Penjelasan terperinci tentang prinsip reka bentuk dalaman dan analisis struktur cip

abstrak

Sebagai jurutera R&D bekalan kuasa, sudah tentu saya sering bersentuhan dengan pelbagai cip. Sesetengah jurutera mungkin tidak biasa dengan bahagian dalam cip. Ramai pelajar pergi terus ke halaman aplikasi set data apabila menggunakan cip baharu dan membina peranti mengikut reka bentuk yang disyorkan. Itu sahaja. Dengan cara ini, walaupun aplikasi itu baik, butiran teknikal diabaikan dan pengalaman yang lebih baik tidak terkumpul untuk pertumbuhan teknikal anda sendiri. Hari ini, mengambil cip bekalan kuasa step-down DC/DC LM2675 sebagai contoh, prinsip reka bentuk dalaman dan struktur cip berikut diterangkan secara terperinci.  
 Litar aplikasi biasa LM2675-5.0  
   
  Buka Helaian Data LM2675, mula-mula lihat gambarajah blok.
   
 Rajah ini mengandungi semua modul unit dalaman cip bekalan kuasa. Kami telah memahami struktur BUCK dengan baik. Fungsi utama cip ini adalah untuk memacu transistor MOS, dan untuk membentuk transistor MOS kuasa pemacu PWM yang dikawal gelung dengan mengesan keadaan keluaran pin FB, untuk mencapai voltan yang stabil atau output arus malar. Ini ialah bekalan kuasa mod tak segerak, iaitu peranti freewheeling ialah diod luaran, bukan tiub MOS dalaman.Mari analisa bagaimana setiap fungsi direalisasikan.
  Pertama,voltan rujukan  
  Sama seperti bekalan kuasa rujukan reka bentuk litar peringkat papan, voltan rujukan dalaman cip menyediakan voltan rujukan yang stabil untuk litar lain cip. Voltan rujukan ini memerlukan ketepatan tinggi, kestabilan yang baik dan hanyutan suhu yang kecil. Voltan rujukan di dalam cip juga dipanggil voltan rujukan celah jalur, kerana voltan ini hampir dengan voltan celah jalur silikon, jadi ia dipanggil rujukan celah jalur. Nilai ini adalah kira-kira 1.2V, seperti yang ditunjukkan dalam rajah berikut:
 
   
  Mari kita kembali ke buku teks dan bercakap tentang formula, formula arus dan voltan persimpangan PN:  
   
  Ia boleh dilihat bahawa ia adalah eksponen, dan IS ialah arus bocor tepu terbalik (iaitu arus kebocoran persimpangan PN disebabkan oleh hanyut pembawa minoriti). Arus ini adalah berkadar dengan luas simpang PN! Adakah->S ..Dengan cara ini, Vbe=VT*ln(Ic/Is) boleh disimpulkan!Kembali kepada rajah di atas, mengikut analisis penguat operasi, VX=VY, maka ia adalah I1*R1+Vbe1=Vbe2, jadi kita boleh mendapatkan: I1=△Vbe/R1, dan kerana voltan get M3 dan M4 adalah sama, I1=I2 semasa, jadi formula diterbitkan: I1=I2=VT*ln(N/R1) N ialah nisbah kawasan simpang PN Q1 dan Q2!Kembali kepada rajah di atas, mengikut analisis penguat operasi, VX=VY, maka ia adalah I1*R1+Vbe1=Vbe2, jadi kita boleh mendapatkan: I1=△Vbe/R1, dan kerana voltan get M3 dan M4 adalah sama, I1=I2 semasa, jadi formula diterbitkan: I1=I2=VT*ln(N/R1) N ialah nisbah kawasan simpang PN Q1 dan Q2!Dengan cara ini, kami akhirnya mendapat penanda aras Vref=I2*R2+Vbe2. Perkara utama ialah I1 ialah pekali suhu positif, manakala Vbe ialah pekali suhu negatif. Selepas melaraskan nilai N, ia boleh mencapai pampasan suhu yang baik! Dan voltan rujukan yang stabil diperolehi. Secara amnya, reka bentuk industri mengikut 8. Untuk mencapai pekali suhu sifar, Vref=Vbe2+17.2*VT dikira mengikut formula, jadi kira-kira 1.2V Pada masa ini, penanda aras kurang daripada 1V boleh dicapai dalam medan voltan rendah. Selain pekali suhu, terdapat masalah seperti penindasan PSRR terhadap riak bekalan kuasa, dsb., yang tidak dapat diperdalam kerana tahap. Gambar rajah terakhir adalah seperti ini, dan reka bentuk penguat operasi sudah tentu sangat khusus:
   
  Seperti yang ditunjukkan dalam simulasi ciri suhu angka:  
   
  Kedua,OSC dan PWM pengayun
 
Kami tahu bahawa prinsip asas pensuisan bekalan kuasa adalah menggunakan gelombang persegi PWM untuk memacu transistor MOS kuasa, jadi secara semula jadi, kami memerlukan modul yang menjana ayunan. Prinsipnya sangat mudah, iaitu, kapasitor dicas dan dinyahcas untuk membentuk gelombang gigi gergaji dan komparator digunakan untuk menghasilkan gelombang persegi dengan nisbah tugas boleh laras.
 
   
Reka bentuk litar terperinci akhir adalah seperti berikut:
 
   
 Terdapat kesukaran teknikal dalam pampasan cerun dalam mod semasa, yang bertujuan untuk menstabilkan cerun apabila kitaran tugas melebihi 50%. Saya juga mempunyai pemahaman yang cetek, dan pelajar yang berminat boleh mempelajarinya secara terperinci.
  Ketiga,Penguat ralat
  Fungsi penguat ralat adalah untuk mengambil sampel voltan maklum balas untuk memastikan keluaran arus malar atau voltan malar. Dengan itu melaraskan PWM untuk memacu tiub MOS, seperti yang ditunjukkan dalam rajah:
 
   
 
  Keempat,litar pemacu
 Struktur bahagian pemanduan terakhir adalah sangat mudah, iaitu tiub MOS kawasan besar dengan kapasiti arus yang kuat.
 
   
 
  V.Litar modul lain
  Litar modul lain di sini adalah untuk memastikan bahawa cip boleh berfungsi dengan normal dan boleh dipercayai, walaupun ia bukan teras prinsip, tetapi ia benar-benar menduduki kedudukan penting dalam reka bentuk cip.Secara khusus, ia mempunyai beberapa fungsi:
  1,Mulakan modul   Fungsi modul permulaan adalah secara semula jadi untuk memulakan cip berfungsi, kerana pada masa dihidupkan, ada kemungkinan semua arus transistor akan menjadi sifar dan kekal tidak berubah, jadi ia tidak boleh berfungsi. Fungsi memulakan litar adalah bersamaan dengan "menyalakan api" dan kemudian mematikannya. Seperti yang ditunjukkan dalam gambar:Pada saat dihidupkan, S3 dihidupkan secara semula jadi, dan kemudian S2 boleh menghidupkan M4 Q1, dsb., jadi M1 M2 dihidupkan. Litar sumber arus malar di sebelah kanan berfungsi seperti biasa, dan S1 dihidupkan, jadi S2 dimatikan, dan permulaan selesai. Jika tiada S1 S2 S3, arus segera semua transistor ialah 0.
   
  2,Modul perlindungan voltan lampau OVP  Adalah mudah untuk memahami bahawa apabila voltan input terlalu tinggi, output boleh dimatikan oleh tiub suis untuk mengelakkan kerosakan, dan titik perlindungan boleh ditetapkan oleh pembanding.  
   
  3,Modul perlindungan suhu berlebihan OTP   Perlindungan suhu adalah untuk mengelakkan cip daripada rosak oleh suhu tinggi yang tidak normal. Prinsipnya agak mudah. Output dimatikan dengan menggunakan ciri suhu transistor dan kemudian menetapkan titik perlindungan melalui pembanding
   
  4,Modul perlindungan arus lebih OCP  Sebagai contoh, apabila keluaran litar pintas, keadaan tiub keluaran boleh dikawal oleh maklum balas dengan mengesan arus keluaran, dan arus boleh dimatikan atau dihadkan. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, arus transistor diambil secara berkadaran dengan kawasan. Secara amnya, kawasan tiub pensampelan Q2 akan menjadi seperseribu daripada luas tiub keluaran, dan kemudian pemanduan tiub MOS dikawal oleh pembanding voltan.
   
Terdapat beberapa reka bentuk modul tambahan lain  
  Enam.Dan sumber arus malar dan cermin semasa. 
  Di dalam IC, cara menetapkan keadaan kerja setiap transistor adalah melalui arus pincang. Litar sumber arus malar boleh dikatakan sebagai asas kepada semua litar, dan rujukan jurang jalur juga dihasilkan. Kemudian, cermin arus digunakan untuk menyediakan arus bagi setiap modul berfungsi. Cermin semasa digunakan untuk menetapkan arus yang diperlukan melalui kawasan transistor, yang serupa dengan imej cermin.
 
   
  Tujuh,meringkaskan 
 

Perkara di atas mungkin merupakan keseluruhan struktur dalaman cip kuasa DC/DC LM2675, dan ia juga merupakan kajian semula pengetahuan bulu sebelumnya. Sudah tentu, ini hanya struktur asas pada dasarnya. Reka bentuk khusus perlu mempertimbangkan banyak ciri parameter, banyak analisis dan simulasi, dan pemahaman mendalam tentang parameter proses semikonduktor, kerana proses pembuatan menentukan banyak parameter dan prestasi transistor. Saya sudi. Rosak atau tidak boleh digunakan sepenuhnya. Keseluruhan reka bentuk cip juga merupakan kejuruteraan sistem yang rumit, yang memerlukan pengetahuan teori dan pengalaman praktikal yang baik.

Penafian: Artikel ini diterbitkan semula daripada "ittbank". Artikel ini hanya mewakili pandangan peribadi pengarang, dan tidak mewakili pandangan Sacco Micro dan industri. Ia hanya untuk mencetak semula dan berkongsi untuk menyokong perlindungan hak harta intelek. Sila nyatakan sumber dan pengarang asal semasa mencetak semula. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadamkannya.

Tel Syarikat: +86-0755-83044319
Faks/faks:+86-0755-83975897
E-mel: 1615456225@qq.com
QQ: 332496225 Pengurus Qiu
Alamat: Bilik 809, Blok C, Bangunan Teknologi Zhantao, No.1079 Minzhi Avenue, Daerah Baru Longhua, Shenzhen