1、年月西安郵電學院學報第卷第期轉(zhuǎn)換器中低壓遲滯比較器的電路設計徐靜萍（西安郵電學院電子工程學院，陜西西安）摘要：傳統(tǒng)帶隙電壓基準和遲滯比較器需要至少以上的輸入電壓，而且占芯片面積較大。針對低壓微功耗的要求，設計一種具有帶隙結(jié)構(gòu)的遲滯比較器電路，工作電壓可低至。整個芯片的靜態(tài)電流只有。電路基于工藝設計，利用軟件仿真，結(jié)果表明：根據(jù)產(chǎn)品的電池電壓不同，設計效率高達，遲滯比較器的遲滯電壓為，翻轉(zhuǎn)門限電壓隨輸入電壓和溫度的變化均很小。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換器；帶隙基準；遲滯比較器；中圖分類號：文獻標識碼：文章編號：（）隨著手機、數(shù)碼照相機、數(shù)碼攝像機、筆記本電腦等以電池供電的便攜式設備中彩屏、游戲、內(nèi)置鏡頭、等功

2、能的日益多樣化，推動電源管理器的發(fā)展，同時也對電源管理帶來了越來越大的設計挑戰(zhàn)。對此，必須在兩個方面取得突破：首先是系統(tǒng)級的高性能電源管理，即在同樣的電池容量下，功能的增加不會帶來功耗的顯著增加，其次需要加快研發(fā)更高容量的電池，以延長便攜式設備的使用時間¨。如何提高器件轉(zhuǎn)換效率、降低功耗成了電源設計者首先要解決的問題。筆者針對這樣的要求設計了一款自身具有恒定翻轉(zhuǎn)門限的遲滯比較器，實現(xiàn)了基準源和使能比較器的功能。工作電壓為，效率可達，遲滯比較器的遲滯電壓為。電路設計電路功能遲滯比較器的功能是將反饋電壓與內(nèi)部的門限電壓相比較，控制其它模塊是否正常工作。當反饋電壓比內(nèi)部上門限電壓高時，遲滯

3、比較器的輸出使得其它模塊不工作，當反饋電壓比內(nèi)部下門限電壓高時，遲滯比較器的輸出使得其它?；固猛跫?。 具有帶隙結(jié)構(gòu)遲滯比較器的電路原理帶隙基準遲滯比較器電路如圖所示。電路由部分組成，帶隙基準比較器、射極跟隨器和遲滯比較器。其工作原理為：輸入端與內(nèi)部的基準門限電壓進行比較，當輸入端電壓超過內(nèi)部基準門限時，集電極中沒有電流流過，輸出電流為。當輸入端電壓低于較低門限時，集電極中有電流流過，有電流流過，從而實現(xiàn)了輸出電流的遲滯控制。圖具有帶隙結(jié)構(gòu)遲滯比較器電路圖帶隙基準比較器圖中左邊部分是帶隙基準比較器的原理圖。的發(fā)射區(qū)面積是的倍，設流過集電極的電流為，流過集電極的電流為。、與輸入電壓的關(guān)系圖如圖所

4、示。其工作過程為：當反饋電壓較低時，點電壓比收稿日期：作者簡介：徐靜萍（一），女，工程師，研究方向：模擬集成電路設計，：蜀。萬方數(shù)據(jù)西安郵電學院學報年月點電壓高；當從低電平逐漸增加時，電流、均增加，曲線斜率比曲線斜率小，當達到帶隙基準比較器的翻轉(zhuǎn)門限時，一，點電壓與點電壓相等；當超過帶隙基準比較器的翻轉(zhuǎn)門限時，點電壓比點電壓低，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 。：，歹開么一主一一一，一一。盧。（）圖、與輸入電壓的關(guān)系計算帶隙基準比較器的翻轉(zhuǎn)門限電壓。、構(gòu)成了帶隙電路中的腿對，電流設置電阻是，增益電阻是。限制驅(qū)動的基極電流，這可以防止其進入深飽和、維持電路正確的工作和限制偏置電流。、電阻值相等。當時，一。譜：

5、，。辯（）式中。是結(jié)的反向飽和電流，是熱電壓。（）一一（）解得：一掣（）的基極電壓就是翻轉(zhuǎn)門限電壓，即一××（）將（）式代入（）式，得：××掣（）于是帶隙比較器的翻轉(zhuǎn)門限電壓就等于。在時，。一，與絕對溫度成正比，一一。隨溫度增加而增加，而隨溫度增加而減小，它的溫度系數(shù)等。在式（）中，第一項是正溫度系數(shù)，第二項是負溫度系數(shù)，合理調(diào)節(jié)、的比值和，就可以得到與溫度、電源電壓無關(guān)的翻轉(zhuǎn)門限電壓。 遲滯比較器遲滯比較器的設計不是采用比較器輸出端加反饋電阻到輸入端，改變比較器的輸入門限的方法，而是采用改變電路的平衡性，在比較器的反相輸入端引入一失調(diào)電壓來實現(xiàn)遲滯功能

6、。（）遲滯比較器圖是圖中遲滯比較器的簡化原理方框圖。其工作原理是：當烈為低電平并逐漸增加時，比較器輸出為低電平，反饋回路使得開關(guān)打開。當?shù)\礬一時，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，反饋回路使得開關(guān)閉合。州由高電平開始下降時，反饋回路使得開關(guān)處于閉合狀態(tài)，當?shù)\州一時，比較器發(fā)生跳變，輸出變?yōu)榈碗娖?。因此該比較器遲滯電壓為。一圖遲滯比較器功能方框圖（）實際電路設計圖電路中，、提供遲滯反饋回路。相當于圖中的開關(guān)。、構(gòu)成電流鏡，當集電極有電流流過時，、集電極也就有電流流過。當點電壓高于點電壓時，導通，集電極中有電流流過，的集電極電流流過，的發(fā)射極電位升高，截止，遲滯比較器處于一種工作狀態(tài)（相當于圖中閉合），

7、設此時流過中的電流為。當點電壓低于點電壓時，截止，集電極中沒有電流流過，的集電極電位變低，導通，遲滯比較器處于另一種工作狀態(tài)（相當于圖中打開），設此時流過中的電流為。遲滯過程為：當點電壓從低電平逐漸增加時，截止，集電極中沒有電流流過，的發(fā)射極電位變低，導通，流過中的電流為，當點電壓與點電壓相等時，比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，設此時點電壓為，導通，集電極中有電流流過，的集電極電流流過，的發(fā)射極電位升高，截止，流過中的電流變?yōu)?，由截止變?yōu)閷?，引起流過的電流變化量，兩端的電壓變化量為，相當于遲滯比較器的負端電壓減少，當萬方數(shù)據(jù)第期徐靜萍：轉(zhuǎn)換器中低壓遲滯比較器的電路設計點電壓低于一，遲滯比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)。于是遲

8、滯比較器的遲滯電壓為。（）整體電路的門限電壓和遲滯電壓當從低電平逐漸增加時，于是點電壓高于點電壓，導通，截止。當輸入電壓達到帶隙比較器的翻轉(zhuǎn)門限時，此時遲滯比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，截止，導通，設此時的一：××！掣（）工上當從超過伽電壓逐漸減小時，遲滯比較器的工作點發(fā)生變化，只有當遲滯比較器的電壓達到下翻轉(zhuǎn)門限時，遲滯比較器才翻轉(zhuǎn)，于是當減小到颶一時，并不導通，繼續(xù)減小，當遲滯比較器的電壓達到下翻轉(zhuǎn)門限時，遲滯比較器才會發(fā)生翻轉(zhuǎn)，導通，設此時的：耐一一××！掣一（）工、上是等效到端的輸入電壓，是遲滯比較器的遲滯電壓。于是整體電路的輸入端遲滯電壓為。它與導通時流過的

9、電流、大小有關(guān)。調(diào)節(jié)、的大小可以改變導通時流過的電流，也就可以調(diào)節(jié)這個遲滯電壓。改變的大小可以直接調(diào)整遲滯電壓。仿真驗證遲滯比較器的仿真波形如圖所示。圖為輸出電流與輸入信號的關(guān)系圖，從圖中可以看出，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)的遲滯功能。圖和圖分別為遲滯比較器翻轉(zhuǎn)門限隨電源電壓和溫度的變化結(jié)果，可以看出：遲滯比較器的翻轉(zhuǎn)門限隨溫度和電壓變化均較小，驗證了電路的穩(wěn)定性較高。苦一（）（）圖遲滯電壓比較器仿真波形圖遲滯比較器翻轉(zhuǎn)門限隨電壓的變化圖遲滯比較器翻轉(zhuǎn)門限隨溫度的變化結(jié)論傳統(tǒng)帶隙基準電路和遲滯比較器電路是兩個單獨的電路，其工作電壓要求在以上，這樣勢必造成芯片面積的浪費和功耗的增大。本文設計的具有帶隙結(jié)構(gòu)的遲滯比較器電路將帶隙基準電路和遲滯比較器電路的功能在一個電路中實現(xiàn)，滿足了低壓微功耗的要求，提高了整個芯片的效率。主要用于鎳鎘、鎳氫和堿性電池供電的便攜式產(chǎn)品。參考文獻徐靜萍轉(zhuǎn)換器中低壓高速驅(qū)動電路的設計西安郵電學院學報，（）：，（第舨）閱北京：高等教育出版社，模擬集成電路設計陳貴燦譯西安：西安交通大學出版社，王松林，洪益文，等一種新穎的具有帶隙結(jié)構(gòu)的誤差放大器設計電子器件，（）：盛敬剛，陳志良，等電源的能隙電壓基準源半導體學報，