導(dǎo)語(yǔ)：如何才能寫好一篇模擬集成電路原理與設(shè)計(jì)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

關(guān)鍵詞：IP技術(shù) 模擬集成電路 流程

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-00-02

1 模擬集成電路設(shè)計(jì)的意義

當(dāng)前以信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)突飛猛進(jìn)。以信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平為主要特征的綜合國(guó)力競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，集成電路（IC，Integrated circuit）作為當(dāng)今信息時(shí)代的核心技術(shù)產(chǎn)品，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)以及人類日常生活的重要性已經(jīng)不言

而喻。

集成電路技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了若干發(fā)展階段。20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來(lái)的屬小規(guī)模集成電路（SSI），集成度僅100個(gè)元件；60年展的是中規(guī)模集成電路（MSI），集成度為1000個(gè)元件；70年代又發(fā)展了大規(guī)模集成電路，集成度大于1000個(gè)元件；70年代末進(jìn)一步發(fā)展了超大規(guī)模集成電路（LSI），集成度在105個(gè)元件；80年代更進(jìn)一步發(fā)展了特大規(guī)模集成電路，集成度比VLSI又提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到106個(gè)元件以上。這些飛躍主要集中在數(shù)字領(lǐng)域。

（1）自然界信號(hào)的處理：自然界的產(chǎn)生的信號(hào)，至少在宏觀上是模擬量。高品質(zhì)麥克風(fēng)接收樂(lè)隊(duì)聲音時(shí)輸出電壓幅值從幾微伏變化到幾百微伏。視頻照相機(jī)中的光電池的電流低達(dá)每毫秒幾個(gè)電子。地震儀傳感器產(chǎn)生的輸出電壓的范圍從地球微小振動(dòng)時(shí)的幾微伏到強(qiáng)烈地震時(shí)的幾百毫伏。由于所有這些信號(hào)都必須在數(shù)字領(lǐng)域進(jìn)行多方面的處理，所以我們看到，每個(gè)這樣的系統(tǒng)都要包含一個(gè)模一數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD，C）。

（2）數(shù)字通信：由于不同系統(tǒng)產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)往往要傳輸很長(zhǎng)的距離。一個(gè)高速的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流在通過(guò)一個(gè)很長(zhǎng)的電纜后，信號(hào)會(huì)衰減和失真，為了改善通信質(zhì)量，系統(tǒng)可以輸入多電平信號(hào)，而不是二進(jìn)制信號(hào)?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)中廣泛采用多電平信號(hào)，這樣，在發(fā)射器中需要數(shù)一模轉(zhuǎn)換器（DAC）把組合的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為多電平信號(hào)，而在接收器中需要使用模一數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）以確定所傳輸?shù)碾娖健?/p>

（3）磁盤驅(qū)動(dòng)電子學(xué)計(jì)算機(jī)硬盤中的數(shù)據(jù)采用磁性原理以二進(jìn)制形式存儲(chǔ)。然而，當(dāng)數(shù)據(jù)被磁頭讀取并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，為了進(jìn)一步的處理，信號(hào)需要被放大、濾波和數(shù)字化。

（4）無(wú)線接收器：射頻接收器的天線接收到的信號(hào)，其幅度只有幾微伏，而中心頻率達(dá)到幾GHz。此外，信號(hào)伴隨很大的干擾，因此接收器在放大低電平信號(hào)時(shí)必須具有極小噪聲、工作在高頻并能抑制大的有害分量。這些都對(duì)模擬設(shè)計(jì)有很大的挑戰(zhàn)性。

（5）傳感器：機(jī)械的、電的和光學(xué)的傳感器在我們的生活中起著重要的作用。例如，視頻照相機(jī)裝有一個(gè)光敏二極管陣列，以將像點(diǎn)轉(zhuǎn)換為電流；超聲系統(tǒng)使用聲音傳感器產(chǎn)生一個(gè)與超聲波形幅度成一定比例的電壓。放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換在這些應(yīng)用中都是基本的功能。

（6）微處理器和存儲(chǔ)器：大量模擬電路設(shè)計(jì)專家參與了現(xiàn)代的微處理器和存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)。許多涉及到大規(guī)模芯片內(nèi)部或不同芯片之間的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的分布和時(shí)序的問(wèn)題要求將高速信號(hào)作為模擬波形處理。而且芯片上信號(hào)間和電源間互連中的非理想性以及封裝寄生參數(shù)要求對(duì)模擬電路設(shè)計(jì)有一個(gè)完整的理解。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器廣泛使用的高速/讀出放大器0也不可避免地要涉及到許多模擬技術(shù)。因此人們經(jīng)常說(shuō)高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)實(shí)際上是模擬電路的

設(shè)計(jì)。

2 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程概念

在集成電路工藝發(fā)展和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，系統(tǒng)芯片SOC和IP技術(shù)越來(lái)越成為IC業(yè)界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著集成技術(shù)的不斷發(fā)展和集成度的迅速提高，集成電路芯片的設(shè)計(jì)工作越來(lái)越復(fù)雜，因而急需在設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)工具這兩方面有一個(gè)大的變革，這就是人們經(jīng)常談?wù)摰脑O(shè)計(jì)革命。各種計(jì)算機(jī)輔助工具及設(shè)計(jì)方法學(xué)的誕生正是為了適應(yīng)這樣的要求。

一方面，面市時(shí)間的壓力和新的工藝技術(shù)的發(fā)展允許更高的集成度，使得設(shè)計(jì)向更高的抽象層次發(fā)展，只有這樣才能解決設(shè)計(jì)復(fù)雜度越來(lái)越高的問(wèn)題。數(shù)字集成電路的發(fā)展證明了這一點(diǎn)：它很快的從基于單元的設(shè)計(jì)發(fā)展到基于模塊、IP和IP復(fù)用的

設(shè)計(jì)。

另一方面，工藝尺寸的縮短使得設(shè)計(jì)向相反的方向發(fā)展：由于物理效應(yīng)對(duì)電路的影響越來(lái)越大，這就要求在設(shè)計(jì)中考慮更低層次的細(xì)節(jié)問(wèn)題。器件數(shù)目的增多、信號(hào)完整性、電子遷移和功耗分析等問(wèn)題的出現(xiàn)使得設(shè)計(jì)日益復(fù)雜。

3 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程

3.1 模擬集成電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)境

集成電路的設(shè)計(jì)由于必須通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助完成整個(gè)過(guò)程，所以對(duì)軟件和硬件配置都有較高的要求。

（1）模擬集成電路設(shè)計(jì)EDA工具種類及其舉例

設(shè)計(jì)資料庫(kù)―Cadence Design Framework11

電路編輯軟件―Text editor/Schematic editor

電路模擬軟件―Spectre，HSPICE，Nanosim

版圖編輯軟件―Cadence virtuoso，Laker

物理驗(yàn)證軟件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules

（2）系統(tǒng)環(huán)境

工作站環(huán)境；Unix-Based作業(yè)系統(tǒng)；由于EDA軟件的運(yùn)行和數(shù)據(jù)的保存需要穩(wěn)定的計(jì)算機(jī)環(huán)境，所以集成電路的設(shè)計(jì)通常采用Unix-Based的作業(yè)系統(tǒng)，如圖1所示的工作站系統(tǒng)?，F(xiàn)在的集成電路設(shè)計(jì)都是團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成的，甚至工程師們?cè)诓煌牡攸c(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)作設(shè)計(jì)。EDA軟件、工作站系統(tǒng)的資源合理配置和數(shù)據(jù)庫(kù)的有效管理將是集成電路設(shè)計(jì)得以完成的重要保障。

3.2 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程概述

根據(jù)處理信號(hào)類型的不同，集成電路一般可以分為數(shù)字電路、模擬電路和數(shù)?；旌霞呻娐?，它們的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程是不同的，在這部分和以后的章節(jié)中我們將著重講述模擬集成電路的設(shè)計(jì)方法和流程。模擬集成電路設(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性的過(guò)程，它通過(guò)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，與電路分析剛好相反。電路的分析是一個(gè)由電路作為起點(diǎn)去發(fā)現(xiàn)其特性的過(guò)程。電路的綜合或者設(shè)計(jì)則是從一套期望的性能參數(shù)開(kāi)始去尋找一個(gè)令人滿意的電路，對(duì)于一個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題，解決方案可能不是唯一的，這樣就給予了設(shè)計(jì)者去創(chuàng)造的機(jī)會(huì)。

模擬集成電路設(shè)計(jì)包括若干個(gè)階段，設(shè)計(jì)模擬集成電路一般的過(guò)程。

（l）系統(tǒng)規(guī)格定義；（2）電路設(shè)計(jì)；（3）電路模擬；（4）版圖實(shí)現(xiàn)；（5）物理驗(yàn)證；（6）參數(shù)提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）測(cè)試。

除了制造階段外，設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)其余各階段負(fù)責(zé)。設(shè)計(jì)流程從一個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思開(kāi)始，明確設(shè)計(jì)要求和進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。為了確認(rèn)設(shè)計(jì)的正確性，設(shè)計(jì)師要應(yīng)用模擬方法評(píng)估電路的性能。

這時(shí)可能要根據(jù)模擬結(jié)果對(duì)電路作進(jìn)一步改進(jìn)，反復(fù)進(jìn)行綜合和模擬。一旦電路性能的模擬結(jié)果能滿足設(shè)計(jì)要求就進(jìn)行另一個(gè)主要設(shè)計(jì)工作―電路的幾何描述（版圖設(shè)計(jì)）。版圖完成并經(jīng)過(guò)物理驗(yàn)證后需要將布局、布線形成的寄生效應(yīng)考慮進(jìn)去再次進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。如果模擬結(jié)果也滿足設(shè)計(jì)要求就可以進(jìn)行制造了。

3.3 模擬集成電路設(shè)計(jì)流程分述

（1）系統(tǒng)規(guī)格定義

這個(gè)階段系統(tǒng)工程師把整個(gè)系統(tǒng)和其子系統(tǒng)看成是一個(gè)個(gè)只有輸入輸出關(guān)系的/黑盒子，不僅要對(duì)其中每一個(gè)進(jìn)行功能定義，而且還要提出時(shí)序、功耗、面積、信噪比等性能參數(shù)的范圍要求。

（2）電路設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，首先要選擇合適的工藝制程；然后合理的構(gòu)架系統(tǒng)，例如并行的還是串行的，差分的還是單端的；依照架構(gòu)來(lái)決定元件的組合，例如，電流鏡類型還是補(bǔ)償類型；根據(jù)交、直流參數(shù)決定晶體管工作偏置點(diǎn)和晶體管大??；依環(huán)境估計(jì)負(fù)載形態(tài)和負(fù)載值。由于模擬集成電路的復(fù)雜性和變化的多樣性，目前還沒(méi)有EDA廠商能夠提供完全解決模擬集成電路設(shè)計(jì)自動(dòng)化的工具，此環(huán)節(jié)基本上通過(guò)手工計(jì)算來(lái)完成的。

（3）電路模擬

設(shè)計(jì)工程師必須確認(rèn)設(shè)計(jì)是正確的，為此要基于晶體管模型，借助EDA工具進(jìn)行電路性能的評(píng)估，分析。在這個(gè)階段要依據(jù)電路仿真結(jié)果來(lái)修改晶體管參數(shù)；依制程參數(shù)的變異來(lái)確定電路工作的區(qū)間和限制；驗(yàn)證環(huán)境因素的變化對(duì)電路性能的影響；最后還要通過(guò)仿真結(jié)果指導(dǎo)下一步的版圖實(shí)現(xiàn)，例如，版圖對(duì)稱性要求，電源線的寬度。

（4）版圖實(shí)現(xiàn)

電路的設(shè)計(jì)及模擬決定電路的組成及相關(guān)參數(shù)，但并不能直接送往晶圓代工廠進(jìn)行制作。設(shè)計(jì)工程師需提供集成電路的物理幾何描述稱為版圖。這個(gè)環(huán)節(jié)就是要把設(shè)計(jì)的電路轉(zhuǎn)換為圖形描述格式。模擬集成電路通常是以全定制方法進(jìn)行手工的版圖設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮設(shè)計(jì)規(guī)則、匹配性、噪聲、串?dāng)_、寄生效應(yīng)、防門鎖等對(duì)電路性能和可制造性的影響。雖然現(xiàn)在出現(xiàn)了許多高級(jí)的全定制輔助設(shè)計(jì)方法，仍然無(wú)法保證手工設(shè)計(jì)對(duì)版圖布局和各種效應(yīng)的考慮全面性。

（5）物理驗(yàn)證

版圖的設(shè)計(jì)是否滿足晶圓代工廠的制造可靠性需求？從電路轉(zhuǎn)換到版圖是否引入了新的錯(cuò)誤？物理驗(yàn)證階段將通過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC，Design Rule Cheek）和版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對(duì)（VLS，Layout Versus schematic）解決上述的兩類驗(yàn)證問(wèn)題。幾何規(guī)則檢查用于保證版圖在工藝上的可實(shí)現(xiàn)性。它以給定的設(shè)計(jì)規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)最小線寬、最小圖形間距、孔尺寸、柵和源漏區(qū)的最小交疊面積等工藝限制進(jìn)行檢查。版圖網(wǎng)表與電路原理圖的比對(duì)用來(lái)保證版圖的設(shè)計(jì)與其電路設(shè)計(jì)的匹配。VLS工具從版圖中提取包含電氣連接屬性和尺寸大小的電路網(wǎng)表，然后與原理圖得到的網(wǎng)表進(jìn)行比較，檢查兩者是否一致。

參考文獻(xiàn)

篇2

一、完善課程設(shè)置

合理設(shè)置課程體系和課程內(nèi)容，是提高人才培養(yǎng)水平的關(guān)鍵。2009年，黑龍江大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)制定了該專業(yè)的課程體系，經(jīng)過(guò)這幾年教學(xué)工作的開(kāi)展與施行，發(fā)現(xiàn)仍存在一些不足之處，于是在2014年黑龍江大學(xué)開(kāi)展的教學(xué)計(jì)劃及人才培養(yǎng)方案的修訂工作中進(jìn)行了再次的改進(jìn)和完善。首先，在課程設(shè)置與課時(shí)安排上進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。對(duì)于部分課程調(diào)整其所開(kāi)設(shè)的學(xué)期及課時(shí)安排，不同課程中內(nèi)容重疊的章節(jié)或相關(guān)性較大的部分可進(jìn)行適當(dāng)刪減或融合。如：在原來(lái)的課程設(shè)置中，“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程與“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程分別設(shè)置在教學(xué)第六學(xué)期和第七學(xué)期。由于“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程中是以門級(jí)電路設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，所以學(xué)生在未進(jìn)行模擬集成電路課程的講授前，對(duì)于各種元器件的基本結(jié)構(gòu)、特性、工作原理、基本參數(shù)、工藝和版圖等這些基礎(chǔ)知識(shí)都是一知半解，因此對(duì)門級(jí)電路的整體設(shè)計(jì)分析難以理解和掌握，會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情及教學(xué)效果；而若在“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程中添加入相關(guān)知識(shí)，與“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程中本應(yīng)有的器件、工藝和版圖的相關(guān)內(nèi)容又會(huì)出現(xiàn)重疊。在調(diào)整后的課程設(shè)置中，先開(kāi)設(shè)了“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”課程，將器件、工藝和版圖的基礎(chǔ)知識(shí)首先進(jìn)行講授，令學(xué)生對(duì)于各器件在電路中所起的作用及特性能夠熟悉了解；在隨后“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)中，對(duì)于應(yīng)用各器件進(jìn)行電路構(gòu)建時(shí)會(huì)更加得心應(yīng)手，達(dá)到較好的教學(xué)效果，同時(shí)也避免了內(nèi)容重復(fù)講授的問(wèn)題。此外，這樣的課程設(shè)置安排，將有利于本科生在“大學(xué)生集成電路設(shè)計(jì)大賽”的參與和競(jìng)爭(zhēng)，避免因?qū)W期課程的設(shè)置問(wèn)題，導(dǎo)致學(xué)生還未深入地接觸學(xué)習(xí)相關(guān)的理論課程及實(shí)驗(yàn)課程，從而出現(xiàn)理論知識(shí)儲(chǔ)備不足、實(shí)踐操作不熟練等種種情況，致使影響到參賽過(guò)程的發(fā)揮。調(diào)整課程安排后，本科生通過(guò)秋季學(xué)期中基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)以及實(shí)踐操作能力的鍛煉，在參與春季大賽時(shí)能夠確保擁有足夠的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有較充足的參賽準(zhǔn)備，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作較好地完成大賽的各項(xiàng)環(huán)節(jié)，贏取良好賽果，為學(xué)校、學(xué)院及個(gè)人爭(zhēng)得榮譽(yù)，收獲寶貴的參賽經(jīng)驗(yàn)。其次，適當(dāng)降低理論課難度，將教學(xué)重點(diǎn)放在掌握集成電路設(shè)計(jì)及分析方法上，而不是讓復(fù)雜煩瑣的公式推導(dǎo)削弱了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生能夠較好地理解和掌握集成電路設(shè)計(jì)的方法和流程。第三，在選擇優(yōu)秀國(guó)內(nèi)外教材進(jìn)行教學(xué)的同時(shí)，從科研前沿、新興產(chǎn)品及技術(shù)、行業(yè)需求等方面提取教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)時(shí)了解前沿動(dòng)態(tài)，使學(xué)生能夠積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)。

二、變革教學(xué)理念與模式

CDIO（構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行）理念，是目前國(guó)內(nèi)外各高校開(kāi)始提出的新型教育理念，將工程創(chuàng)新教育結(jié)合課程教學(xué)模式，旨在緩解高校人才培養(yǎng)模式與企業(yè)人才需求的沖突。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合黑龍江大學(xué)集成電路設(shè)計(jì)與集成系統(tǒng)專業(yè)的“數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)”課程，基于“逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（SARADC）”的課題項(xiàng)目開(kāi)展教學(xué)內(nèi)容，將各個(gè)獨(dú)立分散的模擬或數(shù)字電路模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，使之成為具有連貫性的課題實(shí)踐內(nèi)容。在教學(xué)周期內(nèi)，以學(xué)生為主體、教師為引導(dǎo)的教學(xué)模式，令學(xué)生“做中學(xué)”，讓學(xué)生有目的地將理論切實(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中，完成“構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)踐和驗(yàn)證”的整體流程，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握集成電路全定制方案的具體實(shí)施方法及設(shè)計(jì)操作流程。同時(shí)，通過(guò)以小組為單位，進(jìn)行團(tuán)隊(duì)合作，在組內(nèi)或組間的相互交流與學(xué)習(xí)中，相互促進(jìn)提高，培養(yǎng)學(xué)生善于思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊(duì)工作的能力及創(chuàng)新能力，并可以通過(guò)對(duì)新結(jié)構(gòu)、新想法進(jìn)行不同程度獎(jiǎng)勵(lì)加分的形式以激發(fā)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新力。此外，該門課程的考核形式也不同，不是通過(guò)以往的試卷筆試形式來(lái)確定學(xué)生得分，而是以畢業(yè)論文的撰寫要求，令每一組提供一份完整翔實(shí)的數(shù)據(jù)報(bào)告，鍛煉學(xué)生撰寫論文、數(shù)據(jù)整理的能力，為接下來(lái)學(xué)期中的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下一定的基礎(chǔ)。而對(duì)于教師的要求，不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)還應(yīng)具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此青年教師要不斷提高專業(yè)能力和素質(zhì)。可通過(guò)參加研討會(huì)、專業(yè)講座、企業(yè)實(shí)習(xí)、項(xiàng)目合作等途徑分享和學(xué)習(xí)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)還應(yīng)定期邀請(qǐng)校外專家或?qū)I(yè)工程師進(jìn)行集成電路方面的專業(yè)座談、學(xué)術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)等，進(jìn)行教學(xué)及實(shí)踐的指導(dǎo)。

三、加強(qiáng)EDA實(shí)踐教學(xué)

首先，根據(jù)企業(yè)的技術(shù)需求，引進(jìn)目前使用的主流EDA工具軟件，讓學(xué)生在就業(yè)前就可以熟練掌握應(yīng)用，將工程實(shí)際和實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密聯(lián)系，積累經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)增加學(xué)生就業(yè)及繼續(xù)深造的機(jī)會(huì)，為今后競(jìng)爭(zhēng)打下良好的基礎(chǔ)。2009—2015年，黑龍江大學(xué)先后引進(jìn)數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)Xilinx和FPGA實(shí)驗(yàn)箱、華大九天開(kāi)發(fā)的全定制集成電路EDA設(shè)計(jì)工具Aether以及Synopsys公司的EDA設(shè)計(jì)工具等，最大可能地滿足在校本科生和研究生的學(xué)習(xí)和科研。而面對(duì)目前學(xué)生人數(shù)眾多但實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源相對(duì)不足的情況，如果可以借助黑龍江大學(xué)的校園網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)集成電路設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄，則在一定程度上可以滿足學(xué)生在課后進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的需要。其次，根據(jù)企業(yè)崗位的需求可合理安排EDA實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)增加實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)。如通過(guò)運(yùn)算放大器、差分放大器、采樣電路、比較器電路、DAC、邏輯門電路、有限狀態(tài)機(jī)、分頻器、數(shù)顯鍵盤控制等各種類型電路模塊的設(shè)計(jì)和仿真分析，令學(xué)生掌握數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻娐返脑O(shè)計(jì)方法及流程，在了解企業(yè)對(duì)于數(shù)字、模擬、數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計(jì)以及版圖設(shè)計(jì)等崗位要求的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行模塊課程的學(xué)習(xí)與實(shí)踐操作的鍛煉，使學(xué)生對(duì)于相關(guān)的EDA實(shí)踐內(nèi)容真正融會(huì)貫通，為今后就業(yè)做好充足的準(zhǔn)備。第三，根據(jù)集成電路設(shè)計(jì)本科理論課程的教學(xué)內(nèi)容，以各應(yīng)用軟件為基礎(chǔ)，結(jié)合多媒體的教學(xué)方法，選取結(jié)合于理論課程內(nèi)容的實(shí)例，制定和編寫相應(yīng)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)課件及操作流程手冊(cè)，如黑龍江大學(xué)的“CMOS模擬集成電路設(shè)計(jì)”和“數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)”課程，都已制定了比較詳盡的實(shí)踐手冊(cè)及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容課件；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使學(xué)生能夠更加方便地分享教學(xué)資源并充分利用資源隨時(shí)隨地地學(xué)習(xí)。

四、搭建校企合作平臺(tái)

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關(guān)鍵詞:功率MOSFET;線性高壓;運(yùn)算放大器;功率驅(qū)動(dòng)

中圖分類號(hào):TN722.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1004-373X(2010)02-010-02

Design of Linear High Voltage Amplifier Based on Power MOSFET

ZHANG Hao1,WANG Lixin1,LU Jiang1,LIU Su2

(1.The Institute of Microelectronics,Chinese Academiy of Sciences,Beijing,100029,China;

2.School of Physical Science and Technology,Lanzhou University,Lanzhou,730000,China)

Abstract:In order to achieve the linear control of high_voltage output in operational amplifier,based on the electrical properties of power MOSFET,a high_voltage operational amplifier is designed with new structure with power NMOS.Through simulation and experimental results,the linear output voltage is 0~50 V can be achieved,when the range of the input voltage is 0～5 V.And with the further improvement by utilizing power PMOS,the output voltage is -140～+140 V can be acquired,which indicates the high linearity,and with low cost,the needs of high voltage operational amplifier can be met.There is significance in the high power driving of modern communication.

Keywords:power MOSFET;linear high voltage;operational amplifier;power drive

0 引 言

高電壓放大器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、信號(hào)檢測(cè)、功率驅(qū)動(dòng)等方面\,并且已成為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。采用各種手段和方法實(shí)現(xiàn)放大器高效率且高線性度的工作,對(duì)于未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)有著十分重大的實(shí)際意義。

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有跨導(dǎo)高,漏極電流大,工作頻率高和速度快等特點(diǎn),線性放大的動(dòng)態(tài)范圍大,在有較大的輸出功率時(shí)也能有較高的線性增益。這里成功應(yīng)用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)出一種高壓運(yùn)算放大器。該放大器的制作成本低廉,輸出線性可控,適用范圍廣。

1 功率MOS器件結(jié)構(gòu)與分析

功率MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管是在MOS集成電路工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新一代電力開(kāi)關(guān)器件,具有輸入阻抗高,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,安全工作區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)\。圖1給出功率MOS晶體管的結(jié)構(gòu)剖面圖及其電學(xué)特性曲線。采用雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)\制作適合用作功率器件的短溝道高壓晶體管,需要短的重?fù)诫s背柵和寬的輕摻雜漂移區(qū)。由于外延層厚度決定了漂移區(qū)的寬度,因此也決定了晶體管的工作電壓,其漏源電壓公式為\:

VDS=(RJEFT+RACC+RFP)IMOS+Vf(1)

式中:RJFET為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管電阻;RACC為N-層表面電子積累層電阻;RFP為外延層電阻;IMOS為反型溝道電流;Vf為溝道壓降。

圖1 功率MOS結(jié)構(gòu)圖及電學(xué)特性

2 電路設(shè)計(jì)

高壓運(yùn)算放大器電路主要由運(yùn)算放大器和功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成\,其結(jié)構(gòu)原理圖如圖2所示。

圖2 高壓運(yùn)算放大器電路圖

所設(shè)計(jì)的電路中使用價(jià)格低廉的運(yùn)放LM358和NMOS功率管IRF630構(gòu)成負(fù)反饋回路\,雙極晶體管C8050和電阻R4實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)\,防止流過(guò)IRF630的電流過(guò)大,整個(gè)電路為反比例放大電路,R2為反饋電阻,其輸入和輸出的關(guān)系式為:

Vout=-(VinR2)/R1(2)

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)圖2制作試驗(yàn)電路板如圖3所示。供應(yīng)電壓為60 V,R11.963 kΩ,R220 kΩ,放大倍數(shù)約為10.19。當(dāng)輸入電壓為0～5 V時(shí),先用EDA軟件對(duì)電路進(jìn)行模擬仿真,然后對(duì)電路板進(jìn)行測(cè)量,并進(jìn)行比較,結(jié)果如表1所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)電路板

表1 輸出電壓的模擬結(jié)果與測(cè)量結(jié)果V

輸入電壓值仿真輸出測(cè)量輸出輸入電壓值仿真輸出測(cè)量輸出

0- 0.18- 1.52.5 -25.51-26.4

0.1 - 1.05- 2.13.0 -30.60-31.6

0.5 - 5.13- 6.23.5 -35.69-36.7

1.0 -10.22-10.94.0 -40.79-41.8

1.5 -15.32-16.14.5 -45.88-47.5

2.0 -20.41-21.35.0 -50.98-52.8

由表1可畫(huà)出輸入/輸出關(guān)系變化圖形,如圖4所示。從表1和圖4中可以看出,模擬結(jié)果和測(cè)量結(jié)果存在誤差,誤差ε=-1.095,這是因?yàn)闇y(cè)量精度和器件自身精度的誤差所引起的。當(dāng)輸入電壓從0 V掃描到5 V時(shí),得到等比例的放大輸出電壓,且呈線性變化,能夠?qū)崿F(xiàn)輸入電壓對(duì)輸出電壓的線性控制,具有很好的驅(qū)動(dòng)能力。

圖4 電路輸入/輸出變化圖

根據(jù)以上分析,用PMOS功率管進(jìn)一步改進(jìn)電路,和用NMOS管構(gòu)成一種推挽結(jié)構(gòu)\的輸出電路,可以滿足輸入正負(fù)電壓的要求,如圖5所示。若選用耐壓350 V的NMOS功率管IRF713和耐壓300 V的PMOS功率管IRF9631,以及晶體管Q1,Q2和電阻R4,R5構(gòu)成過(guò)載保護(hù)電路,則選取R2=280 kΩ,R1=10 kΩ,對(duì)電路進(jìn)行仿真,輸入電壓范圍是-5～+5 V。當(dāng)輸入電壓為負(fù)壓時(shí),PMOS管導(dǎo)通,NMOS管截止,輸出為正電壓;當(dāng)輸入電壓為正壓時(shí),NMOS管導(dǎo)通,PMOS管截止,輸出為負(fù)電壓。輸入/輸出的線性關(guān)系如圖6所示,電壓輸出為+140～-140 V,可實(shí)現(xiàn)高壓的雙極性線性等比例放大輸出。

圖5 改進(jìn)的線性高壓運(yùn)算放大器

圖6 輸入/輸出線性關(guān)系圖

4 結(jié) 語(yǔ)

利用功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電學(xué)特性,并運(yùn)用反饋運(yùn)放的基本原理成功設(shè)計(jì)了高壓運(yùn)算放大器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的電路輸出電壓線性度高,能夠?qū)Ω邏哼M(jìn)行有效的線性控制。選擇耐壓高的功率管,可以實(shí)現(xiàn)更高電壓的線性輸出,達(dá)到高壓驅(qū)動(dòng)的要求,電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制作成本低,可以滿足不同領(lǐng)域的要求,且具有很高的實(shí)用價(jià)值。

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篇4

【關(guān)鍵詞】帶隙比較器；溫度高階補(bǔ)償；正反饋；遲滯

1.引言

隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，電池供電的便攜式電子產(chǎn)品得到了廣泛的應(yīng)用，其對(duì)電源控制芯片的穩(wěn)定性、開(kāi)關(guān)頻率、功耗等方面的要求也越來(lái)越高，以保證其在帶能源電壓波動(dòng)的情況下能安全可靠的工作。

電源芯片在上電啟動(dòng)時(shí)，電源會(huì)通過(guò)輸入端的等效電阻和電容對(duì)其充電，直至電壓上升到所設(shè)計(jì)的開(kāi)啟電壓時(shí)電路開(kāi)始工作。開(kāi)啟瞬間，若系統(tǒng)負(fù)載電流較大，有可能把電路兩端的電壓拉到開(kāi)啟電壓以下，出現(xiàn)一啟動(dòng)就關(guān)斷的情況。為保證電路啟動(dòng)后能進(jìn)入正常工作狀態(tài)并穩(wěn)定工作，也為了保證電路工作時(shí)電源電壓的波動(dòng)不會(huì)對(duì)整個(gè)電路和系統(tǒng)造成損害，通常需使用欠壓鎖定電路（Under Voltage Lock Out，UVLO），對(duì)電源電壓進(jìn)行監(jiān)控和鎖定。當(dāng)電源電壓低于設(shè)定值時(shí)，欠壓鎖存電路關(guān)斷芯片中的其他模塊，防止系統(tǒng)崩潰。這已成為現(xiàn)代電源芯片設(shè)計(jì)的一個(gè)趨勢(shì)。然而許多用于電源控制芯片的欠壓鎖定電路需要基準(zhǔn)電壓源和比較器，使電路比較復(fù)雜且增加了功耗，啟動(dòng)電流較大，響應(yīng)速度不夠快，不利于有效地實(shí)現(xiàn)芯片保護(hù)功能[1]。

針對(duì)傳統(tǒng)UVLO的不足，許多文獻(xiàn)提出了不需要額外基準(zhǔn)電壓源和額外比較器的UVLO[1-4]。其中，文獻(xiàn)[1，2，3]采用了帶隙比較器電路，實(shí)現(xiàn)了電路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)響應(yīng)速度快以及溫漂小等優(yōu)點(diǎn)的UVLO。本文在延續(xù)帶隙比較器的基礎(chǔ)上，引入比較器的正反饋機(jī)制和帶隙電壓的溫度高階補(bǔ)償，從而實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)速度更快、溫度特性更好的UVLO。

2.欠壓鎖定電路工作原理

欠壓鎖定電路的基本原理如圖1所示，電路包括采樣電路、比較器、輸出緩沖器和反饋回路。VDD為待檢測(cè)的電源電壓，電阻R1，R2，R3組成對(duì)VDD的采樣電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)VDD的采樣；MOS管N1，N2，P1和P2構(gòu)成比較器電路，對(duì)采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并輸出比較結(jié)果；反相器INV為邏輯校正和緩沖電路，可對(duì)比較器的輸出波形進(jìn)行整形和緩沖，并提高電路的負(fù)載能力；PMOS開(kāi)關(guān)管P3構(gòu)成正反饋回路，可實(shí)現(xiàn)電路的遲滯功能，防止電路在閾值附近震蕩，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。調(diào)整電阻R1，R2，R3和比較電壓VREF的大小可實(shí)現(xiàn)不同的閾值點(diǎn)和遲滯量的VDD欠壓保護(hù)功能。

如圖1所示的傳統(tǒng)欠壓鎖定電路，雖然電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但響應(yīng)速度跟不上，功耗也較大，更重要的是這種電路需要帶隙基準(zhǔn)參考電壓源和額外比較器，使得電路龐大而成本較高。

因此，本文提出一種基于CSMC 0.5um BCD工藝的UVLO電路，在不使用額外基準(zhǔn)電壓源和比較器以及復(fù)雜數(shù)字邏輯的情況下，進(jìn)一步引入正反饋機(jī)制和溫度高階補(bǔ)償，可實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高反應(yīng)速度、低溫度敏感性和精準(zhǔn)的門限電壓。同時(shí)，占用版圖面積小、功耗較低。

3.改進(jìn)的欠壓鎖定電路

針對(duì)UVLO電路須具備反應(yīng)速度靈敏、門限電壓穩(wěn)定，遲滯區(qū)間合理，溫度漂移較低等特點(diǎn)，改進(jìn)的欠壓鎖定電路如圖2所示。

晶體管Q1和Q2以及電阻RP和Rnwell利用了帶隙基準(zhǔn)原理組成的比較器，有些文獻(xiàn)也把這種比較器稱為帶隙基準(zhǔn)比較器[5]。文獻(xiàn)[2]給出了該比較器結(jié)構(gòu)，但其帶隙電壓只有一階溫度補(bǔ)償，所以其溫度特性還不夠好。MOS管P1，P2為有源負(fù)載，P1，P2，P3，P4和Q3，Q4構(gòu)成鏡像管，P5，P6對(duì)鏡像電流引入正反饋機(jī)制，可使比較器的靈敏度增強(qiáng)。R1，R2，R3，R4和P8構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)。P7，N1，Q5對(duì)比較器輸出進(jìn)行波形整形，使其有更快的響應(yīng)速度。反相器INV1，INV2為緩沖器，對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行緩沖和波形整形。其中，電阻RP、Rnwell，P8，P5，P6以及P7，N1，Q5的作用下面將詳細(xì)介紹。

3.1 帶隙電壓的溫度高階補(bǔ)償

首先帶隙比較器的比較電壓為帶隙電壓，即實(shí)現(xiàn)的是采樣電壓與帶隙比較器產(chǎn)生的帶隙電壓VBGR的比較。由于采樣電路由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，而分壓網(wǎng)絡(luò)的電阻采用同一溫度系數(shù)的電阻構(gòu)成，所以采樣電壓應(yīng)該與電源電壓VCC成比例，而與溫度無(wú)關(guān)。所以要使UVLO有溫漂小，門限電壓穩(wěn)定，就應(yīng)使帶隙比較器產(chǎn)生的帶隙電壓具有低的溫度敏感性。

根據(jù)文獻(xiàn)[6]，帶隙電壓可寫為：

（1）

而且雙極性三極管的基極-射極電壓VBE可寫為：

（2）

兩個(gè)不同溫度系數(shù)的電阻比值可寫為：

（3）

由于（3）式中K1、K2、T0、R1（T0）和R2（T0）都為常數(shù)，所以（3）式也可以寫為：

（4）

根據(jù)文獻(xiàn)[6]，不同材料電阻的溫度系數(shù)正負(fù)差異越大，曲率補(bǔ)償效果就越好。由于基極-射極電壓VBE為負(fù)溫系數(shù)，所以R2/R1要為正溫系數(shù)。所以電阻R2的溫度系數(shù)要大于R1的溫度系數(shù)。在CSMC 0.5uM BCD工藝中，高阻多晶電阻和低壓N阱電阻的溫度系數(shù)分別為-3047 ppm/℃和+5025 ppm/℃，故采用這兩種電阻來(lái)設(shè)計(jì)，理論上能夠?qū)崿F(xiàn)效果較好的曲率補(bǔ)償。

把（4）式，（2）式代入（1）式，可得：

（5）

由于帶隙電壓VBGR是由一正溫系數(shù)的多項(xiàng)式加上一負(fù)溫系數(shù)的多項(xiàng)式，進(jìn)而使得VBGR溫度特性的多項(xiàng)式的系數(shù)被減弱或抵消，所以從理論上講，我們可以通過(guò)不斷調(diào)整多項(xiàng)式的系數(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的溫度補(bǔ)償，由于溫度的低次項(xiàng)比高次項(xiàng)影響較大，所以可以在保證室溫下一階溫度系數(shù)為零的情況，進(jìn)行系數(shù)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)帶隙電壓更好的溫度特性曲線。該過(guò)程可用matlab等數(shù)學(xué)軟件或spectre等電路仿真軟件來(lái)模擬。

至此，實(shí)現(xiàn)了UVLO的低溫度敏感性和閾值電壓穩(wěn)定性，所以，只要再對(duì)UVLO的響應(yīng)速度進(jìn)行提速，就能得到響應(yīng)速度靈敏、門限電壓穩(wěn)定，遲滯區(qū)間合理，溫度漂移較低等特點(diǎn)的UVLO。

3.2 改進(jìn)的UVLO工作原理分析

許多文獻(xiàn)已經(jīng)對(duì)帶隙比較器進(jìn)行了定量分析，這里就不再贅述，具體可參考文獻(xiàn)[2]，比較文獻(xiàn)[2]所提出的UVLO電路結(jié)構(gòu)和本文所提出的電路結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)兩種電路工作原理是一樣的，本文只是在文獻(xiàn)[2]比較器基礎(chǔ)上，引入正反饋機(jī)制，使比較器有更高的響應(yīng)速度。所以工作原理相同之處也不再贅述，這里只對(duì)正反饋機(jī)制進(jìn)行分析。

假設(shè)流過(guò)P3管的電流為I1，流過(guò)P4管的電流為I2，其中，P3，P4，P5和P6的寬長(zhǎng)比為W/L，而P1，P2的寬長(zhǎng)比為2（W/L）。由圖2可得：

（6）

（7）

（6）式減（7）式，可得：

（8）

下面分析VCC由低逐漸上升時(shí)三種情況的正反饋機(jī)制的作用。

（1）當(dāng)VCC低于正常工作電壓時(shí)，由文獻(xiàn)[2]可知，IC1＞IC2.由（8）式有，I1＞I2，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)較小的電流IC2通過(guò)正反饋管P6注入一較大的電流I1，對(duì)較大的電流IC1通過(guò)正反饋管P5注入一較小的電流I2，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)I1的進(jìn)一步增大，I2的進(jìn)一步減小。再通過(guò)Q3，Q4鏡像管，使得Q5更快關(guān)斷，P7更快導(dǎo)通。從而實(shí)現(xiàn)快速輸出高電平。此時(shí)，反饋開(kāi)關(guān)管P9關(guān)斷，采樣電壓Vsense為：

（9）

（2）當(dāng)VCC進(jìn)一步上升到接近或等于閾值點(diǎn)Von時(shí)，IC1=IC2，從而I1=I2。此時(shí)，流過(guò)P4管的電流I2與流過(guò)Q4管的電流I1相等。由于Q3，Q4構(gòu)成鏡像電流鏡，只要VCE4不等于VCE3，雙極性晶體管的基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)就會(huì)起作用，使得VCE4=VCE3=VBE，所以只要調(diào)整好VBIAS電位，使得此時(shí)，VOUT為VCC/2。再設(shè)置反相器INV1中NMOS管的寬長(zhǎng)比大于PMOS管，則后級(jí)可實(shí)現(xiàn)較好的邏輯電平。

（3）當(dāng)VCC上升到大于閾值點(diǎn)VON時(shí)，IC1＜IC2.由（8）式有，I1＜I2，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)較小的電流IC1通過(guò)正反饋管P6注入一較大的電流I2，對(duì)較大的電流IC2通過(guò)正反饋管P5注入一較小的電流I1，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)I2的增量進(jìn)一步增大，I1的增量進(jìn)一步減小。再通過(guò)Q3，Q4鏡像管，使得Q5更快導(dǎo)通，P7更快關(guān)斷。從而實(shí)現(xiàn)快速輸出低電平。此時(shí)，反饋開(kāi)關(guān)管P9導(dǎo)通，采樣電壓Vsense為：

（10）

由（10）式可知，反饋開(kāi)關(guān)管P9導(dǎo)通，使得Vsense進(jìn)一步增大，從而避免了電源電壓波動(dòng)導(dǎo)致UVLO輸出震蕩，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

由上面分析可得，（9）式所對(duì)應(yīng)的VCC應(yīng)該為UVLO的開(kāi)啟電壓Von，而（10）式所對(duì)應(yīng)的VCC應(yīng)該為欠壓關(guān)斷電壓Voff。從而可得：

（11）

（12）

那么，UVLO的遲滯區(qū)間為：

（13）

4.電路仿真與分析

用spectre電路仿真軟件，在CSMC 0.5um BCD工藝庫(kù)下對(duì)UVLO電路進(jìn)行仿真。上述分析可知，要使UVLO有很好的溫度特性，則帶隙電壓的溫度特性尤其重要，圖3顯示了帶隙比較器產(chǎn)生的帶隙電壓的溫度特性。結(jié)果表明，帶隙電壓為1.183V，且在-60～160℃的溫度范圍內(nèi)，溫度系數(shù)為11.1ppm/℃。

為確保UVLO遲滯區(qū)間的溫度特性，在此，對(duì)UVLO在不同溫度下進(jìn)行仿真，盡可能把遲滯區(qū)間的誤差縮小到最小范圍內(nèi)，以滿足應(yīng)用要求。表1是對(duì)本文設(shè)計(jì)的UVLO電路在-60℃，25℃，100℃，160℃下的仿真結(jié)果。從表1可得，在25℃時(shí)，遲滯區(qū)間為1.56V。其他溫度下，最大偏差也不超過(guò)0.12V?？梢?jiàn)，該UVLO可在寬溫度范圍內(nèi)工作而不失精度。

由以上正反饋機(jī)制分析，UVLO電平翻轉(zhuǎn)與鏡像電流源電流I1，I2的變化速度快慢密切相關(guān)，所以對(duì)I1，I2，VCC，UVLO進(jìn)行瞬態(tài)仿真。從仿真結(jié)果如圖3所示，在16.5us前，I1＞I2.UVLO曲線與電源VCC重合，即輸出高電平。在16.5us（VCC=12.2V）時(shí)，I2迅速增大，I1迅速減小為零，UVLO輸出低電平，即VCC大于12.2V時(shí)，系統(tǒng)擺脫欠壓狀態(tài)。在40us（VCC=10.6V）時(shí)，I1迅速增大，I2迅速減小為零，UVLO輸出與VCC重合，即輸出高電平，表明系統(tǒng)又進(jìn)入欠壓狀態(tài)。

5.總結(jié)

本文在對(duì)基于帶隙基準(zhǔn)比較器結(jié)構(gòu)的UVLO進(jìn)行分析得到，要使UVLO有更低的溫度靈敏度，就要設(shè)計(jì)更低溫度特性的帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生電路，從而對(duì)帶隙比較器引入高階溫度補(bǔ)償，進(jìn)而得到在-60～160℃的溫度范圍內(nèi)，UVLO的遲滯區(qū)間為1.56V，且其最大偏差僅為0.12V。另外，為了讓UVLO有更快的轉(zhuǎn)換速率，在比較器電路中，引入了正反饋機(jī)制，從而使比較器鏡像電流的快速增大和快速減小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)UVLO輸出電平迅速、穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換。

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作者簡(jiǎn)介：

余清華（1987—），男，福建寧化人，碩士研究生，主要研究方向：模擬集成電路設(shè)計(jì)。

篇5

關(guān)鍵詞：集成電路，移相電路元件參數(shù)發(fā)生變化，扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，專用可控硅移相KJ004集成電路，單一移電路，快速同步壓控振蕩器

 

1.關(guān)于新型專用移相器件和觸發(fā)器件的研發(fā)

即使目前有些科研單位及廠家研制出專用移相集成電路，使得三相橋式觸發(fā)電路更簡(jiǎn)單，可靠性高大為提高。

如20多年前，西安交通大學(xué)自動(dòng)化教研室曾經(jīng)使用過(guò)的KJ系列專用觸發(fā)集成電路是陜西航空部一間分公司在出品的，由KJ系列專用觸發(fā)移相集成電路和六路雙脈沖形成電路組成的三相橋式觸發(fā)電路，使原來(lái)由普通公立元件組成的六塊觸發(fā)電路板比較來(lái)說(shuō)已顯得簡(jiǎn)單很多了，這種電路在脈沖輸出端加功率擴(kuò)展可以觸發(fā)較大功率的可控硅。

這種由KJ004及KJ041組成的觸發(fā)電路仍需要三塊KJ004移相集成電路和三套電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)電路組成，這樣必需存在三套電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)電路和三套移相電路。移相電路均由RC元件組成，每個(gè)移相電路由一個(gè)電阻和一個(gè)電容器組成RC時(shí)間常數(shù)電路，存在三個(gè)移相電路，即起碼有六個(gè)RC元件及三塊KJ004移相集成塊，這樣難免由六個(gè)RC元件參數(shù)變化及多塊集成電路參數(shù)不一致性而引起三個(gè)移相電路存在不同的相位的差異，也同樣會(huì)造成三相電壓波頭不平；采用三套電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)電路組成，其中一套電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)電路出故障，造成更大的輸出電壓波頭不平，出現(xiàn)上面已講過(guò)的故障原因。

2.國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

在20年前，己有行家想到這一問(wèn)題，為了避免采用三套電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)電路和三套移相電路，曾經(jīng)使用KC05組成的單一套電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)電路和單一移相電路。

例如以A相作為電壓過(guò)零采樣基準(zhǔn)，KC05便得到+A、－A兩脈沖，采用以A相作為同步電壓作基準(zhǔn)，通過(guò)延時(shí)電路得到其他兩相的脈沖，根據(jù)相序關(guān)系，－C滯后+A 60度，+B滯后+A 120度，+C滯后－A 60度，－B滯后－A120度，則60度相當(dāng)于3.33ms，而120度相當(dāng)于6.67ms，通過(guò)延時(shí)3.33ms及6.67ms得到B相和C相的脈沖，作為移相觸發(fā)電路，可見(jiàn)此辦法可行，但是要存在四套延時(shí)電路，這四套延時(shí)電路偏偏與B相和C相的移相有關(guān)，由于延時(shí)元件參數(shù)存在物理的差異及使用時(shí)間長(zhǎng)了所產(chǎn)生的變值，也同樣會(huì)造成三相電壓波頭不平，又可見(jiàn)沒(méi)有真正解決存在問(wèn)題。

3.本文采用單電壓過(guò)零采樣及單個(gè)移相電路的構(gòu)思與實(shí)現(xiàn)

本文主要介紹如何實(shí)現(xiàn)及克服前面所述各種電路結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，這里一舉改變傳統(tǒng)的做法，將前面陳述過(guò)的使用三組移相電路組成的三相橋式SCR觸發(fā)電路的傳統(tǒng)模式去掉，試圖只采用A相作為單電壓過(guò)零采樣作基準(zhǔn)、一塊專用的可控硅移相KJ004集成電路、一塊KJ041六路雙脈沖電路及模擬集成電路和數(shù)字集成電路組成的三相橋式的一種新型的可控硅觸發(fā)電路。

3.1電路組成見(jiàn)圖1。

圖1

電路結(jié)構(gòu)將由一塊而不再是三塊KJ004移相集成電路和一塊KJ041六路雙脈沖集成電路及四塊數(shù)字邏輯電路的CD4013雙D觸發(fā)器、二塊CD4023三輸入三與非門邏輯電路、一塊帶緩沖器的六反相CD4069集成電路、一塊CD4070二輸四異或門電路、一塊雙運(yùn)放LM741線性集成電路、一塊CD4029可預(yù)置十進(jìn)制/十六進(jìn)制可逆計(jì)算器和由九個(gè)線性電阻所組成的D/A轉(zhuǎn)換電路由一塊CD4029可預(yù)置十進(jìn)制/十六進(jìn)制可逆計(jì)算器和線性電阻所組成的D/A轉(zhuǎn)換電路及一塊VCO壓控振蕩等組成新的三相橋式SCR觸發(fā)電路，這種電路幾乎全數(shù)字化。各集成電路的詳細(xì)的工作原理在這里不作介紹。

3.2這種電路的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

（1）本電路特點(diǎn)是只用單個(gè)電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)元件，并以A相電壓過(guò)零采樣作為基準(zhǔn)，B相和C相脈沖通過(guò)邏輯電路分配而獲得，在電路原理說(shuō)明中再表述。避免了傳統(tǒng)的采用三個(gè)電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)元件所組成的電壓過(guò)零采樣電路，傳統(tǒng)的采用三個(gè)電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)元件中一個(gè)電壓過(guò)零采樣變壓器及其相關(guān)元件的參數(shù)差異和變化所造成輸出電壓波頭不平的缺點(diǎn)。

（2）本電路又一特點(diǎn)是用一塊專用的可控硅移相KJ004集成電路，與由三塊KJ004組成的移相電路相比，電路顯待簡(jiǎn)單得多及可靠得多，并解決了傳統(tǒng)、典型的三相橋式觸發(fā)電路由六個(gè)RC元件參數(shù)變化及多塊集成電路參數(shù)不一致性而引起三個(gè)移相電路存在不同的相位的差異所造成三相電壓波頭不平；移相電路只采用一塊而不再是三塊移相集成電路，故影響相位變化的元件只有兩個(gè)RC元件及只有一塊移相集成的變化，當(dāng)它們發(fā)生參數(shù)變時(shí)，則三相電壓波頭都同時(shí)變化，不會(huì)出現(xiàn)波頭不平的現(xiàn)象。

（3）用數(shù)字集成電路、模擬集成電路等組成A相、B相和C相的可控硅元件的觸發(fā)脈沖，A相、B相、C相脈沖通過(guò)邏輯電路分配而獲得，也是這一電路特點(diǎn)之一，其原理在電路原理說(shuō)明中再表述。

（4）本電路再一特點(diǎn)是用一塊KJ041六路雙脈沖電路，這種電路做在一塊電路板上，由于使用的是集成電路，分立元件少，外接線口十分少，故事故發(fā)生率也少，特別與分立元件所組成的觸發(fā)電路比較來(lái)說(shuō)，電路顯得更簡(jiǎn)單可靠。

由于這里使用的集成電路都是采用插座式連接，更換集成電路很方便，如果集成電路發(fā)生故障更換很容易（比較分立元件來(lái)說(shuō)），如果分立元件發(fā)生故障，只要將IC全部拔出，那么電路板所集成的分立元件很少，很容易查找問(wèn)題，一般的電氣技工也很容易處理故障等。論文大全。

（5）做多幾塊整體電路，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，整塊更換，能使故障停臺(tái)時(shí)間為零。

3.3這種新型的可控硅觸發(fā)電路的組成及工作原理

（1）只用單個(gè)電壓過(guò)零采樣變壓器與移相集成電路KJ004內(nèi)部部分電路組成電壓過(guò)零采樣電路，并以A相作為電壓過(guò)零采樣基準(zhǔn)。

（2）同步電路與普通的觸發(fā)電路相同。

（3）移相電路由專用移相集成電路KJ004組成，KJ004是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的，移相相位起點(diǎn)取決于移相輸入電壓，實(shí)際上是一個(gè)壓控移相電路。脈沖輸出由輸出端輸出正、負(fù)兩路方波：輸出口OUT1及OUT2，即得到+A、－A兩脈沖，但+A、－A兩脈沖并不直接控制+A、－A兩個(gè)可控硅，而是只將+A取出作為KJ041六路雙脈沖電路的基準(zhǔn)時(shí)鐘，送到緊接連的內(nèi)同步電路。

（4）這里設(shè)置了一個(gè)內(nèi)同步電路，電路組成見(jiàn)2，其原理簡(jiǎn)介如下。

圖2

該電路的主要作用是使高穩(wěn)定度的壓控振蕩器的振蕩頻率通過(guò)扭環(huán)形計(jì)數(shù)器后取出六分之一即A1的作頻率及相位反饋，并與外部基準(zhǔn)頻率Fref作精確地同步。

壓控振蕩器的振蕩頻率CP=3*A1=3x100=300Hz/s，A1=Fref。

電路由可預(yù)置可逆計(jì)數(shù)器CD4029、雙D觸發(fā)器CD4013、四異或門CD4070和運(yùn)算放大器LM741等組成為快速同步壓控振蕩器。其中IC1：CD4013將外部基準(zhǔn)頻率Fref進(jìn)行4分頻，產(chǎn)生相位差為90度的二個(gè)信號(hào)分別送入IC3：CD4070的門1和門2，IC2：CD4013也將壓控振蕩器輸出的頻率Fout進(jìn)行4分頻后送入IC3：CD4070的門1和門2，門1和門2兩個(gè)輸出端輸出信號(hào)之間的相位關(guān)系取決于壓控振蕩器的頻率高于還是低于外部基準(zhǔn)頻率Fref，而頻率取決于壓控振蕩器的頻率與基準(zhǔn)頻率之差。

IC4、IC5：LM741組成施密特觸發(fā)器為IC6：CD4029提供時(shí)鐘CP及控制信號(hào)V/D。如果壓控振蕩器的頻率低于外部基準(zhǔn)頻率，則IC4輸出高電平“1” 狀態(tài)，IC6按照與頻率差成正比的速率進(jìn)行加計(jì)數(shù)，蟲(chóng)IC6和2R-R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器把增加的電壓供給壓控振蕩器，從而提高振蕩器的頻率。如果壓控振蕩器的頻率高于外部基準(zhǔn)頻率時(shí)其作用恰好相反。論文大全。

該D/A轉(zhuǎn)換電路將由九個(gè)電阻及CD4029可預(yù)置十進(jìn)制/十六進(jìn)制可逆計(jì)算器四位輸出端組成，由電阻組成的D/A轉(zhuǎn)換電路價(jià)格較便宜，即簡(jiǎn)單的數(shù)模轉(zhuǎn)換。該電路可用DAC0808，8位數(shù)/模電路代替。進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后控制壓控振蕩器（VCO），由VCO發(fā)出脈沖，送給扭環(huán)形計(jì)數(shù)器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器。論文大全。壓控振蕩器（VCO）的振蕩頻率fout=3fin=3x100=300Hz/s。

（5）扭環(huán)形計(jì)數(shù)器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器。

由3個(gè)D觸發(fā)器（實(shí)際上由兩塊二D觸發(fā)器的CD4013集成電路）和兩塊三入三與非門的CD4023集成電路及一塊帶緩沖器的六反相器CD4049集成電路所組成；采用扭環(huán)形計(jì)數(shù)器構(gòu)成的順序脈沖發(fā)生器是不存在數(shù)字脈沖竟?fàn)幟半U(xiǎn)現(xiàn)象。

電路采用了上升沿觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)是由VCO發(fā)出的脈沖串作扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘，由于交流電每一個(gè)周期采樣有兩次過(guò)零，50個(gè)周期共有100次過(guò)零采樣脈沖，即fin=100Hz/s，所以fout=3fin，fin是已經(jīng)實(shí)施了相位移動(dòng)的+A相的觸發(fā)脈沖，并以此作為內(nèi)快速同步器的基準(zhǔn)時(shí)鐘。

使得VCO每?jī)纱瓮胶缶桶l(fā)出六個(gè)時(shí)鐘信號(hào)去控制扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，使扭環(huán)形計(jì)數(shù)器所發(fā)出的六路脈沖間隔相等而發(fā)生時(shí)間不同的脈沖信號(hào)，再送到KJ041C 實(shí)行雙脈沖發(fā)生，以觸發(fā)六個(gè)可控硅。

該電路每次發(fā)出六個(gè)脈沖信號(hào)，且每次從A1取出一個(gè)脈沖送回內(nèi)同步電路作比較，所以該電路的脈沖次數(shù)每次都相等并以后保證相位同步。

整個(gè)電路還未畫(huà)出是六個(gè)脈沖信號(hào)與六個(gè)可控硅的直流電路隔離部份，直流電路隔離可用光電方式隔離或用脈沖變壓器方式電感隔離，該電路還可以擴(kuò)展使用。

4.結(jié)論

1）此電路是基于各種技術(shù)知識(shí)綜合而設(shè)計(jì)而成的。如模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路技術(shù)、可控硅技術(shù)、集成電路開(kāi)發(fā)應(yīng)用等知識(shí)所組成。本電路是否完善，請(qǐng)專家們批評(píng)指出。本人利用業(yè)余時(shí)間及用自己出資購(gòu)買的元件對(duì)本電路做了實(shí)驗(yàn)。

2)可控硅觸發(fā)電路還有電路組成更簡(jiǎn)單的，就是采用單片微機(jī)即單片機(jī)IC組成。采用單片微機(jī)組成的可控硅觸發(fā)電路可謂簡(jiǎn)單可靠而且成本低廉，但必須遍寫控制程序，其程序也十分簡(jiǎn)單，但必須依賴計(jì)算機(jī)程序員，一般技工無(wú)法完成，這是使用單片機(jī)的缺點(diǎn)。

3)不采用專用移相IC及雙脈沖IC，用普通數(shù)字IC及運(yùn)算放大器和定時(shí)器等也可以組成與用專用移相IC及雙脈沖IC組成的可控硅觸發(fā)電路有相同的效果。

【參考資料】

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篇6

【關(guān)鍵詞】集成電路；應(yīng)用

一、引言

集成電路技術(shù)作為微電子技術(shù)的一個(gè)重要門類和組成部分，其技術(shù)發(fā)展遵循著著名的摩爾定律，僅僅需要1.5年的時(shí)間就能夠?qū)⑾嗤阅艿碾娐穳嚎s到原有體積的一半，而進(jìn)40年來(lái)，集成電路的體積幾乎縮小了30000倍。當(dāng)前，頂尖的集成電路研發(fā)技術(shù)掌握在少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)手中，而與集成電路息息相關(guān)的IC產(chǎn)業(yè)已經(jīng)被高度整合，從設(shè)計(jì)，到制造，到封裝再到測(cè)試，已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，集成電路的廣泛應(yīng)用不斷地推動(dòng)著科技的進(jìn)步，也不斷地改變著人類的生活。本文將討論集成電路的原理，分析集成電路的發(fā)展，最后討論集成電路的應(yīng)用。

二、集成電路概述

微電子學(xué)是一種結(jié)合了電子學(xué)以及材料物理學(xué)的綜合學(xué)科，該學(xué)科的主要研究認(rèn)為是將半導(dǎo)體材料進(jìn)行適當(dāng)處理，制造出微型電子電路、微型電子系統(tǒng)以滿足各種應(yīng)用需要?；谖㈦娮蛹夹g(shù)發(fā)展起來(lái)的集成電路技術(shù)主要囊括了材料技術(shù)、電路技術(shù)、集成封裝技術(shù)等幾個(gè)門類，主要通過(guò)將晶體管器件、電阻器件、電容器件等按照電路原理高度集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)電路的某種功能，從集成電路輸入輸出關(guān)系來(lái)看，集成電路一般可以分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩種。

三、常見(jiàn)集成電路舉例

1.74LS138譯碼器

74LS139集成電路是常見(jiàn)的兩個(gè)2線－4線譯碼器，共有54/74S139和54/74LS139兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)選通端（G1）為高電平，可將地址端（A、B）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。若將選通端（G1）作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS139還可作數(shù)據(jù)分配器。A、B譯碼地址輸入端，高電平觸發(fā)；芯片的G1、G2為選通端，低電平觸發(fā)有效；Y0～Y3為譯碼輸出端。

2.74ls244緩沖器

74LS244是一種3態(tài)8位緩沖器，一般用作總線驅(qū)動(dòng)器。74LS244芯片沒(méi)有鎖存的功能，地址鎖存器就是一個(gè)暫存器，74LS244根據(jù)控制信號(hào)的狀態(tài)，將總線上地址代碼暫存起來(lái)。8086/8088數(shù)據(jù)和地址總線采用分時(shí)復(fù)用操作方法，即用同一總線既傳輸數(shù)據(jù)又傳輸?shù)刂贰?/p>

當(dāng)微處理器與存儲(chǔ)器交換信號(hào)時(shí)，首先由CPU發(fā)出存儲(chǔ)器地址，同時(shí)發(fā)出允許鎖存信號(hào)ALE給鎖存器，當(dāng)鎖存器接到該信號(hào)后將地址/數(shù)據(jù)總線上的地址鎖存在總線上，隨后才能傳輸數(shù)據(jù)。

3.555定時(shí)器

555定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，是最常見(jiàn)的定時(shí)器集成電路。一般用雙極性工藝制作的稱為555，用CMOS工藝制作的稱為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在4.5V～16V工作，7555可在3～18V工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為200mA，因而其輸出可與TTL、CMOS或者模擬電路電平兼容。一般來(lái)說(shuō)，555定時(shí)器的功能實(shí)現(xiàn)由比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3，C2的反相輸入端的電壓為VCC/3。若觸發(fā)輸入端TR的電壓小于VCC/3，則比較器C2的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。

555的應(yīng)用：

（1）構(gòu)成施密特觸發(fā)器，用于TTL系統(tǒng)的接口，整形電路等；

（2）構(gòu)成多諧振蕩器，組成信號(hào)產(chǎn)生電路，振蕩周期：T=0.7（R1+2R2）C；

（3）構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，用于定時(shí)延時(shí)整形及一些定時(shí)開(kāi)關(guān)中。

555應(yīng)用電路采用以上三種方式中的1種或多種組合起來(lái)可以組成各種實(shí)用的電子電路，如定時(shí)器、分頻器、脈沖信號(hào)發(fā)生器、元件參數(shù)和電路檢測(cè)電路、玩具游戲機(jī)電路、音響告警電路、電源交換電路、頻率變換電路、自動(dòng)控制電路等。

四、集成電路發(fā)展

電路工藝是集成電路技術(shù)中最為基礎(chǔ)的部分，主要涉及到擴(kuò)散技術(shù)、氧化技術(shù)、光刻腐蝕技術(shù)以及薄膜再生技術(shù)等方面。上世紀(jì)六十年代末，微電子研究人員充分研究了氧化二硅系統(tǒng)的電性質(zhì)，完成了界面物理研究的理論儲(chǔ)備，緊接著科學(xué)家通過(guò)控制鈉離子玷污的手法，配合使用高純度的材料，成功實(shí)現(xiàn)了MOS集成電路的生產(chǎn)，由于MOS電路在工藝上易于控制、功耗很低、集成度高、可裁剪性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前半導(dǎo)體工業(yè)中，絕大多數(shù)的集成電路有使用MOS或者CMOS結(jié)構(gòu)。

制版技術(shù)方面的關(guān)鍵技術(shù)的光刻技術(shù)，光刻技術(shù)最初被使用在照相術(shù)上面，上世紀(jì)五十年代末被應(yīng)用到半導(dǎo)體技術(shù)中，仙童公司巧妙地使用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集成電路的圖形結(jié)構(gòu)。使用光刻技術(shù)制造的器件相互連接時(shí)可以不使用手工焊接技術(shù)，而是采用真空金屬蒸發(fā)技術(shù)，使用光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)電路的繪制。近年來(lái)，隨著光刻技術(shù)的發(fā)展，光刻技術(shù)的加工精度已經(jīng)達(dá)到超深亞微米數(shù)量級(jí)。

電路設(shè)計(jì)方面。1971年，Intel公司第一臺(tái)微處理器的發(fā)明是集成電路技術(shù)對(duì)人類做出的最大貢獻(xiàn)之一，微處理器的發(fā)明開(kāi)辟了計(jì)算機(jī)時(shí)代的新紀(jì)元。微處理器的發(fā)明帶動(dòng)了以CMOS為基礎(chǔ)的超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)的發(fā)展，也帶動(dòng)了智能化電子產(chǎn)品的飛速發(fā)展，是信息技術(shù)的基礎(chǔ)原件和實(shí)物載體。近年來(lái)，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家將量子隧穿效應(yīng)技術(shù)應(yīng)用到集成電路領(lǐng)域，推動(dòng)了信息化社會(huì)的進(jìn)程。

工藝材料方面。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，很多新材料技術(shù)和新物力技術(shù)不斷地被應(yīng)用到集成電路領(lǐng)域當(dāng)中，鐵電存儲(chǔ)器和磁阻隨機(jī)存儲(chǔ)器就是其中的代表。當(dāng)前集成電路技術(shù)的發(fā)展突顯出一些新的特征，主要表現(xiàn)在從一維向多維發(fā)展，向材料技術(shù)、微電子技術(shù)、器件技術(shù)以及物理技術(shù)提出了更高的要求，集成電路的發(fā)展也正因?yàn)槿绱嗽庥銎款i，物理規(guī)律的限制、材料科學(xué)的限制、技術(shù)手法的限制。不過(guò)與此同時(shí)，寬禁帶的SiC、GaN以及AIN等材料擊穿電壓值高、禁帶值高、抗輻射性能好，應(yīng)經(jīng)被廣泛應(yīng)用，所制造器件在高頻工作狀態(tài)、高溫狀態(tài)以及大功率狀態(tài)下性能優(yōu)異，是集成電路的發(fā)展方向。

五、結(jié)語(yǔ)

集成電路是上世紀(jì)人類社會(huì)最偉大的發(fā)明之一，集成電路的廣泛應(yīng)用不斷地推動(dòng)著科技的進(jìn)步，也不斷地改變著人類的生活。本文系統(tǒng)分析了集成電路的原理，列舉了幾種常見(jiàn)集成電路，并對(duì)集成電路的發(fā)展進(jìn)行了討論和研究。

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篇7

關(guān)鍵詞：ICL8038；信號(hào)發(fā)生器；調(diào)頻電路；電子儀器

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）05-0014-03

信號(hào)發(fā)生器是一種能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的電子儀器，是工業(yè)生產(chǎn)和電工、電子實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常使用的電子儀器之一。在現(xiàn)代電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號(hào)發(fā)生器。一般來(lái)說(shuō)，頻率越高、產(chǎn)生波形種類越多的發(fā)生器性能越好，但器件成本和技術(shù)要求也大大提高，因此在滿足工作要求的前提下，性價(jià)比高的發(fā)生器是我們的首選。常見(jiàn)的信號(hào)發(fā)生器是用ICL8038制成的簡(jiǎn)單信號(hào)發(fā)生器，但這種信號(hào)發(fā)生器僅能產(chǎn)生正弦波、三角波和矩形波，而本文要研究的就是如何在ICL8038基礎(chǔ)上結(jié)合其電路以及直接調(diào)頻電路使其產(chǎn)生其他的信號(hào)。

一、總體設(shè)計(jì)

（一）信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)框圖

信號(hào)發(fā)生器框圖如圖 1所示：

圖1中，波形產(chǎn)生電路由單片集成電路函數(shù)發(fā)生器ICL8038及其電路組成，用來(lái)顯示方波、正弦波及三角波；直接調(diào)頻電路由石英晶體及變?nèi)荻O管等組成，波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生的正弦波經(jīng)此電路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)調(diào)頻波；顯示電路由單片頻率計(jì)ICM7216D、晶體、電容、開(kāi)關(guān)及LED數(shù)碼管[11]等組成，用來(lái)顯示輸出波形的頻率值。

（二）信號(hào)發(fā)生器的總電路圖

信號(hào)發(fā)生器的總電路如圖2所示：

二、各部分電路設(shè)計(jì)

（一）基于ICL8038的波形發(fā)生電路設(shè)計(jì)

ICL8038組成的函數(shù)發(fā)生器如圖3所示。電阻R1與電位器 RP1用來(lái)確定8腳的直流電位U8，通常取U8≥2UCC/3。U8越高，IA和IB越小，輸出頻率越低，反之亦然。因此，ICL8038又稱為壓控振蕩器（VCO）或頻率調(diào)制器（FM）。RP1可調(diào)節(jié)的頻率范圍為20HZ～20KHZ。U8還可以由7腳提供固定電位，此時(shí)，輸出頻率f0僅由RA，RB及電容Ct決定。UCC采用雙電源供電時(shí)，輸出波形的直流電平為零。當(dāng)采用單電源供電時(shí)，輸出波形的直流電平為UCC/2。

（二）晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路設(shè)計(jì)

圖4是100MHz晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路。圖4中，T2管接成皮爾斯晶體振蕩電路，并由變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻。T2管集電極上的諧振回路調(diào)諧在晶體振蕩頻率的三次諧波上，完成三倍頻功能。T1管為音頻放大器，將輸入的信號(hào)放大后，經(jīng)2.2μH的高頻扼流圈加到變?nèi)莨苌?。同時(shí)T1的電源電壓也通過(guò)2.2μH高頻扼流圈加到變?nèi)莨苌?，作為變?nèi)莨艿钠秒妷骸?/p>

對(duì)晶體振蕩器進(jìn)行調(diào)頻時(shí)，由于振蕩回路中引入了變?nèi)荻O管，因此頻率穩(wěn)定度相對(duì)于不調(diào)頻的晶體振蕩器有所降低。一般，其短期頻率穩(wěn)定度達(dá)到10-6數(shù)量級(jí)，長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度達(dá)到10-5數(shù)量級(jí)。

（三）基于ICM7216D的顯示電路設(shè)計(jì)

顯示電路是由單片頻率計(jì)ICM7216D、晶體、電阻及電容等構(gòu)成。ICM7216D是美國(guó)Intersil公司首先研制的專用測(cè)頻大規(guī)模集成芯片。它是標(biāo)準(zhǔn)的28引腳的雙列直插式集成電路，采用單一的+5V穩(wěn)壓電源工作。它內(nèi)含高頻振蕩器、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、七段譯碼器、位多路復(fù)用器、能夠直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器的8段一段碼驅(qū)動(dòng)器、8位一位碼驅(qū)動(dòng)器。其基本的測(cè)頻范圍為DC至10MHz，若加預(yù)置的分頻電路，則上限頻率可達(dá)40MHz或100MHz，單片頻率計(jì)ICM7216D只要加上晶振、量程選擇、LED 顯示器等少數(shù)器件即可構(gòu)成一個(gè)DC至40MHz的微型頻率計(jì)，可用于頻率測(cè)量，機(jī)械轉(zhuǎn)速測(cè)量等方面的應(yīng)用。

圖5為基于ICM7216D的顯示電路。用晶體和電容C1、C2構(gòu)成的10MHz振蕩頻率作為基準(zhǔn)頻率，經(jīng)ICM7216D內(nèi)部分頻后，產(chǎn)生閘門時(shí)間脈沖。用開(kāi)關(guān)K選擇量程。另用開(kāi)關(guān)S1控制電路復(fù)位，S2可時(shí)電路處于保持狀態(tài)。8個(gè)LED數(shù)碼管的DP都與DP小數(shù)點(diǎn)輸入腳（23腳）相連，由內(nèi)部小數(shù)點(diǎn)邏輯單元產(chǎn)生正確的小數(shù)點(diǎn)位。當(dāng)被測(cè)信號(hào)輸出時(shí)，ICM7216D對(duì)其頻率計(jì)數(shù)，8位LED逐位顯示被測(cè)頻率，從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量和顯示的目的。

具體工作過(guò)程為：使用一個(gè)2.5MHz的晶振及22MΩ的電阻、電容C1、C2來(lái)滿足內(nèi)部振蕩器的正常工作。由于內(nèi)部振蕩器是一個(gè)高增益的CMOS反相器，因此用電阻與晶振并聯(lián)以提供足夠的偏壓，此時(shí)芯片的基振為2.5MHz。如果使用1MHz晶振代替2.5MHz晶振需要將芯片的腳25、腳26之間的電容作些調(diào)整，這時(shí)芯片的基振為1MHz。另外芯片還允許使用外部振蕩器，如果使用外部振蕩器時(shí)，芯片的基頻等于外部振蕩電路的頻率，此時(shí)芯片內(nèi)部振蕩電路仍在工作，但不影響芯片的正常測(cè)量。若內(nèi)部振蕩頻率小于1MHz或只有外部振蕩電路在工作時(shí)，必須將腳25、腳26連接在一起，以保證足夠的懸掛電平。如果外部振蕩電路輸出為TTL 電平時(shí)，則需要在腳25、腳26之間接一個(gè)22MΩ的電阻，并且要將腳24、腳25連在一起，如果外部振蕩電路的頻率小于100KHz，則外部振蕩電路對(duì)芯片不起作用，芯片仍以內(nèi)部振蕩電路的頻率工作。

被測(cè)信號(hào)從腳28輸入，如果輸入信號(hào)較小，可以采用前置放大電路。如果輸入信號(hào)較太，可以采用限幅電路。D1～D8八條位驅(qū)動(dòng)線分別與八位LED的公共端相連，段驅(qū)動(dòng)輸出線a～g與LED相應(yīng)的引腳相連將LED的第1至7位的小數(shù)點(diǎn)都與腳23連在一起，則由內(nèi)部小數(shù)點(diǎn)邏輯單元產(chǎn)生正確的小數(shù)點(diǎn)位。八位LED是示器逐位顯示，頻率為500Hz ，位信號(hào)時(shí)間為244μs，兩位顯示之間有6μs的位空白時(shí)間，以防止重影。芯片的最大段驅(qū)動(dòng)電流為15mA，額定段驅(qū)動(dòng)電流為12mA。要增加顯示亮度，可將電源電壓增加到6V，在測(cè)量顯示時(shí)，小數(shù)點(diǎn)左邊的零被消除，右邊的位照常顯示。當(dāng)被測(cè)信號(hào)的頻率超出頻率計(jì)的測(cè)量范圍發(fā)生溢出時(shí)，芯片內(nèi)部能夠點(diǎn)亮第八位的小數(shù)點(diǎn)，表示此時(shí)發(fā)生溢出。

圖5中，K為一個(gè)四檔開(kāi)關(guān)，用于選擇不同的量程。S1為一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)，當(dāng)其按下時(shí)，腳12為低電平，主計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，顯示為零。當(dāng)S2按下時(shí)，腳27為高電平，主計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)，此時(shí)數(shù)據(jù)自鎖并顯示；當(dāng)S2斷開(kāi)，主計(jì)數(shù)器才重新啟動(dòng)計(jì)數(shù)。由于復(fù)合控制輸入端所用信號(hào)是位驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為避免復(fù)合控制信號(hào)影響位信號(hào)，使用二極管進(jìn)行隔離，與芯片管腳1相連的電阻及電容的作用是降低噪聲，減少干擾。

（四）整形電路設(shè)計(jì)

由于ICM7216D芯片只能對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，所以波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生的正弦波和三角波要先進(jìn)行整形，然后才能送進(jìn)顯示電路進(jìn)行頻率顯示，而整形電路只需用一個(gè)與非門就可實(shí)現(xiàn)。本文選擇了74LS20芯片進(jìn)行整形。74LS20芯片引腳圖如圖6所示：

三、結(jié)果分析

本文采用±10V、5V直流電源供電，運(yùn)用數(shù)字示波器顯示輸出波形。

信號(hào)發(fā)生器能輸出正弦波、三角波、矩形波及調(diào)頻波；正弦波、三角波、矩形波的最低頻率為55.10Hz，最高頻率為16.13KHz；正弦波的峰峰值可達(dá)到4.36V；三角波的峰峰值可達(dá)6.6V，占空比可在44.4%~50.4%之間調(diào)節(jié)；矩形波的峰峰值可達(dá)到20.2V，占空比則可在41.3%~57.5%之間調(diào)節(jié)；調(diào)頻電路中的載波峰峰值為5.6V，頻率為13.3MHz；顯示電路由于加了4分頻電路，則測(cè)頻上限頻率可達(dá)40MHz。

四、結(jié)語(yǔ)

本文是采用函數(shù)發(fā)生芯片ICL8038結(jié)合電路產(chǎn)生正弦波、三角波及矩形波，再把產(chǎn)生的正弦波輸入晶體振蕩器的變?nèi)莨苤苯诱{(diào)頻電路，產(chǎn)生調(diào)頻波輸出，各波形通過(guò)ICM7216D組成的顯示電路顯示出其頻率。該系統(tǒng)完全由硬件構(gòu)成，避免了編程方面的問(wèn)題，電路簡(jiǎn)單，易于調(diào)試，產(chǎn)生的波形種類多。

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[11]姚行洲. ICL8038原理及應(yīng)用[J]. 北京廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，（1）.

篇8

一、無(wú)線電液控制技術(shù)基本原理

無(wú)線電液控制技術(shù)的基本工作原理:首先,無(wú)線電液控制系統(tǒng)將操作者或機(jī)器的控制指令進(jìn)行數(shù)字化處理(包括對(duì)信號(hào)的濾波,A/D轉(zhuǎn)化等處理),變?yōu)橐子谔幚淼臄?shù)字信號(hào);其次,對(duì)數(shù)字指令信號(hào)進(jìn)行編碼處理;再次,指令信號(hào)在經(jīng)發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后,通過(guò)發(fā)射天線以無(wú)線電波的方式傳遞給遠(yuǎn)處的接收系統(tǒng)。最后,接收系統(tǒng)通過(guò)接收天線把帶控制指令的無(wú)線電波接收下來(lái),經(jīng)過(guò)解調(diào)和解碼,轉(zhuǎn)換為控制指令,實(shí)現(xiàn)對(duì)各種類型閥的進(jìn)行控制。

由于無(wú)線電液控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域占有重要地位,它也越來(lái)越受到各國(guó)的重視,都投入了很多的技術(shù)力量和資金進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。雖然紅外遙控也可以實(shí)現(xiàn)電液控制技術(shù)的遠(yuǎn)程遙控,但是由于紅外遙控存在對(duì)工作背景要求高、能耗高、傳輸距離短(一般不會(huì)超過(guò)10米),且必需在同一直線上,中間不能有任何障礙物以及易受工業(yè)熱輻射影響等缺點(diǎn),使得無(wú)線電液控制技術(shù)成為當(dāng)前研究的主要方向。

二、無(wú)線電液控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)

(一)無(wú)線電液控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

最初,遙控電液控制系統(tǒng)都是采用有線遙控方式進(jìn)行的。早在60年代初期,人們就能利用拖纜遙控裝置來(lái)控制液壓機(jī)械上的手動(dòng)、電液多路閥,操作時(shí)通過(guò)拖纜遙控裝置上的雙向單軸搖桿輸出線性比例信號(hào)來(lái)控制電液比例多路閥,線控盒搖桿的信號(hào)完全能模擬液壓多路閥上手動(dòng)拉桿的動(dòng)作。雖然這種方式也可以使操作人員在作業(yè)區(qū)外對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作控制,但是由于控制信號(hào)在電纜線中的衰減,使得遙控的距離有限,同時(shí)由于電纜線的存在,影響了操作的靈活性,而且數(shù)米長(zhǎng)的電纜經(jīng)常是生產(chǎn)事故中的主要根源。[2]

隨著無(wú)線電技術(shù)的成熟,把無(wú)線電技術(shù)引入電液控制系統(tǒng)成為了可能。由于無(wú)線電液控制技術(shù)是通過(guò)無(wú)線電波來(lái)傳遞控制指令,完全消除了拖纜式遙控裝置所帶來(lái)的故障隱患。但是一開(kāi)始的無(wú)線電液控制系統(tǒng)都只能發(fā)射簡(jiǎn)單的指令,如:打開(kāi)/關(guān)閉等指令。進(jìn)入70年代后,隨著大規(guī)模集成電路及專用微處理器的出現(xiàn),開(kāi)發(fā)出了可靠性更高的手持式無(wú)線遙控系統(tǒng)。后來(lái),隨著數(shù)字處理技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)線數(shù)字通信技術(shù)的日趨成熟,利用數(shù)字通信技術(shù)的抗干擾能力強(qiáng)、易于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種處理等等的優(yōu)點(diǎn),使得遙控系統(tǒng)的抗干擾性能逐步提高,安全性能大大改善;與此同時(shí),模擬集成電路設(shè)計(jì)的迅速發(fā)展,各種高精度的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D)和數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器(D/A)的研制成功,并把他們應(yīng)用到無(wú)線電液控制系統(tǒng)中,使得無(wú)線電液控制系統(tǒng)不但能夠傳輸開(kāi)關(guān)信號(hào),也能夠傳輸模擬控制量并且對(duì)控制指令有較高分辨能力,也就是說(shuō),無(wú)線電液控制系統(tǒng)不但能夠控制普通的電磁開(kāi)關(guān)閥,而且能夠控制比例閥。由于無(wú)線電液控制技術(shù)既有電液控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),又有無(wú)線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),因此它有著很廣泛的應(yīng)用,特別是在工程機(jī)械領(lǐng)域中。無(wú)線電液控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用場(chǎng)合如工業(yè)行車、汽車吊、隨車吊、混凝土泵(臂架)車、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的管片拼裝機(jī)等。

80年代初,美國(guó)Kraft TeleRobtics和約翰·迪爾等公司,相繼開(kāi)發(fā)出無(wú)線遙控系統(tǒng),并應(yīng)用于挖掘機(jī)中,成功推出遙控挖掘機(jī)。其中,比較典型的是約翰·迪爾公司的690CR型遙控挖掘機(jī)。

1983年,日本小松制作所研究開(kāi)發(fā)了各種工作裝置的微動(dòng)控制和復(fù)合動(dòng)作的無(wú)線電操縱,并成功改裝PC200-2型液壓挖掘機(jī)。

1987年,德國(guó)HBC公司研制成功應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域的工業(yè)無(wú)線電遙控裝置。這種遙控裝置采用了先進(jìn)的數(shù)字化通信技術(shù),傳輸?shù)谋壤刂菩盘?hào)安全、可靠和實(shí)用,并對(duì)發(fā)射的指令有很高的分辨率;在接收端使用模擬技術(shù)可以使執(zhí)行機(jī)構(gòu)的加速、減速動(dòng)作與無(wú)線電遙控裝置發(fā)射器上的動(dòng)作完全成比例,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的無(wú)級(jí)控制。利用它,結(jié)合電液比例伺服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓比例多路閥和電液比例減壓閥及普通電磁控制開(kāi)關(guān)閥,就可以實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的無(wú)線遙控。德國(guó)HBC無(wú)線電遙控系統(tǒng)采用的比例輸出信號(hào)(0-5V/10V、4-20mA、PWM0-2A)可與多個(gè)廠家電液多路閥信號(hào)匹配,可模擬手動(dòng)操作方式達(dá)到與液壓控制系統(tǒng)互相間的協(xié)調(diào)。

與國(guó)外對(duì)無(wú)線電液控制技術(shù)的研究應(yīng)用相比較,國(guó)內(nèi)則相對(duì)比較晚,技術(shù)相對(duì)也落后一些。上海寶山鋼鐵公司于1997年引入HBC無(wú)線遙控系統(tǒng)、意大利FABERCOM的比例液壓伺服模塊,對(duì)黃河工程機(jī)械廠生產(chǎn)的ZY65型履帶式裝載機(jī)進(jìn)行了遙控改造,使其成為一臺(tái)遙控裝載機(jī)。

(二)無(wú)線電液控制技術(shù)研究趨勢(shì)

隨著數(shù)字通信技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展,把數(shù)字通信技術(shù)和高性能、高集成度的集成電路應(yīng)用到無(wú)線電液控制技術(shù)中,使得無(wú)線電液控制器的性能更加完善,可靠性更加高。它們都推動(dòng)著無(wú)線電液控制技術(shù)的發(fā)展,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)超大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展使無(wú)線電液控制器硬件電路的可靠性提高,同時(shí)為實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的(下轉(zhuǎn)第152頁(yè))(上接第193頁(yè))功能提供了可能性;(2)數(shù)字通信技術(shù)提高了無(wú)線電液控制器的性能;(3)糾錯(cuò)編碼技術(shù)提高了無(wú)線電液控制器的抗干擾能力。

三、無(wú)線電液控制技術(shù)在盾構(gòu)管片拼裝機(jī)中的應(yīng)用

盾構(gòu)管片拼裝機(jī)是一六自由度機(jī)械手,由電液比例多路閥控制各個(gè)方向執(zhí)行器動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)管片的拼裝。利用無(wú)線遙控系統(tǒng)控制電液比例多路閥的先導(dǎo)級(jí)就可以控制進(jìn)入多路閥的流量。采用電液比例技術(shù)能提高管片機(jī)的拼裝速度,有效地降低工程造價(jià)。

四、結(jié)語(yǔ)

由于無(wú)線電液比例技術(shù)具有多方面的優(yōu)點(diǎn),在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將無(wú)線遙控技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)管片拼裝機(jī)系統(tǒng),將具有重要的工程應(yīng)用意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 鄭貴源.無(wú)線遙控裝置在工業(yè)控制中的應(yīng)用[J].機(jī)械與電子,1997,(2).

篇9

關(guān)鍵詞：本科教育；微電子；課程體系；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）04-0033-03

一、引言

微電子技術(shù)是隨著集成電路，尤其是超大型規(guī)模集成電路而發(fā)展起來(lái)的一門新的技術(shù)。微電子技術(shù)包括系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)、器件物理、工藝技術(shù)、材料制備、自動(dòng)測(cè)試以及封裝、組裝等一系列專門的技術(shù)，是高科技和信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)。微電子產(chǎn)業(yè)是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著巨大貢獻(xiàn)，并滲透到其他很多學(xué)科，是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。作為電子通信類高校，南京郵電大學(xué)建校近50年來(lái)，正朝著信息科技類大學(xué)進(jìn)軍。隨著電子、通信和信息等產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外都需要大量的微電子學(xué)人才，我校成立微電子學(xué)專業(yè)，旨在為我國(guó)的ASIC設(shè)計(jì)方面，培養(yǎng)急需的人才[1-6]。我國(guó)“十五”計(jì)劃綱要明確提出大力發(fā)展半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)，為了滿足社會(huì)的發(fā)展和需求，我校微電子專業(yè)成立于2001年，并于2007年招收第一批本科生。在學(xué)校各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的重視和關(guān)心下，專業(yè)建設(shè)取得了飛速發(fā)展。本科人才培養(yǎng)方案是各專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)規(guī)格以及培養(yǎng)過(guò)程和方式的總體設(shè)計(jì)，是學(xué)校組織本科教學(xué)、規(guī)范教學(xué)環(huán)節(jié)、實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的綱領(lǐng)性文件，對(duì)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有決定性的影響。當(dāng)今的高校教育不僅需要培養(yǎng)大量理論基礎(chǔ)較扎實(shí)、具有開(kāi)拓創(chuàng)新精神的專業(yè)型人才，也更需要培養(yǎng)大量工程應(yīng)用型人才。所謂“應(yīng)用型人才”主要是指德、智、體、美等方面全面發(fā)展的，能夠?qū)I(yè)知識(shí)和技能應(yīng)用于所從事的專業(yè)社會(huì)實(shí)踐的高級(jí)專門人才。“應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是以能力為中心，以培養(yǎng)技術(shù)應(yīng)用型專門人才為目標(biāo)的”。它更加注重的是實(shí)踐性、應(yīng)用性和技術(shù)性。即基礎(chǔ)知識(shí)比高職高專學(xué)生深厚、實(shí)踐能力比傳統(tǒng)本科生強(qiáng)，是本科應(yīng)用型人才最本質(zhì)的特征。本科應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式是根據(jù)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的需要，在一定的教育思想指導(dǎo)下，人才培養(yǎng)目標(biāo)、制度、過(guò)程等要素特定的多樣化組合方式。

二、深化完善本科教學(xué)體系改革的措施探討

人才培養(yǎng)方案制（修）訂工作對(duì)于學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、進(jìn)一步深化完善本科教學(xué)體系改革具有重要意義，人才培養(yǎng)方案制（修）訂需要全面貫徹國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要，認(rèn)真落實(shí)教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)等文件要求，不斷適應(yīng)國(guó)家和社會(huì)發(fā)展需要，進(jìn)一步深化教育教學(xué)改革，優(yōu)化人才培養(yǎng)過(guò)程，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。具體的改革措施探討如下。

1.進(jìn)一步明確本專業(yè)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、開(kāi)展人才培養(yǎng)工作的總體設(shè)計(jì)和實(shí)施方案，為全面貫徹教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)，以執(zhí)行最新頒布的普通高等學(xué)校本科專業(yè)設(shè)置管理規(guī)定為契機(jī)，推動(dòng)我校新一輪專業(yè)建設(shè)和教學(xué)改革，以不斷適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)發(fā)展對(duì)各類高素質(zhì)創(chuàng)新人才的需要，根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實(shí)際，及時(shí)總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，以“本科教學(xué)工程”建設(shè)工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”及“工程教育專業(yè)認(rèn)證”，進(jìn)一步更新教育觀念，深化教育教學(xué)改革，提高本科教育質(zhì)量，構(gòu)建和完善適合我校辦學(xué)指導(dǎo)思想、具有我校辦學(xué)特色的本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系，根據(jù)新《目錄》規(guī)定的各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)要求、主干學(xué)科、核心課程、主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)、主要專業(yè)實(shí)驗(yàn)，緊密結(jié)合近年“本科教學(xué)工程”改革實(shí)踐，開(kāi)展本科專業(yè)培養(yǎng)方案的修訂。本專業(yè)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，道德文化素養(yǎng)高，社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)，身心健康，掌握扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和必備的專業(yè)知識(shí)，具有良好的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、專業(yè)能力和創(chuàng)新意識(shí)，能在微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計(jì)及相關(guān)的電子信息科學(xué)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)、工程設(shè)計(jì)、技術(shù)管理等工作的專門技術(shù)人才。主要專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮悠骷?、工藝和集成電路設(shè)計(jì)。注重集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)和MEMS設(shè)計(jì)。

2.課程設(shè)置進(jìn)一步優(yōu)化。課程的設(shè)置是否合理對(duì)人才的培養(yǎng)起到了至關(guān)重要的作用，尤其是現(xiàn)今提出的對(duì)專業(yè)人才的更高要求，需要進(jìn)一步優(yōu)化課程體系，合理安排課程內(nèi)容。首先，在課程設(shè)置方面，當(dāng)前，南郵本科微電子專業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，取得了不少成績(jī)。但世界范圍內(nèi)微電子產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展的特點(diǎn)決定了高校微電子學(xué)科的教學(xué)必須緊緊跟隨產(chǎn)業(yè)發(fā)展的步伐。我們?cè)诳吹揭郧八〉玫某煽?jī)的同時(shí)也必須看到其中所存在的一些問(wèn)題，并積極進(jìn)行改革創(chuàng)新。我校的微電子專業(yè)在設(shè)立初期，經(jīng)過(guò)各方專家的反復(fù)討論和論證，建立了一套統(tǒng)一的專業(yè)課程和教學(xué)大綱。這套課程滿足該專業(yè)最基本的專業(yè)要求。但由于微電子專業(yè)設(shè)立時(shí)間不長(zhǎng)，仍屬于起步階段，由于硬件條件和師資力量的缺乏和不到位，無(wú)法設(shè)立多樣的課程體系和科目，所以目前的教學(xué)仍然是基本上按統(tǒng)一的教學(xué)大綱和教學(xué)要求組織。隨著學(xué)校辦學(xué)規(guī)模的擴(kuò)大，通達(dá)微電子學(xué)院的設(shè)立，選修微電子專業(yè)課程的學(xué)生人數(shù)不斷增加，原有的教學(xué)課程體系和科目還需要進(jìn)一步細(xì)化、深化、推廣。為此，在課程設(shè)置上，我們必須對(duì)已經(jīng)投入使用的培養(yǎng)方案進(jìn)行分析和總結(jié)、不斷地進(jìn)行修訂和完善，將整個(gè)學(xué)科的課程結(jié)構(gòu)體系、到具體到每一門課程的知識(shí)體系，都進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期在最短的學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生掌握牢固的知識(shí)。最終使學(xué)生獲得以下幾方面的能力：掌握扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理等方面的基本理論和基本知識(shí)；系統(tǒng)掌握量子與固體物理、半導(dǎo)體物理與器件物理、半導(dǎo)體集成電路設(shè)計(jì)和制造的基本知識(shí)，具有獨(dú)立進(jìn)行微電子器件、工藝和集成電路設(shè)計(jì)的基本能力；了解電子信息類專業(yè)的一般原理和知識(shí)，受到科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)思維的訓(xùn)練，具有本學(xué)科與跨學(xué)科的科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)的基本能力；在綜合類實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)中具有較強(qiáng)的獨(dú)立設(shè)計(jì)、分析和調(diào)試系統(tǒng)的能力，能夠完成綜合性和探索性工作的能力；養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，對(duì)終身學(xué)習(xí)有正確認(rèn)識(shí)，具有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力；其次，對(duì)于理論課程的內(nèi)容，針對(duì)南京郵電大學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)和電子科學(xué)與工程學(xué)院的實(shí)際情況，以及本專業(yè)的特色建設(shè)，主要專業(yè)方向?yàn)槲㈦娮悠骷?、工藝和集成電路設(shè)計(jì)。注重集成電路設(shè)計(jì)、集成電路版圖設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)和MEMS設(shè)計(jì)。以能力培養(yǎng)為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)，并考慮學(xué)生畢業(yè)后從事的職業(yè)，根據(jù)工作的要求對(duì)教學(xué)中的課程進(jìn)行專項(xiàng)的能力和綜合能力培養(yǎng)。在通識(shí)教育類課程中設(shè)置了高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理實(shí)驗(yàn)、程序設(shè)計(jì)等。專業(yè)教育類課程中設(shè)置了信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)、模擬電子技術(shù)及電工電子實(shí)驗(yàn)等。這些是所有涉及到電類專業(yè)的學(xué)生都必須學(xué)習(xí)的課程。在微電子專業(yè)的專業(yè)課中安排了固體物理、半導(dǎo)體物理、半導(dǎo)體集成電路工藝、半導(dǎo)體器件物理、通信原理，這些課程都是基礎(chǔ)理論課程，是為微電子專業(yè)的學(xué)生打下基本的專業(yè)基礎(chǔ)。考慮到工程認(rèn)證的需要，在集成電路與CAD的課程設(shè)置上，專門增加了16小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)和操作技能。在集成電路分析與設(shè)計(jì)的課程設(shè)置中，專門將模擬和數(shù)字分開(kāi)，設(shè)置了各48小時(shí)的模擬集成電路分析與設(shè)計(jì)、數(shù)字集成電路分析與設(shè)計(jì)，這不同于其他院校的課程設(shè)置，應(yīng)該也算是我專業(yè)的一個(gè)特色和優(yōu)勢(shì)。使學(xué)生掌握初步的集成電路設(shè)計(jì)知識(shí)，加強(qiáng)了學(xué)生的集成電路分析和設(shè)計(jì)的能力。除了已經(jīng)設(shè)置的32小時(shí)的VLSI設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課和32小時(shí)的微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)，還增加了32小時(shí)的工藝實(shí)驗(yàn)，這也大大加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)和上機(jī)比例。具體來(lái)講，已經(jīng)在建設(shè)的ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上開(kāi)展了ASIC設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，并籌備建立了微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，擁有了一批工作站、計(jì)算機(jī)等硬件資源和ISE、MAXPlus II、Synopsys Cadence等軟件資源、學(xué)會(huì)一到兩種EDA工具的使用方法。建設(shè)微電子器件和半導(dǎo)體物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上購(gòu)置了必要的儀器設(shè)備、編寫了實(shí)驗(yàn)教程、開(kāi)展了半導(dǎo)體材料實(shí)驗(yàn)和晶體管測(cè)試實(shí)驗(yàn)；基于以上措施，建立一整套完備的、覆蓋微電子產(chǎn)業(yè)前端和后端工序的微電子實(shí)驗(yàn)課程體系。開(kāi)展了器件和工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。掌握一定微電子實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ俏㈦娮訉I(yè)本科生應(yīng)當(dāng)具備的基本素質(zhì)。在微電子專業(yè)的專業(yè)選修課中設(shè)置了VLSI版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、片上系統(tǒng)設(shè)計(jì)、微電子器件設(shè)計(jì)、MEMS與微系統(tǒng)設(shè)計(jì)、新型微電子器件、通信集成電路等多門課程，涵蓋了微電子方向的器件設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等各個(gè)方面。更好地體現(xiàn)了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向和目標(biāo)。再者，實(shí)踐課程的內(nèi)容上，由于微電子專業(yè)是一個(gè)實(shí)踐性較強(qiáng)、實(shí)踐內(nèi)容多的專業(yè)，從集成電路的生成流程來(lái)看，其實(shí)踐內(nèi)容包括系統(tǒng)和電路設(shè)計(jì)、器件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、版圖設(shè)計(jì)、實(shí)際流片和測(cè)試。實(shí)踐課程的設(shè)置對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題能力、判斷能力和創(chuàng)新能力極為關(guān)鍵；需要工程認(rèn)證的專業(yè)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程必須要達(dá)到30%以上。因此，還擬通過(guò)建立微電子專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)設(shè)微電子和半導(dǎo)體測(cè)試實(shí)驗(yàn)課，在培養(yǎng)學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)，加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)既有較深理論基礎(chǔ)，又有一定動(dòng)手能力的全面發(fā)展的學(xué)生。在實(shí)踐型環(huán)節(jié)的課程設(shè)置中，通識(shí)基礎(chǔ)課和學(xué)科基礎(chǔ)課中安排了電類學(xué)科所必須的程序設(shè)計(jì)、電裝實(shí)習(xí)、電子電路課程設(shè)計(jì)等。在專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課中，設(shè)置了軟件設(shè)計(jì)、微電子課程設(shè)計(jì)等，尤其是微電子課程設(shè)計(jì)，將進(jìn)行較大的改革，要求改革后設(shè)計(jì)內(nèi)容都是與本專業(yè)緊密相關(guān)，全面運(yùn)用到所學(xué)的專業(yè)知識(shí)。

3.師資隊(duì)伍的建設(shè)。本專業(yè)現(xiàn)在擁有專業(yè)教師14名，完全滿足本科的專業(yè)教學(xué)需要，但從事集成電路設(shè)計(jì)方向的老師比較缺乏。還有，學(xué)生的個(gè)性不同，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的興趣、主動(dòng)性等方面差異很大；隨著社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈和社會(huì)需求的不斷變化，又使學(xué)生的未來(lái)發(fā)展面臨很大挑戰(zhàn)，學(xué)生的需求隨之呈現(xiàn)多樣化。因此，多元化的培養(yǎng)規(guī)格應(yīng)當(dāng)成為共識(shí)。將學(xué)生的具體情況和社會(huì)需求相結(jié)合，這就要求我們必須打破現(xiàn)有的統(tǒng)一模式，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際和社會(huì)需求建立多樣化的課程體系，實(shí)施分類教學(xué)，在保證打好扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)的前提下，設(shè)立盡可能多的適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的方向性課程。建立既具有深厚扎實(shí)的理論知識(shí)功底，又具有精通實(shí)踐、有很強(qiáng)的動(dòng)手操作能力和解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題能力的教師隊(duì)伍迫在眉睫。近幾年，我學(xué)院在引進(jìn)高水平的師資力量方面進(jìn)行了不懈的努力，微電子專業(yè)教師的隊(duì)伍在不斷擴(kuò)大，教師的專業(yè)方向也在不斷豐富，能夠勝任并有選擇性地?fù)?dān)任各主要方向的專業(yè)課教學(xué)。但仍然缺乏學(xué)科帶頭人，缺乏一個(gè)凝聚人心的事業(yè)平臺(tái)，學(xué)術(shù)梯隊(duì)。這就要加速建設(shè)學(xué)科帶頭人、重點(diǎn)骨干教師和優(yōu)秀青年教師4個(gè)層次的學(xué)術(shù)梯隊(duì)。通過(guò)培養(yǎng)和引進(jìn)，形成一批整體素質(zhì)高、學(xué)術(shù)實(shí)力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)合理、具有團(tuán)結(jié)協(xié)作精神的學(xué)術(shù)梯隊(duì)，使其在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮突出作用。鼓勵(lì)教師積極申報(bào)各類項(xiàng)目，積累一定的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和操作經(jīng)驗(yàn)。鼓勵(lì)教師與公司、研究所合作，鼓勵(lì)教師到國(guó)內(nèi)外高校去做訪問(wèn)學(xué)者，積極參加國(guó)內(nèi)外舉辦的國(guó)際會(huì)議，從而了解專業(yè)的最新發(fā)展、前沿問(wèn)題，開(kāi)闊眼界。

三、小結(jié)

總的來(lái)說(shuō)，微電子學(xué)是發(fā)展現(xiàn)代高新技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的重要基礎(chǔ)。培養(yǎng)方案是高等學(xué)校實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)、根據(jù)我校教育教學(xué)改革的實(shí)際，及時(shí)總結(jié)人才培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，以“本科教學(xué)工程”建設(shè)工作為抓手，積極參與教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”及“工程教育專業(yè)認(rèn)證”，進(jìn)一步更新教育觀念，深化教育教學(xué)改革，提高本科教育質(zhì)量，迫在眉睫。其中需明確我校的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以通信集成電路設(shè)計(jì)為主要方向，同時(shí)兼顧工藝設(shè)計(jì)與器件設(shè)計(jì)。相信通過(guò)培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、師資等各方面的建設(shè)，一定會(huì)培養(yǎng)出高質(zhì)量的微電子學(xué)領(lǐng)域人才，為我國(guó)的微電子工業(yè)做出貢獻(xiàn)。

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摘要：本文設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路。該電路輸入電壓范圍110V～220V，輸出電壓穩(wěn)定在約5.8V。本電路僅在開(kāi)關(guān)電源芯片中功率開(kāi)關(guān)關(guān)斷的半周期，通過(guò)高壓JFET抽取外部電源電能給儲(chǔ)能電容充電，來(lái)維持輸出電壓的穩(wěn)定，具有輸入電壓范圍廣，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。通過(guò)HSPICE仿真實(shí)驗(yàn)，取得預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：片內(nèi)電源；AC/DC開(kāi)關(guān)電源；低功耗

片內(nèi)電源電路是集成在半導(dǎo)體芯片內(nèi)部的電源模塊。其作用主要是從外部電源(例如220V市電)中獲取電能，并把能量轉(zhuǎn)化芯片內(nèi)部其它模塊可接受的穩(wěn)定直流電平，給內(nèi)部其它模塊供電。目前，片內(nèi)電源在紋波幅度、調(diào)整范圍、功耗等技術(shù)指標(biāo)上還不能達(dá)到外部電源的水平，但是，片內(nèi)電源具有設(shè)計(jì)指標(biāo)靈活、成本低廉、可集成等外部電源不可比擬的優(yōu)勢(shì)。因此，片內(nèi)電源將會(huì)成為未來(lái)電源的另一個(gè)發(fā)展方向。

1電路結(jié)構(gòu)及功能分析

如上圖1所示，是本文設(shè)計(jì)的應(yīng)用于AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片的片內(nèi)電源電路整體結(jié)構(gòu)。Vin為片內(nèi)電源電路的輸入端口，220V的交流電源經(jīng)過(guò)半橋整流濾波后通過(guò)此端口輸入。BP為片內(nèi)電源電路的輸出端口，輸出一恒定電壓Vout為AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片的其它子模塊供電。Gate為AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片中功率MOSFET柵驅(qū)動(dòng)信號(hào)，為高時(shí)功率MOSFET導(dǎo)通，為低關(guān)斷。輸入檢測(cè)信號(hào)為本片內(nèi)電源電路的欠壓保護(hù)信號(hào)，當(dāng)Vin低于110V時(shí)片內(nèi)電源停止工作對(duì)開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。

在AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片工作過(guò)程中，每個(gè)時(shí)鐘周期對(duì)片內(nèi)電源模塊輸出電壓Vout進(jìn)行檢測(cè)，如果輸出電壓低于設(shè)計(jì)要求，并且開(kāi)關(guān)電源芯片其它保護(hù)模塊輸出正常的情況下，在Gate為低的半周期對(duì)輸出端電容C0充電，直到輸出電壓滿足設(shè)計(jì)要求，停止充電，從而使輸出電壓保持恒定。本功能由上圖1所示的充電控制部分和模擬充電部分來(lái)實(shí)現(xiàn)。充電控制部分包括：輸出電壓檢測(cè)模塊，數(shù)字邏輯控制模塊。模擬充電模塊包括高壓JFET，MN1，MN2，電阻R0，儲(chǔ)能電容C0。

充電控制模塊是本電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn)，其具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

1.1輸出電壓檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

輸出電壓檢測(cè)模塊電路如下圖2所示，BP端輸出電壓Vout經(jīng)過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)分壓后產(chǎn)生3路輸出D1，D2，D3，這三路輸出分別輸入到COM2，COM1，COM3三路比較器中，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。COM1輸出欠壓信號(hào)A5，欠壓為高，不欠壓為低。COM2輸出過(guò)壓信號(hào)A6，過(guò)壓為高，不過(guò)壓為低。COM3的輸出控制泄流支路，當(dāng)Vout (BP電壓)高于7V時(shí)，給電容C0提供一條泄流通路，使BP電壓低于7V，對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)。

1.2數(shù)字邏輯控制模塊的設(shè)計(jì)

數(shù)字邏輯控制模塊電路如下圖3所示，A5，A6為輸出電壓檢測(cè)模塊對(duì)BP端口電壓檢測(cè)后輸出的欠壓信號(hào)，過(guò)壓信號(hào)；A7為A5，A6經(jīng)過(guò)寄存器后產(chǎn)生的中間信號(hào)，X1為輸入電壓的檢測(cè)信號(hào)，正常為低，當(dāng)輸入電壓過(guò)低(X1為高)時(shí)，片內(nèi)電源停止工作對(duì)開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行保護(hù)。

Gate為AC/DC開(kāi)關(guān)電源芯片中功率管的柵控制信號(hào)，本片內(nèi)供電模塊僅在功率管關(guān)斷的時(shí)間進(jìn)行充電。Regulator為過(guò)壓欠壓邏輯單元模塊的輸出信號(hào)，它來(lái)控制模擬充電部分對(duì)儲(chǔ)能電容充電。片內(nèi)電源在從上電到系統(tǒng)穩(wěn)定需要經(jīng)過(guò)以下三種工作狀態(tài)：

① 狀態(tài)1：儲(chǔ)能電容電壓Vout低于4.8V。

過(guò)壓欠壓電路的輸出A5=1，A6=0。

經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器，得出A7=1，上支路的輸出為1。

于是Regulator信號(hào)輸出由上支路決定，始終為0。儲(chǔ)能電容從0充電會(huì)一直充至4.8V而不受各內(nèi)部信號(hào)的影響。

② 狀態(tài)2：儲(chǔ)能電容電壓Vout充至略大于4.8V。

過(guò)壓欠壓電路的輸出A5，A6由狀態(tài)1的10轉(zhuǎn)換成00。此時(shí)RS觸發(fā)器為保持狀態(tài)，于是A7保持為1，上支路的輸出由1變?yōu)?。此時(shí)Regulator由下支路決定，若X1=1(輸入電壓Vin過(guò)低)，Regulator=1(不充電)；若X1=0(輸入電壓Vin正常)，則Regulator由Gate信號(hào)決定。所以儲(chǔ)能電容達(dá)到4.8V后，若X1信號(hào)為1，儲(chǔ)能電容將不再充電。若X1信號(hào)為0，儲(chǔ)能電容在功率管關(guān)斷周期充電，可充至5.8V。

③ 狀態(tài)3：儲(chǔ)能電容電壓由Vout由繼續(xù)升高，大于5.8V時(shí)。

當(dāng)狀態(tài)2最后一種情況Regulator由Gate決定，Vout充電至大于5.8V時(shí)。過(guò)壓欠壓電路的輸出A5，A6由狀態(tài)2的00轉(zhuǎn)換成01。經(jīng)過(guò)RS觸發(fā)器A7信號(hào)要改變?yōu)?，下支路A7與X1的與非使得X1對(duì)Regulator無(wú)影響。A6經(jīng)過(guò)反向器后的0信號(hào)使得Gate對(duì)Regulator也沒(méi)有了影響。此時(shí)Regulator輸出完全由A5，A6，A7來(lái)決定，輸出為1(不充電)，直到儲(chǔ)能電容的電壓回落至5.8V以下。

2仿真結(jié)果

仿真條件：本文采用CSMC 700V BCD工藝庫(kù)和HSPICE進(jìn)行仿真，Vin電壓從0V上升到300V，然后維持穩(wěn)定。

仿真結(jié)果如右圖4所示：當(dāng)Vin從0V上升到300V的過(guò)程中，A5，A6狀態(tài)從10轉(zhuǎn)換到00再轉(zhuǎn)換到01，當(dāng)芯片穩(wěn)定工作時(shí)其在00，01之間轉(zhuǎn)換從而維持輸出穩(wěn)定在5.8V，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種新型的片內(nèi)電源電路，具有功耗低，輸入電壓范圍廣，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。適用于各種開(kāi)關(guān)電源芯片進(jìn)行片內(nèi)供電。通過(guò)電路仿真，本電路設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求。

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