论文部分内容阅读
高温电子器件在石油和天然气勘探领域广泛应用,在航空设备、车载设备上的需求也日益突出,产品主要应用于:车载(引擎、制动系统、发动机)、航天及空间应用(火箭探测器、载人航天)等应用领域。在高温信号采集系统中,对高温线性稳压器有着广泛的应用需求。在载人航天、火箭探测领域,处理火箭的高温传感器数据、动力系统的发动机控制系统都是高温器件的潜在应用场景,解决控制系统高温可靠性问题。本文基于XFAB公司的一种专门针对汽车电子应用的高温工艺XA035工艺,运用Cadence工具设计了一款可工作在高温环境下、高稳定性、200mA负载电流的低压差线性稳压器。其输入电压范围支持5.5V~30V,输出固定5V,工作温度温度范围为-55℃~175℃,支持限流、过压和过温保护功能。电路主要由基准电压VREF、误差放大器EA、功率管、分压电阻、过温保护OTP、过压保护OVP、限流保护OCP等电路组成。本文首先对低压差线性稳压器的基本原理和性能参数进行了研究,并对对高温CMOS电路的设计规则展开研究并对高温工艺进行了分析和选取,本文主要通过高温工艺并结合高温电路设计和版图优化的方法来实现175℃的耐温,给出了低压差线性稳压器电路各个模块的设计方案,并对低压差线性稳压器的稳定性和瞬态响应进行了研究分析并使用缓冲级和跟随式零点补偿结构跟随负载电流的变化进行动态补偿保证了环路的稳定性并使用环路BUFFER设计提升电路的瞬态响应。本文运用Cadence Spectre软件对本文设计的高温低压差线性稳压器各项性能参数进行了仿真分析。仿真结果显示本文设计的低压差线性稳压器在-55℃~175℃的工作温度范围内输出电压稳定输出电压精度控制在3%以内输出电压温漂系数32.7ppm/℃,电路的PSRR在低频达到64dB在频率1KHz时PSRR仍大于50dB,相位裕度充足,系统稳定。各保护模块正常工作,各项性能参数均满足设计目标要求。最后本文研究了高温电路版图的设计的重难点及注意事项并完成了本文设计的耐高温低压差线性稳压器的版图绘制。