功率集成电路设计技术

目录 序 前言 第1章 引言 1 1.1 功率集成电路的发展 1 1.2 功率集成电路的概念与分类 4 1.3 功率集成电路的技术特点 8 参考文献 9 第2章 可集成功率半导体器件 11 2.1 可集成功率器件概述 11 2.2 功率器件的击穿机理 13 2.3 结终端技术 14 2.3.1 场板技术 15 2.3.2 沟槽终端技术 18 2.3.3 结终端扩展技术 19 2.3.4 衬底终端技术 21 2.4 RESURF技术 23 2.4.1 Single RESURF 23 2.4.2 Double RESURF 28 2.4.3 Triple RESURF 31 2.5 超结LDMOS 34 2.5.1 横向超结器件的衬底辅助耗尽效应 35 2.5.2 等效衬底ES模型与理想衬底条件 37 2.5.3 横向超结器件典型工艺与实验结果 40 2.6 LIGBT 43 2.6.1 降低LIGBT静态功耗的典型结构 44 2.6.2 降低LIGBT动态功耗的典型结构 47 2.6.3 提高LIGBT安全工作区的典型结构 51 2.7 SOI高压器件与集成技术 53 2.7.1 SOI高压器件介质场增强模型与技术 54 2.7.2 SOI高压器件介质场增强典型技术和新结构 56 2.7.3 背部刻蚀技术 60 2.8 GaN功率集成器件与集成技术 62 参考文献 69 第3章 功率集成电路工艺 78 3.1 功率集成电路工艺简介 78 3.1.1 BCD工艺关键技术 79 3.1.2 BCD工艺技术分类 79 3.1.3 其他功率集成工艺 81 3.2 功率集成电路工艺发展动态 82 3.2.1 体硅功率集成电路工艺发展动态 82 3.2.2 SOI基功率集成电路工艺发展动态 92 3.3 BCD兼容技术 97 3.3.1 BCD工艺优化规则 97 3.3.2 BCD工艺兼容设计实例 97 3.4 隔离技术 99 3.4.1 自隔离技术 99 3.4.2 结隔离技术 99 3.4.3 介质隔离技术 100 3.5 高压互连技术 101 3.5.1 厚介质层互连技术 101 3.5.2 掺杂优化技术 102 3.5.3 场板屏蔽技术 102 3.5.4 自屏蔽技术 104 3.6 功率集成电路工艺中的可靠性问题 106 3.6.1 寄生效应 106 3.6.2 ESD 108 3.6.3 热载流子效应 109 3.6.4 高温反偏 110 3.7 工艺仿真及设计实例 111 3.7.1 工艺仿真软件介绍 111 3.7.2 TSUPREM-4工艺仿真介绍 112 3.7.3 混合仿真 118 参考文献 119 第4章 电源转换技术 124 4.1 概述 124 4.2 隔离式开关变换器设计技术 128 4.2.1 隔离式开关变换器的分类及工作原理 128 4.2.2 隔离式开关变换器关键设计技术 131 4.3 非隔离式开关变换器设计技术 143 4.3.1 非隔离式开关变换器的工作原理 144 4.3.2 电压模控制方式设计技术 147 4.3.3 电流模控制方式设计技术 158 4.3.4 恒定导通时间控制策略 168 4.4 核心模块设计技术 183 4.4.1 基准电路设计技术 183 4.4.2 频率补偿设计技术 193 4.4.3 LDO核心技术 203 参考文献 214 第5章 电源管理技术 218 5.1 概述 218 5.2 动态电压调节技术 220 5.2.1 动态调压DC-DC变换器的发展现状 222 5.2.2 动态调压DC-DC变换器设计技术 229 5.3 高集成度PMU设计与数字辅助功率集成技术 245 5.3.1 PMU顶层设计 248 5.3.2 具体电路实施方案 251 5.3.3 数字辅助精度提升技术 256 5.3.4 分段功率管驱动技术 263 5.4 数字电源控制器设计技术 269 5.4.1 国内外发展现状 270 5.4.2 数字可编程电源控制器结构 272 5.4.3 数字可编程电源控制器设计实现 276 5.5 自适应电压调节技术 284 5.5.1 自适应电压调节技术的概念与基本原理 284 5.5.2 基于PSM的自适应电压调节技术 287 5.5.3 基于ADPS的自适应电压调节技术 292 5.5.4 基于自适应电压调节的小能耗点追踪技术 301 5.6 数字控制DC-DC变换器设计实例 312 5.6.1 概述 312 5.6.2 参数可配置DPID设计 312 5.6.3 整体仿真验证 317 参考文献 327 第6章 栅驱动电路 331 6.1 概述 331 6.1.1 光耦隔离栅驱动集成电路 331 6.1.2 单片式高压栅驱动集成电路 333 6.1.3 磁隔离高压栅驱动集成电路 334 6.1.4 几种高侧栅驱动方式的比较 335 6.2 Si 基功率器件高压栅驱动技术 338 6.2.1 单片高压栅驱动电路工作原理 338 6.2.2 高端电平位移电路及技术 339 6.2.3 片内抗dv/dt电路技术 340 6.2.4 抗di/dt技术 342 6.2.5 驱动电流和功率管匹配技术 343 6.2.6 单片高压栅驱动电路及设计实例 344 6.3 GaN驱动电路设计 348 6.3.1 Rdson受驱动电压非线性调制和大栅压有限的矛盾 350 6.3.2 浮动栅驱动技术和Bootstrap技术 353 6.3.3 di/dt和dv/dt效应及其抗干扰设计 354 6.3.4 自适应死区时间控制 360 6.3.5 栅驱动斜率控制(slope control) 361 6.3.6 高频封装和PCB设计考虑 365 6.4 GaN栅驱动设计实例介绍 369 6.5 SiC驱动技术 371 6.5.1 SiC物理特性 372 6.5.2 SiC MOSFET驱动关键设计技术 372 参考文献 380 第7章 展望 383 7.1 功率集成电路工艺与器件技术展望 383 7.1.1 集成高压MOS器件 384 7.1.2 集成功率MOS器件 385 7.1.3 集成高压/功率二极管 386 7.1.4 新材料集成功率器件及功率集成工艺 386 7.1.5 混合集成技术 388 7.2 功率集成电路系统拓扑与核心芯片技术展望 388 7.2.1 基于功率集成电路的开关电源拓扑发展趋势 389 7.2.2 基于功率集成电路的开关电源性能提升趋势 390 7.2.3 数字化开关电源趋势 391 7.3 小结 394 参考文献 394