楊博

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州 510700）

0.引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)人民群眾的生活水平也得到了較為明顯的提升。在日常生活中使用到了越來(lái)越多的電子設(shè)備。在這樣的背景下，為了提升這些設(shè)備的使用功能與作用，就要對(duì)其續(xù)航能力進(jìn)行有效地提升與改進(jìn)。電子產(chǎn)品的未來(lái)發(fā)展，主要趨向于體積小、性能高的趨勢(shì)，因此為了滿足這樣的設(shè)計(jì)需求，就要進(jìn)行穩(wěn)定電源的設(shè)計(jì)。

1.低壓差線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)

圖1為低壓差線穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，在構(gòu)成低壓差線性穩(wěn)壓器時(shí)，其芯片基本上都是由模塊構(gòu)成，并涉及到諸多的模塊類型。分別為過(guò)壓保護(hù)、功率管、分壓電阻、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)以及誤差放大等多方面的模塊設(shè)計(jì)。在這樣的設(shè)計(jì)中，可以針對(duì)芯片實(shí)現(xiàn)較為可靠的輔助能力，同時(shí)還能在運(yùn)行中輔助模塊，基于實(shí)際的電路設(shè)計(jì)需求，進(jìn)行各項(xiàng)決定[1]。

圖1 低壓差線性穩(wěn)壓器的結(jié)構(gòu)圖

2.基于高溫工藝下的低壓差線性穩(wěn)壓器

2.1 高溫電路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

MOS晶體管是在晶體管柵的電壓工作中，基于某些特定的零溫度系統(tǒng)之下所出現(xiàn)的晶體管的漏源電流，并不會(huì)溫度的變化而出現(xiàn)變化[2]。

圖2為MOS管的結(jié)構(gòu)圖。其結(jié)構(gòu)處于高溫的結(jié)構(gòu)下，往往會(huì)出現(xiàn)反向的泄漏電流，因此就會(huì)使得電流出現(xiàn)嚴(yán)重的提升。一般情況下，出現(xiàn)這種情況的原因就是由于具體的構(gòu)成是兩個(gè)pn結(jié)構(gòu)，所以在低于150℃的時(shí)候，就會(huì)使得pn結(jié)構(gòu)下的電流，主要呈現(xiàn)出產(chǎn)生的電流，但是電流的數(shù)值較小。而在溫度高于150℃之后，就會(huì)使得在出現(xiàn)泄露的電流之后，主要呈現(xiàn)出反向擴(kuò)散的電流類型，伴隨著溫度的不斷上升，使得出現(xiàn)越來(lái)越明顯的變化，這樣的情況受到高溫影響比較明顯，因此就導(dǎo)致MOS的器件所出現(xiàn)的直流以及交流性，有著較為明顯的變化特征。

圖2 MOS管的結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計(jì)中需要對(duì)漏極二極管的泄露電流進(jìn)行考量，其次，還需要在高溫條件下的CMOS設(shè)計(jì)中，對(duì)晶體管尺寸進(jìn)行科學(xué)合理的確定，避免對(duì)泄露的電流造成不良的影響。

2.2 整體電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 帶隙基準(zhǔn)源VREF

帶隙基準(zhǔn)源，是線性穩(wěn)壓器的重要組成部分，其運(yùn)行中主要是對(duì)于LDO線性穩(wěn)壓器的EA提供一定的參考值。穩(wěn)壓器的仿真功能會(huì)對(duì)于穩(wěn)壓器的仿真輸出電壓與電壓參考，造成直接的影響。同時(shí)，這種電壓值的大小精度，也會(huì)受到仿真輸出電壓結(jié)果的影響。

2.2.2 電路EA

受到電路設(shè)計(jì)的影響，反饋電阻會(huì)影響反饋電壓，從而對(duì)功率管造成柵壓。功率管會(huì)對(duì)負(fù)載電流造成影響，從而影響到電壓。本文的設(shè)計(jì)方案，強(qiáng)調(diào)利用EA對(duì)傳統(tǒng)的運(yùn)放結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，并對(duì)其結(jié)構(gòu)中的高溫電路進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保障在第一級(jí)輸出端能夠?qū)崿F(xiàn)緩沖級(jí)和跟隨式零點(diǎn)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，讓電路的整體穩(wěn)定性得到保障[3]。

2.2.3 保護(hù)模塊

在對(duì)芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，為了保障其溫度高于預(yù)先的設(shè)計(jì)溫度標(biāo)準(zhǔn)，以此可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的斷開操作，往往需要在設(shè)計(jì)出LDO產(chǎn)品的時(shí)候，在內(nèi)部安裝一定的過(guò)溫保護(hù)模塊。其次，在電路當(dāng)中的電流，一旦超出了某些指標(biāo)，就會(huì)導(dǎo)致在其電流的過(guò)程中，使得需要設(shè)計(jì)出良好的電阻值。但是，對(duì)于不需進(jìn)行過(guò)流保護(hù)的電路，在其中各種器件的運(yùn)行中，如果出現(xiàn)電流過(guò)大，或者在溫度上升的過(guò)程中，會(huì)在溫度的作用之下燒毀。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要科學(xué)合理地設(shè)計(jì)以及分析，以此保障系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，可以有著較高的合理性。

2.2.4 反饋網(wǎng)絡(luò)

LDO具有負(fù)反饋功能性，在反饋電壓的組成中，可形成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，會(huì)直接影響到LDO的線性穩(wěn)壓器，因此內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)精確度要求高，花費(fèi)成本高。設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)對(duì)LDO參數(shù)進(jìn)行分析，讓LDO性能提升到最佳的狀態(tài)。

2.3 帶隙基準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)作用，是在一個(gè)范圍內(nèi)，伴隨著溫度的變化，或者受到其他因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)微小電壓變化的情況。上述現(xiàn)象，會(huì)被當(dāng)做電路的偏置設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。同時(shí)，電壓偏差值的出現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致電壓穩(wěn)定性差。需要對(duì)溫度特性曲線進(jìn)行分析，保障線性調(diào)整率可以得到處理。帶隙電壓的基準(zhǔn)，會(huì)受到高精度、低溫度的影響，導(dǎo)致高電源電壓的抑制比較高。在本文的設(shè)計(jì)中，主要就基于帶隙基準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，將其眾多的溫度補(bǔ)償點(diǎn)進(jìn)行了合理的設(shè)計(jì)，保障器件的實(shí)際工作溫度維持在-55℃～175℃之間，這樣就可以滿足各方面的實(shí)際使用需求[4]。

2.4 衡量基準(zhǔn)模塊性能

2.4.1 功耗

首先需要對(duì)其深壓微米短溝道的長(zhǎng)度進(jìn)行考量，使其呈現(xiàn)出電源電壓、低功耗的特征。這樣的功耗程度往往可以對(duì)芯片的穩(wěn)定性產(chǎn)生幫助，一般較為常見(jiàn)。另外還需要進(jìn)行拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升某些電路的實(shí)際性能，形成更快的速度。為了保障系統(tǒng)可以更加高效地運(yùn)行下去，還要保障對(duì)芯片性能進(jìn)行提升，保證芯片散熱良好。在高速的LDO線性穩(wěn)壓器的使用中，其基準(zhǔn)的電壓源有著一定的功耗限制條件。

2.4.2 溫度偏移系統(tǒng)分析

首先，在當(dāng)下基準(zhǔn)電壓源當(dāng)中，為了保障電壓始終保持在一個(gè)較為理想的狀態(tài)當(dāng)中，但是在實(shí)際的情況下，往往溫度對(duì)于輸出精度有著直接的影響。當(dāng)下的溫度偏移系數(shù)的出現(xiàn)，就是一種對(duì)于基準(zhǔn)電壓源的輸出電壓的分析，以此使得電壓會(huì)伴隨著溫度的變化影響，以此形成了一個(gè)明確的參數(shù)。

其次，對(duì)于環(huán)境的溫度變化單位，往往需要進(jìn)行針對(duì)性地分析，以此保障帶隙急轉(zhuǎn)電壓源會(huì)伴隨著輸出電壓的實(shí)際變化，呈現(xiàn)出多種不同的變化趨勢(shì)。其次，在分子表示輸出電壓的過(guò)程中，所出現(xiàn)的最大值與最小值之間的差值，便可以通過(guò)分母的方式，對(duì)最大值與最小值進(jìn)行計(jì)算之后，得出相應(yīng)的平均值，同時(shí)，在不同的溫度偏移系統(tǒng)的情況下，使得對(duì)于帶隙的基準(zhǔn)電壓源的輸出會(huì)受到電壓的實(shí)際影響。

2.4.3 電源電壓抑制比

在進(jìn)行模擬集成電路的過(guò)程中，其電源線往往有著一定的噪聲，因此就使得在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要對(duì)這種噪聲進(jìn)行有效地控制。在電源電壓的抑制比當(dāng)中，往往是體現(xiàn)出對(duì)于這種噪聲的抑制性的能力，因此這也成為了一種電路的重要設(shè)計(jì)參數(shù)，只有利用合理的方式，才可以提升設(shè)計(jì)的合理性。

3.結(jié)語(yǔ)

為了保障設(shè)備的高效性，就需要伴隨著應(yīng)用范圍的提升，而提升設(shè)計(jì)應(yīng)用范圍，以此在各種高溫環(huán)境下，保障低壓差線性穩(wěn)壓器可以穩(wěn)定地運(yùn)行下去，不會(huì)受到溫度的影響，而導(dǎo)致一些故障問(wèn)題，從而使設(shè)備的性能得到最佳發(fā)揮。