模拟集成电路的设计范文

导语：如何才能写好一篇模拟集成电路的设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：IP技术 模拟集成电路 流程

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-02

1 模拟集成电路设计的意义

当前以信息技术为代表的高新技术突飞猛进。以信息产业发展水平为主要特征的综合国力竞争日趋激烈，集成电路（IC，Integrated circuit）作为当今信息时代的核心技术产品，其在国民经济建设、国防建设以及人类日常生活的重要性已经不言

而喻。

集成电路技术的发展经历了若干发展阶段。20世纪50年代末发展起来的属小规模集成电路（SSI），集成度仅100个元件；60年展的是中规模集成电路（MSI），集成度为1000个元件；70年代又发展了大规模集成电路，集成度大于1000个元件；70年代末进一步发展了超大规模集成电路（LSI），集成度在105个元件；80年代更进一步发展了特大规模集成电路，集成度比VLSI又提高了一个数量级，达到106个元件以上。这些飞跃主要集中在数字领域。

（1）自然界信号的处理：自然界的产生的信号，至少在宏观上是模拟量。高品质麦克风接收乐队声音时输出电压幅值从几微伏变化到几百微伏。视频照相机中的光电池的电流低达每毫秒几个电子。地震仪传感器产生的输出电压的范围从地球微小振动时的几微伏到强烈地震时的几百毫伏。由于所有这些信号都必须在数字领域进行多方面的处理，所以我们看到，每个这样的系统都要包含一个模一数转换器（AD，C）。

（2）数字通信：由于不同系统产生的二进制数据往往要传输很长的距离。一个高速的二进制数据流在通过一个很长的电缆后，信号会衰减和失真，为了改善通信质量，系统可以输入多电平信号，而不是二进制信号。现代通信系统中广泛采用多电平信号，这样，在发射器中需要数一模转换器（DAC）把组合的二进制数据转换为多电平信号，而在接收器中需要使用模一数转换器（ADC）以确定所传输的电平。

（3）磁盘驱动电子学计算机硬盘中的数据采用磁性原理以二进制形式存储。然而，当数据被磁头读取并转换为电信号时，为了进一步的处理，信号需要被放大、滤波和数字化。

（4）无线接收器：射频接收器的天线接收到的信号，其幅度只有几微伏，而中心频率达到几GHz。此外，信号伴随很大的干扰，因此接收器在放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害分量。这些都对模拟设计有很大的挑战性。

（5）传感器：机械的、电的和光学的传感器在我们的生活中起着重要的作用。例如，视频照相机装有一个光敏二极管阵列，以将像点转换为电流；超声系统使用声音传感器产生一个与超声波形幅度成一定比例的电压。放大、滤波和A/D转换在这些应用中都是基本的功能。

（6）微处理器和存储器：大量模拟电路设计专家参与了现代的微处理器和存储器的设计。许多涉及到大规模芯片内部或不同芯片之间的数据和时钟的分布和时序的问题要求将高速信号作为模拟波形处理。而且芯片上信号间和电源间互连中的非理想性以及封装寄生参数要求对模拟电路设计有一个完整的理解。半导体存储器广泛使用的高速/读出放大器0也不可避免地要涉及到许多模拟技术。因此人们经常说高速数字电路设计实际上是模拟电路的

设计。

2 模拟集成电路设计流程概念

在集成电路工艺发展和市场需求的推动下，系统芯片SOC和IP技术越来越成为IC业界广泛关注的焦点。随着集成技术的不断发展和集成度的迅速提高，集成电路芯片的设计工作越来越复杂，因而急需在设计方法和设计工具这两方面有一个大的变革，这就是人们经常谈论的设计革命。各种计算机辅助工具及设计方法学的诞生正是为了适应这样的要求。

一方面，面市时间的压力和新的工艺技术的发展允许更高的集成度，使得设计向更高的抽象层次发展，只有这样才能解决设计复杂度越来越高的问题。数字集成电路的发展证明了这一点：它很快的从基于单元的设计发展到基于模块、IP和IP复用的

设计。

另一方面，工艺尺寸的缩短使得设计向相反的方向发展：由于物理效应对电路的影响越来越大，这就要求在设计中考虑更低层次的细节问题。器件数目的增多、信号完整性、电子迁移和功耗分析等问题的出现使得设计日益复杂。

3 模拟集成电路设计流程

3.1 模拟集成电路设计系统环境

集成电路的设计由于必须通过计算机辅助完成整个过程，所以对软件和硬件配置都有较高的要求。

（1）模拟集成电路设计EDA工具种类及其举例

设计资料库―Cadence Design Framework11

电路编辑软件―Text editor/Schematic editor

电路模拟软件―Spectre，HSPICE，Nanosim

版图编辑软件―Cadence virtuoso，Laker

物理验证软件―Diva，Dracula，Calibre，Hercules

（2）系统环境

工作站环境；Unix-Based作业系统；由于EDA软件的运行和数据的保存需要稳定的计算机环境，所以集成电路的设计通常采用Unix-Based的作业系统，如图1所示的工作站系统。现在的集成电路设计都是团队协作完成的，甚至工程师们在不同的地点进行远程协作设计。EDA软件、工作站系统的资源合理配置和数据库的有效管理将是集成电路设计得以完成的重要保障。

3.2 模拟集成电路设计流程概述

根据处理信号类型的不同，集成电路一般可以分为数字电路、模拟电路和数模混合集成电路，它们的设计方法和设计流程是不同的，在这部分和以后的章节中我们将着重讲述模拟集成电路的设计方法和流程。模拟集成电路设计是一种创造性的过程，它通过电路来实现设计目标，与电路分析刚好相反。电路的分析是一个由电路作为起点去发现其特性的过程。电路的综合或者设计则是从一套期望的性能参数开始去寻找一个令人满意的电路，对于一个设计问题，解决方案可能不是唯一的，这样就给予了设计者去创造的机会。

模拟集成电路设计包括若干个阶段，设计模拟集成电路一般的过程。

（l）系统规格定义；（2）电路设计；（3）电路模拟；（4）版图实现；（5）物理验证；（6）参数提取后仿真；（7）可靠性分析；（8）芯片制造；（9）测试。

除了制造阶段外，设计师应对其余各阶段负责。设计流程从一个设计构思开始，明确设计要求和进行综合设计。为了确认设计的正确性，设计师要应用模拟方法评估电路的性能。

这时可能要根据模拟结果对电路作进一步改进，反复进行综合和模拟。一旦电路性能的模拟结果能满足设计要求就进行另一个主要设计工作―电路的几何描述（版图设计）。版图完成并经过物理验证后需要将布局、布线形成的寄生效应考虑进去再次进行计算机模拟。如果模拟结果也满足设计要求就可以进行制造了。

3.3 模拟集成电路设计流程分述

（1）系统规格定义

这个阶段系统工程师把整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的/黑盒子，不仅要对其中每一个进行功能定义，而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。

（2）电路设计

根据设计要求，首先要选择合适的工艺制程；然后合理的构架系统，例如并行的还是串行的，差分的还是单端的；依照架构来决定元件的组合，例如，电流镜类型还是补偿类型；根据交、直流参数决定晶体管工作偏置点和晶体管大小；依环境估计负载形态和负载值。由于模拟集成电路的复杂性和变化的多样性，目前还没有EDA厂商能够提供完全解决模拟集成电路设计自动化的工具，此环节基本上通过手工计算来完成的。

（3）电路模拟

设计工程师必须确认设计是正确的，为此要基于晶体管模型，借助EDA工具进行电路性能的评估，分析。在这个阶段要依据电路仿真结果来修改晶体管参数；依制程参数的变异来确定电路工作的区间和限制；验证环境因素的变化对电路性能的影响；最后还要通过仿真结果指导下一步的版图实现，例如，版图对称性要求，电源线的宽度。

（4）版图实现

电路的设计及模拟决定电路的组成及相关参数，但并不能直接送往晶圆代工厂进行制作。设计工程师需提供集成电路的物理几何描述称为版图。这个环节就是要把设计的电路转换为图形描述格式。模拟集成电路通常是以全定制方法进行手工的版图设计。在设计过程中需要考虑设计规则、匹配性、噪声、串扰、寄生效应、防门锁等对电路性能和可制造性的影响。虽然现在出现了许多高级的全定制辅助设计方法，仍然无法保证手工设计对版图布局和各种效应的考虑全面性。

（5）物理验证

版图的设计是否满足晶圆代工厂的制造可靠性需求？从电路转换到版图是否引入了新的错误？物理验证阶段将通过设计规则检查（DRC，Design Rule Cheek）和版图网表与电路原理图的比对（VLS，Layout Versus schematic）解决上述的两类验证问题。几何规则检查用于保证版图在工艺上的可实现性。它以给定的设计规则为标准，对最小线宽、最小图形间距、孔尺寸、栅和源漏区的最小交叠面积等工艺限制进行检查。版图网表与电路原理图的比对用来保证版图的设计与其电路设计的匹配。VLS工具从版图中提取包含电气连接属性和尺寸大小的电路网表，然后与原理图得到的网表进行比较，检查两者是否一致。

参考文献

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集成电路设计公司在招聘版图设计员工时，除了对员工的个人素质和英语的应用能力等要求之外，大部分是考查专业应用的能力。一般都会对新员工做以下要求：熟悉半导体器件物理、CMOS或BiCMOS、BCD集成电路制造工艺；熟悉集成电路（数字、模拟）设计，了解电路原理，设计关键点；熟悉Foundry厂提供的工艺参数、设计规则；掌握主流版图设计和版图验证相关EDA工具；完成手工版图设计和工艺验证[1，2]。另外，公司希望合格的版图设计人员除了懂得IC设计、版图设计方面的专业知识，还要熟悉Foundry厂的工作流程、制程原理等相关知识[3]。正因为其需要掌握的知识面广，而国内学校开设这方面专业比较晚，IC版图设计工程师的人才缺口更为巨大，所以拥有一定工作经验的设计工程师，就成为各设计公司和猎头公司争相角逐的人才[4，5]。

二、针对企业要求的版图设计教学规划

1.数字版图设计。数字集成电路版图设计是由自动布局布线工具结合版图验证工具实现的。自动布局布线工具加载准备好的由verilog程序经过DC综合后的网表文件与Foundry提供的数字逻辑标准单元版图库文件和I/O的库文件，它包括物理库、时序库、时序约束文件。在数字版图设计时，一是熟练使用自动布局布线工具如Encounter、Astro等，鉴于很少有学校开设这门课程，可以推荐学生自学或是参加专业培训。二是数字逻辑标准单元版图库的设计，可以由Foundry厂提供，也可由公司自定制标准单元版图库，因此对于初学者而言设计好标准单元版图使其符合行业规范至关重要。2.模拟版图设计。在模拟集成电路设计中，无论是CMOS还是双极型电路，主要目标并不是芯片的尺寸，而是优化电路的性能，匹配精度、速度和各种功能方面的问题。作为版图设计者，更关心的是电路的性能，了解电压和电流以及它们之间的相互关系，应当知道为什么差分对需要匹配，应当知道有关信号流、降低寄生参数、电流密度、器件方位、布线等需要考虑的问题。模拟版图是在注重电路性能的基础上去优化尺寸的，面积在某种程度上说仍然是一个问题，但不再是压倒一切的问题。在模拟电路版图设计中，性能比尺寸更重要。另外，模拟集成电路版图设计师作为前端电路设计师的助手，经常需要与前端工程师交流，看是否需要版图匹配、布线是否合理、导线是否有大电流流过等，这就要求版图设计师不仅懂工艺而且能看懂模拟电路。3.逆向版图设计。集成电路逆向设计其实就是芯片反向设计。它是通过对芯片内部电路的提取与分析、整理，实现对芯片技术原理、设计思路、工艺制造、结构机制等方面的深入洞悉。因此，对工艺了解的要求更高。反向设计流程包括电路提取、电路整理、分析仿真验证、电路调整、版图提取整理、版图绘制验证及后仿真等。设计公司对反向版图设计的要求较高，版图设计工作还涵盖了电路提取与整理，这就要求版图设计师不仅要深入了解工艺流程；而且还要熟悉模拟电路和数字标准单元电路工作原理。

三、教学实现

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【关键词】带隙基准；曲率补偿；高稳定性

1.引言

基准电路包括基准电压源和基准电流源，在电路中提供电压基准和电流基准，是模拟集成电路和混合集成电路中非常重要的模块[1]。随着集成电路规模的不断增大，特别是芯片系统集成（SOC）技术[2]的提出，使基准电路被广泛使用[3]的同时，也对其性能提出了更高的要求。

基准电压源是指被用作电压参考的高精确、高稳定度的电压源，理想的基准电压是一个与电源、温度、负载变化无关的量[4]。基准电压源是现代模拟电路极为重要的组成部分，它对高新模拟电子技术的应用与发展具有重要作用。在许多模拟电路中，如数模转换器（DAC）、模数转换器（ADC）、线性稳压器和开关稳压器中都需要高精度、高稳定度的电压基准源。特别是在精密测量仪器仪表和现代数字通信系统中，经常把集成电压基准源作为系统测量和校准的基准。鉴于此，国外许多模拟集成电路制造厂商相继推出许多种类的高精度集成电压基准产品。随着电路系统结构的进一步复杂化，对模拟电路基本模块提出了更高的精度和速度要求，这样也就意味着系统对其中的基准电压源模块提出了更高的要求。

本论文在分析研究宽电压源、高精度、低温度系数集成电压基准源的电路结构的基础上，探索设计出一种输出电压为2.5V的最佳的电路结构，以实现电路宽电源电压范围（3V～36V）、低温度漂移系数（≤10ppm/℃， -40℃～+85℃）、高精度的设计指标。

2.宽电源电压集成电压基准源设计

2.1 传统的带隙基准源[5][6]

基准电压源经历了电阻分压式基准电压源、PN结基准电压源、击穿二极管基准电压源、自偏置电路电压源的发展。以上各种基准电压源中，电阻或有源器件直接分压形成的基准不能独立于电源，精度非常低。

1971年，Robert Widlar提出了一种带隙参考电压源技术。该技术可得到一种不依赖电源并几乎与温度无关的独立基准，可在低电源电压下工作，并与标准CMOS工艺兼容这些优点使其获得了广泛的研究和应用，也是本次设计采用的技术。图1是带隙基准电源的基本原理图。

利用热电压VT的正温度系数与双极型晶体管的基极-发射极电压VBE的负温度系数相互补偿，以减小温度漂移。其中VBE的温度系数在室温时大约-2mV/℃；而热电压VT=KT/q，其温度系数在室温下大约为+0.085mV/℃。将电压VT乘以常数K以后与电压VBE相加，便可得到输出电压VREF为：

即理论值K≈23.26，它使得带隙基准电压的温度系数值在理论上为零。由于VT与电源电压无关，而VBE受电源电压变化的影响很小，故VREF受电源电压的影响也很小。

带隙基准电压源经历了从Widlar带隙基准电压源、Brokaw带隙基准电压源、传统典型的带隙基准电压源及基于PTAT（proportional to absolute temperature）的带隙基准电压源、CMOS带隙电压基准源电路的发展，能够输出比较精确的电压，但其电源电压高，其基准输出范围及各项性能有限，故要得到高精度低漂移的宽电源电压集成电压基准源，就必须对以上电路在结构上进行改进和提高。

2.2 宽电源电压集成电压基准源的设计

图2所示为带隙基准电压源电路基本结构框图，它主要由五部分组成[7]：

1）带隙电压内部环路—主要功能是产生带隙电压。

2）运算放大器—使带隙电压内部环路中两个需要具有相同电压的点稳定在相同的电压。

3）输出级—用来产生最终的带隙基准参考电压和电流。

4）启动电路—主要功能是确保电路在上电的时候能够进入正常的工作状态。

5）偏置电路—为运算放大器的工作提供偏置电流。

本文所涉电路采用6μm标准双极型工艺实现，实现了一种基于曲率补偿，具有高稳定性的带隙基准电路。本文在分析比较各种基准电压源性能的前提下，最终选择了以基于PTAT（与绝对温度成正比）改进的带隙基准源电路作为设计的基础，并对其原理进行了详细的分析。为了进一步提高基准电压源的性能，在深入研究温度和电源电压的变化对带隙基准电路稳定性影响的基础上，指出基极一发射极电压与温度的非线性关系是造成基准不稳定的主要原因，针对这种情况，采用了环路补偿方法来进行高阶温度补偿：利用环路补偿电流（INL）的非线性特性去补偿基射结电压（VBE）的非线性。并且将补偿电流（INL）和与绝对温度成正比的电流（IPTAT）直接相加实现了很好的补偿。不仅结构简单还获得了较好的温度系数。另外，对所采用的运算放大器、启动电路和温度保护电路也进行了研究，并设计了优化合理的电路结构。分块对带隙基准核心电路、曲率补偿电路、运算放大器电路、偏置电路、启动电路进行设计并仿真。所设计的整体电路图如图3所示。

其中（a）为带隙基准核心电路，（b）为运算放大器电路，（c）为曲率补偿电路，（d）为偏置电路，（e）为启动电路，（f）为输出级。

3.仿真结果及分析

在Cadence设计平台下的Spectre仿真器中基于6μm标准双极型工艺模型对电路进行了仿真。得到电路的直流电压特性曲线、温度特性曲线、电源电压抑制比曲线、负载调整率曲线、噪声特性曲线、启动时间曲线，如同4所示。

4.结论

本文通过对带隙基准电压源深入的理论研究，完成了全双极性带隙基准电压源的设计，该基准电压源基于双极型工艺，通过Spectre验证，温度系数仅为6ppm/℃，并具有78?V/V的电源电压调整率以及高达78dB的交流PSRR，高精度，低噪声和驱动能力强等特性。其中各项设计指标完全达到预期要求，具有一定的优点和实用价值。

参考文献

[1]孟波，邹雪城，孟超.一种高性能CMOS基准电压源电路设计[J].微电子学与计算机，2003（8）：161-162.

[2]孙顺根，吴晓波，王旃等.一种高精度CMOS能隙基准电压源[J].微电子学，2003，33（2）：157-159.

[3]彭增发，黄晟，毛友德等.一种新型的高噪声抑制比及高温度稳定性的基准电压产生器[J].微电子技术，2003，33 （3）：51-55.

[4]P.E.Allen，D.R.Holberg.CMOS Analog Circuits Design[M].（2nd）.NewYork，USA：Oxford University Press：2002.

[5]Philip E.Alen Douglas R.Holberg.CMOS Analog Circuit Design[M].Publishing House of Electronics In dustry，2005.

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【关键词】微电子专业实验 教学改革

【中图分类号】G424 【文献标识码】A 【文章编号】1006-5962（2013）02（a）-0019-01

引言：

微电子学是一门发展极为迅速的学科，高集成度、低功耗、高性能、高可靠性是微电子学发展的方向。现代社会是一个信息社会，信息技术发展的方向是多智能化、网络化和个体化。要求系统获取和存储海量的多媒体信息、以极高速度精确可靠的处理和传输这些信息并及时地把有用信息显示出来或用于控制。所有这些都只能依赖于微电子技术的支撑才能成为现实。超高容量、超小型、超高速、超高频、超低功耗是信息技术无止境追求的目标，是微电子技术迅速发展的动力。

目前我国的微电子行业领域正以日新月异的速度高速向前发展，但是微电子专业学生往往理论强于实践，成为制约我国微电子行业发展的最大障碍。为了培养出合格的微电子专业毕业生，在微电子教学过程中必须理论和实践并重。

我们在结合我校多年微电子专业实验教学的实践工作以及目前微电子行业的现状和前景，提出了在本科阶段微电子专业实验改革实验内容――抓好两大平台建设；革新实验课程教学体系的新思路――因人而宜，因材施教，学生为主，教师为辅。

微电子专业实验改革实验内容：

在实验改革中主要分成两大主要平台：集成电路设计平台和集成电路测试平台。

集成电路设计平台：

实验室是开展研究性教学、培养和提高学生创新能力的重要阵地。微电子实验所涉及的一些必要的实验装备往往价格不菲，而一些综合性、设计性、研究探索性实验以及课程综合设计所需要的系统级先进设备和测试仪表更是价格惊人，在本科教学实验室中根本无法配置。为了解决这一矛盾，我们在实验室建设中引进先进的EDA软件，包括ECAD和TCAD软件构建集成电路设计模块。在这个模块中学生可以完成（1）数字IC和模拟IC的设计：进行数字集成电路、模拟集成电路和片上系统SoC的设计实验；（2）可以完成版图设计：进行数字集成电路版图设计、模拟集成电路版图设计；（3）还可以完成器件和工艺设计：进行微电子器件、纳电子器件和光电子器件的结构设计、性能仿真、工艺设计、参数优化和虚拟制造的实验。利用这些软件学生不仅可以完成一些过去因条件限制根本无法完成的综合性、设计性实验和课程设计，更主要的是学生在开展科技创新训练和复杂程度高的系统级毕业设计中，可以首先利用这些软件平台进行设计、仿真分析、反复修改，在获得正确设计和初步结果后再利用实验设备和测试仪器进行实验验证。这样做不仅减少了研究工作和实验工作的盲目性，而且降低了运行成本和设备维修率，提高了设备利用率。

集成电路测试平台：

该平台是针对微电子技术本科专业中关于半导体器件物理、固体电子导论、微电子器件设计、半导体基础实验、集成电路测试等课程的教学要求，完成以下几个模块设计实验：（1）半导体材料测试模块。通过四探针测试仪（包括电脑、软件）、导电类型鉴别仪、半导体霍尔效应测试仪和少子寿命测试仪可进行半导体材料（硅片）的导电类型、电阻率、电导率和少子寿命测试等实验和研究。（2）半导体器件测试模块。通过晶体管特性测试测试仪、数字万用表、半导体特性分析仪和CV特性测试仪可进行二极管、NPN、PNP、MIS和MOS晶体管的特性测试和参数提取的实验和研究。（3）IC在晶圆测试模块。通过STl03A手动探针台、数字示波器和逻辑分析仪可进行集成电路和半导体器件性能的在晶圆测试的实验和研究。（4）版图分析与电路提取模块，利用大平台显微镜、计算机和数字摄像头可进行集成电路的版图分析、图形测量和电路提取实验和研究。

微电子专业实验课程新教学体系：

为了培养高素质的、有创新能力的、符合新时代要求的学生，我们制定了新的微电子教学实验大纲。新大纲具有以下特点：（一）内容覆盖范围广，包括大部分微电子专业课程内容：半导体器件物理、固体物理、集成电路版图和工艺设计、集成电路CAD和微电子器件等等；（二）对实验者水平要求更高，编排结构更合理。大部分实验包含基本验证性和综合分析性，要求学生掌握扎实的基本知识，突出对学生能力培养和素质教育；（三）大纲规定了必做实验和选做实验两种类型实验，必做类型要求所有学生都要完成，而选做实验主要是针对部分学生开设的能力提高型实验，做到“因人而宜，因材施教”。

与此同时，根据大纲的修订，我们对《微电子专业实验》讲义进行了重新编排，以了解新知识，掌握新技能，培养新能力为重点。通过大纲和讲义的修订和编排都为微电子专业实验的教学改革奠定了基础。

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由电池供电的便携式产品制造商也面临着日益增大的压力，他们要将更多功能塞进外形尺寸已经受限的产品中，同时还要获得更长的电池工作时间。例如，大多数便携式媒体播放器(PMP)都有视频和MP3播放功能。因此，内部电子电路需要多种具有不同功率级的低压输出轨。很明显，导致这一结果的主要原因是，大多数大规模数字集成电路的工作电压是1.2V或更低，而同时存储器和I/O电压需求可能在2.2～3.3V之间。这样，直接对锂离子电池使用多个单POL DC/DC转换器越来越不实用了，因此系统设计师正在采用更加集成化的方法。

与传统线性稳压器相比，同步降压型转换器在电池工作时间上有极大改进，因为它提高了转换效率。这类转换器一般具有95％的转换效率，而且几乎无须任何散热措施。然而，这种高效率是以占用更多电路板空间为代价的，因为每个通道都要增加一个电感器，因此保持最小总体解决方案占板面积极其重要。通过将多个通道整合到一个同步降压型解决方案中，这些通道就可以全部用一个输入电容器工作，从而可保持解决方案占板面积最小。

为什么需要绿色电源

最近，“绿色环保”概念广为流行，在新闻媒体中有大量报道。结果，大多数工业化国家普遍接受了需要节约能源这一观点。这是因为，随着这些国家人口的增加，他们对能源的需求也增加了，他们需要给新房子的加热/冷却系统、照明和家用电器供电。不仅建立新的发电设施耗费大量金钱，电能产生后向用户供电的成本也很高。据观察，与建立新的发电设施相比，将大多数家用电器的电流能耗降低15％～20％是更经济的做法。

由于建立新的发电设施成本很高，因此很多国家已经采用了所谓的“绿色政策”，以此鼓励制造商在最终产品中纳入节能技术。在这种政策激励下，很多电源管理产品供应商在提高产品电源转换效率和降低产品在备用模式时的功耗方面取得了很大进步。

就用于节能型DC/DC转换器的电源管理集成电路而言，必须具有两个主要特点。首先，必须在宽负载电流范围内具有非常高的转换效率。其次，在备用和停机模式时必须有低静态电流。

就很多嵌入式系统而言，在电压日益降低的情况下不断提高电流这种需求，继续推动着电源系统的发展。在这一领域取得的很多进步都可以追溯到电源转换技术领域取得的成果，尤其是电源集成电路和电源半导体的改进。总的来说，这些组件允许以对电源转换效率影响最小的方式提高开关频率，为提高电源性能做出了贡献。能够做到提高开关频率并对效率影响最小，靠的是降低开关和接通状态损耗以及容许高效率地去除热量。不过，向较低输出电压迁移给这些因素带来了更大的压力，这又导致了极大的设计难题。

多相工作被认为是用于转换拓扑的一般性术语，在这些拓扑中，用两个或更多转换器处理单个输入，转换器相互同步，但以不同的锁定相位工作。这种方法减小了输入纹波电流、输出纹波电压和总的RFI特征，同时在输出电压完全稳定的情况下允许单个大电流输出或多个较低电流输出。就用一个单片器件提高输出电流能力而言，它还允许使用较小的外部组件，因为多个较小的MOSFET可以非常容易地“在芯片上”制造出来。

尽管降压型转换器应用更加普遍，但是多相拓扑可以配置成降压、升压甚至是正激式。今天，从12V输入至1.xV输出的转换效率高达95％是寻常之事。此外，通过运用一种脉冲跳跃、脉宽调制(PWM)技术，还可以轻松地在横跨多个数量级的负载电流范围内实现高效运作。这还有一个附带的好处，即向负载提供小电流时能够获得低静态电流。通常情况下静态电流在几十μA范围内。

用于嵌入式系统的方案与用于电池供电的手持式设备的方案没有太大不同，可能的例外是，很多便携式应用对组件高度有严格限制。这可能成为电源转换器的难题，因为电感器和滤波电容器通常属于最高的组件。然而，多相架构非常适用于这类应用，组件高度甚至降低到仅为1.5mm。

不同模拟集成电路供应商提供的很多单片多相转换器与可比较的单相转换器相比，尺寸会更小，高度更低，能以更高效率和更低输出纹波提供超过10W的输出功率。

例如，考虑单片、同步、高开关频率(每相高达2MHz)、四相电源集成电路架构。这类产品的一个例子是LTC3425，如图1所示。它允许使用多个体积小、成本低的电感器，而不是单个又大、又笨重的电感器，而且与同类单相电路相比，需要少得多的输出滤波器电容，因为有效的输出纹波频率高达8MHz。此外，所需的全部功率MOSFET都在芯片内。这非常适用于需要使用扁平组件以及空间受限的电路板和便携式设备。

另外，用多相方法设计转换器与设计传统单相转换器没有不同。所有电源开关都在内部，因此四相工作是透明的。所有四相的限流值和开关频率都可以非常容易地用单个电阻编程，就像在单相设计中一样。类似地，输出电压设置和环路补偿与其他熟悉的DC/DC转换器设计也没有不同。

这种类型POL转换器的同步四相架构在宽负载范围内实现了高效率，同时允许使用扁平的组件。最后，由于输出纹波电流以4：1的比例降低，因此用小尺寸和较低成本的陶瓷电容器就可实现非常低的输出电压纹波。

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Mc34726／27器件采用了飞思卡尔的SMARTMOS技术。在那些将锂离子或锂聚合物电池作为电源的移动应用中，该技术能提高它们在低负荷时的效率，并延长备用时间。

当标准降压整流器的输出负荷低时，大部分能量损耗变成开关损耗。由于在低输出活动(如蜂窝电话备用)中使用了飞思卡尔重力模式架构，MC34726／27降压稳压器能平滑过渡到脉冲跳频模式，通过降低开关频率提高功率和延长电池寿命。重力模式架构通常用来改进低负荷电流期间出现的波纹性能，同时维持低静态电流。

凭借2mm×2mm×0.65mm的超小体积封装和高操作频率，MC34726／27几乎不需要板卡，实现真正的小体积设计。这些器件专用于对板卡空间有严格要求的应用和使用单节锂离子电池的应用，如手机、PMP和MP3播放器。

独特的SMARTMOS技术

事实上，MG34726／27系列产品是使用飞思卡尔SMARTMOS技术开发的，这种高度集成的特点可减少对外部元件的需要，同时在空间有限的应用中减少需要的元件总数。所谓的SMARTMOS是飞思卡尔智能电源技术的名称，它是混合信号模拟集成电路的骨干。SMARTMOS技术产品充当了领先微处理器的洁净目，精密的数字环境与不很精细的外部世界之间的接口。它们是无线设备、汽车电子和计算机设备不可或缺的一部分。在手机中，SMARTMOS产品调节功耗、扩大音频信号并且，为彩屏提供电源。在喷墨式打印机中，它们驱动电机并使喷嘴供墨。在汽车中，它们帮助控制引擎和制动系统、安全气囊的部署和座椅定位。

飞思卡尔的SMARTMOS技术可以将高密集度、高速逻辑和精密模拟、高电压高电流的电源电路集成在一个芯片上。这种“智能集成”可以帮助开发出高度灵活的模拟产品，降低成本，减少设备空间和系统设计复杂性。飞思卡尔拥有业内最广泛的8位微控制器系列产品，该产品与电源管理集成电路一起形成封装级的解决方案和单一芯片专用半导体产品(ASSP)。

MC34726／27的特性

・前馈电压模式控制架构

・300mA或600mA负荷电流

・全负荷时0.7％的波纹，低负荷时1％的波纹(重力模式架构)

・重力模式静态电流为55μA

・工厂预设输出电压范围：0.8V～3.3V

・单输入电压轨：2.7V～5.5V

篇7

1977年恢复高考，我兴致勃勃地报考无线电专业，而且数学得了99分，我非常高兴！结果是腿有残疾，体检不合格，希望破灭了。诗人李白说：“天生我材必有用”，我手不残，心不残，是可以为祖国作出贡献的；不能上大学，就自学，只要刻苦努力，注意改进学习方法，同样可以达到大学水平。

自学无线电困难是很多的，除一般自学者常见的困难之外，最大的困难是缺乏实验设备。因为不能做实验，对理论的理解也就很难深入。我的工作是搞仪表维修，我就有意识地把我的工作岗位当作我自学的实验室，把自学中学到的知识运用到工作中来。

一天快下班的时候，车间的同志送来一台出了故障的偏差电桥，希望尽快修好。我检查了一下，是其中的除法器电路工作不正常。这种电路，我在自学《模拟集成电路应用》和《模拟电子技术基础》等书中读到过，可是由于条件所限，当时没有做实验，现在工作给我出了这个课题，我立即翻出以前的学习笔记，对照仪表的说明书和图纸检修起来。下班的铃声响过了，工厂的院子里静悄悄的，我却不想回家。我仔细地检查这部分电路中的每一个元器件，换下出故障的晶体管，利用手头的仪器、仪表测试电路的各种参数，做好记录，然后计算出电路实测得的传输函数、动态范围、温度补偿性能等数据，与教材中定量分析得到的理论值进行比较，并试验了这种电路的调试手续和计量方法。这台电桥终于修复了，我对这种除法器也不是陌生的了。没有自学的知识我修不好这台仪器；不修这台仪器，我学到的知识也是不巩固、不完整的。

高等院校理工科安排的实习和毕业设计是为了考核学生对专业知识的掌握程度，培养学生解决实际工作问题的能力。这种实是在工厂或科研单位进行的。长期在工厂做实际工作的自学者，工作便是最好的实习机会，应当充分加以利用。

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关键词：集成电路，移相电路元件参数发生变化，扭环形计数器，专用可控硅移相KJ004集成电路，单一移电路，快速同步压控振荡器

 

1.关于新型专用移相器件和触发器件的研发

即使目前有些科研单位及厂家研制出专用移相集成电路，使得三相桥式触发电路更简单，可靠性高大为提高。

如20多年前，西安交通大学自动化教研室曾经使用过的KJ系列专用触发集成电路是陕西航空部一间分公司在出品的，由KJ系列专用触发移相集成电路和六路双脉冲形成电路组成的三相桥式触发电路，使原来由普通公立元件组成的六块触发电路板比较来说已显得简单很多了，这种电路在脉冲输出端加功率扩展可以触发较大功率的可控硅。

这种由KJ004及KJ041组成的触发电路仍需要三块KJ004移相集成电路和三套电压过零采样变压器及其相关电路组成，这样必需存在三套电压过零采样变压器及其相关电路和三套移相电路。移相电路均由RC元件组成，每个移相电路由一个电阻和一个电容器组成RC时间常数电路，存在三个移相电路，即起码有六个RC元件及三块KJ004移相集成块，这样难免由六个RC元件参数变化及多块集成电路参数不一致性而引起三个移相电路存在不同的相位的差异，也同样会造成三相电压波头不平；采用三套电压过零采样变压器及其相关电路组成，其中一套电压过零采样变压器及其相关电路出故障，造成更大的输出电压波头不平，出现上面已讲过的故障原因。

2.国内企业应用经验

在20年前，己有行家想到这一问题，为了避免采用三套电压过零采样变压器及其相关电路和三套移相电路，曾经使用KC05组成的单一套电压过零采样变压器及其相关电路和单一移相电路。

例如以A相作为电压过零采样基准，KC05便得到+A、－A两脉冲，采用以A相作为同步电压作基准，通过延时电路得到其他两相的脉冲，根据相序关系，－C滞后+A 60度，+B滞后+A 120度，+C滞后－A 60度，－B滞后－A120度，则60度相当于3.33ms，而120度相当于6.67ms，通过延时3.33ms及6.67ms得到B相和C相的脉冲，作为移相触发电路，可见此办法可行，但是要存在四套延时电路，这四套延时电路偏偏与B相和C相的移相有关，由于延时元件参数存在物理的差异及使用时间长了所产生的变值，也同样会造成三相电压波头不平，又可见没有真正解决存在问题。

3.本文采用单电压过零采样及单个移相电路的构思与实现

本文主要介绍如何实现及克服前面所述各种电路结构存在的问题，这里一举改变传统的做法，将前面陈述过的使用三组移相电路组成的三相桥式SCR触发电路的传统模式去掉，试图只采用A相作为单电压过零采样作基准、一块专用的可控硅移相KJ004集成电路、一块KJ041六路双脉冲电路及模拟集成电路和数字集成电路组成的三相桥式的一种新型的可控硅触发电路。

3.1电路组成见图1。

图1

电路结构将由一块而不再是三块KJ004移相集成电路和一块KJ041六路双脉冲集成电路及四块数字逻辑电路的CD4013双D触发器、二块CD4023三输入三与非门逻辑电路、一块带缓冲器的六反相CD4069集成电路、一块CD4070二输四异或门电路、一块双运放LM741线性集成电路、一块CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器和由九个线性电阻所组成的D/A转换电路由一块CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器和线性电阻所组成的D/A转换电路及一块VCO压控振荡等组成新的三相桥式SCR触发电路，这种电路几乎全数字化。各集成电路的详细的工作原理在这里不作介绍。

3.2这种电路的特点及优点

（1）本电路特点是只用单个电压过零采样变压器及其相关元件，并以A相电压过零采样作为基准，B相和C相脉冲通过逻辑电路分配而获得，在电路原理说明中再表述。避免了传统的采用三个电压过零采样变压器及其相关元件所组成的电压过零采样电路，传统的采用三个电压过零采样变压器及其相关元件中一个电压过零采样变压器及其相关元件的参数差异和变化所造成输出电压波头不平的缺点。

（2）本电路又一特点是用一块专用的可控硅移相KJ004集成电路，与由三块KJ004组成的移相电路相比，电路显待简单得多及可靠得多，并解决了传统、典型的三相桥式触发电路由六个RC元件参数变化及多块集成电路参数不一致性而引起三个移相电路存在不同的相位的差异所造成三相电压波头不平；移相电路只采用一块而不再是三块移相集成电路，故影响相位变化的元件只有两个RC元件及只有一块移相集成的变化，当它们发生参数变时，则三相电压波头都同时变化，不会出现波头不平的现象。

（3）用数字集成电路、模拟集成电路等组成A相、B相和C相的可控硅元件的触发脉冲，A相、B相、C相脉冲通过逻辑电路分配而获得，也是这一电路特点之一，其原理在电路原理说明中再表述。

（4）本电路再一特点是用一块KJ041六路双脉冲电路，这种电路做在一块电路板上，由于使用的是集成电路，分立元件少，外接线口十分少，故事故发生率也少，特别与分立元件所组成的触发电路比较来说，电路显得更简单可靠。

由于这里使用的集成电路都是采用插座式连接，更换集成电路很方便，如果集成电路发生故障更换很容易（比较分立元件来说），如果分立元件发生故障，只要将IC全部拔出，那么电路板所集成的分立元件很少，很容易查找问题，一般的电气技工也很容易处理故障等。论文大全。

（5）做多几块整体电路，当故障出现时，整块更换，能使故障停台时间为零。

3.3这种新型的可控硅触发电路的组成及工作原理

（1）只用单个电压过零采样变压器与移相集成电路KJ004内部部分电路组成电压过零采样电路，并以A相作为电压过零采样基准。

（2）同步电路与普通的触发电路相同。

（3）移相电路由专用移相集成电路KJ004组成，KJ004是国内生产的，移相相位起点取决于移相输入电压，实际上是一个压控移相电路。脉冲输出由输出端输出正、负两路方波：输出口OUT1及OUT2，即得到+A、－A两脉冲，但+A、－A两脉冲并不直接控制+A、－A两个可控硅，而是只将+A取出作为KJ041六路双脉冲电路的基准时钟，送到紧接连的内同步电路。

（4）这里设置了一个内同步电路，电路组成见2，其原理简介如下。

图2

该电路的主要作用是使高稳定度的压控振荡器的振荡频率通过扭环形计数器后取出六分之一即A1的作频率及相位反馈，并与外部基准频率Fref作精确地同步。

压控振荡器的振荡频率CP=3*A1=3x100=300Hz/s，A1=Fref。

电路由可预置可逆计数器CD4029、双D触发器CD4013、四异或门CD4070和运算放大器LM741等组成为快速同步压控振荡器。其中IC1：CD4013将外部基准频率Fref进行4分频，产生相位差为90度的二个信号分别送入IC3：CD4070的门1和门2，IC2：CD4013也将压控振荡器输出的频率Fout进行4分频后送入IC3：CD4070的门1和门2，门1和门2两个输出端输出信号之间的相位关系取决于压控振荡器的频率高于还是低于外部基准频率Fref，而频率取决于压控振荡器的频率与基准频率之差。

IC4、IC5：LM741组成施密特触发器为IC6：CD4029提供时钟CP及控制信号V/D。如果压控振荡器的频率低于外部基准频率，则IC4输出高电平“1” 状态，IC6按照与频率差成正比的速率进行加计数，虫IC6和2R-R梯形电阻网络组成的数/模转换器把增加的电压供给压控振荡器，从而提高振荡器的频率。如果压控振荡器的频率高于外部基准频率时其作用恰好相反。论文大全。

该D/A转换电路将由九个电阻及CD4029可预置十进制/十六进制可逆计算器四位输出端组成，由电阻组成的D/A转换电路价格较便宜，即简单的数模转换。该电路可用DAC0808，8位数/模电路代替。进行D/A转换后控制压控振荡器（VCO），由VCO发出脉冲，送给扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。论文大全。压控振荡器（VCO）的振荡频率fout=3fin=3x100=300Hz/s。

（5）扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器。

由3个D触发器（实际上由两块二D触发器的CD4013集成电路）和两块三入三与非门的CD4023集成电路及一块带缓冲器的六反相器CD4049集成电路所组成；采用扭环形计数器构成的顺序脉冲发生器是不存在数字脉冲竟争冒险现象。

电路采用了上升沿触发，触发信号是由VCO发出的脉冲串作扭环形计数器的时钟，由于交流电每一个周期采样有两次过零，50个周期共有100次过零采样脉冲，即fin=100Hz/s，所以fout=3fin，fin是已经实施了相位移动的+A相的触发脉冲，并以此作为内快速同步器的基准时钟。

使得VCO每两次同步后就发出六个时钟信号去控制扭环形计数器，使扭环形计数器所发出的六路脉冲间隔相等而发生时间不同的脉冲信号，再送到KJ041C 实行双脉冲发生，以触发六个可控硅。

该电路每次发出六个脉冲信号，且每次从A1取出一个脉冲送回内同步电路作比较，所以该电路的脉冲次数每次都相等并以后保证相位同步。

整个电路还未画出是六个脉冲信号与六个可控硅的直流电路隔离部份，直流电路隔离可用光电方式隔离或用脉冲变压器方式电感隔离，该电路还可以扩展使用。

4.结论

1）此电路是基于各种技术知识综合而设计而成的。如模拟电子技术、数字电路技术、可控硅技术、集成电路开发应用等知识所组成。本电路是否完善，请专家们批评指出。本人利用业余时间及用自己出资购买的元件对本电路做了实验。

2)可控硅触发电路还有电路组成更简单的，就是采用单片微机即单片机IC组成。采用单片微机组成的可控硅触发电路可谓简单可靠而且成本低廉，但必须遍写控制程序，其程序也十分简单，但必须依赖计算机程序员，一般技工无法完成，这是使用单片机的缺点。

3)不采用专用移相IC及双脉冲IC，用普通数字IC及运算放大器和定时器等也可以组成与用专用移相IC及双脉冲IC组成的可控硅触发电路有相同的效果。

【参考资料】

[1] 阎石主编.数字电子技术基础第五版,清化大学电子教研室编,2006.

[2] 童诗白主编.模拟电子技术基础第二版.清华大学教研组编,2006.

[3] 童诗白，徐振英编.现代电子学及应用.高等教育出版社，1994.

[4] 龙忠琪,贾立新.数字集成电路教程.科学出版社，2003.

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关键词： 《射频集成电路设计》课程 教学改革 理论教学 实验教学

当前无线通信、全球定位及雷达等行业的爆炸性增长推动射频（RF）电路设计领域再次兴起，对射频集成电路设计工程师的需求巨大。不少高校已将《射频集成电路设计》课程作为电子信息类学生的专业必修课。射频集成电路设计与低频模拟集成电路设计及分立射频电路设计是完全不同的工作。本课程涉及多方面的基础知识、信息量大、实践性强，因此搞好射频集成电路的教学工作对提高教学质量、培养学生的实践能力和创新意识、提高就业竞争力等方面均具有重要意义［1］。

一、理论教学方面

1.兼顾基础性与工程性确定授课内容。

目前，“射频集成电路设计”课程有大量的国内外优秀教材可选，如Thomas H. Lee著的“The design of CMOS radio frequency integrated circuits”，Reinhold Ludwig及Pavel Bretchko著的“RF circuit design：Theory and applications”，W. Alan Davis及Krishna K. Agarwal著的“Radio frequency circuit design”，等等。不同的教材针对的读者各不相同，有的针对具有坚实理论基础的研究生，有的针对工程技术人员。针对本科生的教学，前期应讲授基本理论知识，使学生快速进入射频领域，接着转向更实用的射频集成电路设计，避开冗长的数学推导。讲授内容包括传输线分析、Smith圆图、多端口网络、滤波器设计、放大器设计及振荡器、混频器设计等。

建立并完善弹性教学制度。在教学目标不变的情况下，教学计划根据实际情况进行适当调整，从提高就业竞争力的角度使学生得到专业化训练，综合培养职业技能与职业意识。

2.利用生动形象的课件辅助教学。

多媒体课件是提高课堂教学质量的重要手段。制作课程的电子课件，反映教师的授课思想，体现授课内容精华，使学生提纲挈领地掌握知识要点。课件中穿插图片、动画、视频等媒体素材［2］，力求生动形象，使学生印象深刻。课件与板书相互补充，取长补短，避免枯燥的课堂讲解，很好地完成教学目标。在多媒体课件的教学过程中，不断积累经验，注重与同类课件之间的交流，取其所长，不断完善。教师应不断提高自身的专业素养及创新能力，使多媒体课件真正发挥集中性和交互性的作用，活跃课堂气氛，培养学生的学习兴趣，激发学生的感官效能，加快知识点的接收、理解和记忆，促进学生自主学习，提高教学效率。

3.以教师为主导和以学生为主体相结合。

教学过程中，教师起主导作用。教师不仅要有丰富扎实的理论知识和实践操作能力，而且要有丰富的教学、科研经验。要利用教学、科研、产业化相结合的新型模式，将科研优势转化为教学优势，用科研、产业的成果丰富和完善射频集成电路的理论与实践教学。要通过课程项目研究开发、项目教学与成果转化，做到与行业接轨。在课程项目化过程中要与企业建立密切的联系，在课程内容和实践教学体系的设置上不断调整，力求带给学生最新的知识与技能，保证让学生学有所用［3］。应追踪国内外专业动向，对近几年射频集成电路领域所取得的成果和有待深入研究的问题进行介绍，保证课程内容的时效性与先进性，让学生了解射频集成电路行业的现状及发展趋势，激发学生的学习兴趣，取得较好的教学效果。

高质量的课堂教学不仅与教师的专业知识、教学能力有关，学生的专业背景、学习能力和学习态度对课堂教学的有效性也有一定的影响。教师在授课过程中要活跃课堂教学气氛，循序渐进地引导学生进行思考，培养其自主学习能力、表达交流能力，营造快乐学习的氛围。

二、实验教学方面

1.从基础性、全面性、工程性三个方面完善实验内容。

射频集成电路的问题较多地表现在电路匹配、灵敏度、器件参数一致性等问题，解决这些问题需要有强大的工具支持。ADS（Advanced Design System，先进设计系统）是一种功能强大的射频电路设计工具［4］。实验内容的设置包括基础部分和工程部分，并兼顾全面性的要求。基础部分包括DC仿真、AC仿真、S参数仿真、瞬态仿真等，工程部分包括射频滤波器、低噪声放大器、混频器设计等。

2.建立网络教学平台。

网络教学平台在时间和空间上对课堂教学进行了扩展。下载中心有大量的与课程相关的资料，包括国内外优秀教材推荐，国内外射频领域的优秀团队及最近研究进展，实用软件学习指南，典型的工程实例，等等，为感兴趣的学生进行更深入的研究提供了捷径。学生可在网上与教师进行交流、挖掘潜在人才。

三、结语

本文从理论教学和实验教学两个方面对“射频集成电路设计”课程教学改革进行了有益的探讨。经过近几年的研究及建设，本课程的教学取得了较好的效果，深受学生好评。

参考文献：

［1］Reinhold Ludwig.射频电路设计――理论与应用［M］.北京：电子工业出版社，2002.

［2］王云，褚庆昕，涂治红.射频电路与天线立体化实验教材建设［J］.中国现代教育设备，2011，11：124-126.

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关键词：快速启动电路；欠压保护；迟滞电压

中图分类号：TN432 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 12-0000-01

欠压保护也称低电压保护[1，2]，是指集成电路中由于某种原因使得电源电压值降低到一定的极限值时，欠压保护电路能够检测到电源电压较低，将芯片关断并保持与电源的切断状态，待电源电压恢复到一定的大小时，芯片可恢复工作。

欠压保护电路是集成电路设计中必不可少的模块，是保证系统在工作环境异常情况下能够保持系统稳定的基础。传统的欠压保护电路[3]利用电阻对电源电压进行分压，将分压后得到的电压与参考电压通过迟滞比较器进行比较，从而检测电源电压是否欠压。因此，欠压保护电路需要外部参考电压，电路的独立性较差；同时，引入迟滞比较器和电阻分压电路，使得电路结构变得复杂，也增大了电路的面积。

本文提出一种新型欠压保护电路，电路不需要使用外部参考电压[4]和迟滞比较器[5]，利用一种类似于带隙基准PTAT电流源的电路结构完成对电源电压的检测和比较；同时，巧妙地利用负反馈实现了电路对电压检测的迟滞功能；最后，电路设计了提高电路启动速度的单元模块电路，确保了欠压保护电路在电源电压恢复正常后电路能够迅速正常工作。

一、欠压保护电路分析与设计

新型欠压保护电路的原理如图2所示，电路主要由三部分组成：类带隙基准PTAT电流源的电压检测电路；负反馈电路构成的迟滞电路模块；快速启动电路。其中，电压检测电路由三极管Q1、Q2，电阻R1、R2、R5、R6、R7和MOS管MP1、MP2、（一）核心电路工作原理

在图2所示的新型欠压保护电路中，三极管Q1、Q2和电阻R1、R2构成类似于带隙基准电压源的欠压保护电路核心部分。三极管Q1的面积为Q2的n倍，三极管Q1和Q2的基极电位为电源电压经过分压后得到的电压VO1。

当电源电压从零开始上升并达到一定的值之后，三极管Q1和Q2打开并流过电流，MOS管MP1、MP2，电阻R1、R2组成的电路正常工作。

（二）迟滞原理

为了避免当电源电压大小在翻转阈值电压附近周围变化时，欠压保护电路的输出结果在翻转阈值周围出现反复高频变化，电路引入了正反馈电路，NMOS管MN3随着输出电平的高低导通或者关断。

当电源电压较低，输出电平为低电平时，NMOS管MN3导通，此时

当VREF具有零温度系数时，迟滞电压 也具有零温度系数，这也是本电路的优点之一。

（三）快速启动电路原理

在集成电路的设计中，欠压保护电路作为集成电路的保护单元模块，必须在电路整体启动之前工作，因此保护电路的启动速度必须得到重视。在以往的欠压保护电路的设计中，一般只关注保护电路的自启动问题，而忽略保护电路启动速度的分析和优化。

新型欠压保护电路在不需要使用外部参考电压的同时，优化了电路的自启动过程。当电源电压VDD由低电平逐渐上升至高电平时，三极管Q3的基极与三极管Q4的集电极电位也随之上升，三极管Q3优先于三极管Q1和Q2导通，使得MP1栅极电位随之下降。当电源电压上升至一定大小时，Q1和Q2开始工作，MP1导通，电路正常工作，三极管Q3和Q4加快了电路寄生电容存储电荷的泄放速度，加快了电路的启动速度。同时，当电路正常工作时，Q1发射极电压VE1上升，三极管Q3随之关闭，快速启动电路不再影响电路正常工作。

二、仿真结果与分析

三、结束语

本文设计的欠压保护电路，充分利用了类带隙基准PTAT电流源结构中电源电压大小对PTAT电流大小的影响，完成了电源电压的检测功能；利用电阻分压原理来调整欠压保护阈值，通过调节电阻分压电路从而调整迟滞电压阈值的大小；同时，优化了启动电路设计，电路具有启动时间短的优点。该电路使用较少的器件完成了整个电路的设计，在满足高检测精度的同时降低了功耗。

参考文献：

[1]王锐，唐婷婷.一种BICMOS欠压保护电路的设计[J].电子科技，2006（10）：76-78.

[2]王智鹏，杨虹.一款无电压比较器的欠压保护电路[J].电子世界，2012（07）：51-52.

[3]赵春波，许伟，吴玉广.一种CMOS欠压保护电路的设计[J].集成电路与元器件，2004（10）：172-174.

[4]钱金川，朱守敏.一种过压欠压及延时保护电路的设计[J].机床电器，2008（01）：57-59.

[5]邹雪城，韩俊峰.一种基于比例电流的欠压保护电路的设计和实现[J].华中科技大学学报（自然科学版），2007（35）：64-66.

[6]Allen P E，Holberg D R.CMOS模拟集成电路设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[7]Gray P R，Meyer R G.Analysis and Design of Analog Integrated Circuits[M].John Wiley，2001.