CMOS多功能漏电保护控制芯片设计

论文摘要

随着我国社会经济建设的快速发展,电网结构越来越庞大与复杂,人们普遍地使用漏电保护器。漏电保护控制芯片作为漏电保护器的核心部分,对漏电保护器的性能影响非常大,所以研究和设计漏电保护控制电路变的尤为重要。本论文设计了一款多功能漏电保护芯片,适用于低压配电系统。芯片设计了漏电保护、过压保护和过负载保护三个主要功能,采用了数字延时电路设计,改进了传统漏电保护芯片有关时间控制电路采用RC延时电路设计,加入了对输入信号有效性的判断功能和多个保护级可选择应用功能,同时还设计了开关控制电路和报警电路,对开关的状态和动作进行全面的控制。电路采用CMOS Chrt0.35μm工艺、数模混合的设计方法,用Cadence IC5141和LDV软件进行设计和仿真。完成了系统中各个功能模块内部所需的带隙基准、运放、逻辑运算等电路的设计,进行了电路的仿真和验证,仿真结果表明实现了各个模块的功能和性能指标,同时,对数字部分总体电路进行了系统仿真,结果表明符合设计要求,文章中最后给出了部分版图的设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 漏电保护器
• 1.1.1 漏电保护器的用途和意义
• 1.1.2 漏电保护器的分类
• 1.1.3 漏电保护器的工作原理
• 1.1.4 漏电保护器的分级保护
• 1.1.5 漏电保护器的发展状况
• 1.2 漏电保护控制芯片
• 1.3 本论文的主要内容
• 第二章 整体设计
• 2.1 整体功能和性能指标
• 2.1.1 过压保护功能和性能指标
• 2.1.2 过负载保护功能和性能指标
• 2.1.3 漏电保护功能和性能指标
• 2.1.4 输入信号的有效性判断功能和性能指标
• 2.1.5 开关控制功能、报警功能及性能指标
• 2.2 系统框图
• 2.2.1 系统的工作过程
• 2.2.2 各个电路具体功能介绍
• 2.3 引脚定义
• 2.4 芯片的应用
• 第三章 模拟部分电路设计
• 3.1 线性稳压器设计
• 3.1.1 稳压器电路的设计目标和设计思想
• 3.1.2 带隙基准电压源的设计
• 3.1.3 误差放大器和调整电路设计
• 3.1.4 偏置电流产生电路设计
• 3.2 低噪声运算放大器设计
• 3.2.1 运算放大器的设计
• 3.2.2 运算放大器的噪声分析
• 3.2.3 运算放大器的仿真
• 3.3 比较器电路设计
• 3.3.1 NMOS管输入比较器电路设计
• 3.3.2 PMOS管输入比较器电路设计
• 3.4 缓冲电路的设计
• 3.4.1 原理和设计思想
• 3.4.2 缓冲电路
• 3.4.3 缓冲电路仿真结果
• 3.5 振荡器电路的设计
• 第四章 数字部分电路设计
• 4.1 主要单元电路
• 4.2 分频电路
• 4.3 漏电判断电路
• 4.3.1 漏电判断电路工作原理
• 4.3.2 脉宽检测电路设计
• 4.3.3 连续性判断电路设计
• 4.3.4 延时判断电路设计
• 4.4 跳闸、合闸电路
• 4.5 报警电路
• 4.6 开关控制电路
• 4.6.1 开关状态判断电路设计
• 4.6.2 5s脉宽检测电路设计
• 4.6.3 开关闭合条件判断电路设计
• 4.6.4 30s延时判断电路设计
• 4.6.5 开关控制总体电路设计
• 4.7 数字部分电路总体仿真
• 4.7.1 系统断开外部开关整体电路仿真结果
• 4.7.2 系统闭合外部开关整体电路仿真结果
• 第五章 版图设计
• 5.1 概述
• 5.2 部分电路版图设计
• 5.2.1 工艺结构的选择
• 5.2.2 设计规则
• 5.2.3 部分电路版图
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献