1、2022-6-51第七章第七章 智能功率集成电路的设计智能功率集成电路的设计 2022-6-52/84主要内容主要内容nSPIC设计考虑设计考虑nPWM开关电源开关电源SPIC设计实例设计实例n荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC设计实例设计实例2022-6-53/84SPIC设计考虑设计考虑n工艺流程选择工艺流程选择n功率器件关键参数确定功率器件关键参数确定n关键工艺参数设计关键工艺参数设计2022-6-54/84智能功率集成电路智能功率集成电路SPIC 一般包括：一般包括：n功率控制功率控制n检测检测 / 保护保护n接口电路接口电路目标目标 尽可能少的工艺步骤，尽可能少的工艺步骤， 实现最佳功率器
2、件性能实现最佳功率器件性能2022-6-55/84工艺流程选择工艺流程选择SPIC一般实现方案：一般实现方案： 在已有的在已有的CMOS或者或者BiCMOS工艺上进行改造，增加若干个工艺上进行改造，增加若干个工艺步骤而实现。工艺步骤而实现。工艺改造的好处：工艺改造的好处： 一方面可以减小工艺成本和实现难度，另一方面也提高工艺一方面可以减小工艺成本和实现难度，另一方面也提高工艺的稳定性。的稳定性。2022-6-56/84SPIC基本工艺流程基本工艺流程nSPIC工艺主要可分为工艺主要可分为外延层结构工艺外延层结构工艺和和无外延层结构工艺无外延层结构工艺。n这两种工艺技术各有特点，根据电路、器件、
3、特性等方面不这两种工艺技术各有特点，根据电路、器件、特性等方面不 同的要求，其最恰当的兼容工艺方式也大不相同。相比而言，同的要求，其最恰当的兼容工艺方式也大不相同。相比而言， 目前无外延层结构工艺较为普遍。目前无外延层结构工艺较为普遍。2022-6-57/84功率器件关键参数确定功率器件关键参数确定nLDMOS、VDMOS和和IGBT等功率器件是等功率器件是SPIC 的核心，一的核心，一 般功率器件约占整个芯片面积的般功率器件约占整个芯片面积的1/22/3。n设计性能良好的功率器件是整个智能功率集成电路设计的关设计性能良好的功率器件是整个智能功率集成电路设计的关键，其中耐压和导通电阻是键，其中
4、耐压和导通电阻是SPIC的重要指标。的重要指标。 2022-6-58/84功率器件的主要技术参数功率器件的主要技术参数n击穿电压：源漏击穿电压击穿电压：源漏击穿电压BVDS、栅源击穿电压、栅源击穿电压BVGS；n静态特性参数：阈值电压、静态特性参数：阈值电压、IV特性、栅特性和特征特性、栅特性和特征 导通电阻等；导通电阻等；n动态特性参数：栅电容、导通时间、关断时间和开关动态特性参数：栅电容、导通时间、关断时间和开关 频率等；频率等；n器件安全工作区（器件安全工作区（SOA）。）。2022-6-59/84关键工艺参数的设计关键工艺参数的设计n在改造工艺上调整有限的工艺参数使得功率器件性能最在改
5、造工艺上调整有限的工艺参数使得功率器件性能最 佳是佳是SPIC工艺必须要考虑的问题。工艺必须要考虑的问题。n要确定这些最佳工艺参数，可以采用要确定这些最佳工艺参数，可以采用理论推导理论推导和和TCAD 仿真仿真相结合的方式。相结合的方式。2022-6-510/84PWM开关电源开关电源SPIC设计实例设计实例 n开关电源原理及开关电源开关电源原理及开关电源SPIC n开关电源开关电源SPIC模块电路模块电路 n开关电源开关电源SPIC的的BCD工艺流程工艺流程 n开关电源开关电源SPIC的版图设计的版图设计 2022-6-511/84 开关电源原理开关电源原理TOP2232022-6-512/
6、84开关电源开关电源TOP223 TOP223芯片是一个自我偏置、自我保护的用线性电流控制占空芯片是一个自我偏置、自我保护的用线性电流控制占空比转换的开关电源。主要包括：比转换的开关电源。主要包括：n主电路部分主电路部分 偏置电路、分流调整器偏置电路、分流调整器/误差放大器电路、锯齿波发生器电路、误差放大器电路、锯齿波发生器电路、PWM比较器电路、最小导通时间延迟、驱动电路、组合逻辑电路比较器电路、最小导通时间延迟、驱动电路、组合逻辑电路 n辅助保护电路部分辅助保护电路部分 温度保护电路、过流保护电路、欠压保护电路、温度保护电路、过流保护电路、欠压保护电路、8分频复位延时分频复位延时电路、高压
7、充电电路电路、高压充电电路 2022-6-513/84TOP223芯片管脚芯片管脚 nDRAIN：输出管：输出管MOSFET的漏极。在启动时，通过一个内部的漏极。在启动时，通过一个内部 开关控制的高压电流源提供内部偏置电流。开关控制的高压电流源提供内部偏置电流。nCONTROL：作为占空比控制时，是误差放大器和反馈电流的：作为占空比控制时，是误差放大器和反馈电流的 输入端。也用做内部电路和自动重启动输入端。也用做内部电路和自动重启动/补偿电容的连接点。补偿电容的连接点。nSOURCE：Y型封装时，是输出型封装时，是输出MOSFET的源极，作为高压电的源极，作为高压电 源的回路。原边控制电流的公
8、共参考点。源的回路。原边控制电流的公共参考点。2022-6-514/84TOP223封装封装2022-6-515/84TOP223性能参数性能参数 极限参数极限参数n漏极电压：漏极电压：-0.3V到到700V；n漏极电流增加速度漏极电流增加速度(ID/每每100ns)： 0.1ILIMIT(MAX)n控制脚电压：控制脚电压：-0.3V到到9Vn控制脚电流：控制脚电流：100mAn储存温度：储存温度：-65到到125n工作结温度：工作结温度：-40到到1502022-6-516/84TOP223性能参数性能参数 电学参数电学参数n最大功率：最大功率：50W（单一值电压输入）（单一值电压输入） 3
9、0W（宽范围电压输入）（宽范围电压输入） *TO-220（Y）封装）封装 n导通电阻：导通电阻：7.8 (ID=100mA，Tj=25)n保护电流：保护电流：1.00A(Tj=25)n最大占空比：最大占空比：67%2022-6-517/84开关电源开关电源SPICTOP2232022-6-518/84 偏置电路偏置电路欠压保欠压保护输入护输入1:8 IR5=(VBE6-VBE7)/R5=Vtln(IS6/IS7)/R5 ; IE9= IE5=2Vtln(IS6/IS7)/R5 ;VOUT=VE9=VBE10+2R6Vtln(IS6/IS7)/R5 当发生欠压时，偏置电压当发生欠压时，偏置电压1
10、调节锯齿波发生器输出频率调节锯齿波发生器输出频率由之前正常工作的由之前正常工作的100kHz减小为减小为3kHz，减小功耗。，减小功耗。 2022-6-519/84误差放大器误差放大器 PMOS宽长比很大，宽长比很大，实现旁路分流的作用实现旁路分流的作用 误差放大器输出误差放大器输出 反馈电流输入反馈电流输入 反馈电流小于反馈电流小于2mA，电路以最大占空比，电路以最大占空比67%工作；工作； 反馈电流在反馈电流在26mA，电路工作占空比，电路工作占空比67%1%工作；工作； 反馈电流大于反馈电流大于6mA，电路以最小占空比，电路以最小占空比1%工作；工作； 2022-6-520/84误差放大
11、器仿真结果误差放大器仿真结果2022-6-521/84锯齿波发生器电路锯齿波发生器电路 锯齿波输出锯齿波输出 偏置偏置偏置偏置Q6、Q7的栅电压互反，控制的栅电压互反，控制C1的充放电的充放电2V 0.7V 方波脉冲方波脉冲 2022-6-522/84锯齿波电路仿真图锯齿波电路仿真图 频率为频率为100KHz 2022-6-523/84PWM比较器比较器 2022-6-524/84PWM比较器仿真图比较器仿真图 Q21栅控电压DrainQ8Q6Q22Q23Q3Q19Q18Q13R1Q1Q14偏置电压Q9Q20Q2Q17Q150Q10Q7Vc偏置电压Q16Q4Q11Q12Q24Q5Q25C120
12、22-6-525/84驱动电路驱动电路2022-6-526/84最小导通时间延迟模块最小导通时间延迟模块 增加这个电路其实就是加增加这个电路其实就是加了一个反馈，利用环路延迟，了一个反馈，利用环路延迟，使得当误差信号逐步增大到使得当误差信号逐步增大到大于锯齿波信号时，保持一大于锯齿波信号时，保持一个最小的占空比。个最小的占空比。2022-6-527/84组合逻辑电路组合逻辑电路 n最大占空比不超过最大占空比不超过67% n最小导通时间（占空比最小导通时间（占空比 1%）n综合处理各种保护信号综合处理各种保护信号2022-6-528/84保护电路保护电路 n在在TOP223中，保护电路是非常完备
13、的，它包括温度中，保护电路是非常完备的，它包括温度 保护电路、过流保护电路、欠压保护电路等。有关保保护电路、过流保护电路、欠压保护电路等。有关保 护电路可以参考第五章节。护电路可以参考第五章节。2022-6-529/84软启动电路软启动电路 当电路由于某种非正常原当电路由于某种非正常原因引起保护电路动作，关断因引起保护电路动作，关断部分电路后，一般希望电路部分电路后，一般希望电路能在能在故障消除后重新恢复工故障消除后重新恢复工作作，所以需加软启动电路。，所以需加软启动电路。LDMOS Vcontrol内部电源内部电源VC电路正常运作时，控制信号电路正常运作时，控制信号VC为低电平为低电平， C
14、1依靠电路正常工作时的外部反馈电流依靠电路正常工作时的外部反馈电流充电，维持内部电源的正常电压充电，维持内部电源的正常电压2022-6-530/84整体性能分析整体性能分析输入输入输出输出输出随输入电压变化的影响输出随输入电压变化的影响 2022-6-531/84电路中需要的器件电路中需要的器件元器件类别元器件类别具体元器件具体元器件高压器件高压器件HV-LDMOS低压器件低压器件CMOS、Diode、NPN、PNP无源元件无源元件电阻、电容电阻、电容2022-6-532/84开关电源开关电源SPIC的的BCD工艺流程工艺流程 n 双双RESURF结构（结构（N-漂移区内有漂移区内有P-注入）
15、横向功率器注入）横向功率器 件在导通电阻、击穿电压和安全工作区等特性方面，件在导通电阻、击穿电压和安全工作区等特性方面， 要比单要比单RESURF结构器件更有优势。结构器件更有优势。 n在常规在常规BiCMOS工艺基础上，充分考虑光刻板、工艺工艺基础上，充分考虑光刻板、工艺 步骤的兼容性，结合各种器件的特性，实现兼容步骤的兼容性，结合各种器件的特性，实现兼容700V 耐压耐压LDMOS的的BCD工艺。工艺。2022-6-533/84工艺流程工艺流程1、采用、采用100晶向晶向P型硅衬底型硅衬底(电阻率电阻率100.cm )，不做外延；，不做外延；2、N阱光刻、注入、退火；阱光刻、注入、退火；
16、掩膜版掩膜版1 磷注入磷注入, 2e12/cm2, E=80KeV, T=1200oC, t=550, N2、O2; 形成形成PMOSPMOS的的N N型衬底，功率型衬底，功率MOSFETMOSFET的漂移区，的漂移区，NPNNPN管的集电区，管的集电区，还有还有N N阱电阻，电容下极板。阱电阻，电容下极板。 2022-6-534/84工艺流程工艺流程3、淡硼、淡硼P-区光刻、注入、退火；区光刻、注入、退火； 掩膜版掩膜版2 硼注入硼注入, 1.5e12/cm2, E=50KeV, T=1200oC, t=20, N2、O2; 形成形成LDMOSLDMOS场区注入、场区注入、LDMOSLDMO
17、S沟道注入、沟道注入、NMOSNMOS的的P P型衬底调整、离子注型衬底调整、离子注入电阻、双极晶体管淡基区。入电阻、双极晶体管淡基区。2022-6-535/84工艺流程工艺流程4、有源区光刻；、有源区光刻； 掩膜版掩膜版32022-6-536/84工艺流程工艺流程5、浓硼、浓硼P区光刻、注入、退火；区光刻、注入、退火； 掩膜版掩膜版4 硼注入硼注入, 3e14/cm2, E=50KeV；形成电容下极板周围的环、高形成电容下极板周围的环、高 管浓基区。管浓基区。2022-6-537/84工艺流程工艺流程6、栅氧化。、栅氧化。Dox=0.065uM。T=1160oC, t=10 , O2, HC
18、l;7、淀积多晶硅，多晶硅注入磷，多晶硅、淀积多晶硅，多晶硅注入磷，多晶硅Rs=15/。掩膜版掩膜版5 5 2022-6-538/84工艺流程工艺流程8、PMOS源、漏光刻，源、漏光刻， 6.5e15/cm2, E=80KeV； 掩膜版掩膜版6 形成形成PMOSPMOS源、漏区，源、漏区，P P型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。2022-6-539/84工艺流程工艺流程9、NMOS源、漏光刻，源、漏光刻， 5e16/cm2, E=80KeV, T=850oC, t=10; 掩膜版掩膜版7 形成形成PMOSPMOS源、漏区，源、漏区，P P型有源区接地，晶体管基
19、区欧姆接触。型有源区接地，晶体管基区欧姆接触。2022-6-540/84工艺流程工艺流程10、引线孔光刻、引线孔光刻; 掩膜版掩膜版8 2022-6-541/84工艺流程工艺流程11、铝淀积、铝淀积; 掩膜版掩膜版9 12、PAD; 掩膜版掩膜版10 2022-6-542/84开关电源开关电源SPIC的版图设计的版图设计 芯片面积：芯片面积：3mm2mm最小线宽：最小线宽：3m2022-6-543/84版图检查版图检查2022-6-544/84版图检查版图检查工艺层次的定义：工艺层次的定义：2022-6-545/84 版图检查版图检查2022-6-546/84版图检查版图检查 DRC文件文件2
20、022-6-547/84版图检查版图检查 Extract文件文件2022-6-548/84版图检查版图检查 LVS文件文件2022-6-549/81荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC设计实例设计实例 n高频照明原理及电子镇流器高频照明原理及电子镇流器ICn荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC模块电路模块电路 n荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC的的BCD工艺流程工艺流程 n荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC的版图设计的版图设计 2022-6-550/81高频照明原理高频照明原理n高频照明利用高频镇流器控制对荧光灯灯丝预热，当灯丝预热充高频照明利用高频镇流器控制对荧光灯灯丝预热，当灯丝预热充 分后再利用谐振回路谐振产生的
21、高压来启辉灯管，最后仍然通过分后再利用谐振回路谐振产生的高压来启辉灯管，最后仍然通过 镇流器控制灯电路工作在高频下（一般是几十镇流器控制灯电路工作在高频下（一般是几十kHz）以保持灯管）以保持灯管的正常工作。的正常工作。 n高频镇流器高频镇流器IC中预热、启动时间都可以控制，而且一次性启辉，中预热、启动时间都可以控制，而且一次性启辉， 高频运行时阴极的温度较低，阴极降落几乎为零，并且还可以通高频运行时阴极的温度较低，阴极降落几乎为零，并且还可以通 过过IC设计来处理灯的异常工作状态，这些特点都可以延长灯管的设计来处理灯的异常工作状态，这些特点都可以延长灯管的 寿命。寿命。 2022-6-551
22、/81电子镇流器电子镇流器ICUBA2014半桥驱动半桥驱动2022-6-552/81UBA2014特点特点n预热时间可调预热时间可调n电流型控制工作电流型控制工作n一次性启辉一次性启辉n自适应死区时间控制自适应死区时间控制n集成电位上浮功能集成电位上浮功能n防灯失效及无灯管模式防灯失效及无灯管模式n可调光至可调光至10%等等2022-6-553/81UBA2014管脚和封装管脚和封装2022-6-554/81UBA2014工作状态工作状态 芯片工作时可分为以下几个过程状态：芯片工作时可分为以下几个过程状态：n启动启动n预热预热n起辉起辉n点亮点亮n灯失效灯失效2022-6-555/81UBA
23、2014工作状态工作状态启动启动启动电阻启动电阻启动电容启动电容 当当VDD的电压值到达启动门限（典型值的电压值到达启动门限（典型值: 13v）时，电路开始工作，内部振荡器在最高频率）时，电路开始工作，内部振荡器在最高频率(100 kHz)开始起振；启动状态下，高端功率开始起振；启动状态下，高端功率MOS管和低端功率管和低端功率MOS管都处于不导通的状态。管都处于不导通的状态。2022-6-556/84UBA2014工作状态工作状态预热预热 在预热状态下，大电流通过灯丝预热，灯丝发射大量的电子，允许在较低在预热状态下，大电流通过灯丝预热，灯丝发射大量的电子，允许在较低 的电压下，触发点亮灯丝，
24、减少对的电压下，触发点亮灯丝，减少对灯丝的损伤，防止灯管发黑，有利于延长灯管寿命。灯丝的损伤，防止灯管发黑，有利于延长灯管寿命。PCS电压上升电压上升 PCS电压超过电压超过0.6V时，预热电流感应器输出电流对时，预热电流感应器输出电流对CSW的电容充电，使电路频率基本稳定在的电容充电，使电路频率基本稳定在55kHz左右。左右。 2022-6-557/81UBA2014工作状态工作状态起辉起辉 预热过后，电路进入起辉状态，内部的固定电流会持续对预热过后，电路进入起辉状态，内部的固定电流会持续对CSW充电。电路频率以较低的速率下降。充电。电路频率以较低的速率下降。 与灯管并联的启动电容与灯管并联
25、的启动电容C22上的电压随频率的下降而上升，一旦频率下降到接近半桥负载的串联谐上的电压随频率的下降而上升，一旦频率下降到接近半桥负载的串联谐振频率，在灯管上就会产生较大的电压（大于振频率，在灯管上就会产生较大的电压（大于450V ）使灯管启跳点亮。）使灯管启跳点亮。2022-6-558/81UBA2014工作状态工作状态点亮点亮 当频率到达最小值后，电路进入点亮状态。灯一旦被点亮，当频率到达最小值后，电路进入点亮状态。灯一旦被点亮，LC串联电路则失谐，灯管两端电压为串联电路则失谐，灯管两端电压为100V左右。这时平均电流检测电路（左右。这时平均电流检测电路（ACS）开始工作。一旦电阻）开始工作
26、。一旦电阻R14上的平均电压到达参考电平时，上的平均电压到达参考电平时，ACS电路将会通过对电路将会通过对CSW上的电容充放电来反馈控制频率，进而控制灯电流和灯的亮度。上的电容充放电来反馈控制频率，进而控制灯电流和灯的亮度。2022-6-559/810.81 V1.49 V正常启辉时的波形正常启辉时的波形2022-6-560/81灯失效模灯失效模1、失效在启辉状态、失效在启辉状态 灯并没有点亮，灯并没有点亮，LVS脚电压持续上升。脚电压持续上升。 电路将停止振荡并强电路将停止振荡并强制进入低功耗模式。制进入低功耗模式。 只有当电源电压下降只有当电源电压下降到一定值后电路才会被重到一定值后电路才
27、会被重置。置。2022-6-561/81灯失效模灯失效模2、失效在点亮状态、失效在点亮状态 在正常工作时，灯突在正常工作时，灯突然失效然失效 ，使电路重新进入，使电路重新进入启辉状态并且试图重新启启辉状态并且试图重新启辉点灯。辉点灯。 如果再次启辉时间结如果再次启辉时间结束后，电平仍然被箝置在束后，电平仍然被箝置在Vlamp（max），则表明），则表明启辉失败，电路将停止振启辉失败，电路将停止振荡并强制进入低功耗模式。荡并强制进入低功耗模式。 2022-6-562/81可调死区时间可调死区时间高压功率管高压功率管2022-6-563/81 可调死区时间可调死区时间2022-6-564/81荧光
28、灯驱动荧光灯驱动SPIC模块电路模块电路 UBA2014芯片是一块耐高压的半桥荧光灯驱芯片是一块耐高压的半桥荧光灯驱动芯片，主要可分为偏置及基准电路、方波及锯动芯片，主要可分为偏置及基准电路、方波及锯齿波发生器、迟滞比较器、齿波发生器、迟滞比较器、 5V模拟（数字）电模拟（数字）电源生成电路、压控信号产生及调光电路、自适应源生成电路、压控信号产生及调光电路、自适应死区时间电路、自举电路、电平移位及高端逻辑死区时间电路、自举电路、电平移位及高端逻辑电路等模块。电路等模块。2022-6-565/81主偏置及基准电路主偏置及基准电路M6VDD2M3M4R31.25VgeneratorM2C3C1sh
29、ielding_biasC2Q11Q10R1M5M7Q9Q2Q81:2R4Q4Vbias(out)Q5M10Q1M1R5M9startup_signalR2Q7M8Q3Q62022-6-566/812.5V缓冲基准源缓冲基准源1.49VQ82.5VM4R3Q13M16M2C1Q1Q7Q9VDD2VDD1Q5Q11C3R6R1Q14Q15M3Q16Q3M6R2Q12Q4M9M8C2Vbias1M15Q6M120.6VM5VrefM13M14M10Q20.81VR5M18Vbias2M17Q10M7M1M11Vref(1.25v)R4Q17R1R2VCCoutputQ1+A-BVref2022-6
30、-567/81电流基准电路电流基准电路Vbias(in)R4M11Q2R2Q1R1M3M2M5M10RextR5Q4VDD1Vbias(out)M8M4M1Q5R3Vref(2.5)C2M9Q3IrefQ6M7M6C1这款电路全部采用的是电流模的方式来提供这款电路全部采用的是电流模的方式来提供偏置。这样做的好处是：电压值通过导线进偏置。这样做的好处是：电压值通过导线进行远距离传输时，由于导线上存在的小电阻行远距离传输时，由于导线上存在的小电阻会使电压值产生误差。会使电压值产生误差。 2022-6-568/81方波形发生器方波形发生器 M10M13M6M17M9M11pulseVDD1M2M15
31、M8M18M4CextM3M5VbiasM16M12CTM1CT放电信号M14启动信号M7产生的方波周期为产生的方波周期为260ms。该方波用作定时器脉冲，该方波用作定时器脉冲，以确定启辉时间（一个周期）以确定启辉时间（一个周期）和预热时间（七个周期）。和预热时间（七个周期）。 宽长比很大，可以宽长比很大，可以以以1mA的电流泄放的电流泄放，进而使定时器停，进而使定时器停止振荡。止振荡。 2022-6-569/81频率可调锯齿波发生器频率可调锯齿波发生器M16M19M37Q4M14M32M23M8Q3M2主驱动波形M17最大死区时间限制M26CFM30M7Q2M28M33M34M24M3M10
32、M40R1M12Vbias1Vbias2M22M35M36CF充电电流控制信号M1C1M29R3M15M25M9M27M20M38M61.25伏基准电压A11Monday, February 09, 2004TitleSizeDocument NumberRevDate:Sheetof启动信号M18M392.5伏基准电压first_stroke_controlM21M11VDD1M4M31Q1R2M13M5Vbias3CextCF充电电流充电电流 控制信号控制信号2.5V1. 初始状态下，充电电流由初始状态下，充电电流由Q1决定。决定。Q2基极电压基极电压 逐渐上升；逐渐上升；2. Q2基极电
33、压达到基极电压达到2.5V之前，之前，M40始终关闭，充始终关闭，充 电状态保持不变；电状态保持不变；3. Q2基极电压达到基极电压达到2.5V时，时，M40开启，泄放开启，泄放Cext 电流，完成一个锯齿波周期。电流，完成一个锯齿波周期。充电电流调节充电电流调节2022-6-570/81压控信号产生及调光电路压控信号产生及调光电路VDD1M7M5M16M2M12Q3M20Vbias1调光使能端M19CSWM25Q7CSW箝位输出信号M17M23跳频控制CS-Q8CextM18M24M10Q4Q6M0M13Q1AM14M28M15CSW充电控制M22M26M21M27Q9Vbias2CSW放电
34、控制CS+CSW箝位输入信号M1Q5M9BM6M4M8Q2M11M3CSW外接电容外接电容CSW放电放电 控制控制CSW充电充电 控制控制CSW钳位输出信号钳位输出信号CSW钳位输入信号钳位输入信号跳频控制跳频控制调光使能端调光使能端2022-6-571/81压控信号产生及调光电路压控信号产生及调光电路VbiasQ13M30M37到达底频信号M41Q14M40R2M31M36M32M39M35M33CF充电电流控制信号Q10Q11M38M42R1M34CSW箝位输出信号CSW箝位输入信号M29Q12VDD1CSW钳位输出信号钳位输出信号CSW钳位输入信号钳位输入信号CF充电电流控制信充电电流控
35、制信号号控制控制M40的栅极的栅极电压电压 调节调节CF2022-6-572/81自适应死区时间电路自适应死区时间电路 Q4Q9Q3M9VbiasM16M7M15M8M10PCSM17M6M3Q2ACMQ8ACM输出之一M12Q7低通滤波器低通滤波器M13Q5M2PCS检测输出M14M18M11ACM输出之二0.6V基准电压Q1M1M5M4VDD2Q6低通滤波器确定预热时间确定预热时间2022-6-570/81自举电路自举电路 当电路开始起振时，下管首先开当电路开始起振时，下管首先开启，而上管则处于关闭状态。启，而上管则处于关闭状态。Vs通通过二极管对自举电容过二极管对自举电容Cboot充电到
36、充电到VsVDboot。接下来，下管关闭，上。接下来，下管关闭，上管开启，管开启，Vout端被拉至端被拉至HV。由于自。由于自举电容两端电压不能突变，举电容两端电压不能突变，Vboot=HV+VsVDboot。这样就得。这样就得到了为上管提供栅压驱动逻辑所需的到了为上管提供栅压驱动逻辑所需的高端电压。高端电压。 2022-6-571/81自举电路自举电路片内集成自举电路片内集成自举电路 2022-6-572/81电平移位及高端逻辑电路电平移位及高端逻辑电路LDMOS100ns 2022-6-573/81电平移位及高端逻辑电路电平移位及高端逻辑电路高压隔离区域剖面图高压隔离区域剖面图 2022-
37、6-574/81电平移位及高端逻辑电路电平移位及高端逻辑电路 M23M28M5M25M8M10高端逻辑输入之一R3D1M9M22M13M27M26M17Q1SHM4LDMOSR4M2R2M18M21M19R1GHVDD2M20M7M12M6M15M14D2M24M16Q2FVDDR6M3LDMOSM11R5高端逻辑输入之二M1高端欠压检测电路高端欠压检测电路 2022-6-575/81荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC的的BCD工艺工艺 整块芯片使用的是整块芯片使用的是P型外延的型外延的N阱工阱工艺。工艺步骤比较复杂，掩膜版较多。艺。工艺步骤比较复杂，掩膜版较多。可实现双极型晶体管、可实现双极型晶体
38、管、CMOS场效应管、场效应管、功率功率LDMOS管以及电阻、电容、二极管以及电阻、电容、二极管（稳压管）等各种有源、无源器件。管（稳压管）等各种有源、无源器件。2022-6-576/81工艺流程工艺流程工艺步骤工艺步骤说明说明NBL衬底注入衬底注入N型埋层型埋层PBL衬底注入衬底注入P型埋层，型埋层，P+隔离槽下隔离隔离槽下隔离P-epiP型外延生长型外延生长N-wellN阱注入阱注入DPP+隔离槽的上隔离隔离槽的上隔离(与与PBL对通隔离对通隔离)DN深磷注入深磷注入Base基区注入基区注入2022-6-577/81工艺流程工艺流程AA氮化物淀积以及整体掺硼沟道截止注入氮化物淀积以及整体掺
39、硼沟道截止注入Channel-stop部分区域掺磷的沟道截止注入部分区域掺磷的沟道截止注入LOCOS场区氧化场区氧化Vt Adjust阈值电压调整阈值电压调整Gate Oxide栅氧淀积栅氧淀积poly1第一层多晶硅第一层多晶硅poly2第二层多晶硅第二层多晶硅2022-6-578/81工艺流程工艺流程NSDN型源漏注入型源漏注入PSDP型源漏注入型源漏注入Contact接触孔接触孔metal金属金属PO压焊压焊2022-6-579/81关键器件关键器件 高压部分的高压部分的LDMOS管分布图管分布图 A 管剖面图管剖面图 B 管剖面图管剖面图 A管用在电平移位电路中管用在电平移位电路中 B
40、管用做片内自举电路的开关管管用做片内自举电路的开关管 2022-6-580/81荧光灯驱动荧光灯驱动SPIC的版图设计的版图设计 版图面积：版图面积：3.1mm1.84mm 2022-6-581/81版图特点n对温度敏感的差分对管都排布在平衡的热梯度方向上或是离功率对温度敏感的差分对管都排布在平衡的热梯度方向上或是离功率 器件较远的位置；器件较远的位置；n数字电路部分被网状的数字电路部分被网状的P型隔离槽完全包围，确保其与模拟部分的型隔离槽完全包围，确保其与模拟部分的 良好隔离；良好隔离；n由于由于PCS管脚的信号易受到干扰，因此在其周围清理出一块很大管脚的信号易受到干扰，因此在其周围清理出一块很大 的区域（图的右下方）并使用的区域（图的右下方）并使用P+保护环将它与其它部分分隔开保护环将它与其它部分分隔开 来；来；n高压器件位于整个芯片的右上角，与周围的电路使用较宽的隔离高压器件位于整个芯片的右上角，与周围的电路使用较宽的隔离 槽来分隔。并且在隔离槽上使用大的引线孔和宽金属以保证隔离槽来分隔。并且在隔离槽上使用大的引线孔和宽金属以保证隔离 槽良好的接地；槽良好的接地；nPAD下面都是网状的隔离槽，以隔离下面都是网状的隔离槽，以隔离PAD和周围信号的相互影响。和周围信号的相互影响。
