Trờn cơ sở lớ thuyết đó được trỡnh bày ở trờn, sau đõy em xin đưa ra một số
kết quả mụ phỏng và thụng số test thực tế của BUCK được ứng dụng trong IC ACT5870. Cỏc thụng số này rất quan trọng trong việc đỏnh giỏ chất lượng và tớnh
ổn định của BUCK như là: hiệu suất, dũng tiờu thụ, độổn định Vout theo Vin nhiệt
độ và tải.
3.9.4.1. Kết quả mụ phỏng
Hỡnh 3.42 Đặc tớnh Voutset=1.2 tại Vin=3.6V với Iout khỏc nhau
Ta thấy Vout rất ổn định (đường Vout rất thẳng) ứng với dũng tải thay đổi 0- 0.8A (hỡnh 3.41) và 0 - 1.25A (hinh 4.42).
Hỡnh 3.43 Vout khi Iload thay đổi
Vout đựoc thiết lập bằng 1.2V ổn định khi dũng tải thay đổi đột ngột từ 0.2- 0.8A.
a. Hiệu suất
Hỡnh 3.44 Hiệu suất buck trong ACT5870, Vout=1.8V
(LCT3417A linear technology). Ta thấy 2 IC hiệu suất xấp xỉ nhau.
b. Đỏp ứng Vout khi Iload thay đổi (Load step)
Hỡnh 3.46 Load step tại Vin=3.6, Iload 500mA, ACT5870
ACT5870 kộm hơn, nhưng cú thể chấp nhận được. c. Đỏp ứng Vout theo nhiệt độ
Hỡnh 3.48 Sự thay đổi của Vout theo nhiệt độ
Ta thấy, Vout thay đổi rất ớt (0.12mV) trong dải nhiệt độ -40 đến 125. d. Dũng tiờu thụ BUCK theo Vin
Ta thấy cỏc đặc tớnh của BUCK trong ACT5870 rất ổn định theo nhiệt độ, tải và đạt được hiệu suất khỏ cao. So với cựng dũng sản phẩm của hóng khỏc khụng phải là tốt nhất nhưng cỏc thụng số chấp nhận được và đó được ứng dụng trong nhiều sản phẩm. Thiết kế nguồn Switching rất khú, đũi hỏi người thiết kế cú kiến thức cơ bản về điện tử và cú cụng cụ để tớnh toỏn và mụ phỏng. Do thời gian và kiến thức cũn hạn chế nờn trong phần trỡnh bày sẽ khụng trỏnh khỏi sai sút. Em rất mong sựđúng gúp ý kiến của thầy cụ và bạn bố.
Trong nghành sản xuất IC người ta thường chia ra cỏc cụng ty thiết kế và sản xuất IC tương tự hoặc sản xuất IC số, đú là bởi vỡ việc thiết kế IC số và IC tương tự
cú tớnh chất khỏc nhau như sẽ thấy dưới đõy.
IC tương tự cú thể tham gia vào nhiều lĩnh vực như viễn thụng, đo lường, tự động húa kể cả trong cụng nghiệp mỏy tớnh. Trong viễn thụng chỳng cú thể là cỏc bộ điều chế, thu nhận tớn hiệu, chuyển đổi khuyếch đại tớn hiệu… Trong đo lường và tự động húa chỳng cú thể là cỏc sensor, cỏc bộ điều khiển motor… Trong mỏy tớnh chỳng là cỏc bộ phận giao diện audio, video, giao tiếp USB, cổng nối tiếp cỏc bộ ổn nguồn LDO (điện ỏp rơi trờn phần tửổn định thấp hay được dựng vỡ tiờu thụ
ớt điện năng). Ic tương tự vẫn cú một thị trường lớn trong tương lai bởi nú cú vai trũ khụng thể thay thếđược bởi IC số. Mỹ, Nhật và chõu Âu vẫn đầu tư mạnh vào thiết kế và chế tạo IC tương tự. Cỏc cụng ty IC tương tự lớn của Mỹ là: Texas Instrumenst, Maxim...
IC số cú vai trũ to lớn trong đời sống hiện nay. Cỏc IC số hiện nay được ứng dụng hầu hết trong tất cả cỏc mỏy điện tử. Xu hướng chung là người ta sẽ ngày càng tạo ra nhiều mỏy điện tử mà cỏc chức năng của chỳng được thực hiện bằng cỏc mạch số là chủ yếu. Đú là cỏc mạch hỗn hợp đa chức năng. Trong một thiết bịđiện tử thụng thường cú 80- 85% là số và 20-15% là tương tự. Xu hướng chung sẽ là sự
kết hợp giữa số và tương tự. Trong đú sốđúng vai trũ xử lớ thụng tin, phần tương tự đúng vai trũ là cỏc cổng vào cho hệ thống đú, bao gồm cả giao tiếp với con người.
Trong pham vi luận văn em đó trỡnh bày nguyờn lớ, thiết kế cỏc khối chớnh trong IC sử dụng cụng nghệ 0.35um. Trong tương lai phải tiến tới cụng nghệ nhỏ
hơn để tăng cao độ tớch hợp cũng như lợi ớch kinh tế. Do trỡnh độ cũn hạn chế nờn trong phần trỡnh bày sẽ khụng trỏnh khỏi thiếu sút. Em rất mong được sự đúng gúp ý kiến của cỏc thầy cụ và bạn bố để em cú thể nõng cao được kiến thức của mỡnh.
1. Giới thiệu về phần mềm sử dụng trong thiết kế
Trong thiết kế IC núi chung và IC tương tự núi riờng, mỏy tớnh và cỏc phần mềm là cỏc cụng cụ khụng thể thiếu được. Cỏc phần mềm được sử dụng với rất nhiều mục đớch khỏc nhau như vẽ mạch, mụ phỏng layout và test. Tuy nhiờn ởđõy em xin giới thiệu hai phần mềm đang được sử dụng thiết kế trong đồ ỏn là Gate- Wave (dựng để vẽ mạch) và phần mềm Smart-Spice (dựng để mụ phỏng).
Gate-Wave là phần mềm dựng để vẽ mạch và tạo ra cỏc file nguồn dựng để chạy chương trỡnh mụ phỏng và kiểm tra layout. Trong phần mềm Gate-Wave cú thư
viện chứa cỏc linh kiện giỳp cho người thiết kế cú thể dễ dàng vẽ được cỏc mạch. Tuy nhiờn để cho chương trỡnh mụ phỏng Smart-Spice cú thể thực hiện đỳng thỡ cỏc thư viện cần phải cú cỏc định nghĩa cho cỏc linh kiện phự hợp với cỏc chuẩn cả về
mụ phỏng và cụng nghệ. Sau khi vẽ xong mạch điện người thiết kế cần chuyển nú thành một file cú dạng “*”.net. File này sẽ là file nguồn cho chương trỡnh mụ phỏng Smart-Spice. File “*”.net của cú dạng như sau:
** Netlist for comparator Sunday, April 10, 2005 11:01 AM ** Property of ACTIVE POWER MICRODEVICES
** Subcircuits section ** .SUBCKT AINV V G A Z
XM1 Z A V V MPL L=1 W=2.7 M=1 GEO=1 XM2 Z A G G MNL L=1 W=1.4 M=1 GEO=1 .ENDS AINV
** Top level circuit ** X4 V G QB Q AINV X5 V G ON OFF AINV X6 V G SIG2181 QB AINV
XM1 SIG2189 SIG2185 G G MNL L=6 W=6 M=8 GEO=1 XM3 SIG2181 SIG2188 V V MPL L=6 W=6 M=8 GEO=1
XM8 SIG2183 SIG2188 V V MPL L=6 W=6 M=16 GEO=1
XM10 SIG2185 N SIG2183 SIG2183 MPL L=0.6 W=35 M=4 GEO=1 XM11 SIG2189 P SIG2183 SIG2183 MPL L=0.6 W=35 M=4 GEO=1 XM12 SIG2185 SIG2185 G G MNL L=6 W=6 M=8 GEO=1
XM18 SIG2188 ON V V MP L=0.5 W=1.5 M=1 GEO=1 XM22 SIG2185 OFF G G MN L=0.5 W=1.5 M=1 GEO=1 XM23 SIG2189 OFF G G MN L=0.5 W=1.5 M=1 GEO=1
XM24 SIG2189 SIG2188 SIG2181 V MPL L=6 W=6 M=4 GEO=1 XM25 SIG2189 SIG2189 SIG2181 G MNL L=6 W=6 M=1 GEO=1 XM26 Ibu5U OFF SIG2188 V MP L=0.5 W=1.5 M=1 GEO=1
Dựng Smart-Spice chạy mụ phỏng kết quả design.
Smart-Spice là một cụng cụ tớnh toỏn sử dụng nguồn file là file *.net được tạo ra bởi phần mềm Gate-Wave và lấy tớn hiệu vào từ một file *.sp dể tớnh toỏn. Trong tớnh toỏn nếu khụng cú thư viện chỉ dẫn cỏc thụng số chỉ số cụng nghệ của cỏc phần tử sử dụng do nhà sản suất cung cấp thỡ nú sẽ lấy thư viện sẵn cú trong nú. Tuy nhiờn kết quả mụ phỏng sẽ khụng cú tớnh thưc tế. Nếu cú thư viện của nhà sản xuất đưa ra thỡ nú sẽ dưa vào thụng sốđú để tớnh toỏn.
Kết quả tớnh toỏn sẽđược đưa ra theo hỡnh ảnh, hoặc số liệu. Sau đõy là vớ dụ một file.sp được sử dụng trong bộ so sỏnh.
.lib "U0.35_rev2.lib" mos_tt .lib " U0.35_rev2.lib" bip_tt .lib " U0.35_rev2.lib" res_tt .lib " U0.35_rev2.lib" cap_tt .lib " U0.35_rev2.lib" dio
.include "..\dw\ecomp_ap44.net" Vv v g 2.5
IBU5U V IBU5U 5U vg g 0 0
vp p n pulse(-0.1 0.1 0 15u 15u 0 30u ) .temp 25
.tran 1u 30u
.end
2. Thụng số linh kiện sử dụng trong cụng nghệ 0.35um
Tựy thuộc vào cụng nghệ sử dụng mà cỏc thiết bị cú những thụng số điện khỏc nhau. Cỏc thụng số này rất quan trọng trong việc tớnh toỏn cũng như mụ phỏng mạch. Sau đõy em xin trỡnh bày thụng sốđiện cuả cỏc linh kiện cơ bản trong nghệ
0.35um được sử dụng trong thiết kế do nhà chế tạo cung cấp.
2.1 Thụng sốđiện 3.3V N/P MOS 2.1.1. Thụng sốđiện NMOS
Min. Typ. Max. Unit VTON(10/0.35, linear extrapolated) 0.49 0.59 0.69 V IDSN (10/0.35,VD=VG=3.3) 445 530 615 uA/um Body Factor (10/10,VSUB=0,-1.5V) 0.54 0.64 0.74 V∧0.5 Body Factor (10/0.35,VSUB=0,-1.5V) 0.25 0.45 0.65 V∧0.5 BVN (10/0.35, ID=1uA) 7.0 >9.0 -- V VTFNP (Poly gate field)(50.0.55,Id=1uA) 7.0 >9.0 -- V VPTFNM (Metal gate field))(50.0.55,Id=1uA) 7.0 >9.0 -- V ISUN (10/0.35;maximum) -- 0.70 1.5 uA/um BVGOXPW (10mA/cm2) -- -10.0 -8.0 MV/cm
2.1.2. Thụng sốđiện PMOS
Min. Typ. Max. Unit VTOP(10/0.35, linear extrapolated) -0.9 -0.8 -0.7 V IDSN (10/0.35,VD=VG=3.3) -305 -255 -205 uA/um Body Factor (10/10,VSUB=0,-1.5V) 0.25 0.35 0.45 V∧0.5
BVP (10/0.35, ID=-1uA) -- <-9.0 -7.0 V VTFPP (Poly gate field)(50.0.55,Id=-1uA) -- <-9.0 -7.0 V VPTFPM (Metal gate field))(50.0.55,Id=1uA) -- <-9.0 -7.0 V ISUN (10/0.35;maximum) -- 6.6 15 uA/um BVGOXNW (10mA/cm2) 8.0 10.0 -- MV/cm
2.1.3. Tụ cực Gate
Parasitic capacitance 448.75 493.63 548.48 1E-5pf/um2 Fringing capacitance 17.3 18.6 20.1 1E-5pf/um 2.1.4. Dũng rũ MOSFET 250C 850C 1250C unit NMOS (W/L=10/0.35, VDS=3.3V, VGS=0V) 0.13 7.3 58 pA/um PMOS (W/L=10/0.35, VDS=-3.3V, VGS=0V) 0.32 3.5 26 pA/um 2.1.5. Junction Leakage N+/PW (VD=3.3V) 0.059 1.7 61.6 fA/um2 P+/NW/DNW (VD=-3.3V) 0.059 1.7 61.6 fA/um2 2.2. Thụng sốđiện 5.0V N/P MOS 2.2.1. Thụng sốđiện NMOS
Min. Typ. Max. Unit VTON(10/0.35, linear extrapolated) 0.71 0.83 0.95 V IDSN (10/0.5,VD=VG=5.0) 420 530 640 uA/um Body Factor (10/10,VSUB=0,-2.5V) 0.83 0.93 1.03 V∧0.5 Body Factor (10/0.35,VSUB=0,-2.5V) 0.63 0.83 1.03 V∧
0.5 BVN (10/0.5, ID=1uA) 8.0 >9.0 -- V VTFNP (Poly gate field)(50.0.55,Id=1uA) 8.0 >9.0 -- V VPTFNM (Metal gate field))(50.0.55,Id=1uA) 8.0 >9.0 -- V
BVGOXPW (10mA/cm2) -- -10.0 -8.0 MV/cm
2.2.2. Thụng sốđiện PMOS
Min. Typ. Max. Unit VTOP(10/0.5, linear extrapolated) -0.93 -0.81 -0.69 V IDSN (10/0.5,VD=VG=-5.0) -350 -280 -210 uA/um Body Factor (10/10,VSUB=0,2.5V) 0.39 0.49 0.59 V∧0.5 Body Factor (10/0.5,VSUB=0,2.5V) 0.30 0.40 0.50 V∧
0.5 BVP (10/0.5, ID=-1uA) -- <-9.0 -8.0 V VTFPP (Poly gate field)(50.0.55,Id=-1uA) -- <-9.0 -8.0 V VPTFNM (Metal gate field))(50.0.55,Id=1uA) -- <-9.0 -8.0 V ISUP (10/0.5;maximum) -- 38 -- uA/um BVGOXNW (10mA/cm2) 8.0 10.0 -- MV/cm
2.2.3. Tụ cực Gate
Parasitic capacitance 265.8 287.95 314.13 1E-5pf/um2 Fringing capacitance 13.5 14.3 15.1 1E-5pf/um
2.2.4. Dũng rũ MOSFET 250C 850C 1250C unit NMOS (W/L=10/0.5, VDS=5.0V, VGS=0V) 0.05 3.23 31.5 pA/um PMOS (W/L=10/0.5, VDS=-5.0V, VGS=0V) 0.02 0.62 9.65 pA/um 2.2.5. Dũng rũ chyển tiếp N+/PW (VD=5.0V) 0.0296 1.86 75.2 fA/um2 P+/NW/DNW (VD=-5.0V) 0.0185 2.53 68.2 fA/um2 2.3. Thụng sốđiện BJT
BVceo (AE=4*4 um2, Ic@-1uA) -- 20 -- V BVcbo (AE=4*4 um2, I@1uA) -- 40 -- V BVebo (AE=4*4 um2, I@1uA) -- 15 -- V 2.4. Điện trở
Dựng trở N+ POLY cho cỏc ứng dụng trở khỏng thấp và HR POLY0 cho ứng dụng trở khỏng cao.