過壓保護(hù)電路的設(shè)計(編輯修改稿)
2025-11-12 10:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 示的差分輸入級加遲滯的比較器： 圖 2所示電路中，正輸入端 V 連接到地（或者其他任何參考電壓均可），晶體管Q2 的柵極 V連接到遠(yuǎn)小于零的負(fù)電源。因此，晶體管 Q2 管段， Q1 開啟，所有的尾電流 I0 流過晶體管 Q1 和 Q3。流過晶體管 Q2， Q4,Q5 和 Q6的電流均為零，節(jié)點電壓V為高，節(jié)點電壓 V為低 。下一步，假設(shè)輸入電壓 V 逐步增大，則晶體管 Q2 逐漸開啟，部分尾電流 I0 開始流過晶體管 持續(xù)至晶體管 Q2 和晶體管 Q5電流相等。在這種情況下，輸入電壓的任意增加都會導(dǎo)致比較器進(jìn)入開關(guān)狀態(tài)，使得晶體管 Q1 關(guān)斷，所有的尾電流流過晶體管 Q2,在輸出狀態(tài)的切換點上，假設(shè)流經(jīng)晶體管 Q1 和晶體管 Q2的電流分別為 I1 和 I2，那么具有以下關(guān)系： 可以計算得到： 現(xiàn)在，晶體管 Q1 和 Q2的柵極電壓（ Vgs）可以利用漏電流計算得到： 在上面的等式中， I2I1，因此 Vgs2Vgs1，因為晶體管 Q1的柵極連接到地， Vgs1和 Vgs2 之間的差距是正向觸發(fā)，即可以表示為： 利用式③和式④，并且 ，式⑦可以簡化為： 當(dāng)輸入信號不斷增大到超過 ，比較器輸出狀態(tài)切換， 變?yōu)榈碗娖?，變?yōu)楦唠娖健，F(xiàn)在，晶體管 Q2 開啟，晶體管 Q1 關(guān)斷，所有的尾電流 I0 流經(jīng)晶體管Q2 和 Q4。流經(jīng) Q1， Q3， Q5和 Q6 的電流則為零。 下一步分析輸入信號 從大到小的過程。晶體管 Q2 的電流開始減小，晶體管Q1 逐步開啟，導(dǎo)通電流。與輸入電壓 逐步增大的情況類似，可以證明負(fù)向觸發(fā)點仍然出 現(xiàn)在 I1=I6 的情況下。經(jīng)過計算，負(fù)向觸發(fā) 可以表示為： 滯回電壓可以計算為： 其中， 。 具有滯回功能的比較器完整電路如圖 2 所示，比較器由具有正反饋環(huán)路的源極耦合差分和差分轉(zhuǎn)單端電路構(gòu)成。該電路中，大于 1，那么滯回電壓可以由式⑩計算得到。 分壓電路的設(shè)計 為了將電源電壓與帶隙基準(zhǔn)電壓 相比較，需要對電源電壓進(jìn)行分壓處理。 這里采用電阻網(wǎng)絡(luò)對電源電壓分壓，分別得到過壓 保護(hù) 比較電路的輸入電壓， 分 壓原理 如圖 3 所示： 取參考電壓 VREF= 進(jìn)行比較。 設(shè)過壓電路輸入閾值電壓為 ， 計算公式如下： 閾值調(diào)節(jié)電路的設(shè)計 為了使電路的保護(hù)閾值電壓可調(diào)節(jié)，選擇不同的電阻進(jìn)行分壓，得到不同的輸入電壓。具體原理如圖 4所示： 圖 4 閾值調(diào)節(jié)電路 這里選擇二四譯碼器來選擇閾值電壓。 通過 A、 B 的不同組合，可得到四種不同的保護(hù)閾值電壓。 總體電路設(shè)計 經(jīng)過以上三 步設(shè)計，將以上三級電路進(jìn)行綜合，便得到過壓 保護(hù) 電路的總體設(shè)計電路圖，如圖 5過壓 保護(hù) 電路： 圖 5 過壓 保護(hù)總體 電路 圖 5過壓 保護(hù) 電路中， 端接 帶隙基準(zhǔn)電壓，由外部帶隙電路提供，本課題中直接引用，而不再設(shè)計。電路中總共兩個輸入電壓，一個輸出電壓 ： 電源電壓 為電源電壓；參考電壓 為帶隙電路提供 的 帶隙基準(zhǔn)電壓；輸出電壓 為 比較后的輸出 電壓，為高電平或者為低電平。分別將 二四譯碼器的 輸出電壓接 到過壓 保護(hù) 電路的輸入端，而 過壓 保護(hù) 電路另一個輸入端接參考電壓 =。 過壓 保護(hù) 電路的輸出端接到與非門電路的兩個輸入端，最終得到具有控制作用的邏輯電平 。3 參數(shù)計算 課題要求參數(shù) 根據(jù)課題要求：設(shè)計一個 基于 保護(hù)電路，電路在一定的電壓范圍內(nèi)輸出高電平，在高于保護(hù)電壓閾值時輸出低電平，從而在電壓過高時對電路進(jìn)行保護(hù)；當(dāng)電壓由高壓降到恢復(fù)電壓以下時，輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?；電路的保護(hù)閾值 電壓是可以調(diào)節(jié)的；電路的保護(hù)電壓與恢復(fù)電壓之間具有遲滯的特性。 一般的帶隙基準(zhǔn)電壓為 ，所以取 VBIAS=，并且將輸入端的比較參考電壓設(shè)為 VREF=。 分壓電路參數(shù) 計算各電阻的阻值： 由： 可得到： 過壓保護(hù)電路參數(shù) 由于電路鏡像對稱，遲滯電壓差 由式⑩ 計算 代入已知參數(shù) VGS1=VREF=, 從工藝庫中得 VT=，計算得到： α = = =3 其他 MOS 管參數(shù) 為了使差分放大電路正常工作，且滿足一定的指標(biāo)，需要計算 MOS 管 Q0、 Q Q Q Q4 的參數(shù)，由于 電路對稱，這里只計算 Q0、 Q Q3 的參數(shù)。 假設(shè)放大電路補償電容 Cc=3pF,要求靜態(tài)電流 50μ A。 即 50μ A。 忽略溝道調(diào)制效應(yīng) ，有 NMOS 管電流公式 由工藝庫文件得知： CMOS 工藝的 VT=， = m2/V/sec， = F，又 = = 代入 上 式 計算得： ，取 = 取放大電路的增益 AV=5，由該放大電路 AV 的計算公式： 由工藝庫文件得知 : = m2/V/sec， = m2/V/sec 確定每個 元件的參數(shù) 電阻網(wǎng)絡(luò)參數(shù) ， ， ， ， 遲滯比較電路參數(shù) MNQ0 L=2U W=3U MNQ1 L=2U W=28U MNQ2 L=2U W=28U MPQ3 L=2U W=4U MPQ4 L=2U W=4U MPQ5 L=2U W=4U MPQ6 L=2U W=4U MPQ7 L=2U W=12U MPQ8 L=2U W=4U MNQ9 L=2U W=4U MNQ10 L=2U W=12U MNQ11 L=2U W=12U 閾值調(diào)節(jié)電路參數(shù) MPH1 L=2U W=12U MNH2 L=2U W=12U * MPH3 L=2U W=12U MNH4 L=2U W=12U * MPH5 L=2U W=12U MPH6 L=2U W=12U MNH7 L=2U W=12U MNH8 L=2U W=12U * MPH9 L=2U W=12U MPH10 L=2U W=12U MNH11 L=2U W=12U MNH12 L=2U W=12U * MPH13 L=2U W=12U MPH14 L
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