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两线制4mA-20mA变送器在工业现场有广泛的用途,它主要功能是将工业现场所测数据进行精确远距离传输给控制室,在现代工业控制中占有重要地位。两线制仪表大多数基于专用芯片设计,目前仅有少数国外半导体厂家掌握此类仪表芯片设计技术。目前国内许多研究机构在两线制仪表专用芯片进行了大量研究,但尚无满足性能指标的定型产品。工业现场温度变化范围较宽,这就要求两线制仪表芯片有着优异的温度特性,在-40℃至+105℃温度范围内,要求环路电流精度在千分之一以内。两线制仪表芯片设计依赖许多关键技术,其中最为关键的是需要有一个低温度系数基准电流源,国外产品普遍利用基于特殊工艺的低温度系数薄膜电阻来实现V-I转换,但是目前国内工艺不支持低温度系数电阻,设计满足需要的基准电流源非常困难。论文基于国内华虹HHNEC GE0.35μm工艺,设计出了一种基于温度补偿技术的两线制4mA-20mA环路供电型仪表芯片,设计基于以下关键技术,首先提出了一种基于高斯型电流单元的温度补偿方法,解决了高精度低温度系数带隙基准电压源的设计问题,在-40℃至+105℃内温度系数达到lppm/℃ 。在此基础上,设计了一种具有温度补偿功能的特殊V-I转换电路,解决了基准电流源设计问题,在-40℃至+105℃内基准电流漂移低于0.1%,优于国外同类产品。为解决环路电压波动对仪表芯片精度的影响,设计了一种宽输入电压范围,高电源电压抑制比(PSRR)的LDO, PSRR在1KHz以下均小于-90dB,在100KHz与1MHz分别为-65dB、-70dB。在前期工作基础上改进了ΣΔ-DAC,使输出电流非线性误差降低与国外产品相同水平。为解决工艺偏差的影响,采用了数字修调技术和基于熔丝的修调数据固化技术。系统在Hspice软件下的仿真结果表明,在全工艺角条件下-40℃至+105℃温度范围内,仪表芯片的各项性能指标均到达或超过国外同类产品。版图设计通过了DRC、LVS验证,版图面积是2500μm×2260μm。