【摘要】：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高速大電流的開關(guān)驅(qū)動器,可用于驅(qū)動PIN開關(guān)以及IGBT開關(guān)等。開展了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電路和版圖技術(shù)研究,并采用亞微米CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。通過采用一種帶隙基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)提供偏置的方式使電路兼容TTL和CMOS輸入,保證良好的溫度特性;通過采用傳輸門功率驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)三態(tài)控制,解決了高速應(yīng)用時電容饋通效應(yīng)問題。詳細(xì)設(shè)計(jì)了TTL輸入轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)和偏置電路、三態(tài)輸出和功率驅(qū)動等電路;基于0.6μm CMOS工藝重點(diǎn)設(shè)計(jì)了高速驅(qū)動器中功率開關(guān)版圖。該高速大電路開關(guān)驅(qū)動器產(chǎn)品的傳輸速度達(dá)到了25 ns,驅(qū)動電流達(dá)500 mA。
【圖文】：

ril2017SemiconductorTechnologyVol．42No．4265功耗隨之增大。隨著CMOS工藝的普遍使用，采用CMOS工藝的開關(guān)驅(qū)動器產(chǎn)品日益成熟，其具備電壓驅(qū)動、功耗低、驅(qū)動能力強(qiáng)、集成度高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸替代了雙極型開關(guān)驅(qū)動器［5－6］。本文介紹了一款采用0.6μmCMOS工藝的高速大電流開關(guān)驅(qū)動器設(shè)計(jì)，介紹了產(chǎn)品的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和版圖設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了TTL-CMOS轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)和偏置電路、三態(tài)輸出及功率驅(qū)動的電路設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品具備功耗低、傳輸速度快和驅(qū)動能力強(qiáng)的特點(diǎn)。1電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的開關(guān)驅(qū)動電路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。圖中:VDD為電源;GND為地;IN為輸入;OUT為輸出;OE為使能;VH和VL為輸出驅(qū)動高、低電源電壓;VB為偏置電壓;CON為內(nèi)部控制電壓;DHP和DLP為高、低邊PMOS管驅(qū)動;DHN和DLN為高、低邊NMOS管驅(qū)動。系統(tǒng)主要由TTL-CMOS電平轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)與偏置電路、三態(tài)控制電路及功率驅(qū)動管組成，實(shí)現(xiàn)了輸出與輸入反相的驅(qū)動功能。該結(jié)構(gòu)利用基準(zhǔn)、偏置和輸入電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了TTL和CMOS兼容輸入，使電源高于TTL電平時，電路仍可由TTL驅(qū)動。圖1電路系統(tǒng)框圖Fig.1Blockdiagramofthecircuitsystem1.1基準(zhǔn)電路及偏置電路設(shè)計(jì)該電路包括基準(zhǔn)產(chǎn)生電路和偏置電路，其中基準(zhǔn)電路采用帶隙結(jié)構(gòu)［7］，為偏置電路提供對溫度不敏感的參考電壓(VＲEF)，電路設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中:P4～P17為PMOS管;N5～N16為NMOS管;Q1，，Q2和Q11為三極管。由于采用了CMOS工藝，因此帶隙基準(zhǔn)電壓利用縱向pnp管產(chǎn)生，如圖2中的Q1，Q2和Q11。其中Q1，Q2(發(fā)射極面積SQ1=8SQ2)和Ｒ5形成正溫電流IPTAT，可表示為圖2基準(zhǔn)及偏置電路圖Fig.2Ｒeferenceandbiascirc

;DHP和DLP為高、低邊PMOS管驅(qū)動;DHN和DLN為高、低邊NMOS管驅(qū)動。系統(tǒng)主要由TTL-CMOS電平轉(zhuǎn)換電路、基準(zhǔn)與偏置電路、三態(tài)控制電路及功率驅(qū)動管組成，實(shí)現(xiàn)了輸出與輸入反相的驅(qū)動功能。該結(jié)構(gòu)利用基準(zhǔn)、偏置和輸入電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)了TTL和CMOS兼容輸入，使電源高于TTL電平時，電路仍可由TTL驅(qū)動。圖1電路系統(tǒng)框圖Fig.1Blockdiagramofthecircuitsystem1.1基準(zhǔn)電路及偏置電路設(shè)計(jì)該電路包括基準(zhǔn)產(chǎn)生電路和偏置電路，其中基準(zhǔn)電路采用帶隙結(jié)構(gòu)［7］，為偏置電路提供對溫度不敏感的參考電壓(VＲEF)，電路設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中:P4～P17為PMOS管;N5～N16為NMOS管;Q1，Q2和Q11為三極管。由于采用了CMOS工藝，因此帶隙基準(zhǔn)電壓利用縱向pnp管產(chǎn)生，如圖2中的Q1，Q2和Q11。其中Q1，Q2(發(fā)射極面積SQ1=8SQ2)和Ｒ5形成正溫電流IPTAT，可表示為圖2基準(zhǔn)及偏置電路圖Fig.2ＲeferenceandbiascircuitdiagramIPTAT=ΔVBEＲ5=VTln8Ｒ5(1)式中:VBE為三極管的BE結(jié)電壓;VT為熱電壓。電流通過P12與P15，P13與P16的同比例鏡像，在Ｒ4上形成正溫電壓VPTAT，疊加Q11的BE結(jié)電壓獲得基準(zhǔn)電壓VＲEF，可表示為VＲEF=VBE_Q11+IPTAT×Ｒ4=VBE+VTＲ4Ｒ5ln8(2)式中:VBE_Q11為三極管Q11的BE結(jié)電壓。P4，N5和N6組成啟動電路，電源上電后開啟P5，使P6和N7電流鏡脫離零電流點(diǎn)。P6和P7，N6和N7尺寸相同，根據(jù)電流鏡像，流過P6和P7，N6和N7的電流(IB)相等。NMOS管N10的尺寸遠(yuǎn)小于N11，其作用是檢測GND，當(dāng)G
【作者單位】： 中國電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所;
【分類號】：TN432

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