त्रुटि एम्पलीफायर का कार्य आउटपुट निरंतर वर्तमान या निरंतर वोल्टेज सुनिश्चित करने के लिए फीडबैक वोल्टेज का नमूना लेना है। जिससे एमओएस ट्यूब को चलाने के पीडब्लूएम को समायोजित किया जा सके, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:
 
   
 
  चतुर्थ।ड्राइव सर्किट
 अंतिम ड्राइविंग भाग की संरचना बहुत सरल है, यानी, मजबूत वर्तमान क्षमता वाला एक बड़े क्षेत्र वाली एमओएस ट्यूब।
 
   
 
  पांचवां,अन्य मॉड्यूल सर्किट
  यहां अन्य मॉड्यूल सर्किट यह सुनिश्चित करने के लिए हैं कि चिप सामान्य और विश्वसनीय रूप से काम कर सके, हालांकि वे सिद्धांत के मूल नहीं हैं, लेकिन वे वास्तव में चिप के डिजाइन में एक महत्वपूर्ण स्थान रखते हैं।विशेष रूप से, इसके कई कार्य हैं:
  1,मॉड्यूल शुरू करें   स्टार्टअप मॉड्यूल का कार्य स्वाभाविक रूप से चिप को काम करना शुरू करना है, क्योंकि पावर-ऑन के समय, यह संभव है कि सभी ट्रांजिस्टर धाराएं शून्य होंगी और अपरिवर्तित रहेंगी, इसलिए यह काम नहीं कर सकती है। सर्किट को शुरू करने का कार्य "आग जलाने" और फिर उसे बंद करने के बराबर है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है:पावर-ऑन के समय, S3 स्वाभाविक रूप से चालू होता है, और फिर S2 M4 Q1 आदि को चालू कर सकता है, इसलिए M1 M2 चालू होता है। दाईं ओर निरंतर वर्तमान स्रोत सर्किट सामान्य रूप से काम करता है, और S1 चालू होता है, इसलिए S2 बंद हो जाता है, और स्टार्टअप पूरा हो जाता है। यदि कोई S1 S2 S3 नहीं है, तो सभी ट्रांजिस्टर की तात्कालिक धारा 0 है।
   
  2,ओवरवॉल्टेज सुरक्षा मॉड्यूल ओवीपी  यह समझना आसान है कि जब इनपुट वोल्टेज बहुत अधिक होता है, तो क्षति से बचने के लिए स्विच ट्यूब द्वारा आउटपुट को बंद किया जा सकता है, और तुलनित्र द्वारा एक सुरक्षा बिंदु निर्धारित किया जा सकता है।  
   
  3,अधिक तापमान संरक्षण मॉड्यूल ओटीपी   तापमान संरक्षण का उद्देश्य चिप को असामान्य उच्च तापमान से क्षतिग्रस्त होने से बचाना है। सिद्धांत अपेक्षाकृत सरल है. ट्रांजिस्टर की तापमान विशेषताओं का उपयोग करके और फिर तुलनित्र के माध्यम से सुरक्षा बिंदु सेट करके आउटपुट बंद कर दिया जाता है
   
  4,ओवरकरंट सुरक्षा मॉड्यूल ओसीपी  उदाहरण के लिए, जब आउटपुट शॉर्ट-सर्किट होता है, तो आउटपुट ट्यूब की स्थिति को आउटपुट करंट का पता लगाकर नियंत्रित किया जा सकता है, और करंट को बंद या सीमित किया जा सकता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, ट्रांजिस्टर की धारा का नमूना क्षेत्र के अनुपात में लिया जाता है। आम तौर पर, सैंपलिंग ट्यूब Q2 का क्षेत्रफल आउटपुट ट्यूब के क्षेत्रफल का एक हजारवां हिस्सा होगा, और फिर एमओएस ट्यूब की ड्राइविंग को वोल्टेज तुलनित्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
   
कुछ अन्य सहायक मॉड्यूल डिज़ाइन हैं  
  छठी।और निरंतर वर्तमान स्रोत और वर्तमान दर्पण। 
  आईसी के अंदर, प्रत्येक ट्रांजिस्टर की कार्यशील स्थिति को बायस करंट के माध्यम से कैसे सेट किया जाए। निरंतर वर्तमान स्रोत सर्किट को सभी सर्किटों की आधारशिला कहा जा सकता है, और बैंड गैप संदर्भ भी उत्पन्न होता है। फिर, प्रत्येक कार्यात्मक मॉड्यूल के लिए करंट प्रदान करने के लिए करंट मिरर का उपयोग किया जाता है। वर्तमान दर्पण का उपयोग ट्रांजिस्टर के क्षेत्र के माध्यम से आवश्यक धारा को सेट करने के लिए किया जाता है, जो दर्पण छवि के समान है।
 
   
  सातवीं।संक्षेप में प्रस्तुत करना 
 

उपरोक्त संभवतः DC/DC पावर चिप LM2675 की संपूर्ण आंतरिक संरचना है, और यह पिछले फर ज्ञान की समीक्षा भी है। बेशक, सिद्धांत रूप में यह केवल बुनियादी संरचना है। एक विशिष्ट डिज़ाइन के लिए बहुत सारी पैरामीटर विशेषताओं, बहुत सारे विश्लेषण और सिमुलेशन और अर्धचालक प्रक्रिया मापदंडों की गहरी समझ पर विचार करने की आवश्यकता होती है, क्योंकि विनिर्माण प्रक्रिया ट्रांजिस्टर के कई मापदंडों और प्रदर्शन को निर्धारित करती है। मैं करता हूँ। दोषपूर्ण या पूर्णतः अनुपयोगी। संपूर्ण चिप डिज़ाइन भी एक जटिल सिस्टम इंजीनियरिंग है, जिसके लिए अच्छे सैद्धांतिक ज्ञान और व्यावहारिक अनुभव की आवश्यकता होती है।

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