论文摘要
白光LED由于发光效率高、寿命长、体积小、环保等优点,已经广泛应用于手机、数码相机、MP4和手提电脑等便携式电子产品领域。近年来,电脑普及率越来越高,消费类电子产品不断更新换代,促使白光LED及其驱动芯片的产量猛增。为满足广泛的市场需求,世界各大半导体企业纷纷开发出各种性能优异的新型白光LED驱动芯片。白光LED驱动芯片的研究设计,已经成为电源管理芯片市场的研究热点。本文设计一款PWM电流控制模式的DC-DC升压驱动芯片,可广泛应用于手机、MP4、手提电脑等便携式电子产品的白光LED背光驱动。芯片采用双反馈环的控制方式,在3～6V的输入电压范围内,恒定输出300mA电流,可稳定驱动3个串联白光LED。芯片集成了大功率开关管、1.2MHz环形振荡器、PWM比较器、带隙基准电压源、多值偏置电压产生电路、误差放大器、过压保护电路和过温保护电路等。搭配电感和电容等少量外围器件,即可对白光LED驱动供电。并可通过外围应用电路,实现软启动、PWM调光等功能。芯片采用无锡上华（CSMC）的标准0.5μm两层多晶硅、三层金属CMOS工艺。论文介绍了白光LED的应用前景,白光LED驱动芯片的国内外研究现状。阐述了PWM峰值电流模式开关电源的基本结构、工作原理及其优缺点,提出了本文设计芯片的具体目标。在芯片总体结构设计和子模块的划分部分,利用Cadence软件完成各个子模块的参数设计、仿真验证等工作,重点分析了其中的带隙基准电压源、环形振荡器和斜坡补偿电路等。搭配外围器件,对整体芯片进行了稳态性能、瞬态性能等仿真。仿真结果表明:在3V、4.2V和6V三个电压值下,芯片在tt和ff工艺角下的输出电压达到12V,输出电流达到300mA,纹波值波动范围在2%以下,而ss工艺角下,输出电压和输出电流的最大值只有11V和280mA,还不能满足设计要求;在三种工艺角下,芯片均可以在300μs内达到稳定输出;在4.2V的典型电压值下,芯片的转换效率达到65.8%。最后,利用Cadence的Virtuoso Layout Editor版图工具完成整体芯片版图绘制,利用Assura版图验证工具完成各个子模块的DRC、LVS验证。