一种CMOS欠压保护电路的设计
发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:384
摘要: 本文设计了一种cmos工艺下的欠压保护电路，首先分析了电路的工作原理，而后给出了各mos管的参数计算，并给出pspice仿真的结果。此电路结构简单，工艺实现容易，可用于高压和功率集成电路中的电源保护。
关键词: cmos; 欠压保护
1.引言
在电机驱动、ups等系统中电压的稳定尤为重要，欠压、过压保护是必不可少的，因此通过在芯片内部集成过压、欠压保护电路来提高电源的可靠性和安全性。对功率集成电路，为提高电路的可靠性，保护电路同样必不可少。保护电路的设计要简单、实用，本文设计了一种cmos 工艺下的欠压保护电路，此电路结构简单，工艺实现容易，可用做高压或功率集成电路等的电源保护电路。
2.工作原理分析
欠压保护的电路原理图如图1 所示。共由五部分组成：偏置电路、基准电压产生、欠压检测输入、比较器、反馈回路。
本电路的电源电压是15v，m1、m2、m4、r1 是电路的偏置部分，给后级电路提供偏置，电阻r1 决定了电路的工作点，m1、m2、m4 是电流镜；m3、d1产生基准电压，输入比较器的同相端；分压电阻r2、r3、r4是欠压检测输入，输入比较器的反相端；r4、m5是欠压信号的反馈回路；其余m6~m16 组成四级放大比较器。
m3、d1 产生基准电压，输入比较器的同相端，固定不变是11v，当电源电压正常工作时，反相端的欠压检测输给比较器的反相端的电压大于11v，比较器输出为低，m5截止，反馈电路不起作用；当欠压发生时，分压电阻r2、r3、r4 反映比较敏感，当电阻分压后输给反相端的电压小于11v，比较器的输出电压为高，此信号将m5 开启，使得r4两端的电压变为m5两端的饱和电压，趋近于0v，从而进一步拉低了r2、r3 分压后得输出电压，形成了欠压的正反馈。输出为高，欠压锁定，起到了保护作用。
3.参数计算
对于mos模拟集成电路，各mos管的工作状态和管子尺寸及宽长比决定了电路的功能和性能，下面结合0.6μm工艺，对电路的电阻及各管宽长比进行估算。设定电路的总功耗pm<3mw，vcc是15v，将uth近似为1v。根据总功耗可得总电流：
电路共有八条回路（200/8），可大致分配各路电流20 μ a 左右：故偏置电流20 μ a，即：电阻r1 的阻值大致约;
电路中mos 管均工作在饱和区，mos 管的饱和区的公式：
可以估算出m1 的宽长比，进而由电流镜和pmos 、nmos的宽长比与迁移率的关系
可得m2、m3、m4 的比值，即:
稳压管的电压值的设定要考虑工艺的实现并且要满足m3 工作在饱和区的条件下选定，这里电压值选为11v；而电阻的设计要考虑面积因素。电阻r2、r3、r4 构成分压器，设定此路中电流是30 μ a，忽略m5 的电阻，可得
其中，r3=300kω,r4=70kω
比较器的增益要足够的大，设定比较器的开环增益在80db（104 倍）以上，由于实际制作出的产品往往比理论计算出的放大倍数小很多。因此，我们分配各级的放大倍数分别: aμ1=50,aμ2=20,aμ3=10.总共的放大倍数为各级放大倍数的乘积，即为：
分配各级电流的四路总和不超过110μa（200μa－20×3μa－30μa）。故分配各级电流分别为30 μ a、20 μa、30 μa 和30 μa。这样，我们就可以根据放大倍数和偏置电流来计算出各个管子的宽长比。
对于差分放大级。放大倍数aμ1=50, 偏置电流为30μa，则两个支路的电流为1 5 μ a 。根据计算公式：
第二级，共源放大级。放大倍数a μ2＝20，流过的电流为20 μ a，根据
第三级和第四级推挽cmos 放大级，由公式：
出m13~m15 各管的宽长比为：
差分对的有源负载管宽
关键词: cmos; 欠压保护
1.引言
在电机驱动、ups等系统中电压的稳定尤为重要，欠压、过压保护是必不可少的，因此通过在芯片内部集成过压、欠压保护电路来提高电源的可靠性和安全性。对功率集成电路，为提高电路的可靠性，保护电路同样必不可少。保护电路的设计要简单、实用，本文设计了一种cmos 工艺下的欠压保护电路，此电路结构简单，工艺实现容易，可用做高压或功率集成电路等的电源保护电路。
2.工作原理分析
欠压保护的电路原理图如图1 所示。共由五部分组成：偏置电路、基准电压产生、欠压检测输入、比较器、反馈回路。
本电路的电源电压是15v，m1、m2、m4、r1 是电路的偏置部分，给后级电路提供偏置，电阻r1 决定了电路的工作点，m1、m2、m4 是电流镜；m3、d1产生基准电压，输入比较器的同相端；分压电阻r2、r3、r4是欠压检测输入，输入比较器的反相端；r4、m5是欠压信号的反馈回路；其余m6~m16 组成四级放大比较器。
m3、d1 产生基准电压，输入比较器的同相端，固定不变是11v，当电源电压正常工作时，反相端的欠压检测输给比较器的反相端的电压大于11v，比较器输出为低，m5截止，反馈电路不起作用；当欠压发生时，分压电阻r2、r3、r4 反映比较敏感，当电阻分压后输给反相端的电压小于11v，比较器的输出电压为高，此信号将m5 开启，使得r4两端的电压变为m5两端的饱和电压，趋近于0v，从而进一步拉低了r2、r3 分压后得输出电压，形成了欠压的正反馈。输出为高，欠压锁定，起到了保护作用。
3.参数计算
对于mos模拟集成电路，各mos管的工作状态和管子尺寸及宽长比决定了电路的功能和性能，下面结合0.6μm工艺，对电路的电阻及各管宽长比进行估算。设定电路的总功耗pm<3mw，vcc是15v，将uth近似为1v。根据总功耗可得总电流：
电路共有八条回路（200/8），可大致分配各路电流20 μ a 左右：故偏置电流20 μ a，即：电阻r1 的阻值大致约;
电路中mos 管均工作在饱和区，mos 管的饱和区的公式：
可以估算出m1 的宽长比，进而由电流镜和pmos 、nmos的宽长比与迁移率的关系
可得m2、m3、m4 的比值，即:
稳压管的电压值的设定要考虑工艺的实现并且要满足m3 工作在饱和区的条件下选定，这里电压值选为11v；而电阻的设计要考虑面积因素。电阻r2、r3、r4 构成分压器，设定此路中电流是30 μ a，忽略m5 的电阻，可得
其中，r3=300kω,r4=70kω
比较器的增益要足够的大，设定比较器的开环增益在80db（104 倍）以上，由于实际制作出的产品往往比理论计算出的放大倍数小很多。因此，我们分配各级的放大倍数分别: aμ1=50,aμ2=20,aμ3=10.总共的放大倍数为各级放大倍数的乘积，即为：
分配各级电流的四路总和不超过110μa（200μa－20×3μa－30μa）。故分配各级电流分别为30 μ a、20 μa、30 μa 和30 μa。这样，我们就可以根据放大倍数和偏置电流来计算出各个管子的宽长比。
对于差分放大级。放大倍数aμ1=50, 偏置电流为30μa，则两个支路的电流为1 5 μ a 。根据计算公式：
第二级，共源放大级。放大倍数a μ2＝20，流过的电流为20 μ a，根据
第三级和第四级推挽cmos 放大级，由公式：
出m13~m15 各管的宽长比为：
差分对的有源负载管宽
摘要: 本文设计了一种cmos工艺下的欠压保护电路，首先分析了电路的工作原理，而后给出了各mos管的参数计算，并给出pspice仿真的结果。此电路结构简单，工艺实现容易，可用于高压和功率集成电路中的电源保护。
关键词: cmos; 欠压保护
1.引言
在电机驱动、ups等系统中电压的稳定尤为重要，欠压、过压保护是必不可少的，因此通过在芯片内部集成过压、欠压保护电路来提高电源的可靠性和安全性。对功率集成电路，为提高电路的可靠性，保护电路同样必不可少。保护电路的设计要简单、实用，本文设计了一种cmos 工艺下的欠压保护电路，此电路结构简单，工艺实现容易，可用做高压或功率集成电路等的电源保护电路。
2.工作原理分析
欠压保护的电路原理图如图1 所示。共由五部分组成：偏置电路、基准电压产生、欠压检测输入、比较器、反馈回路。
本电路的电源电压是15v，m1、m2、m4、r1 是电路的偏置部分，给后级电路提供偏置，电阻r1 决定了电路的工作点，m1、m2、m4 是电流镜；m3、d1产生基准电压，输入比较器的同相端；分压电阻r2、r3、r4是欠压检测输入，输入比较器的反相端；r4、m5是欠压信号的反馈回路；其余m6~m16 组成四级放大比较器。
m3、d1 产生基准电压，输入比较器的同相端，固定不变是11v，当电源电压正常工作时，反相端的欠压检测输给比较器的反相端的电压大于11v，比较器输出为低，m5截止，反馈电路不起作用；当欠压发生时，分压电阻r2、r3、r4 反映比较敏感，当电阻分压后输给反相端的电压小于11v，比较器的输出电压为高，此信号将m5 开启，使得r4两端的电压变为m5两端的饱和电压，趋近于0v，从而进一步拉低了r2、r3 分压后得输出电压，形成了欠压的正反馈。输出为高，欠压锁定，起到了保护作用。
3.参数计算
对于mos模拟集成电路，各mos管的工作状态和管子尺寸及宽长比决定了电路的功能和性能，下面结合0.6μm工艺，对电路的电阻及各管宽长比进行估算。设定电路的总功耗pm<3mw，vcc是15v，将uth近似为1v。根据总功耗可得总电流：
电路共有八条回路（200/8），可大致分配各路电流20 μ a 左右：故偏置电流20 μ a，即：电阻r1 的阻值大致约;
电路中mos 管均工作在饱和区，mos 管的饱和区的公式：
可以估算出m1 的宽长比，进而由电流镜和pmos 、nmos的宽长比与迁移率的关系
可得m2、m3、m4 的比值，即:
稳压管的电压值的设定要考虑工艺的实现并且要满足m3 工作在饱和区的条件下选定，这里电压值选为11v；而电阻的设计要考虑面积因素。电阻r2、r3、r4 构成分压器，设定此路中电流是30 μ a，忽略m5 的电阻，可得
其中，r3=300kω,r4=70kω
比较器的增益要足够的大，设定比较器的开环增益在80db（104 倍）以上，由于实际制作出的产品往往比理论计算出的放大倍数小很多。因此，我们分配各级的放大倍数分别: aμ1=50,aμ2=20,aμ3=10.总共的放大倍数为各级放大倍数的乘积，即为：
分配各级电流的四路总和不超过110μa（200μa－20×3μa－30μa）。故分配各级电流分别为30 μ a、20 μa、30 μa 和30 μa。这样，我们就可以根据放大倍数和偏置电流来计算出各个管子的宽长比。
对于差分放大级。放大倍数aμ1=50, 偏置电流为30μa，则两个支路的电流为1 5 μ a 。根据计算公式：
第二级，共源放大级。放大倍数a μ2＝20，流过的电流为20 μ a，根据
第三级和第四级推挽cmos 放大级，由公式：
出m13~m15 各管的宽长比为：
差分对的有源负载管宽
关键词: cmos; 欠压保护
1.引言
在电机驱动、ups等系统中电压的稳定尤为重要，欠压、过压保护是必不可少的，因此通过在芯片内部集成过压、欠压保护电路来提高电源的可靠性和安全性。对功率集成电路，为提高电路的可靠性，保护电路同样必不可少。保护电路的设计要简单、实用，本文设计了一种cmos 工艺下的欠压保护电路，此电路结构简单，工艺实现容易，可用做高压或功率集成电路等的电源保护电路。
2.工作原理分析
欠压保护的电路原理图如图1 所示。共由五部分组成：偏置电路、基准电压产生、欠压检测输入、比较器、反馈回路。
本电路的电源电压是15v，m1、m2、m4、r1 是电路的偏置部分，给后级电路提供偏置，电阻r1 决定了电路的工作点，m1、m2、m4 是电流镜；m3、d1产生基准电压，输入比较器的同相端；分压电阻r2、r3、r4是欠压检测输入，输入比较器的反相端；r4、m5是欠压信号的反馈回路；其余m6~m16 组成四级放大比较器。
m3、d1 产生基准电压，输入比较器的同相端，固定不变是11v，当电源电压正常工作时，反相端的欠压检测输给比较器的反相端的电压大于11v，比较器输出为低，m5截止，反馈电路不起作用；当欠压发生时，分压电阻r2、r3、r4 反映比较敏感，当电阻分压后输给反相端的电压小于11v，比较器的输出电压为高，此信号将m5 开启，使得r4两端的电压变为m5两端的饱和电压，趋近于0v，从而进一步拉低了r2、r3 分压后得输出电压，形成了欠压的正反馈。输出为高，欠压锁定，起到了保护作用。
3.参数计算
对于mos模拟集成电路，各mos管的工作状态和管子尺寸及宽长比决定了电路的功能和性能，下面结合0.6μm工艺，对电路的电阻及各管宽长比进行估算。设定电路的总功耗pm<3mw，vcc是15v，将uth近似为1v。根据总功耗可得总电流：
电路共有八条回路（200/8），可大致分配各路电流20 μ a 左右：故偏置电流20 μ a，即：电阻r1 的阻值大致约;
电路中mos 管均工作在饱和区，mos 管的饱和区的公式：
可以估算出m1 的宽长比，进而由电流镜和pmos 、nmos的宽长比与迁移率的关系
可得m2、m3、m4 的比值，即:
稳压管的电压值的设定要考虑工艺的实现并且要满足m3 工作在饱和区的条件下选定，这里电压值选为11v；而电阻的设计要考虑面积因素。电阻r2、r3、r4 构成分压器，设定此路中电流是30 μ a，忽略m5 的电阻，可得
其中，r3=300kω,r4=70kω
比较器的增益要足够的大，设定比较器的开环增益在80db（104 倍）以上，由于实际制作出的产品往往比理论计算出的放大倍数小很多。因此，我们分配各级的放大倍数分别: aμ1=50,aμ2=20,aμ3=10.总共的放大倍数为各级放大倍数的乘积，即为：
分配各级电流的四路总和不超过110μa（200μa－20×3μa－30μa）。故分配各级电流分别为30 μ a、20 μa、30 μa 和30 μa。这样，我们就可以根据放大倍数和偏置电流来计算出各个管子的宽长比。
对于差分放大级。放大倍数aμ1=50, 偏置电流为30μa，则两个支路的电流为1 5 μ a 。根据计算公式：
第二级，共源放大级。放大倍数a μ2＝20，流过的电流为20 μ a，根据
第三级和第四级推挽cmos 放大级，由公式：
出m13~m15 各管的宽长比为：
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