集成电路设计技术

丛书序

前言

第1章　集成电路设计概述

第2章　集成电路设计方法

第3章　集成电路模拟与SPICE

第4章　半导体器件模型

第5章　Verilog硬件描述语言

第6章　逻辑综合

第7章　版图设计

参考文献

第一部分为集成电路设计概述和集成电路设计方法，主要讲述集成电路的发展历史、发展方向，集成电路EDA的基本概念，集成电路正向和反向、自底向上和自顶向下的设计方法，以及全定制、半定制和可编程逻辑器件的设计方法。第二部分为SPICE模拟技术和SPICE器件模型，详细介绍SIPCE语句，以及二极管、双极晶体管、MOS场效应管的SIPCE模型。第三部分为硬件描述语言、逻辑综合及版图技术，结合实例讲述利用Verilog硬件描述语言对电路进行建模及仿真测试的方法，利用DesignCompiler进行逻辑综合的过程和方法，以及全定制版图和基于标准单元的版图设计方法。《集成电路设计技术》注重实践，用具体的实例介绍集成电路设计的基本方法，各章均附有适量的习题，以帮助读者学习和理解各章的内容。《集成电路设计技术》可作为电子科学与技术、微电子学与固体电子学、通信工程、电子信息工程等专业高年级本科生的教材，也可供相关工程技术人员参考。

《硅基功率集成电路设计技术》重点讲述硅基功率集成电路及相关集成器件的设计技术理论和应用。第1章综述功率集成电路基本概念、特点及发展；第2～3章介绍功率集成电路核心的两种集成器件(LDMOS和SOI-LIGBT)的结构、原理及可靠性；在器件基础上，第4～6章重点阐述高压栅驱动集成电路、非隔离型电源管理集成电路及隔离型电源管理集成电路三种常见典型功率集成电路的设计方法及难点问题。

《硅基功率集成电路设计技术》除讲述基本原理，还阐明近年来国际一流学术团体、一流企业在功率集成电路及相关集成器件设计技术方面的新研究成果，以追求内容的先进性和实用性。

目录

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 功率集成电路基本概念 2

1.1.1 功率集成电路的定义 2

1.1.2 功率集成电路的发展历程 3

1.1.3 功率集成电路技术的特点 5

1.2 功率集成电路核心器件概述 6

1.2.1 功率半导体器件发展历程 7

1.2.2 功率集成电路的核心器件 9

1.3 功率集成电路基本结构 10

1.4 功率集成电路的挑战和机遇 13

参考文献 15

第2章 集成型功率LDMOS器件设计 17

2.1 功率LDMOS器件结构及工作原理 17

2.1.1 功率LDMOS器件结构 17

2.1.2 功率LDMOS器件工作原理 18

2.2 功率LDMOS器件耐压提升技术 20

2.2.1 场板技术 20

2.2.2 沟槽隔离技术 23

2.2.3 埋层技术 29

2.2.4 漂移区变掺杂技术 33

2.2.5 超结技术 35

2.3 功率LDMOS器件可靠性 39

2.3.1 热载流子可靠性 40

2.3.2 安全工作区可靠性 45

2.3.3 HTRB可靠性 51

2.3.4 ESD可靠性 55

参考文献 60

第3章 集成型功率SOI-LIGBT器件设计 62

3.1 SOI技术概述 62

3.1.1 SOI工艺特点 62

3.1.2 SOI工艺在高压集成电路领域的优势 65

3.2 功率SOI-LIGBT器件的结构及工作原理 67

3.2.1 SOI-LIGBT器件的结构 67

3.2.2 耐压原理 68

3.2.3 导通原理 70

3.2.4 开关原理 70

3.3 功率SOI-LIGBT器件电流密度提升技术 72

3.3.1 发射极优化技术 72

3.3.2 漂移区优化技术 82

3.3.3 集电区优化技术 84

3.4 功率SOI-LIGBT器件关断速度提升技术 86

3.4.1 载流子存储优化技术 86

3.4.2 载流子抽取加速技术 103

3.5 功率SOI-LIGBT器件的可靠性 106

3.5.1 闩锁可靠性 106

3.5.2 短路可靠性 109

参考文献 114

第4章 高压栅驱动集成电路设计 117

4.1 高压栅驱动芯片概述 117

4.1.1 高压栅驱动芯片功能与应用 117

4.1.2 高压栅驱动芯片工艺概述 118

4.2 高压栅驱动集成电路关键技术 121

4.2.1 抗dV/dt噪声能力提升技术 121

4.2.2 集成自举技术 130

4.2.3 抗VS负过冲能力提升技术 133

4.2.4 输出驱动技术 138

4.3 高压栅驱动集成电路测试技术 147

4.3.1 高压栅驱动芯片测试系统设计难点 147

4.3.2 测试系统设计考虑 149

参考文献 156

第5章 非隔离型电源管理集成电路设计 158

5.1 非隔离型电源及控制电路概述 158

5.1.1 电路拓扑及分类 158

5.1.2 控制电路概述 162

5.2 线性稳压电源电路设计 163

5.2.1 基本工作原理 163

5.2.2 高效率设计技术 166

5.3 Buck型开关电源电路设计 172

5.3.1 基本工作原理 172

5.3.2 高效率设计技术 173

5.3.3 高频化全集成设计技术 196

5.3.4 单电感多输出设计技术 221

5.4 Boost型PFC电源电路设计 258

5.4.1 基本工作原理 259

5.4.2 DCM Boost型PFC变换器功率因数提升控制原理 270

5.4.3 DCM Boost型PFC变换器电路架构设计与验证 276

参考文献 289

第6章 隔离型电源管理集成电路设计 291

6.1 隔离型电源及控制电路概述 291

6.1.1 电源拓扑结构及分类 292

6.1.2 控制电路简介 296

6.2 反激式开关电源电路设计 298

6.2.1 反激式开关电源工作原理 298

6.2.2 多模式高效率控制技术 304

6.2.3 高精度电压、电流补偿技术 310

6.2.4 高动态响应技术 329

6.2.5 单管谐振控制技术 345

6.3 半桥型LLC谐振变换器设计 368

6.3. 半桥型LLC谐振变换器工作原理 369

6.3. LLC谐振变换器控制芯片的一般功能模块简介 376

6.3. LLC谐振变换器的PFM稳压调制技术 377

6.3. LLC谐振变换器的小信号模型与环路补偿技术 384

6.3. LLC谐振变换器的软启动技术 389

6.3. 基于ON/OFF控制的LLC振变换器的轻载效率优化技术 393

6.3. LLC控制芯片的容性保护技术 395

参考文献 3972100433B

本课题面向0.5V及以下的超低压模拟与数模混合集成电路设计，探索了低压设计的极限、设计方法、模块单元电路的设计以及典型系统的实现与验证。本课题的研究内容、技术路线以及研究方法与申报书一致，结果与预期相符。我们在超低压设计极限的探索中，成功设计实现了电源电压为0.15V的模拟与数模混合电路（ADC）。这一结果也是至今为止国际业界报道的最低电源电压记录。成果先后在2012年国际固态电路会议ISSCC的学生科研前瞻单元报告，并正式发表于当年的定制电路会议（CICC）。学生作者还获得了IEEE固态电路学会资助参加ISSCC的学生差旅费奖。课题组在0.25V delta-sigma ADC设计中也取得了突破，在0.25V超低电压下实现了73dB SNDR的调制器，这也是目前该电压下的最好水平。相关的文章已经投稿到顶尖国际会议。课题也探索了超低电压电路的可缩放设计。在0.5V电压下，我们已经可以根据性能较为灵活的配置电路的参数和功耗。课题组在基于数字思想的模拟电路领域和较低压下的高性能设计也进行了探索并取得了一定的进展。本课题发表文章共计22篇，培养学生12名。经费执行情况也与预算高度吻合。