一种采用180纳米BCD技术的差分共振超声波脉冲器：基本限制与设计考量

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A Differential Resonant Ultrasound Pulser in 180 nm BCD: Fundamental Limits and Design Considerations

　　

摘要：

本文介绍了一种基于180纳米BCD工艺设计差分谐振脉冲器，用于基于压电膜传感器（PMUT）的超声应用。通过采用精确时序的切换方案和差分谐振工作原理，开发出了一种新型的电压提升方法。这项工作的一个重要贡献是首次对脉冲器的工作原理进行了全面的、逐相的分析。该分析揭示了传统基于仿真的方法无法捕捉到的关键相位间耦合机制，并指出了两个之前被忽视的设计限制：1) 串联DMOS结构中固有的交流电流泄漏；2) 由于导通电阻的存在，在放电过程中电感器电流峰值与电容器电压零点交叉之间存在不可避免的时序偏移（Ron）。这些因素为谐振脉冲器的性能设定了基本限制。测量结果验证了所提出的设计，证明了从5伏电源（3.5×）获得17.7伏的输出电压（3.5×），同时功耗降低了71.7%。所测得的性能代表了当前的技术水平，并与理论和仿真结果非常吻合。