（微电子学与固体电子学专业论文）光碟机马达驱动集成电路的研究与设计.pdf

浙江大学硕士研究生毕业论文y 6 8 9 2 4 2 摘要 智能功率集成电路简称 s p i c ( s m a r t p o w e r工 c ) ，被广泛应用于包括功率转 换器、马达控制、荧光灯整流器、自 动开关、 视频放大器、 桥式驱动电路以及显 示驱动等多个领域。 光碟机马达驱动芯片作为功率集成电路的一个重要分支， 充 分体现了控制集成电路与功率器件在单一芯片上的有机结合。 我国是全球最大的消费电子产品市场，随着人们经济生活水平的不断提高， 光碟机产品的需求日 益倍增， 然而由于我国相关产业起步较晚， 光碟机驱动芯片 等关键元器件仍不得不依赖进口，从而形成了我国光碟机产业发展的瓶颈。 本文对目 前在市场上应用非常广泛的 一款光碟机马达驱动芯片b d 7 9 0 7 进行 了 深入的 研究和分析，以c a d e n c e 以 及s y n o p s y s m e d i c i 软件为t - 具， 重点对 芯片的内部电路模块进行了反向 提取和线路仿真; 并通过器件仿真软件对实现该 芯片的特殊的b c d 工艺及器件结构进行分析和探讨。 另外， 根据华越微电子硅片 制造一厂的2 u m 工艺，对芯片中 部分b i p o l a r 电路模块完成了重新设计、流片， 以 及测试， 得到大量有参考价值的数据和结果， 为今后设计拥有自 主知识产权的 光碟机马达驱动 i c ，改变目 前国内光碟机市场关键元器件依赖进口的 现状起了 结实的铺垫作用，具备良 好的科研意义。 文章第一章介绍光碟机及其驱动集成电路的相关现状以及智能功率集成电 路等背景知识:第二章主要说明芯片b d 7 9 0 7 的工作原理以及特点;第三章详细 分析了芯片的内 部线路图， 并对整块芯片做了功能仿真; 第四章着重于芯片工艺 的分析和探讨， 并对芯片中特殊元器件进行了仿真。 第五章对芯片中双极型电路 部分做了重新设计、 并完成了流片以及测试。 最后的回顾与展望则对全文做了总 结，并对课题的延伸提出了几个可以参考的方向。 浙江大学硕士研究生毕业论文摘要 ab s t r a c t s m a rt p o w e r i n t e g r a t e d c i r c u it s ( s p i c ) h a v e b e e n d e v e l o p e d f o r a p p l i c a t i o n s i n c l u d i n g p o w e r c o n v e r t e r s , m o t o r c o n t r o l l e r s , fl u o r e s c e n t l i g h t i n g b a l l a s t s , a u t o m o t i v e s w i t c h i n g , v i d e o a m p l i f i e r s , b r i d g e c i r c u i t d r i v e r s , d i s p l a y d r i v e r s , e t c . m o t o r d r i v e i c s , t o b e o n e o f t h e i m p o r ta n t b r a n c h e s o f t h e a p p l i c a t i o n s o f s p i c , h a v e s y m b o l i z e d t h e h a r m o n i c c o m b i n a t i o n o f t h e c o n t r o l l e d i c a n d p o w e r i c w i t h i n a s i n g l e c h i p . c h i n a i s t h e m o s t i m p o r t a n t m a r k e t o f c o n s u m e r p r o d u c t s . wi t h t h e d e v e l o p i n g o f p e o p l e s l i v i n g c o n d i t i o n s , t h e n e e d o f d v d a n d o t h e r o p t i c a l d i s c d r iv e s g r o w s d a y b y d a y . h o w e v e r i n c h in a , t h i s in d u s t ry r i s e s o n l y s e v e r a l y e a r s a g o , t h e o p t i c a l d i s c d r i v e i c a n d o t h e r k e y c o m p o n e n t s m u s t b e i m p o r t e d f r o m o t h e r c o u n t r i e s , s o i t g r e a t ly s h u n t t h e g r o w t h o f o p t i c a l d i s c d r i v e i n d u s t r y i n o u r c o u n t r y . t h i s p a p e r f o c u s e s o n t h e c i r c u it d e s i g n o f b d 7 9 0 7 , o n e o f t h e m o s t m a t u r e d d v d - r o m mo t o r d r i v e i c . w i t h t h e h e l p o f c a d e n c e a n d s y n o p s y s m e d i c i s o ft w a r e , t h e c o m p u t e r s i m u l a t i o n o f it s i n t e rn a l m o d u l e s a n d d e v i c e s a r e f u l f i l l e d . d e s i g n i m p r o v e m e n t s a r e a l s o p r e s e n t e d a n d v e r i f i e d . f i n a l ly , m o s t o f t h e c i r c u i t m o d u l e s r e a l i z e d i n b i p o l a r t e c h n o l o g y h a v e b e e n r e d e s i g n e d a n d m a n u f a c t u r e d i n c h mc , a n d t h e i c h as b e e n t e s t e d . a ft e r t h e a n a l y s i s a n d d e s i g n o f o n e o f t h e m o s t m a t u re d o p t i c a l d i v e i c , w h i c h m a n u f a c t u r e d i n b c d t e c h n o l o g y , g r o u n d w o r k h a s b e e n s e t u p t o d e s i g n t h e o p t i c a l d i v e i c o f o u r o w n i p ( i n t e l l e c t u a l p r o p e r ty ) i n c h in a , i n o r d e r t o c h a n g e t h e s t a t u s t h a t t h e k e y c o m p o n e n t s m u s t b e i m p o r t e d . t h e p r o j e c t h a s g r e a t i m p o r t a n c e a n d v a l u e ! c h a p t e r 1 o f t h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e b a c k g r o u n d o f o p t i c a l d i s c d r i v e a n d s m a r t p o w e r i c ; c h a p t e r 2 i s t h e i n t r o d u c t i o n o f b d 7 9 0 7 ; c h a p t e r 3 a n a l y s i s a n d s i m u l a t e t h e c i r c u i t s o f b d 7 9 0 7 , w h i l e c h a p t e r 4 i s t h e a n a l y s i s a n d s i m u l a t i o n o f t e c h n o l o g y a n d d e v i c e s i n b d 7 9 0 7 ;i n c h a p t e r 5 s o m e o f t h e m o d u l e s o f t h i s c h ip i s r e d e s i g n e d a n d m a n u f a c t u r e d , t h e c h i p i s a l s o t e s t e d . f i n a l ly , a l l t h e w o r k i s s u m m a r i z e d , a n d m o re s u g g e s t i o n s a r e g i v e n f o r l a t e r o p t i m i z a t i o n d e s i g n . 浙江大学硕士研究生毕业论文 第一章 光碟机及其驱动集成电路 第一章光碟机及其驱动集成电路 众所周知， 中国是全球最大的消费电子产品市场。 随着人们经济生活水平的 不断提高， 居住条件的改善以 及家庭影院普及率的逐渐上升， 消费者对光碟机影 像、 声音、图 文的需求也有大幅提高，目 前已 经得到普及的容量650 m b可储 存7 4 分钟影像与声音的cd 一 rom以及vcd， 其画质与容量已不能满足使用 者的需求。 因 此无论是从技术发展趋势看、 还是从实际 应用消费 看， dvd 格式 的影音、资讯用光驱正在快速替代cd 一 rom以 及vcd 播放机。以内地家庭 消费市场为例，目 前城市中dvd影碟机市场空间十分巨大。 从生产领域看， 内 地己经成为全球业界影音播放机产品的最大生产地区， 但 几乎无一不是成品组装企业， 在各种关键件的生产上， 几乎是空白， 从而形成了 我国光碟机产业发展的 瓶颈。 其中就包括了驱动芯片这一关键技术。 各大i c 公司以 及科研单位己经充分理解并且认清了自己的弱点所在，应用 现阶段已有的优势， 纷纷将dvd 等光碟机用马达驱动集成电路产品作为重大研 究项目 之一。 本文对目前市场上非常成熟、由 r o h m公司设计开发的一块 c d - r o m与 d v d - r o m 通用单芯片光碟机马达驱动 工 c -b d 7 9 0 7 f s 进行研究剖析以 及对部分 电路进行重新设计， 为今后开发有自 主知识产权的光碟机驱动芯片， 改变目 前国 内光碟机马达驱动i c 主要依赖进口的现状做前期的研究工作。 光碟机马达驱动集成电路， 将低压数字控制部分以 及大功率器件的驱动部分 集成在同 一块芯片上， 普遍采用特殊的 集b i p o l a r . c m o s 、 功率d m o s 于一体的 b c d 工艺， 是智能功率集成电路的重要分支之一。 1 . 1 智能功率集成电 路简介 智能功率集成电路( s p i c s m a rt p o w e r i c ) 是上世纪八十年代中期国际上迅 速发展起来的一个重要高新技术领域。 它是将输出功率器件与低压控制的信息处 理系统及其传感， 保护， 检测诊断电路等都集成在同一芯片上， 是微电子技术和 电力电子技术相结合的产物。 1 . 1 . 1 智能功率集成电路的应用 由于其体积小， 成本低， 节能效率高以及智能化等优点， 智能化功率集成电 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电路 路的出现，实现了 逻辑控制和功率控制合一，其应用己 经渗透到多种电器领域。 从2 0 年前第一次被运用于音频放大器( a u d i o a m p l i f i e r ) 的电压调整器( v o l t a g e r e g u l a t o r ) 至今， 智能功率集成电路( s p 工 c ) 已 经被广泛运用到包括功率转换器 ( p o w e r c o n v e r t e r s ) 、马达控制 ( m o t o r c o n t r o l l e r s ) 、荧光灯整流器 ( f l u o r e s c e n t l i g h t i n g b a l l a s t s ) 、自 动开关( a u t o m o t i v e s w i t c h i n g ) 、视频 放大器( v i d e o a m p l i f i e r s ) 、 桥式驱动电路( b r i d g e c i r c u i t d r i v e r s ) 以及显示 驱动( d i s p l a y d r i v e r s ) 等等更多的领域中。 并酝酿出以s p 工 c 及其广泛应用为标 志的第二次电子学革命， 促使 “ 传统产业” 与 “ 信息产业”的融通，已 经并将继 续 对 人 类生 产 和 生活 将 产 生 深 远的 影响 1 1 1 1 . 1 .2 智能功率集成电 路的分类和发展 智能功率集成电路和高压集成电路通称为功率集成电路。 从电压和电流容量 来看， 功率集成电路随着应用领域的要求， 向 着三个方向发展: 在汽车点火开关 i c 、 集成调节器、 点阵式打印机的圆筒形线圈和步进电机驱动等方面应用的低压 大电 流 i c ; 在p d p , v f d 等平板显示驱动和交换机用户电路等方面应用的高压 低电流 i c ; 以及开关电源和家用电机驱动用的高压、大电流工 c . 功率集成电 路既包含了 低压小电 流的控制电 路( 低压控制的b i p o l a r 和c m o s 器件结构) ，同时还集成了高压大电流的器件。为了将这两部分电路结合到一块 芯片上， 高低压电路之间需要隔离。 业界己经发展出三种成熟的隔离高压和低压 部分的隔离技术，分别是:结隔离 ( j u n c t i o n i s o l a t i o n , j i ) 、准介质隔离 ( q u a s i - d i e l e c t r i c i s o l a t i o n , q d i ) 和介质隔离( d i e l e c t r i c a l l y i s o l a t i o n d 工 ) 。根据电压和电流应用范围的不同，设计厂商可以根据成本最低原则和设计 要求来选用不同的隔离技术: 高压集成电路中功率器件的耐压能力较高， 但电流 容量较小，多为电场分布沿平行于器件表面方向展开的横向型，如栅极偏置的 m o s 管，弱化表面电 场的l d m o s 管等。通常采用自 隔离技术和p n 结隔离技术， 电路结构也比较简单; 而智能功率集成电路的功率器件多采用电 场分布沿垂直于 器件表面的方向 展开的纵向 型，如v d m o s 和 工 g b t ，因而通流能力较高，这一类 功率集成电路构成通常比较复杂，多采用p n 结和介质隔离技术。 随着工艺的不断发展， 适用于集成的高压/ 大功率器件也不断涌现。 其中包 括 r e s u r f l d m o s ( t h e r e d u c e d s u r f a c e f i e l d l a t e r a l d o u b l e d i f f u s e d m o s 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电 路 t r a n s i s t o r )， v d m o s ( i s o l a t e d v e r t i c a l d m o s ) ， l i g b t ( t h e l a t e r a l i n s u l a t e d g a t e b i p o l a r t r a n s i s t o r , h i g h v o l t a g e r e s u r f b i p o l a r t r a n s i s t o r s , s i n f e t ( t h e s c h o t t k y i n j e c t i o n f e t ) 和t d m o s ( t h e t r e n c h s i d e w a l l c h a n n e l d m o s ) 。而这些不断涌现的新结构推动功率i c 不断发展。 与v l s i 不同的是，s p 工 c 主要用于替代现存的分立器件，因此在价格上面临 很大的挑战。所以它的发展并不象2 0 年前人们设想的那样快。而且，一些标准 单元， 例如v l s i 中的m e m o r y ， 在p i c 中并不存在， 这也限制了p i c 的大量生产。 今天s p i c 的设计都被看成是标准的a s i c 设计。 而且p i c 设计还存在一些先天的 不足，如:功耗和封装。这些都给它的普及带来困难。 为了迎接上面提出的挑战，新型的器件，如 l 工 g b t被提出来。它能将 d i e 的面积缩小3 到4 倍， 从而节省了成本。 在大电流的运用场合下， t r e n c h -b a s e d 功率器件同 样也能将d i e 的面积缩小2 倍。 更让人鼓舞的是: 高密度的控制单元 电路和自 动设计方法的高速发展让s p 工 c 与传统的v l s i 之间的差距进一步缩小。 但我们仍要看到，工艺和器件的挑战仍然是巨大的。 随着电路和工艺技术的发展，s p 工 c不仅可以集成输出功率器件及其驱动电 路，而且也能集成功率 i c内部的和负载的异常检测电路和保护电路。通常设有 过压， 过流， 过热保护和负载短路， 开路检测等智能化功能。 甚至为了实现与微 机和c p u 直接连结的复杂程序工作， 也有集成接口电路的动向c p u 直接连结的复 杂程序工作，也有集成接口电路的方向。 随着v l s i 工艺技术和功率器件技术的不断发展，智能功率集成电 路将会以 更快的速度向前发展， 开辟新一代高新技术的潜力， 成为信息产业和传统产业之 间的重要接口、 弱电控制与被控强电之间的桥梁， 推动和促进电力电子及其应用 技术的迅猛发展， 为大幅度节约电能，降低材料消耗， 提高生产效能提供了重要 手段，为机电配合的一体化开辟了新的道路。 1 . 1 .3 b c d 工艺 简介 微电子技术和功率 m o s器件的 迅速发展，为s p 工 c提供了 坚实的基础，b c d 工艺便是在这一潮流下于2 0 世纪8 0 年代中期首次出现， 并在近些年得到迅猛发 展的一种新工艺。 b 代表b i p o l a r , c 是c m o s , d 是d m o s . b c d 技术使双极、 c m o s 和功率d m o s 工艺兼容，实现低压控制的讯号处理和高压功率器件的集成，并实 浙江大学硕士研究生毕业论文 第一章 光碟机及其驱动集成电路 现智能化。 从电路设计的角度来看，它是一个比 较完整的可以制作任何器件的一种工 艺。因为对于线性度好、 精度高的模拟电路， 通常双极工艺是第一选择; 对于数 字控制部分，需要低功耗，高集成度， 用c m o s 比 较好; 一旦有功率要求，电 流 比 较大，要求耐压高，功耗低，则d m o s比 较好。因此，b c d 应该说是一种近乎 理想的工艺， 虽然对i g b t , s i t 这类特殊器件， 必然要发展新工艺， 但一般情况， b c d 己经可以 把8 0 % 以上的电路涵盖了， 且b c d 技术 可以 将电 源与控制器结合起 来，从而向s o c 发展。 因而各大公司都在竞相开发。 自 诞生以 来， b c d 工艺得到非常迅速的 发展， 表现在线宽减小的同时， 针对 不同的应用场合发展也各有不同， 具体表现在图1 - 1 所示的高压、 大功率、 高集 成 度 三 个 方 向 2 lithography st bcd (bipolar cmos dmos)4.0mvo bcd generations and roadmap602.5 nm cmos 2nd2.0 pm cwos 2me t1.2 pm e2-prom l 2nd sdj e1.0 pm eprom 213mews 4th 瓷 avcatos+,vvm 3mefais 翌又 hr0.35ean 3.2v cmos + ttym 4ismetals 6th 0.25x11 9.bvcmos+mvm s1g熏飞 tt yy1technology pladarm me=al levels 9 t i r lim 二9b 2 1984 19f 19 bb 19 90 19 亚 99 4 19 98 199 8 2000 留 1 -1 : b c d 目 前国内虽然还没有一条成熟的b c d 工艺生产线， 但是很多f o u n d r y 厂都在 这一领域进行了大量的研究， 如上海贝岭股份有限公司以及上海新进半导体制造 有限 公司 等。 图2 给出 的 是 上 海新 进 半 导 体 制 造 有限 公 司 3 1 正 在 研究 开 发的g u m b c d 工艺简要介绍。 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电路 胆. 口 . 匕断 s . 里 旦v p r o c e s s i n t r o d u c t io n (u n d e r d e v e lo p m e n t) 2 u wl 2 0 v a s b c d ( a d v a n c e d 歇 麟 c e n g a t e b csm o s ) p roc e s s f e a t u r e s b r i e f d e s i g n r u l e s 鑫“d 442/44.欢44222拍34/48 . p s 曲s t r a t o / n印i . n a cr d p b u ri e d l a y er . r o u b l e s i d e j u n ct i o n i s o l a t io n .t w i n w e l l . l o c o s f i e l d o x i d a ti o n . i i i - r h m p o l y r e s i s t o r ( o p ti o n a l) . p o l y g a t e f or c m q s a n d d m o s . p 加勿f o r m 西o n f o r d m o s . p b a s e f m r n a t i o n f o r np n .do u b 】 。 口e t a l . o x i d e / n i t r i d e p a s s iv a t i o n 1 8 ma s k s b u r i e d l a y e r i s o l a t i o n - u p d mp 卜 十 pw七 1 1 nwe l l a di v e p f i e l d r e s i s t o r p o l y p b o d y pba s e p + n十 c o n t a c t me t a l i 巧a me t a l 2 p a s s i v a u 。 刃 min . wi d t h / s pace . ) 图 1 - 2 .上牌葡一进半孕洋制着着朋分司g u m b c d i乏 苛 产 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章光碟机及其驱动集成电路 1 。2 光碟机的相关介绍 1 2 。1 光碟机的组成及工作原理 光碟机m 】的硬体结构主要可分为光机及电控两个部分。光机部分的主要功 能为转动碟片及产生光点读取碟片资料，组成零件包括光学读写头( o p t i c a l p i c k u ph e a d ) 、读写头推动机构( s l e dm e c h a n i s m ) 、主轴马达( s p i n d l em o t o r ) 、 碟片承载机构( d i s kt r a y ) 等。其中读写头、推动机构及主轴马达所构成的模组 称为t r a v e r s e 或m e c h a ，若再加上碟片承载机构则称为l o a d e r 。 光机部分电控部分 强1 3 ：光碟机组或结构强 电控部分的功能除了产生伺服信号来控制光机组件的动作外，还须对读写头 已读出或欲写入的资料进行解码或编码，这部分的组件包括印刷电路板、d r a m 、 控制晶片组及被动元件等。 光碟机的工作方式并不复杂，基本上由几颗整合了许多功能的i c 完成，具 体的工作原理介绍可参考本文附录a 。 1 2 2 光碟机产品的发展 自从1 9 8 0 年荷兰飞利浦公司与日本索尼公司共同发表全球第一片c d ( c o m p a c td i s c ) 产品以来，这种可在一片小小圆盘上收录大量资料的电子产品， 浙江大学硕士研究生毕业论文 第一章光碟机及其驱动集成电路 就大举攻占市场、进入你我的生活中。紧跟其后的只读光碟机( c d - r o m ) 也成为 个人电脑的标准外围设备，并陆续发展出其它的可记录型光碟机产品，以至正在 成为主流、号称二十一世纪明星产品的多功能影音光碟机( d v d r o m ) 。 光碟机产品的发展历程大致为： 全世界最早的c d 光碟机为飞利浦与索尼公司共同发表的c d d a ( c o m p a c t d i s cd i g i t a la u d i o ) ，这也正是目前我们常见的c d 音像。 因为有存储量大，低成本的特性，应用非常广泛。除了文字还可存储音乐及 影像格式，适合于个人电脑的软体制作，是非常方便的记录存储媒体。 由飞利浦、索尼、松下7 v c 等公司共同开发出，在这种光碟片中最多可储 存7 4 分钟的信息，主要应用于电影、卡啦0 k 等。 由飞利浦与索尼与东芝及松下达成统一规格的共识，并将之命名为d v d ( d i g i t a lv e r s a t i l ed i s c 一多功能影音光碟) 。d v d r o m 光碟机发展初期因为价 格昂贵、缺乏支援产品，产品出货量始终有限。随着d v d r o m 光碟机的技术成熟、 价格下降，其出货比重逐年增加，而c d - r o m 光碟机则将于逐渐淡出市场。 虽然d v d r o m 光碟机在只读型机种中胜出，但只读型的d v d r o m 光碟机未来 成长空间终将有限。自个人电脑业于2 0 0 2 年起，已逐渐将刻录型d v d 光碟机列 为标准规格，循着光存储技术c d 与d v d 世代发展的轨迹来看，兼具写入与读取 功能的d v d 刻录机，在克服规格、售价等问题后，将是一统天下的光碟机产品。 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章光碟机及其驱动集成电路 1 3 马达驱动集成电路 马达( m o t o r ) ，一般工商业产品中电动机的俗称。市面上的家用电脑、变频 式空调机电冰箱、吸尘器以及多功能事务机等等，均须使用马达带动结构。小 至目前流行的d v d v c d 录放映机中的转盘、遥控飞机汽车螺旋桨的变速器、c p u 以及电源供中的风扇，大至航空飞机、电车、升降梯、公用汽车或电动汽机车 等运输工具。可见马达的用途非常广泛，己成为日常生活中缺一不可的工具。 马达驱动i c 在日常生活中的许多微马达里面皆需要使用，尤其是在家庭、 办公用品，音、视频等相关设备中。如录放影机、消费性玩具、空调、冰箱、 打印机、c d r o m 、d v d r o m 等等，应用相当广泛( 图l 一4 为马达驱动i c 的应用 示意图) 。 在上述应用场合下，马达驱动i c 虽然并不起眼，但却起着关键性的作用。 很显然，假如没有这些i c 的话，所有设备都不能正常工作。 臣l - - 4 ：马达驱动i c 的典型应用 1 3 。1 马达的相关介绍 在定位系统中，最常用的马达不外乎是步进马达和伺服马达，其中步进马达 又可分为2 相、5 相、微步进等系统，伺服马达则主要分为d c 伺服和a c 伺服。 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电路 所谓两相步进马达， 也就是市面上最常看到的步进马达， 它的解析度是每转 分成4 0 0 格， 是传统的步进马达系统， 而最新的步进马达系统则是微步进系统， 这 种微步进技术是由 欧美引进， 它把所谓传统的低价位二相步进马达利用更高技术 的驱动方式把解析度由传统的每转4 0 0 格细分为每转5 1 2 0 0 格， 提高了马达的精 度以 及高速扭力及瞬间加减速的特性。 a c 和 d c 伺服马达主要的分别为d c 伺服比a c 伺服马达多了一个碳刷， 有维 护上的问题， 而a c 伺服马达因为没有碳刷， 所以 不会有太大维护上的问题所以 基本上来说a c 伺服系统是较d c 伺服系统为优， 但d c 伺服系统主要的优势则是价 位上比a c 伺服系统便宜， 这两种系统的控制精度大致相当。 无刷直流马达是伺服电机的一种，定子为有线圈的磁极，转子是有n , s磁 极之分的永久磁铁。 事实上无刷直流马达的名称应该叫做定位触发的无刷直流电 动机 ( p o s i t i o n - t r i g g e r e d b r u s h l e s s d c m o t o r )， 因为所有的步进电 动机也 被称为无刷直流电动机。 而无刷直流马达不同之处是其位置感应机构部分， 这部 分由伺服处理器控制， 以决定马达何时切换到下一个定点。 因此转子磁极只通过 其正在接近的定子磁极， 并被下一个定子周围的 磁极或磁极组吸引形成旋转。 图 1 -5 所示为无刷直流马达内部三相定子线圈与开关元件连接示意图。 有关三相无 刷直流马达工作原理的 介绍参考附录b 以 及文献 5 7 .1 -5 无 送a 7 命三褶定子 鱿.与开光元岸连赘示篡图 1 . 3 . 2 马达驱动i c 在光碟机产品中的应用及现状 对于c d -r o m , d v d -r o m 等光驱类产品，一般需要两颗马达驱动类 i c ，一 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电路 是主轴马达驱动i c ，控制主轴马达( s p i n d l e d r i v e r ) 的转速。另一颗较为复杂， 控制读取头中的 聚焦线圈 及循迹线圈( f o c u s a n d t r a c k i n g a c t u a t o r ) ， 有些还 顺便控制碟片托盘马 达( l o a d i n g m o t o r ) 。 1 s p i n d l e m o t o r 主轴马达，控制光磁盘转动的马达。通常采用直流无刷马达。 2 ) a c t u a t o r 电磁转换器。 在光碟机中， 需要使用电 磁转换机构传输电流到聚焦以 及循迹 线圈 f o c u s a n d t r a c k i n g ) ， 进而控制读取头镜头的位置。 整个过程在光碟机 驱动集成电路的控制下实现。 3 s l e d m o t o r 进给马达，光学读取头在光磁盘r 方向的控制机构. 通常由无刷直流马达或 者步进马达驱动。 4 l o a d i n g m o t o r 加载马达，负责控制光碟机碟片的托盘。 上述这些马达以及电磁传动机构都直接影响到光碟机的正常工作。 我国d v d 市场经历近十年迅速发展的同时， 一些企业在相关技术领域也取得 了一些突破。 然而由于我国d v d 产业起步较晚， 至今基础技术层面的知识产权仍 主要掌握在国外企业手中， 部分d v d 关键元器件不得不主要依赖进口， 从而形成 了 我国。 v d 产 业 发 展 的 瓶 颈 6 1 。 其 中 就 包 括了 驱 动 芯 片 这 一 关 键 技 术。 另外从成本上分析， 依目 前d v d 光碟机成本估算， 驱动马达约占 整个成本的 1 0 % ， 从经济角度出 发， 马 达驱动i c 也是影响今后是光碟机竞争的一大因素。目 前这一技术的来源主要掌握在一些国外企业手中， 尤其是日 本的一些公司， 其中 的s a n y 。 和r o h m 公司更是光驱类以 及相关马达驱动i c 的寡头。 上个世纪末， 随 着d v d 产业在我国台湾的蓬勃发展， 台湾的一些厂商和研究单位， 例如源兴科技、 扬智科技、建基、 光电所等对d v d - r o m d r i v e r 也进行了大量人力、 物力的投入， 取得卓有成效的成果并直接推动台 湾d v d 产业的迅速发展。 1 . 3 . 3 光碟机马达驱动i c 技术简介 1 s h o r t b r a k e a n d r e v e r s e b r a k e( 短路、反转控制) 两种使马达停止转动的机制。 r e v e r s e b r a k e( 反向刹车控制)，使电流反 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电路 向 流过，因此速度比 较快， 但是发热和噪声比 较严重; s h o r t b r a k e( 短路刹车 控制) ， 使整个输出管的s o u r c e 或者s i n k 端同时导通， 通过感应出的电磁作用使 马达停止转动，速度较慢，发热和噪声少。 2 d i r e c t p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n ( p w m ，脉宽调制)d r i v i n g 一种通过改变流过马达的有效电 流控制马达转速的 机制。 流过马达的电流在 高频下高低高低变化， 改变导通、 截止时间可以 控制流入马达的有效电流。 因为 输出管在导通和截止之间不断变化， 发热可以降低。 而且， 在截止态，电流由线 圈产生，因此不需要电源供应， 大大降低了功耗。 3 l i n e a r d r i v e r i c( 线性驱动) p w m驱动 i c 采用开关性能优越的m o s 功率管作为输出级驱动，这些功率管 只有导通或者截止两种状态，然而线性驱动i c 通常用双极晶体管作为输出， 通 过改变输出管的基极电流使得输出电流 ( 即输出管的集电 极电流) 线性变化， 实 现马达转速的控制。 4 t s d ( t h e r m a l s h u t d o w n ，热关断) v r e f b g 为带隙基准源的输出电 压，典型室温下的值1 . 2 5 v . q l 管的导通电 压v b e 设定为v r e f b g x r 2 / ( r l + r 2 ) = 4 6 0 m v ( q l 管1 7 5 0 c 时的v b e ) 。因此当 芯片的温度上升到1 7 5 0 c , q l 将导通，芯片停止工作。 5 t r i p l e f g ( f r e q u e n c y g e n e r a t o r ) o u t p u t( 三倍频的输出) 三相全波驱动使用三个霍尔元件 ( 磁感应器)切换流入每个线圈的电流 ， 最常见的是通过比 较器传递三个霍尔器件中的一个输出， 监控马达的转速。 然而 光碟机驱动中，光磁盘通常在1 到2 倍的低速情况下转动， 以保证读写的质量， 因此需要高频输出精确控制马达转速。 为此许多驱动电路结合三个霍尔元件的输 浙江大学硕士研究生毕业论文第一章 光碟机及其驱动集成电路 出，通过组合逻辑电路得到三倍频的输出 ( 6 1 b a l a n c e d t r a n s f o r m e r l e s s ( b t l )d r i v e r( 平衡无变压的桥接负载) v i 二 i 丰分 习 ”卜 牵 岛月 佣 翔 bt l 1 . 3 .4马达驱动i c 的发展 虽然马达驱动i c 发展至今己 有很长 一段历史，也日 趋成熟。但是随着马达 驱动在应用上的更加复杂， 一些新的技术也不断出 现， 比如步进马达驱动， 历经 了全步进驱动方式( f u l l s t e p ) 半步进驱动方式( h a l f s t e p )微步进驱动 方式( m i c r o s t e p p i n g ) 的发展。 马达驱动 i c 发展的一个显著特点是多功能化以及内部控制的复杂化。如多 通道驱动i c 的出现， p u l s e w i d t h m o d u l a t i o n ( p w m , 脉宽调制) d r i v i n g , s h o r t b r a k e( 急停制动) 、r e v e r s i n g d e t e c t( 反转检测)等技术的引入等。 但是很明显的一点是， 单一的马达驱动功能并不能满足应用上的需求，目 前 的马达驱动i c 正朝着综合化乃至s o c的方向发展: 对于一些功率半导体方面的大公司， 综合化主要体现在将控制器以 及p o w e r f e t s集成到一块芯片上 ( f o r m e d i u m - c u r r e n t t a s k s ) ，再驱动外部的m o s f e t s 或者绝缘栅晶 体管 ( f o r h i g h e r - p o w e r a p p l i c a t i o n s ) . 对不仅是功率半导体方面的专家而且在 i c 设计领域也处于领先地位的少数 其它公司，这一特点表现为 “ b r i n g i n g t o g e t h e r t h e h a r d w a r e w i t h t h e p r o g r a m m i n g i n f r a s t r u c t u r e i n o n e m o d u l e . 例如功率半导体、高压 i c 以及马达驱动方面的专家 工 n t e r n a t i o n a l r e c t i f i e r( 国际整流器公司) ，推出的 工 n t e r o 马达驱动用智能功率模块)产 浙江大学硕士研究生毕业论文 第一章 光碟机及其驱动集成电路 品系列， 其中的p 工 工 p m 5 0 p 1 2 b 0 0 4内 含三相逆变器功率平台 所需的各种功率半导 体器件及一个可编程4 0 m i p s 数字信号处理器，并具备电 流传感、隔离、 栅驱动 器及功率平台保护功能，可直接与电机驱动器主机及输入平台接口。 在光驱用马达驱动方面， 综合化同样是发展趋势， 如将光碟机等系统所必需 的资料转换、r f , d s p ,微处理器、驱动i c ,解码器、工 d e 介面等等功能全部整 合 在一 块 芯片 上 7 s 。 例 如台 湾 联发 科 技 就 研发了 一 组 集 成r f 射 频 放 大 器 ) 、 d s p ( 数字信号 处理器) 、 解码 器等功 能的晶 片 组， 使光 碟机的 生产厂家节约了 大 量时间及成本。 浙江大学硕士研究生毕业论文第二章 b d 7 9 0 7 的 特点及运用 第二章b d 7 9 0 7 的特点及运用 b d 7 9 0 7 p s 9 1 是一块 6通道的 单芯片光碟 机驱动集成电 路， 将 c d - r o m , d v d - r o m 等光驱类产品 所必需的 全部驱动功能 集成到同 一块芯片上， 体积小、 功 耗低。芯片工艺为2 u m 线宽的b c d 工艺。 2 . 1 b d 7 9 0 7 芯片简介 芯片内部功能框图以及管脚说明表分别如图2 -1 , 2 -2 所示。 i 。 ， ; 亘 合 喜 # i i 。 : : : : : i 1 i i a i 1 1 1 a 1 图 z -1 . b d 7 9 0 7 志片功屠蘑图 2 . 1 . ， 工作指标及基本特性说明 p 自 r a me t e r s y m b o l l i mit sun 时 p owe r mos p u r e r s u u p t y v o lt a g e s p v m i , 2 ,s l r n f 1 , 27 5v p re tm o c k t b t l p o w e r b lo c k p o we r s u p p l y v o l a g e v c c , s l v d d , a v m1 5v p v v m c o n t ro l b l o c k p o w e r s u p p ly v o lt a g e ov c c7 v p o w e r rti s s i p a ti o n pd 2 . 分w o p e r a t i n g t e m p e r a t u r e r a n g e了 o w - 3 5 - 十 8 50 c s t o r a g e t e r n p e r a t u r et s k 3 巧5 - + 1 5 1. c . 3 通道b t l 驱动， 2 通道p