基于0.5μm BCD工艺的欠压锁存电路设计

=R8，此时：

　　只要适当选择M7，M8管的宽长比和电阻R7，R8的大小，就能使得UVLO仍然输出高电平，从而达到关断基准电源和锁存整个芯片的目的。

　　(3)当VCC上升到大于Von时，由于Q2比Q1的跨导大，所以，IC2迅速超过IC。假设带隙基准比较器中各个镜像对管都处于饱和区，则同第二节(1)中的分析。同一直流通路上的电流ID6较ID4小，这是不可能的，所以这会驱使M4管进入线形区。这样，带隙基准比较器输出X点电位上升到高电平，经反相器反向后使得M9管关闭。A点电位进一步被拉升，从而确保UVLO输出为低电平，使得芯片正常工作。正是由于镜像对管对流过它们电流差异具有高度敏感性，所以这种UVLO电路反应速度很快。当VCC由高压慢慢变低时，同样也有三种情况：

　　①当VCCVoff时，同上一情况中的(3)，IC1IC2，M4工作在线形区，M9工作在截止区，UVLO输出为低电平。

　　②当VCC下降到接近Voff时，类似于前面提到的(2)，这时IC1△IC2，带隙基准比较器中的各个镜像管都工作在饱和区，X点的电位同样可以驱动M7管导通，且使其首先进入在线性区(注意同前面提到的(2)的区别)，M9管关闭，UVLO输出仍为低电压。

　　③当VCC下降到Voff时，IC1>IC2，M6进入线性区，X点电位被拉低，经过反向器作用，M9管导通，此时进一步达到低压锁存的效果。应当注意的是此时的Von≠Voff。

　　从上面的分析可知，当晶体管Q1和Q2的集电极电流相等时，带隙基准比较器各个镜像对管都工作在饱和区，此时A的电压大小非常关键。设此时A点电压为VREF，Q1，Q2集电极电流为：

　　对于双极晶体管的基极发射极电压，有以下关系：

　　而IS∝SE，其中，是晶体管发射极面积。由于Q1的发射极面积是Q2的6倍，所以，式中：

　　由于VBE具有负的温度系数，而VT具有正的温度系数，只要适当选择电阻R1、R2的比值，就可以实现几乎零温度系数的带隙电压。现在再分别计算Von和Voff。

　　由上面分析可知，当电源电压VCC升高到尚未达到UVLO的开启电压Von时，UVLO输出高电平，且M9处于导通状态(忽略其导通电阻)，此时A点电压为：

　　只有VA>VREF时，UVLO的电平才会翻转，这样就得到了开启电压的门限值Von，

　　一旦VCC>Von，M9管关闭，这时A点电压：

　　大于VREF，使得UVLO更稳定地输出低电平。同理，可以得出UVLO的关闭电压值Voff:

　　那么UVLO的滞回区间为：

　　3 电路仿真与分析

　　使用HSpice电路仿真软件在CSMC 0．5μm BCD工艺库下对UVLO电路进行仿真。由上面分析可知，UVLO电平翻转与晶体管Q1，Q2集电极电流变化速度快慢密切相关，所以对带隙基准晶体管上集电极电流变化做了如图4的仿真。从图4中可以明显看出，在2 ms以前，IC1>IC2，UVLO输出高电平。在2 ms时，两个晶体管的电流都急剧变大，但是由于Q2管的跨导比Q1管小，所以很快，IC1IC2，UVLO输出为低电平。下面可同理推出。

　　因为DC－DC芯片应用的温度范围比较大，而且工艺中的电阻、晶体管等受温度影响也比较大，所以在实际设计中，应当充分考虑到这点。在此对UVLO不同温度下进行仿真，尽可能把滞回区间的误差缩小到很小的范围内，以满足DC-DC芯片在宽温度范围内工作。表1和图5是对本文所设计的UVLO电路在-40℃，25℃，80℃和140℃下的仿真结果。从中可以看出，在25℃时，Von=9 V，Voff=7 V，滞回区间是2 V。在其他温度下的偏差最大也不超过0．2 V，可见其最突出的优势是可以在宽温度范围内工作而不失精度。

　　除此之外，当芯片发生欠压锁存时，芯片的功耗也是非常小的。这主要是因为当芯片发生欠压锁存时，芯片的其他部分都不工作，也就不消耗功率，UVLO电路的主要功耗是流过带隙晶体管和R3，R4，R5，R6电阻的电流所产生，只要适当地调节这些电阻阻值就可以把功耗降低到最低，但是考虑到版图的面积，实际仿真中的功耗可减小到150μW以下。

　　4 版图设计

　　使用CSMC 0．5 μm BCD工艺技术，对UVLO电路设计版图。由于利用带隙基准原理，在要求精度较高的情况下，设计时应注意UVLO模块与其他模块隔离。与传统的UVLO电路相比，最显著的提升就是版图面积大大缩小，只要工艺中包含高阻值的电阻类型，这种优势就更为突出。

　　5 结 语

　　在此针对DC-DC电源管理系统所必须的欠压所存功能，详细介绍一种新的改进UVLO电路，相对于传统的UVLO电路，它最突出的优点是不使用额外的带隙基准源和复杂的数字逻辑，因此节省了芯片面积。HSpice仿真结果表明，它在-40～+140℃范围内最大失真不超过2 %，因此可以在宽温度范围内工作。基本适用于各种类型的电源管理类芯片，对工艺要求也不高。