一种10W半导体大功率乙类输出级的设计

论文摘要

半导体功率器件是电子信息产品的基础元器件，用来输出各种变化的功率信号以便推动负载工作。但是功率集成电路的功耗较大，管子消耗的功率越大，基片温度就越高，散热是这种电路发展的主要障碍，因此良好的热设计对保证电路的各项性能指标非常重要。本课题设计的半导体大功率输出级，不仅能获得大功率输出，而且电路能自检测基片温度，当温度达到一定程度时，启动功率疏导以降低基片温度，实现自保护。本文研究的功率输出级的模块，采用5μm双极型常规工艺，依次做了电路设计、电路仿真、版图设计、版图验证及工艺制造参数计算等工作。在电路结构上设计冗余辅模块，当电路功耗增大，温度升高时对功率输出级的主电路模块进行热疏导，让芯片正常工作。仿真结果表明，各项技术指标都满足设计要求，输出功率的典型值达到了10W，属于国内先进水平。根据元器件在电路中的作用确定了器件单元版图结构，采用热对称布局布线的原则，完成了整个版图的设计，并对版图进行了DRC、LVS验证，DRC验证证明该版图设计符合工艺规则，LVS验证表明版图与电路图一致。并对留片工艺制造的参数进行了计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 功率集成运放国内外研究概况
• 1.2 本课题的研究背景及意义
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第二章 功率输出级电路结构设计理论
• 2.1 功率集成运放电路结构
• 2.2 功率集成运放输出模块的输出管结构
• 2.3 功率模块的热检测
• 2.4 功率模块的热保护
• 2.5 本章小结
• 第三章 10W大功率输出级电路方案
• 3.1 热疏导电路的设计思想
• 3.2 功率输出级工作原理
• 3.3 电路结构设计
• 3.3.1 功率输出级热疏导电路设计
• 3.3.1.1 正半周的主、辅电路模块
• 3.3.1.2 负半周的主、辅电路模块
• 3.3.2 电压偏置电路设计
• 3.3.3 小功率晶体管并联结构
• 3.4 功率输出级整体性能分析
• 3.4.1 功率输出级电路的性能分析
• 3.4.2 功率输出级偏置电路的参数分析
• 第四章 大功率输出级电路的仿真分析
• 4.1 功率输出级的仿真模型
• 4.2 功率集成运放输出级仿真分析
• 4.2.1 正半周的主、辅电路模块仿真分析
• 4.2.2 负半周的主、辅电路模块仿真分析
• 4.2.3 电路的瞬态分析
• 4.2.4 静态功耗分析
• 4.3 仿真小结
• 第五章 大功率输出级版图设计及验证
• 5.1 模拟集成电路版图设计主要内容
• 5.2 工艺规则
• 5.3 基本器件的版图单元结构
• 5.3.1 NPN管的版图结构
• 5.3.2 横向PNP管的版图结构
• 5.3.3 电阻版图结构
• 5.3.4 连线
• 5.4 功率输出级版图设计
• 5.4.1 模拟集成电路版图设计一般原则
• 5.4.2 功率输出级的版图单元结构
• 5.4.3 运放版图的布局布线
• 5.5 版图验证
• 第六章 大功率输出级的制造工艺
• 6.1 主要工艺原理
• 6.2 功率输出级工艺流程
• 6.2.1 NPN管的制造工艺
• 6.6.2 PNP管的制造工艺
• 6.3 功率输出级工艺参数
• 第七章 总结
• 致谢
• 主要参考文献
• 硕士期间发表的论文