【正文】 放在側(cè)旁，有利于提高電路的抗干擾能力。（4）對于電路中直接連接到電源、地或者 I/O 焊盤（PAD）的器件加保護環(huán)予以隔離，以防止閂鎖效應(yīng)（Latchup） ，必要時可設(shè)計多重保護環(huán)加以保護。為避免芯片受 ESD 事件的損害 [15]，版圖設(shè)計中對所有的 I/O PAD 設(shè)計了ESD 保護電路。本芯片采用 Jazz 代工廠提供的 ESD 保護器件來設(shè)計 ESD 保護電路，如圖 所示。其中，芯片的使能端口 EN 的 ESD 保護電路采用圖 （a ）的設(shè)計，其余所有端口均采用圖 （b）的設(shè)計。圖 （a）中電阻 Rgate_poly24串聯(lián)在 EN 端口與內(nèi)部使能開關(guān) MOS 管的柵極之間，起限壓保護作用。圖 中，從 I/O 端口到電源之間的 ESD_D1 二極管是 P+/nwell ESD 二極管，從 I/O 端口到地之間的 ESD_D2 二極管是 N+/sub ESD 二極管，這兩種 ESD 二極管可承受 3k VHBM 電壓，為每一個 I/O 端口到鄰近 I/O48 端口以及到供電電源提供一個均勻快速的大電流分流通道。一旦 ESD 事件發(fā)生，這些分流通道能有效地保護芯片內(nèi)部電路不受損害。圖 中從電源到地之間的箝位管，能夠分流從電源到地的正ESD 電流，并快速將 ESD 電壓箝制到一個安全電壓水平。(a) (b)圖 ESD 保護電路圖25第 4 章 芯片全局后仿真及分析本章采用 Candence Spectre 仿真軟件進行全局后仿真，來驗證芯片的性能指標。要說明的是，該工藝的工藝角模型分別考慮每一種器件的工藝偏差，組合起來共有 99 種有效組合情況如圖 所示，下面給出的每一個仿真結(jié)果均是考慮了99 種工藝角組合情況的統(tǒng)計結(jié)果。另外，實際芯片的設(shè)計需要考慮版圖寄生參數(shù)的影響，電路圖仿真沒有考慮寄生電阻、電容等因素的影響，所以是不精確的。恰恰是這些寄生參數(shù)會在電路某些性能中起重要的作用，所以需要在版圖設(shè)計完成之后加入對寄生參數(shù)的考慮作進一步的仿真和分析，以得到更加真實的結(jié)果，這個過程稱之為“后仿真” （Post Simulation ） 。本章，首先詳細介紹芯片的幾個關(guān)鍵性能指標的意義、測試方法和仿真統(tǒng)計結(jié)果，然后列表給出芯片所有性能指標的后仿真結(jié)果。圖 工藝模型考慮的所有工藝角情況26 仿真結(jié)果采用 Candence Spectre 仿真軟件來進行全局仿真，電源電壓都是采用 12V 輸入電壓來驗證芯片的性能指標的。要說明的是，以下仿真結(jié)果是基于 Jazz BCD05制造工藝，其中共有 99 種工藝角。測試原理：Rsense 值設(shè)為 ，也就是將輸出電流設(shè)定為 350mA，負載為3 個 LED（使用 OSRAM 的 LW_W5SG 超高亮 LED 模型） ，測試仿真電路原理圖，如圖 所示。圖 芯片仿真原理圖全局仿真結(jié)果見圖 、圖 。芯片的輸出電流誤差為177。11mA，通過計算可得其電流精度為177。％，與當(dāng)初設(shè)計目標 5%相比較，有了較好的提高，這表明設(shè)計的電路在性能上滿足要求，結(jié)果比較滿意。27圖 VIN=12V，Temp=25℃時，各 corner 下 IOUT 值圖 VIN=12V，T=40℃～125℃時，I OUTmaxmin 電流曲線在圖 中給出了所有 99 個工藝角下的全局熱關(guān)斷性能測試仿真情況，從圖中可以看到，最差關(guān)斷溫度（169℃）和最早關(guān)斷溫度（142℃）與 155℃相差在要求的 15℃工藝漂移誤差范圍內(nèi)，所以在不同工藝角的情況下，滿足芯片過熱保護性能要求。28圖 VIN=12V，Temp=40 ℃~200 ℃時，所有 Corner 下 TOFF 值從 所示波形可以看出，當(dāng) VEN 為低電平時，芯片停止工作， LED 上的電流為零，有效實現(xiàn)了負載隔離；當(dāng) VEN 為高電平時，芯片恢復(fù)輸出電流，并且LED 電流很快達到最大值。因此，可以通過改變加在 EN 引腳的脈寬調(diào)制（PWM ）方波的占空比來實現(xiàn) LED 的亮度調(diào)節(jié)。圖 PWM 調(diào)光響應(yīng)曲線29第 5 章 總結(jié)與展望高亮度 LED 驅(qū)動是目前電源管理芯片市場的研究熱點。高亮度 LED 驅(qū)動關(guān)鍵是要提供恒定的電流，以保證發(fā)光強度的穩(wěn)定和均勻。線性恒流型高亮度 LED驅(qū)動，具有結(jié)構(gòu)簡單、電磁干擾和噪聲低、對負載和電源的變化響應(yīng)迅速、尺寸較小及成本低廉等優(yōu)點，適合應(yīng)用于蓄電池供電的照明系統(tǒng)中。本論文完成的主要工作有：（1）研究了線性恒流型 LED 驅(qū)動的原理，并借鑒 LDO 穩(wěn)壓器的優(yōu)點，采用導(dǎo)通電阻低的 MOS 管做調(diào)整管，減小輸入電源電壓與輸出電壓之間的差額，有助于提高芯片的效率；（2）在設(shè)計帶隙基準與穩(wěn)壓輸出電路時，也進行了創(chuàng)新，電路的巧妙之處在于：不增加設(shè)計復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，使帶隙基準電壓的穩(wěn)定與穩(wěn)壓輸出電壓的穩(wěn)定依賴于同一個反饋環(huán)路，提高了電路的緊湊性，同時節(jié)約了版圖面積；本論文還存在以下不足，帶隙基準和穩(wěn)壓輸出電路的穩(wěn)定性設(shè)計上，本文采用了最簡單、易行的方法，即利用輸出電容的等效串聯(lián)電阻 RESR 產(chǎn)生零點進行補償，但如果采用內(nèi)部動態(tài)補償?shù)姆椒?，則不需要依賴于輸出電容的等效串聯(lián)電阻 RESR 來保證電路的穩(wěn)定，從而降低對外部元件的要求，對于本文設(shè)計的高亮度LED 驅(qū)動芯片，還需要根據(jù)流片后的測試結(jié)果進一步完善芯片的性能。在未來的研究工作中，還需要針對不同的應(yīng)用，選擇不同的半導(dǎo)體制造工藝，以高性價比為目標，進行相應(yīng)高亮度 LED 驅(qū)動芯片的研究和設(shè)計。30參考文獻[1] 王海鷗. 認識照明 LED. 中國照明電器, 2022, 2: 13[2] 李忠輝, 丁曉民. 高亮度 InGaN 基白光 LED 特性研究. 紅外與毫米波學(xué)報, 2022, 21(5): 390392.[3] 朱國軍 , 唐新偉, 李肇基 , 2022, 36（1）: 8486.[4] 侯建國, 陳鳴, 陳建. 高亮度白光發(fā)光二極管發(fā)光特性的研究 . 光源與照明, 2022, 2: 1214.[5] Nadarajah Narendran, Gu Yimin. Life of LEDBased White Light Sources. IEEEOSA Journal of Display Technology, 2022, 1(1): 167171.[6] Bang S. Lee. Understanding the Terms and Definitions of LDO Voltage regulator. Texas Instrument Application Report, 1999(10): 1417.[7] 楊清德, 康亞 LED 及其工程應(yīng)用[M], 人民郵電出版社, 2022.[8] 周志毅周紀海, 紀愛華 LED 驅(qū)動電路設(shè)計與應(yīng)用[M]. 北京人民郵電出版社, 2022.[9] 張熾昌, 邵丙筅一種熱關(guān)斷電路的設(shè)計[J]. 1999.[10] 程江華, 謝劍斌, 丁文霞白光 LED 電源驅(qū)動的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 電子技術(shù), 2022.[11] 廈門聯(lián)創(chuàng)微電子股份有限公司. XLT604 高亮度 LED 驅(qū)動芯片.[12] Razavi B. 模擬 CMOS 集成電路設(shè)計. 陳貴燦, 程軍, 張瑞智等(譯). 西安: 西安交通大學(xué)出版社, 2022: 312314.[13] 游軼雄, 劉正, 徐永晉 等. 一種 CMOS 過熱保護電路. 上海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）, 2022, 8(4): 293296.[14] 曹會賓. 用低壓差線性穩(wěn)壓器優(yōu)化開關(guān)電源設(shè)計. 電子工程專輯 .[15] 王穎. MOS 集成電路 ESD 保護技術(shù)研究. 微電子技術(shù), 2022, 30(1): 2428.31致謝時間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，歷時將近兩個月的時間終于將這篇論文寫完,在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，首先我要感謝程雯老師和殷夢熊學(xué)長，在他們細心的指導(dǎo)和幫助下讓我完成了在大學(xué)期間的這最后一次作業(yè)。其次我要感謝我的同學(xué)和室友們，讓我感受到了人與人之間的友情是多么的重要，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，還在論文的撰寫和排版燈過程中提供熱情的幫助，感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者，本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。再次我還非常想感謝在大學(xué)期間教過我的所有老師和輔導(dǎo)員，他們讓我慢慢的成長，在這 4 年之間他們不僅教了知識，更重要的是他們還教會了我為人處事，很慶幸這四年來我遇到了如此多的良師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上，還是工作上，都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在一個充滿溫馨的環(huán)境中度過四年的大學(xué)生活，感恩之情難以用言語量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。最后我要感謝我父母、姐姐和哥哥給我無私的關(guān)心和幫助，每次在最艱難的時候都在無謂的支持我，讓我感受到了愛，讓我有了前進的動力。32附錄 主要英文縮寫語對照表縮略語 中文全稱 英文全稱LDO 低壓差線性穩(wěn)壓器 Low Dropout RegulatorLED 發(fā)光二極管 Light Emitting Diode HBM 人體放電模型 Human Body ModelPE 調(diào)整管 Pass ElementEMI 電磁干擾 Electro Magic Interference DSA 差分檢測放大器 Differential Sense AmplifierESD 靜電釋放 ElectroStatic Discharge