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一种夹层电阻结构及其应用

来源:    作者:    发布时间:2015-05-31 11:18:29    浏览量:

图7是振荡器的简单原理示意图,实际线路在此基础上还会增加一些辅助线路。在图7中,Vosc用于控制电容的充放电状态,JFET管提供恒定电流源IR对电容C进行充电,Vx则输出到后级的电压比较器。电路工作的时候,一开始Vosc为低电平,此时PMOS管打开,基准电流IR开始给电容C进行充电,电容C上的电压Vx逐渐上升,一旦Vx达到门限电平Vt,则比较器就翻转,从而使V差模电感osc也发生翻转变为高电平,这时,PMOS管关断,NMOS管打开,由于NMOS管放电能力较强,电容C上的电压瞬间就被放到GND,此时Vosc又翻转变为低电平,NMOS管关断,PMOS管开始充电。就这样,通过保持充电电流的恒定,使得振荡器的振荡频率也始终保持恒定。

3.2 振荡器的实现和优化

在电路的实际实现中,采用了0.8 μm的高压工艺。经过对出片电路的实际测试,发现随着电压升高,振荡器频率逐渐变快,当电压超过10 V后,频率开始维持不变,一直到电压接近30 V,频率始终不变。也就是说当电压在10~30 V之间变化时,振荡器频率恒定,振荡器的工作电流在整个电压变化范围内不超过3 μA.

显然,频率稳定的最低电压为10 V,差模电感器高于设计要求的9 V.从前面夹层电阻的原理分析部分可以知道,为了降低频率稳定的最低电压,可以采用两种思路:一种是降低夹层电阻的夹断电压Vp;另一种是采用单个夹层电阻来实现恒定电流。第一种思路,夹断电压Vp主要取决于JFET沟道区的P型注入浓度,以及P型注入、N阱、N+这几个的结深,结深一般不好调节,而浓度也较难控制,因此实施有困难,而且最低电压为2×Vp,实施效果也很有限。第二种思路,主要是要提高夹层电阻的击穿电压Vb.根据对该夹层电阻的纵向结构分析可以知道,该夹层电阻的击穿首先发生在低浓度的P型注入区和上层的N+之间,也即击穿电压Vb就是N+和P型沟道区的击穿电压。

因此,尝试在低浓度的P型沟道区域上层N+的下方,用一个低浓度的N型区来外包N+,如图8.

该低浓度N型区用工差模电感艺中现成的高压N注入(即NHV)来实现,以此来提高夹层电阻的耐压。

3.3 优化改进结果

电路改进设计后,经过试验验证,采用此种优化结构后,振荡器可以工作在3~30 V的工作范围,而且当电压大于5.5 V以后,振荡器的输出频率就不再变化,也即当电压在5.5~30 V之间变化时,振荡器频率恒定,同时振荡器最大工作电流约为2.5 μA.至此,该振荡器的各项指标全部达到了设计要求。

4 结束语

夹层电阻是一种比较特殊的电阻。在低电压工作场合,夹层电阻一般都被当做高阻值的电阻来使用。但是在高电压工作场合,或者是宽范围工作电压的场合,此时夹层电阻就相当于是一个JF绕线型电感器ET管,利用该特性,在很多设计中,特别是模拟电路的设计中,可以把电路设计得更精巧或者实现更低的功耗。

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