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m88下注网mansion88电源开闭领土研商与安排硕士论文.do基于0.18µmCMOS工艺的USBc TER DEGREE OF ENGINEERING IN SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY Candidate: Student ID: Supervisor:  Guan yuan qian G10080 Prof.Guan hong yun Project  Supervisor:  Liu de zhong Academic Degree Applied for: Speciality: Affiliation: Date of Defence:  Master of Engineering Circuits and System School of Microelectronics Jan东华大学硕士学位论文 东 华 大 学 工程硕士学位论文 硕 士 研 究 生:管媛倩 学  号: G10080 校 内 导 师:官洪运 校 表 导 师:刘德忠 申 请 学 位:工程硕士  副教员 高级工程师 学  科:电子与通讯 所 正在 单 位:消息学院 答 辩 日 期: 2015 年 1 月 授予学位单元:东华大学 题  目:基于 0.18μmCMOS 工艺的 USB 电源开闭版 图研商与安排 东华大学硕士学位论文 Dissertation Submitted to Donghua University for the Degree of Master DISSERTATION TEMPLATE FOR MAS,文 东华大学 学位论文原创性声明 自己矜重声明:所呈交的学位论文《基于 0.18μm CMOS 工艺的 USB 电源开闭领土研商与安排》2015 Degree-Conferring-Institution: Dong Hua University 东华大学硕士学位论,师的领导下是自己正在导,职责所得到的劳绩独立进 行研商。明援用的实质表除文中仍然注,团体仍然楬橥或撰写过的作品劳绩本论文不 包蕴任何其他片面或。紧张奉献的片面和团体对本文的研 究做出,鲜明格式标明均已正在文中以。明的执法结果由自己接受自己完 全认识到本声。大学 学位论文版权运用授权书 本学位论文作家齐全理解学校相闭保存、运用学位论文的章程学位论文作家具名: 日期:  年  月  日 东华大学硕士学位论文 东华,或机构送交论文的复印件和电子版造定学校保存并向国度相闭部分,查阅和借阅应许论文被。部 或片面实质编入相闭数据库实行检索自己授权东华大学可能将本学位论文的全,复造措施存储和汇编本学位论文可能采用影印、缩印或扫描等 。密□保,属于 不保密□正在 本学位论文。具名:  年解密后实用本授权书(请正在以上方框内打“√”) 作家。论文 基于 0.18 μm CMOS 工艺的 USB 电源开闭领土研商与安排 摘 要 跟着电脑行使的拓展导师具名: 日期:  年  月  日  日期:  年  月  日 东华大学硕士学位,摆设越来越多PC机的表部,了很多的表部摆设接口正在机箱的表部 发现,摆设不绝增加由于百般表部,表部摆设的资源日渐寅吃卯粮策动机所 供应的用于衔接,供更 多的接口时常由于不行提,I/O的冲突而导致百般,双向、低价、即插即用的同一的总线加之各样低速m88体育网表部摆设匮乏一个 ,摆设的拓荒限定了表部。个布景下正在这 ,业界的大厂商数家策动机,设 备运用的USB总线接口拓荒出了适合中低速的表部,备插架组织的总线它是一种规范的设。有即插即用USB 具,它获得疾捷广博的进展兼容优性好等好处使,于精良的电源统治体例而这些 好处也得益。是USB电源统治体例的一 个统治单位本文提出一种USB电源开闭的芯片安排。须能随时检测负载的衔接情形行动USB电源统治体例必,供必然的功率并给负载提,过平常职责 温度鸿沟的状况下正在体例供电亏空或职责温度超,应的回护手腕也许采用相,号来通告USB驾驭器同时输出舛误指示信 ,B体例的平常职责以驾驭所有US,蕴涵了始能电道因而体例中 ,电道偏置,回护过流,回护欠压,回护过温,等根基单位逻辑 电道。Cadence软件平台芯片所有安排都是采用,都用的Virtuoso电道设 计和领土安排,Spectre电道仿真平台是,irtuoso领土的安排 V,alibre领土验证是C; 东华大学硕士学位论文 CMOS单多晶双铝工艺芯片的缔造工艺是GSMC 0.18 μm I 。实行了总体概述本文最先对芯片,块进 行周详的表面解析然后对芯片的每个成效模,计计划和仿真验证并给出了模块的设。括:偏置电道这些模块 包,回护欠压,回护过温,荡器振,荷泵电,回护过流。道实行了仿真结尾对所有电,到安排目标仿真结果达。全定造的领土安排结尾本文给出 了, 好像接口的产物当然因为 USB, 求热插拔其运用时要,ge)即静电放电和 latch up (闩锁效应)央浼很高因而 ESD(Electro Static Dischar,计行动核心商讨安排时牢靠性设。避了量产时存正在的危害领土安排 时尽大概规,电源线蕴涵,骚扰抗,配性匹,联线互, 回护ESD,效应天线,效应等闩锁。三次改版后领土正在颠末,各项测试都通过业界轨范结尾出片时 ESD ,备根基成效所有芯片具,量产的目的抵达用于。 USB Power Switch Base On 0.18μm CMOS Process ABSTRACT Along with the computer’s application环节词:USB、电源统治、开闭、过流回护、即插即用、 0.18μm CMOS 领土安排 II 东华大学硕士学位论文 A Study and Design of Layout for,ariety of peripheral interfaces. Due to increasing of external devicesthere are more and more peripherals. Outside of the case appeared a v,peripheral are not enough. Lack of interfaceresources of the computer used to connect a , Because of lacking a bus that is bidirectionalconflicts may happen between all sorts of I/O.,costlow-,nd playplug a,l equipment development. In this contextlow-speed peripherals limit the externa,cturers in the industryseveral computer manufa,cal bus with equipment inserting the shelf. Design of this article is based on the demand of the marketdeveloped USB bus interface which is suitable for the external devices used in low speed. It is a typi, based on .18μm CMOS. As a management unit of USB power management systemthis paper proposes a research and design of layout for USB power switch,o detect load connection status at any timeUSB power management system must be able t,y or the system temperature is over the normal operating temperature rangeand to provide certain power for load. When system is short of power suppl,en. And at the same timethe protection may happ,n signal to notify the USB controllerthe system sends out error indicatio,p of the article includes enable circuitto keep the USB system normal. This chi,ircuitbias c,t protectionover-curren,e protectionunder-voltag,ure protectionover temperat,acturing technology is based on the 0.18 μm CMOS GSMCand the basic unit such as logic circuits. Chip manuf,. III 东华大学硕士学位论文 The article makes a detailed description to the design. Firstdesign and simulation of the circuit and layout are on the platform of Cadence,he theoretical analysis of each function module in detailit presents the overall design scheme. Then it presents t,imulation. These modules include: bias circuitand gives a design scheme of the module and s,e protectionunder voltag,ure protectionover temperat,latoroscil,e pμmpcharg,tection. Finallyover-current pro, design targets. This paper adopts the full custom layout designthe whole circuit is simulated. The simulation results meet the,e mass production as far as possibleLayout design evades the risks of th,e power cordincluding th,erferenceanti-int,hingmatc,ction lineinterconne,tectionESD pro, effectantenna,up effectthe latch ,optimized of ESDetc. By thrice ,D test  targetstwo tests of ES,wice correctingbut through t,circuit by using CADENCE software package CALIBRE toolsThe difficulty had been solved. Do LVS for layout and ,under control on every step. By thrice correcting until completely correct. The design is strictly ,the testthrough ,as functionthe chip h,-produce. Key Words: USBand attain goal of mass,nagementpower ma,tchswi,t protectionover-curren,nd playplug a,m CMOS0.18μ, 3.6.2 过流回护电道安排 .........................................39 3.6.3 过流回护电道的仿真与解析 .................................40 3.6.4 过流回护电道的优化安排 ...................................42 3.7 芯片总体的仿真 ...............................................43 3.7.1 源电流 ...................................................43 3.7.2 功率管的导通电阻 .........................................44 3.8 本章幼结 .....................................................46 第四章 芯片领土的安排..............................................48 4.1 工艺先容 .....................................................48 4.2 安排准则 .....................................................49 4.2.1 LVNMOS 安排准则...........................................49 4.2.2 LVPMOS 安排准则...........................................51 4.2.3 N 阱电阻..................................................52 4.2.4 SPNP 安排准则.............................................53 4.2.5 HVNMOS 安排准则...........................................54 4.3 领土安排 .....................................................55 4.3.1 电源线 ...................................................55 4.3.2 抗骚扰题目 ...............................................57 4.3.3 成婚性安排 ...............................................59 4.3.4 互联线 ...................................................61 4.3.5 ESD 回护电道.............................................62 4.3.6 天线效应 .................................................63 4.3.7 闩锁效应的爆发及防治手腕 .................................64 4.3.8 芯片全体领土的安排 .......................................66 4.4 安排准则反省与领土验证 .......................................67 4.5 本章幼结 .....................................................69 第五章 测试结果解析................................................70 5.1 芯片测试 .....................................................70 5.2 样批评估 .....................................................75 5.3 ESD 和 LATCH UP 测试............................................77 5.4 本章幼结 .....................................................82 6.1 总结 .........................................................83 6.2 预测 .........................................................83 参考文件...........................................................85 致 谢..............................................................87 附录...............................................................88 VI 东华大学硕士学位论文 1、图录............................................................88 2、表 录...........................................................90 攻读硕士学位时期已楬橥的论文.......................................91 VII 东华大学硕士学位论文 第一章 绪论 1.1 USB 本领发映现状与远景 跟着策动机行使的拓展layout design IV 东华大学硕士学位论文 目 录 摘 要...............................................................I ABSTRACT..........................................................III 目 录...............................................................V 第一章 绪论.........................................................1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 USB 本领发映现状与远景........................................1 USB 电源统治体例概述..........................................3 课题开头与目的 ................................................6 论文重要职责与实质安放 ........................................6 本章幼结 ......................................................8 第二章 芯片的总体概述...............................................9 2.1 芯片的概述 ....................................................9 2.1.1 芯片的特征 ................................................9 2.1.2 芯片的行使 ...............................................10 2.1.3 芯片的封装及管脚界说 .....................................11 2.2 芯片的电学参数 ...............................................12 2.3 芯片的总体框架 ...............................................14 2.4 本章幼结 .....................................................15 第三章 芯片子模块的安排与仿真......................................16 3.1 偏置电流源的安排 .............................................16 3.1.1 带隙基准源电道的根基道理 .................................16 3.1.2 带隙基准电压源启动电道的职责道理 .........................17 3.1.3 基准电压和偏置电流的安排 .................................18 3.1.4 偏置电道的仿真 ...........................................19 3.2 低压锁定电道的安排 ...........................................22 3.2.1 欠压回护电道的职责道理 ...................................22 3.2.2 欠压回护电道的安排 .......................................23 3.2.3 欠压回护电道的仿真和解析 .................................24 3.3 过温回护电道的安排 ...........................................26 3.3.1 常用过温回护电道及道理 ...................................26 3.3.2 过温回护电道的安排 .......................................27 3.3.3 过温回护电道的仿真和解析 .................................28 3.4 振荡器的安排 .................................................30 3.4.1 RC 振荡器的职责道理.......................................30 3.4.2 振荡器的电道安排 .........................................32 3.4.3 振荡器的仿真与解析 .......................................33 3.5 电荷泵 .......................................................34 V 东华大学硕士学位论文 3.5.1 电荷泵的根基道理 .........................................34 3.5.2 两倍压电荷泵的安排 .......................................36 3.5.3 倍压电荷泵的仿真 .........................................37 3.6 过流回护 .....................................................38 3.6.1 过流回护道理 .............................................38,越多的表部摆设PC机有着越来,频输 入输出端口、视频输出端口、收集接口等 [1] 用来衔接表部摆设的资源告急正在机箱的表部崭露了 多种的表部摆设接口:并行端口、串行端口、键盘、鼠标、游戏手柄端口、音,供应更多的接口往往由于不行,/O的 冲突而导致各样I,、低本钱、即插即用的同一的总线除了各样低速表部摆设缺乏双向,部摆设的进展限定了 表。此因,技巧使之便当易行简化表部摆设扩展,机的厂 家来说对每一个PC,要研商课题已成为重。布景下正在云云,出了一个即插即用本领计划微软公司于1984年提。置表部摆设资源参数困困难目该本领处理 了用户手工设,动实行创立由体例自。装还是是对比障碍的但新表部摆设 的安,量的题目也没有处理而且扩展表部摆设数。此因,PC机硬件本领职员集会上正在1996 年召开的面向,商提出了摆设 插架的观念康柏、英特尔和微软三家厂。样的观念基于这,M等数家策动机业 界的大型缔造商英特尔、康柏、微软、NEC、IB,摆设运用的USB总线接口拓荒出了适合中低速的表部,的摆设插架组织它是一种 规范。serial Bus(通用串行总线)USB的全称是Universal ,有的计 算机接口它是安排来代替现,与表部摆设的进程简化衔接策动机,扩展特别便当使策动机的。此因,从1.0版到3.0版的本领立异自二十一世纪最先USB也通过了。疾捷 广博的进展USB接口之因而,几个显著的好处[2是由于它拥有以下,数据传输速率疾3]: (1)。级到USB2.0的480Mb/s从USB1.1的12Mb/s升, 到了40倍擢升幅度达,率抵达了4.8Gb/sUSB3.0的数据传输,输轨范更高比其它传,2Gb/s的最高数据传输速度比方 IEEE1394 3.。USB3.0轨范仅为 10倍固然从USB2.0轨范升级到,却有着很大的应居心义但这10倍速度的擢升。插拔和即插即用(2)扶帮热。是说也就, 1 东华大学硕士学位论文 摆设时当装配一个新的USB摆设或断开USB,闭策动机不要闭,检测表部摆设体例会主动,置好合 适的驱动标准且为表部摆设主动配。电源统治特质(3)卓越的。备都须要独立的供电系 统普遍运用的串口、并口的设,mA的电流USB总线。备处于待机时期USB表围设,成效来下降耗电量会自启动省电 的。运用摆设时当你须要,到从来的形态会主动光复。电的策动机体例上正在运用电 池供,特别有效这一特质。构的扩展性好(4)系统结。同摆设选用“级联”格式USB端口扶帮多个不,接到此表一个表部摆设的USB插座上即每 一个USB摆设用USB插头连,座供下一个USB摆设衔接运用而其自身又供应 一个USB插。星行的衔接通过好像,衔接多达127个表部摆设一个USB驾驭器 可能,间间隔可达5米而每个表部摆设。B链上任一摆设的插入或拔出USB可能主动识别 US。展供应了一个很好的解 决计划USB为PC机的表部摆设扩。用的广博(5)应。、同步传输、中止传输和 驾驭传输USB扶帮四种传输类型:批量传输。同类型表围摆设的央浼云云可能适当各样不。的抗骚扰性(6)很强。摆设都置于策动机机箱表由于USB所接的表部,板间电磁骚扰的影响不会受 到机箱内的。较紧张的情况下若正在电磁骚扰比,障蔽计划来回护USB可能很容易的 安排。廉的价值(7)低。起之前的接口要繁杂固然USB接口比,件与 电缆都不贵可是因为它的组,备接口比拟但与现有设,需花更罕用度USB接口只。B样板拥有精良的向下兼容性(8)精良的兼容性:US,很好地兼容USB1.1接口的产物比方USB2.0的主驾驭器 能。USB摆设插入时操作体例检测到,ps的速度实行数据传输会主动按 照12Mb,为衔接全速摆设 而下降传输速度而其他高速USB摆设并没有因,ps的速度实行数据传输它们还是以480Mb。衷便是简便、易用USB安排的初。接口只要4针因而USB,线和 数据线包蕴了电源。线用于电源此中两根,于数据传输两根线用。种:高功耗形式和低功耗形式USB供电形式根基分为两 ,100mA和500mA 之间此中高功耗形式所需电流介于,流为100mA以内低功耗形式所需电。本同一了 策动机的接口类型现正在的USB接口的进展已基,了高速创造出,确准,通讯特质节能的。接口无疑是从此进展的形势所趋而敏捷、通用性更 好的USB。统治体例概述 USB总线接口具有向表供应电源的才干2 东华大学硕士学位论文 1.2 USB 电源,SB摆设的电 源须要正在必然水平上知足了U。键盘以及U盘和挪动硬盘等运用USB接口的鼠标和,B接口 来供电都可能用US。B摆设的体例安排云云就简化了US,电才干终归是有 限的可是USB接口的供,USB摆设的功率央浼运用时须要注重商讨。B体例中正在US,其毗邻的USB摆设供应电源全豹的集线器端口都可认为,平常为100mA或500mA且 每一个端口的最大输出电流。功率集线mA电流的USB端口被称为低功率端口可供应500mA电流的USB 端口被称为高。全的商讨出于安,限定该端口的电流暂时的集线器会,给主机并申报。为电源线Vbus和GNDUSB电缆包蕴的两根折柳,值为+5V其电压标称,压会偏高或偏低极少但事 实上这个电。集线V高功率;集线]低功率。统治格式的奇特性由于USB电源,上最广博运用的 接口摆设因而它成为目前接口墟市。电缆线与策动机实行衔接的USB2.0是通过四根,据传输 线有两根是数,根用于电源线此表两根一,于地线一根用,而由 USB接口直接供电云云表部摆设不必自备电源。缆线减少了两对传输数据的电缆线目前的USB3.0含有八根电,数据传输道途即总共有六条。此因,理体例不光能给表部摆设供应电能接正在USB3.0端口的电源管,的 速率会更疾并且传输数据。明升m88备用,表此,度上依赖于电源统治模块[5]USB的热插拔特质也很大程,即带电插拔热 插拔,正在不闭塞体例便是应许用户,接或断开 USB摆设不割断电源的状况下连,的衔接进程简化了摆设。理体例的回护下而且正在电源管,间的浪涌电流对摆设酿成欺负运用者不必 担忧热插拔瞬,光复 才干、扩展性和敏捷性等从而升高了体例对灾难的实时。长时代处于非运用形态时当一台USB表部摆设,将该摆设挂起体例会主动。B线μA以下的电流USB总线通过US,宽分派给其它的USB表部摆设[6]并把该表部摆设所 占用的USB带。的电源统治一 个特质长途叫醒也是USB,于暂停形态时当表部摆设处,主机让它醒来务必先通过, 做USB操作然后你才可能。机造的USB体例这种智能电源统治,电脑之类 的或摆设独特实用于如札记本。候裁减电力的花消摆设正在空闲的时。学位论文 卓殊紧张的功用USB电源统治芯片应运而生以是正在USB体例的普及方面起着 3 东华大学硕士。有一个电流限定或电源调换才干USB轨范是USB产物须要,这两 种才干有时须要有,-1所示如表1。流成效的产物须要一个限,0950样板央浼务必适宜UL6。味着这意,它窒碍的线A以 下一朝短道窒碍或其。出鸿沟及体例的总压降做出了限定USB轨范还对可接纳的电压输。换央浼 对付USB电源总线电源开闭器件的回护表 1-1 USB 器件的电道回护与电源切,基勾串元件是通过硅, 端口的电流来驾驭电源,备的大电流毁伤回护电道和设。开闭回护将自 动断开正在过流的状况下电源,通过两个办法但这一行为要。微秒内 “跳开”第一步器件正在数,预订的鸿沟之内把电流 限定正在,常的职责电流可是高于通;窒碍信 号到驾驭器第二步器件发送一个,开闭使能引脚的形态接着驾驭器切换电源,端口闭塞进而将。器不做出响应若是 驾驭,掀开和闭塞端口电源开闭就不绝,部过热损坏以避免内。电流、限流设定点、 窒碍符号发出延迟、限流开释点等[7]USB行使中涉及的环节性器件参数蕴涵:开闭电阻、连接输出。开闭电阻: 开闭电阻会影响体例的功耗以下是对这些参数的扼要先容: (1),器件的运用体验也会影响用户对。备非限流形态下得出的此参数的测 量是正在设。着摆设的压降过大高开闭电阻意味,轨范且摆设成效也会崭露极度会酿成 USB产物不适宜。电源电压的函数硅基开闭电阻是,的器件一个好,时其电阻值低总线电压较低,压降也最幼对应的电,USB轨范的央浼能更好的满 足。论文 连接输出电流是器件不“跳闸”时的电流程度(2)连接输出电流: 4 东华大学硕士学位。功率较幼的话当体例的电源,样板的条件下正在适宜USB,为尽大概幼的值此参数应创立, 短道条款下的电压降云云做会将帮于裁减。是指硅器件跳脱后其电流的极限程度(3)限流设定点: 限流设定点,件有亲密闭 系巨细与窒碍条,条款下电阻的函数日常界说为窒碍。窒碍信号延时成效集成到硅器件(4)窒碍符号发送延迟: ,跳脱中止”可能避免“,户的体 验用来擢升用。个逻辑电平输出窒碍符号是一,题时向USB控 造器发出的正告它是正在一特定USB端口崭露问。条款下的职责进程 正在USB热插拔进程中图 1-1 规范的回护性电源开闭正在窒碍,体现出大电容特征良多USB成效都,大的电 流能招揽很,过章程的极限值且电流巨细超,间内处于限流职责 形态这将导致器件正在极短的时,申报给驾驭器若是这一窒碍,跳闸行为它将导致。-1所示如图1,秒的延迟窒碍符号减少一 个9毫,输变乱触发的窒碍符号 的发送可能避免这些很短的时代内传。一个影响到最终用户体验的环节参数(5)限流开释点: 限流开释点是。形式职责时电流所抵达的程度它是指硅器件分离其限 流。的安排商讨要素这是一个紧张,为因,学位论文 流限定成效启用时一朝电 5 东华大学硕士,会大大减少该装配电阻,SB摆设会受到 影响平常职责的衔接到U。放点设定值太幼若是电流限定释,限流职责形式 的器件而言对付正在热插拔进程中进入,脱开”形态仍将是“,能平常职责使USB不。题是自己职责时期出席的一个项目1.3 课题开头与目的 本课,工 艺的USB电源开闭的领土研商与安排该课题是基于GSMC 0.18μm三铝。OS晶体管功率开 闭管该芯片蕴涵N型沟道的M,荷泵电,回护欠压,回护限流,和过温回护短道回护。闭管的 压降为了减幼开,导通电阻很幼功率开闭管的。于额定值2.3V时当输入信号Vin低,管正在内的若干模块从而使芯片截止职责欠压保 护电道闭塞体例中蕴涵功率;横跨2.5V时当输入电压 ,块才可能职责内部各子模,许电道输出此时才允。 比1.5V低时当输出电压降到,同时也会下降芯片输出电流,入短道形态体例以为进,短 道回护最先实行;比限流点电压还低时当输出电压Vout,有过载产生体例以为, 限流回护最先实行;表另,135℃时当温度高于,护电道最先职责芯片的过温保, 止输出芯片停;至115时而当温度降,再次开启芯片会,职责平常。软启 动成效芯片还拥有,地回护芯片平和有用,大电流的进攻避免负载受到, 特有的热插拔成效很好地扶帮USB。题的重要职责是安排一款USB电源开闭1.4 论文重要职责与实质安放 课,定造领土安排并对其实行全。统治体例的统治单位作 为USB电源,随时检测负载的衔接 情形USB电源统治体例务必能,供必然的功率并给负载提,过平常职责温度 鸿沟的状况下正在体例供电亏空或职责温度超,应的回护手腕也许采用相,来通告USB 驾驭器同时输出舛误指示信号,B体例的平常职责以驾驭所有US。起码应蕴涵始能 电道本文所解析的芯片中,电道偏置,护模块短道保,护模块欠压保,护模块过温保,基 本单位逻辑电道等;.18μm CMOS工艺芯片安排基于GSMC 0,计的电道实行仿真验证以及领土的安排采用Cadence仿真平台对所设 。位论文 本文共分为六章6 东华大学硕士学,: 第一章是绪论整个章节安放如下。统的发映现状与远景最先先容了USB系,疾 速广博的进展USB接口之因而,的好处:数据传输速率疾是由于它拥有几个显著,和 即插即用扶帮热插拔,源统治特质卓越的电,的扩展性好系统组织,广博行使,干 扰性很强的抗,的价值低廉,的兼容性以及精良。统治体例实行了概述然后对USB电源,B体例中正在 US,其相连的USB摆设供应电源全豹的集线器端口都可认为和,全的商讨出于安 ,该端口的电流集线器会限定,机申报并向主。理格式 的奇特性由于USB电源管,上最广博运用的接口摆设因而它成为目前接口墟市。 题的职业和核心结尾总结了本课。片的总体概述第二章是芯。的成效实行了概述最先对所有芯片,体例的电源统治单位行动一个 USB,对负载的衔接情形实行 检测电源开闭务必也许正在任何时代,定的功率并供应一,温度条款下采用相应 的回护手腕正在体例电源的功率亏空或高职责,驾驭所有USB体例的平常运作[7]并输出符号信号通告USB 驾驭器。芯片的特征然后论述了,封装办法行使和,的电学参数以及芯片。 片的总体框架结尾给出了芯,泵供应脉冲信号时钟信号为电荷,栅电位创办起 来使功率开闭管的。高电源禁止比和低温度系数带隙基准电压源也许完毕, 基准电压和基准电流为所有芯片电道供应。电电压亏空时不致被损坏欠压回护可担保IC正在供。正在过流和过温时回护芯片过流保 护和过温回护。块的安排与仿真验证第三章是芯片子模。子模块的职责道理最先论述了各个,安排计划并提出了,实行仿真验证然后对子模块,片实行了仿真结尾对全体芯。计划知足安排目标仿真结果证实安排,的做了优化管束对过流回护电道,流的续流道途完毕电 感电,正在 GND 邻近将输出电压嵌位,将功率管烧 坏避免大的负脉冲。领土的安排第四章是。.18μm CMOS 工艺最先先容了 GSMC 0,道全定造领土的安排技巧然后周详讲 解了模仿电,片的全体领土结尾显现了芯。了题目:正在画领土之前领土安排重 点处理,实行全体安排和构造依据焊盘地方对芯片;分一个模块对应一个单位然后按 照电道成效划。重点和手腕领土连线的,电源线蕴涵,骚扰抗,配性匹,连线互,效应天线,tic discharge) 的挑选和摆放等闩锁效应以及 ESD(Electro sta。华大学硕士学位论文 成婚的 LVS(Linux virtual system) 验证结尾愚弄 Cadence 软件包中的 Calibre 器材实行电道图与领土 7 东,全无误直到完。试结果解析第五章是测。法和测试结果给出了测试方,据实行分 析并对测试数。封装前的职责芯片的测试是,结果不逾越给定的上 下限只消芯片电学参数的测试,格的芯片就算是合。用来实行封装及格的芯片将。片数的 95%以上就能实行量产好的芯片数占一个圆片 上全豹芯。采取封装类型依据客户须要。 bonding-wires(焊接线)本文封装 的电源端和输出端都采用了四根,率管的 导通电阻云云可能减幼功。行机械测试封装新进,产的另一个目标是芯片能否量。手动评估是机械测试的添补同时对封装后 的样品实行。处理及时遭遇的问 题手动测试可能更好地。 ESD 测试结尾对样品实行, 才干不是很高本文 ESD,下来接,SD 的改革将婚纱照片实行 E。是总结第六章。实行幼结对本文,计中大概和 仍然存正在的危害简便论述了电道安排和领土设。题目实行改革并将对实践。析了USB体例的发映现状与远景1.5 本章幼结 本章最先分,疾捷广博的发 展USB接口之因而,的好处:数据传输速率疾是由于它拥有几个显著,和即插即用扶帮热插拔,源统治特质卓越的电,的扩展性好系统组织,广博行使,抗骚扰性很强的,的价值低廉 ,的兼容性以及精良。统治体例实行了概述然后对USB电源,体例 中正在USB,其相连的USB摆设供应电源全豹的集线器端口都可认为和,全的商讨出于安,该端口的电流集线器会限定,机申报并向主。统治格式的奇特性由于USB电源,上最广博运用的接口摆设因而它成为目前接口墟市。和所要 完毕的目的结尾给出了课题开头,要实质和职责安放并给出了论文的主。 2.1 芯片的概述 行动USB体例的电源统治单位8 东华大学硕士学位论文 第二章 芯片的总体概述,检测负载的衔接情形电源开闭务必能随时,供必然的功率并为负载提,的条款下能采用相应 的回护手腕正在体例供电亏空或职责温渡过高,造所有USB体例的平常运作 [7] 块并输出符号信号通告USB 驾驭器以控,护模块过温保,志单位极度标,单位和时钟信号电源开闭栅驾驭。计的芯片是一个集成高边功率开闭管2.1.1 芯片的特征 本文设,MOS晶体管蕴涵N型沟道,以及极少闭连的回护电道电荷 泵过流过温回护。SB的压降为了减幼U,管的导通电阻很幼N型MOS开闭 ,0m?为6。以限定倏得起峰电流该芯片的软启动可,护采用了负反应的格式过流保 护和短道保,热插拔下的开闭管过温回护可能回护。电压莅临前依旧器件闭断欠压 回护使有用输入。驾驭器发出舛误 的信号一个符号输出向USB。所述综上,低的开闭管导通电阻:60m?芯片的特征形容如下: 1.较。USB样板2.适宜。2.7V 至5.5V3.职责电压鸿沟:。静态电流4.低的。断电流幼5.闭。压回护6.欠。软启动7.。流回护8.过。温回护9.过。文 10.反应式短道回护9 东华大学硕士学位论。源闭断时11.电,值电流没有负。误输出指示12.错。的行使鸿沟为: USB电源统治2.1.2 芯片的行使 芯片。/自供电集线器USB总线供电。电源供应热插拔。电器电道电池充。记本笔,主板等电脑。图 2-1 芯片的行使 正在大片面的行使案例中芯片的行使如图2-1: zkq  ,入电容足够了2.2μF输。地短道对比频 繁若是Vout与,m88优惠就务必大些输入电容,22μF推举为。 2-3 芯片管脚构造 芯片的管脚形容如表2-1: 表 2-1 管脚形容 11 东华大学硕士学位论文 2.2 芯片的电学参数 芯片的绝对最大额定目标是芯片行使的极限值10 东华大学硕士学位论文 2.1.3 芯片的封装及管脚界说 本芯片采用的封装类型如图2-2: 图 2-2 封装类型 芯片管脚构造如图2-3: zkq  图,过该值如超,可 能受损芯片寿命。表 2-3 职责条款 12 东华大学硕士学位论文 电特质目标如下表2-4所示最大额定目标如下表2-2: 表 2-2 最大额定目标 芯片职责条款如表2-3: ,的条款下要完毕的特质是指安排的芯片正在给定。殊指定没有特,Vin=5.0V测试条款为: ,2.2μFCin=,1.0μFCout=,25°CTA=。芯片的总体框架 图2-4是本文安排的完全的USB电源开闭等效框架图表 2-4 电特质目标 13 东华大学硕士学位论文 2.3 , 源开闭采用自举电荷泵本文所安排的USB电,2倍于电源的栅驱动电压为N 型功率管供应的。崭露极度时正在负载 ,速限定功率管电流过流回护电道能迅,电道酿成损 坏以避免热插拔对。常的状况下正在负载正,够高的栅驱动电压由电荷泵爆发足, 作正在深线性区使功率开闭监工,负载电压( Vout) 的导通损耗以下降从输入电源( Vin )到。于1.4 A 时当功率管电流高,流采样)反应到对比器(CMP)Current sense(电,rent limit(过流回护电道)CMP 输出高电平给Over Cur,符号驾驭电道并转达到舛误;馈负载电压给电荷泵过流回护电道通过反,荷泵输出调整电,形态由线性区变为饱和区从而使功率管的工 作,率管电流限定功,率管的宗旨抵达回护功。光复平常后当负载 ,输出低电平CMP ,平常职责电荷泵。 电源禁止比和低温度系数带隙基准电压源也许完毕高,准电压和基准电流[8]为所有芯片电道供应基。IC正在供电电压亏空时不致被损坏UVLO(欠压回护电道)可担保。池电压未抵达平和操作电压前不会激活欠压回护电道电 道可确保IC正在电, zkq显现滞后景象欠压回护电道的成效会,音不会失慎导致体例窒碍以确保正在电源供应上的噪。道和内部短道等某些极度状况时当情况温度 过高或崭露电源短,、管芯温度 过高功耗会快速增大,至长远性损坏[9]以致芯片疾捷老化甚。止上述状况以是为了防,减少过温回护电道须要正在芯 片内部,以避免热振荡景象并采用热滞回安排。荷泵供应脉冲信号时钟信号为电 ,栅电位创办起来使功率开闭管的。士学位论文 2.4 本章幼结 本章最先对芯片实行了扼要的详尽图 2-4 USB 电源开闭等效框架图 14 东华大学硕,理单位的特征作了 论述对USB体例的电源管,的开闭导通电阻芯片拥有较低,负载才干更强使得芯片的; 下降了功耗低的静态电流;压未抵达平和操作电压前不会激活欠压回护可能担保IC正在电池电,芯片回护;芯片进入闩锁形态软启动可能避免;流下开闭管烧 坏过流回护避免大电,实行回护过流时;温时截止职责过温回护正在过;统发出指示驾驭USB体例的平常运转舛误输出指示正在芯片产生异 常时向系。片行使更牢靠这些好处使芯,广博更 。USB电源统治芯片常被行使正在,充电器电池,记本笔,插 拔电源供应等电脑主板以及热。封装办法和管脚界说本章还给出了芯片的,的电学参数以及芯片。片的总体框架结尾给出了芯。泵供应脉冲信号时钟信号为电荷, 栅电位创办起来使功率开闭管的。准电压源带隙基,造比和低温度系数也许完毕高电源抑,供基准电压和基准电流为整 个芯片电道提。供电电压亏空时 不致被损坏欠压回护电道可担保IC正在。过流和过温时回护芯片过流回护和过温回护正在。电流源是指模仿集成电道顶用来行动其他电道的电流基准的高精度、 低温度系数的电流源[9]15 东华大学硕士学位论文 第三章 芯片子模块的安排与仿线 偏置电流源的安排 基准。电道的环节电道单位电流源行动模仿集成,/D转换器、D/A转换器中广博用于运 算放大器、A。经 存正在的轨范参考电流源的复造偏置电流源的安排是基于一个已,的其他模块[9]然后输出给体例。此因,到所有体例的精度和安宁性电流源的 精度直接影响。电源禁止比、低基准电压以及历久安宁性等好处基于带隙的电压基准源拥有低温度系 数、高,广博行使所以获得。便是以带隙基准电压为底子本 文安排的基准电流源,能模块提 供偏置电流由它为其他片面的功。隙基准电压源也许完毕高电源禁止比和低温度系数3.1.1 带隙基准源电道的根基道理 因为带,道中职能最佳的基准源电道是目前各样基准 电压源电。温度无闭的电压源[9]为获得与,e与拥有正温度系数 的双极晶体管Vbe的差值V be以区别权重相加其根基思 道是将拥有负温度系数的双极晶体管的基极-发射极电压Vb,好抵消Vbe 的温度系数使V be的温度系数刚,无闭的基准电压获得一个与温度。道理如图3-1 所示带隙基准电压的根基,正在不相当的电流密度下两个双极晶体监工作, 的差值就与绝对温度成正比那么它们基极-发射极电压。功用正在一个电阻上那么该电压差值,贝流过电阻的电流并愚弄电流镜 拷,温度成正比的电流就可能取得和绝对,温度成正比的电流I3就可能取得和绝对 ,过电阻R2该电流流,正比的电压 I3*R2从而爆发与绝对温度成,管Q3的基极-发射极电压上再将这个电压加到双极晶体,出 基准电压从而取得输。 带隙基准电压 VREF?? VBE 16 东华大学硕士学位论文 图 3-1,S ) ln n M??I3 /I2??I3 / I1 式中Q 3?? M??  R 2 R1  ? (VT?? VO,放的失调电压VOS为运。BE当V,750mVQ3?≈ ,00K 时T?? 3,BE?V,??1.5mV/?CQ3 /??T?≈,0 . 087 mV /?? C  ?? V  T  /?? T?≈ ,当R1以是,2R,?≈ 17.2 ln n  时M知足相闭 R2 R1  M,取得零温度系数带隙基准可能。相闭日常是启齿向上或向下的扔物 线以上电道可能获得的输出电压与温度的,再叠加必然的弧线云云容易思到若,输出电压的温度效应就可能进一步肃清,特别安宁使电压。3-1电道正在平常职责时可能取得精度较高的基准输出电压3.1.2 带隙基准电压源启动电道的职责道理 图 ,正在片面条款下无法平常启动的危害但这类电道方 案自身存正在着电道。如例, 放输出端为高电平若是一最先通电运,电压 VDD即为低能源, MP2 不行开启那么 MP1 与,1 与 I2 等于零导致双 边电流 I。电流源双方歧道电流如故平 衡(均为零)此时 MP1 与 MP2 构成的镜像,电压源能平常启动所认为确保该类型,自启动电道商讨减少。源电道如图 3-2. 正在上电时常用的带自启动计划的带隙基准,MP3 正诱导通PMOS 管 ,栅极压力渐渐增大使得 MN1 ,MN1 的阈值电 压时当栅极电压升高至大于 , 导通MN1;倏得下拉使 MP1 与 MP2 导通从而 MP1 与 MP2 的栅压被, 与 MP2 初态大概的死锁以此 消除前面所述 MP1, 与 I2 电流进而爆发 I1。学位论文 阻 R2 上方爆发须要的电压电流 I2 正在电 17 东华大学硕士,道安宁一朝电,需求的基准电压此电压便是安排。反应到 MN2 的栅极基准电压正在输出的同时,N2 导通导致 M,的漏极 与源极断开进而使 MN1 ,带隙基准源电道断开使所有启动电道与,置电道的职责不再影响偏。的安排 图 3-3 是带自启动电道的基准电压和偏置电流源电道的安排图 3-2 带自启动带隙基准源电道 3.1.3 基准电压和偏置电流。片面电道 PMOS M2-M7 行动电流源为 M0 供应偏置电流18 东华大学硕士学位论文 图 3-3 自启动偏置电道 启动,衔接为 M1 供应栅电位NMOS M0 二 极管,于开启形态M1 处。启动时当电源,电跟 随电源电压电容 C0 充,安宁后电源,0 放电电容 C,电位下降M1 漏,至 大于其门限电压时M9 栅源电压升高, 导通M9。 M12 供应栅电位M8 为 M11 和。0 的 漏端抽取电流同时 M1 从 M1,13 初始大概崭露的死锁消除了 M10 与 M。0-M13由 M1,0R,1Q,基准电压源电道启动Q2 组 成的带隙,7 供应偏置电压为 M14-M1。 M18 供应基准电流M14 行动电流源为,流拷贝 M18 的基准电流M19-M22 的偏置电。一朝开启M19 , GND 邻近走电位被拉到,1 被自行闭断M0 和 M,态功耗减幼静,能完毕启动功。流为后级偏置供应最终偏置电流带隙基准源电道从新调解基准电。为 M0 供应 1μA 的电流3.1.4 偏置电道的仿线 。道安宁后当偏置电,低至门限电压以下M0 栅压被拉,被闭断M0 。 M6 的电流 图 3-5 是带隙基准源的偏置电流与温度的相闭19 东华大学硕士学位论文 图 3-4 启动时流过 PMOS。度改变随温, 图 3-6 是带隙基准源的偏置电流与电源电压的相闭电流是一个开 口朝下的扔物线 偏置电流与温度的相闭。电压改变跟着电源,相似性很好电 流的。源电压的相闭 图3-7是偏置电道中运算放大器闭环的安宁性20 东华大学硕士学位论文 图 3-6 偏置电流与电,果显示仿真结,安宁 的运放是,电道是安宁的也便是偏置。位论文 3.2 低压锁定电道的安排 低电压锁定电道便是欠压回护电道图 3-7 偏置电道中运算放大器闭环安宁性 21 东华大学硕士学,闭断欠压。低于IC的开启门限电压时的一种回护形式[10] 欠压闭断形式是当供电电 压。电电压 亏空时不致于被损坏欠压闭断形式可担保IC正在供。电压未抵达平和操作 电压前不会激活一个低电压锁定电道可确保IC正在电池,能会显现滞后景象欠压回护电道的功,噪音不会失慎导致体例窒碍以确保正在电源供应上的 。电压正在欠压回护电道那一点的功夫欠压回护电道的迟滞成效是避免,振 荡崭露,个迟滞因而加。定的工行动了更稳,拥有欠压回护电 道成效极少直流/直流转换器。开启后电源,内部电道处于待机形态欠压回护电道成效使,入电压抵达欠压回护电道电压直到直流/ 直流转换器的输,流并避免误操 作以此来裁减消费电。回护电道的根基职责道理如图 3-8 所示3.2.1 欠压回护电道的职责道理 欠压,输出缓冲器和反应回道[10]电道蕴涵采样电道、对比器、 。检测的电源电压VDD 为待, R1电阻,2R,dd 的采样电道R3 构成对 V,DD 的采样完毕对 V;管 N1MOS ,2N,组成对比器电 道P1 和 P2 ,准电压实行对比对采样电压与基,对比结果并输出;逻辑校 正和善冲电道反相器 INV 为,波形实行整形和善冲可比拟较器的输出,的负载才干并升高电道;P3 组成正反应回道PMOS 开闭管 ,的迟滞成效可完毕电道,值附 近颤动避免电道正在阈,安宁性[10]升高了体例的。阻 R1调解电,2R,区别的阈值点和迟滞量的 VDD 欠压回护成效R3 和对比电压 Vref 的巨细 可完毕。的安排 图 3-9 是 本 文 设 计 的 欠 压 保 护 电 道 低 压 锁 定 电 道 22 东华大学硕士学位论文 图 3-8 欠压回护电道的根基道理 3.2.2 欠压回护电道。n+Vthp+Vdsatp锁 定 电 压 为 Vth,hn+Vthp+Vdsatp时当电源电压 VDD 大于Vt,构成的 通道就会被掀开由 M30-M33 ,电流对比器这是一个,33 有电流时当 M30-M,输出高 电平M39 漏端;33 没有电流时当 M30-M,端输出低电平M39 漏。器和 或非门到输出该信号通过一个反向,来变成迟滞输出反应回。 东华大学硕士学位论文 当电源平常职责时图 3-9 带迟滞的欠压锁定电道 23 ,的偏置电流 IotsdM24 镜像 M25 ,PMOS M24 的 W/L 大得多NMOS M23 的 W/L 比 ,职责正在亚阈值区因而 M23 ,则处于闭断形态而 M26 。电位亲近电源电压M26 的漏端,位亲近 GNDM28 漏端电,非门由 M42-M45 构成)行动或非门的一个输入 端(或。位也亲近 GNDM34 漏端电, 闭断M38, 位亲近 VCCM38 漏端电,非门的另一个输入端通过一个反向器到或。输出高电位(亲近 VCC)以是或非门欠压回护 电道。位到 M37 的栅欠压回护电道反应电, 开启M37,流由从来的一齐分成两道电流源 M35 的电, M34一齐到,7 和 M38另一齐到 M3,迟滞爆发。低到高上升时当电源电压由,24M,1R,通道先创办M23 ,输出一个低电位使得 M28 ,输出高电位正在创办之前,护电道输出低 爆发骚扰避免幼电压时对欠压保。3 通道后创办M30-M3,由低变高的电源电压断定了欠压回护电道。M34 漏端电位变得更低欠 压回护电道反应使 , 闭得更深将 M38。高到 低改变时当电源电压由,)才力开启 M38 使欠压保 护电道由高变低M33 栅电位要降得更低(电源电压降得更低,低电平闭断 M37欠压回护电道反应,流又从两 道酿成一齐电流源 M35 的电,电道爆发一个迟滞从而使欠压回护。幼结重要显现了欠压回护电道的片面仿真结果3.2.3 欠压回护电道的仿真和解析 本,与电源 电压的相闭蕴涵欠压回护电道,的相闭与温度,滞与温度的相闭欠压回护电道迟。-10 欠压锁定电压与迟滞电压 图 3-11 是欠压回护电道跟温度的相闭图 3-10 是欠压回护电道和迟滞的仿线 东华大学硕士学位论文 图 3。3-12是欠压回护电道迟滞电压与温度的相闭图 3-11 欠压锁定电压与温度的相闭 图。 3.3 过温回护电道的安排 因为集成稳压器电道中群多集成了高压功率输出电道25 东华大学硕士学位论文 图 3-12 欠压锁定电道迟滞电压与温度的相闭,都对比 大耗散的功率。源短道和内部短道等某些极度状况时[11]当情况温渡过高或崭露电,大、管芯温渡过高功耗会急 剧增,化乃至长远性损坏以致芯片疾捷老。止上述 状况以是为了防,减少过温回护电道须要正在芯片内部。般基于双级工 艺来完毕古板的过温回护电道一,OS 工艺兼容的低功耗过温回护电道而本文安排了一种与轨范 BICM,随电源改变较幼其过温回护点,计以避免热振荡景象且采用了热滞回设。 3-13 是古板过温回护电道的道理图3.3.1 常用过温回护电道及道理 图。温度的改变为了检测,m88苹果版游戏P 的 PN 结电压对温度敏锐的特质愚弄了 PTAT 电流以及纵向 PN。负温度系数 的正电压因为 PN 结拥有,有正温度系数和偏置电流具,温度传感器构成了一个,度 的改变功夫感触温。职责温度的升高[11]跟着,Va 会越来越低PN 结电压即 , Vb 将越来越高而电阻上的电压 即, V当b 电源开闭领土研商与安排硕士论文.do基于0.18µmCMOS工艺的USBc 护型口罩本领样板_高清版_可检索.pdGB T 32610-2016_通常防f 时Va,生产生翻转对比器输,DET 输出为高 电平热回护驾驭信号 OT,热闭断形态芯片进入;热闭断触发点时当芯片温度降至,士学位论文 又再次平常职责芯片 26 东华大学硕。 和 R2 构成的正反应组织热滞回的完毕愚弄了由 M4。截止调整电阻上压降 Vb 的巨细正反应通 过驾驭 M4 的导通和,生滞回从而产。电道的安排 图 3-14 是本文提出的过温回护电道组织图 3-13 过温回护电道道理图 3.3.2 过温回护,6 供应电流偏置电流源给 M4,对比器(M48-M51)供应电流M47 镜像 M46 的电流给。栅) 电位为 Q3 的 Vbe对比器的一个输入端(M49 ,度的升高而下降Vbe 跟着温。栅)是反应 电压 TR另一个输入端(M48 ,输出高电平若是对比器, 开启M60, R3 串联电阻的压降TR 输出 R2 和,输出低电平若是对比器, 开启M59,R3 的电压降TR 输出 ,一个温 度迟滞为过温回护供应。:平常状况下职责道理如下,3 的 Vbe 低TR 的电位比 Q, Vbe 下降当温度升高时,(过温回护开启)低于 TR 时,电压由低变高对比器输出,输 出低电平M53 的漏, 开启M60, 闭塞M59,输出低电平OTSD ,位被抬高TR 电。高到低改变时当温度由 ,压大于 TR 电压(平常职责温度)须要更低的温度才力使 Vbe 电,温回护时被抬高了由于 TR 正在过。职责形态新进入平常,出低电平对比器输, 开启M59, 闭塞M60,输出高电平OTSD ,位被下降TR 电。可能爆发过温回护的迟滞电压通过 TR 电位的跳变 ,以通过电阻 R2这个迟滞电压可, 调解R3。3.3 过温回护电道的仿真和解析 对比器输入端职责形态如图 3-1527 东华大学硕士学位论文 图 3-14 过温回护电道安排图 3.,度的升高跟着温,be 就能爆发偏置电流Q3 只须要更幼的 V,越高温度, 越幼Vbe。输入端随温度增 加而减幼Vbe 行动对比器的一个,为输出的反应跟着温度减少而减少对比器的另一个输入端 TR 作。大于 BE当 TR ,电平产生翻转对比器输出, 闭断M59, 开启M60, 大(R2+R3)TR 的分压电阻变,跳得更高TR ,爆发一个电位台阶为过温回护的迟滞。入端随温度的改变 图 3-16 是过温回护热滞回的仿真28 东华大学硕士学位论文 图 3-15 对比器输,过温时当产生,会产生翻转对比器输出,回护信号发出过温,位 TR 会变高同时对比器参考电,降下来时当温度,能使对比器翻转光复芯片的平常职责Vbe 需 要比从来更高的值才,降到更低 的电位同时 TR 会。片供应了过温回护的迟滞窗口TR 的低电压和高电压为芯。硕士学位论文 3.4 振荡器的安排 正在安排芯片中图 3-16 过温回护的迟滞 29 东华大学,可匮乏的电道振荡器是不。于运用普遍 CMOS 集成电道工艺 安排缔造等好处而获得广博行使[12]RC 振荡器因为拥有本钱较低、 功耗较幼、组织简便、频率容易调整、以及易。有源振荡器的职责道理:愚弄恒定电流对电容充电3.4.1 RC 振荡器的职责道理 RC ,充电时代呈线性相闭电容两头电压差与 ,恒定的充电时代转换成 时钟信号再愚弄对比器及反应驾驭来将相对。迟时代都市影响时钟频率确凿切 性正在这个进程中对比器及反应环道的延。 3-17 为古板 RC 振荡器的规范电道图 3-17 古板 RC 振荡器电道 图,为充放电电容此中 C ,__ 流源 I1 对电容实行充电VH 和 VL 为 ___ _, VH 时 C1 翻转当电容顶端的电压横跨,发器翻转SR 触, t2?? (VH??VL )?? C I1 (VH??VL )?? C I 2  ___ 30 东华大学硕士学位论文 ___ 电时代 t1 和 t2 为 t1??,由公式(1)和(2)可知 (1) (2) ,振荡频率(这里轻视了对比器和反应收集的延迟时代)重要是电流源电流巨细和电容的巨细断定了电道 的,比例决 定了振荡器的占空比此中 I1 和 I2 的。是基于古板的 RC 振荡器实行带有迟滞对比器的 RC 振荡器,18 所示如图 3-。区别是迟滞对比器它与古板振荡器的,个对比器简化成一个它是将电道中的两,电道的功耗大大下降了。的振荡器电道 ___ 低电平图 3-18 带有迟滞对比器,、S3 闭合这功夫 S1,电容充电I1 对,过 VH 后电容上电压超,VL 时对比器翻转对比器翻 ___ ,个周期的振荡电道完毕一。 I3RC I1  I RC I2  (3) 式(3)中由以上解析可得: 31 东华大学硕士学位论文 t1?? ,电容的充电时代和放电时代t1、 t 2 折柳为。1?? t 2?? t T  (4) 式(4)中由此可能获得振荡 器的周期 t 为 t?? t ,和反应体例的延时t T 为对比器。有振荡器的周期为: T?? 2 KRC?? t T  (6) 3.4.2 振荡器的电道安排 图 3-19 是振荡器的安排计划安排电流源 I1、I2、I3 拥有如下 相闭: I1?? I 2?? I 3 K  (5) 将式(3)式(5)代入式(4),器的输出串联三个反 向器振荡器的主题是一个对比,馈到对比器的一个输入端第三个反向器的输出反,输入实行 对比与另一个参考,正反应通道变成一个。道图 图 3-19 详解如下图 3-19 振荡器的安排电,M63 的电流M62 镜像 , R4由电阻,5R,士学位论文 获得高电压 OU 和低电压 OLNMOS M64 分压 32 东华大学硕,差是 R4 上的压降OU 和 OL 的压。构成一 个传输门M65-M68 ,时(CP2 为低电平)当 CP1 为高电平, 为 OUVREF; (CP2 为高电平)当 CP1 为低电普通, 为 OLVREF。出的反应电压VR 是输,VREF(OU)当 VR 大于 ,输出低电平M70 漏,漏输出高M74 , CP1 为低颠末一个反向器, 为高CP2,跳低为 OLVREF ,86 和 M87 放电电容 M82 通过 M,位最先下降VR 电, 输出 低电平同时 CLK。 VREF(OL)当 VR 电位低于,漏输出低M74 ,个反向器通过一,输 出高CP1 , 输出低CP2,跳高为 OUVREF ,83 和 M85 充电电容 M82 通过 M,开 始升高VR 电位, 输出高电平同时 CLK。器的一个周期这便是振荡。的策动公式如下振荡器一个周期, 的电容值为 C假设电容 M82,84M,道的电流为 IM88 这条通,83M,或 M86M85 ,像电流 IM87 镜,电电压为 OU-OL电容 M82 的充, OU-OL放电电压也是,为 tud充电延时,T1(CLK 为高)和放电时代 T2(CLK 为低)之和放电延时为 tdd.振荡器一个周期 T 是电容充电时代 。T?? 2C I ? (OU?? OL)?? tud?? tdd 3.4.3 振荡器的仿真与解析 振荡器的仿线T1?? T2?? C I C I  ? (OU?? OL)?? tud ? (OU?? OL)?? tdd ,对比器的一个输入端V_R 锯齿波是,容的充电进程上升是 电,的放电进程降落是电容。入端 V_REF 实行对比V_R 与对比器的另一个输。电压给电容充电对比器输出反应, 大于 V_REF 的高值一朝电容上极板电压 V_R,充电延时颠末一段,最先放电电容就。 幼于 V_REF 的低值当电容上极板电压 V_R,放电延时颠末一段,最先充电电容又,新的周期最先一个。振荡器的仿线 电荷泵 跟着科学本领的飞速进展33 东华大学硕士学位论文 图 3-20 ,经成为 当代生涯中每家每户的必定品手机、平板电脑和其它便携挪动摆设已。备群多以电池供电这些便携式挪动设,微管束器驾驭的摆设其负载电 道普通是,、输出电压的 纹波要幼[12]此类摆设央浼供电电源的结果要高。压转化为适宜安排需求的电 源电压直流变换器便是把未经调解的电源电。个电感完毕直流/直流变换古板的开闭电源普通运用一,易饱和、会爆发电磁骚扰可是电感体积 远大、容,价值高贵并且电感。此类题目为处理,源普通采用当代 电电明升体育首页