李幸悅

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引言

過壓欠壓電路是低壓電子系統(tǒng)當中十分重要的組成部分，也是保障整個供電電壓始終保持穩(wěn)定的關鍵設備。過壓欠壓電路運行階段，需要對電源電壓進行系統(tǒng)的檢測評估，避免受到外部噪聲的影響，或者受到電源供電操作失誤問題的影響，而引發(fā)過壓、欠壓現象等故障問題。這樣的設計方式，能夠避免系統(tǒng)在運行階段出現芯片器件損壞問題，符合電子系統(tǒng)的電源電壓穩(wěn)定運行需求。

1 研究背景

在過去的研究中所提出的電路結構設計，通常采用雙門限電壓比較器，上述設備可以在運行過程中，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，避免電源可能出現的誤動作。而在電路結構的設計上，則采用了電阻與二極管相結合的組成方式，可以實現防反接的效果。在這樣的設計方式下，電路經常處于高壓狀態(tài)下，同時整體的輸出預制電壓精度不高，電路的面積功耗方面比較大，存在一定缺陷。但是，在電路的設計過程中，也出現了一些使用比較器與外部電流偏置電路的設計方式，這樣的電路結構設計方式，可以有效提升閾值的電壓精度值。最后，也有學者在設計的過程中采用了其他設計方式，于電路結構當中設置了預調節(jié)器、比較器與帶隙基準，上述設備的存在，提升了整體的運行精度。但是，由于缺乏針對過壓保護的結構設計，導致系統(tǒng)的功能比較單一[1]。

而本文中所采用的設計方式，是基于整體過壓欠壓的電流設計方式，采用類似帶隙基準結構，相比較傳統(tǒng)所采用的比較器以及外部偏置電流的設計方式而言，有著更加簡潔的內部結構，并不需要使用二極管。這樣的電路設計方式，全面提升了輸出閾值電壓精度值。在精簡電路的結構以及降低電路功耗時，還能夠進一步保障電路的欠壓保護處理效果，是一種科學合理的設計方式。同時，本文所采用的設計方法，同樣有利于提高對遲滯量的處理水平，能夠避免系統(tǒng)在運行階段出現各類問題[2]。這樣設計方式，能夠全面提升電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也具備較為可靠的系統(tǒng)保護機制。

2 保護電路的架構設計

本文所采用的低壓管理系統(tǒng)，需要具備科學合理的架構，這樣才可以滿足系統(tǒng)的運行需求。過壓欠壓保護電路設計的過程中，需要確保其能夠對電路系統(tǒng)當中的電源變化進行檢測分析，在電源電壓高于或者低于系統(tǒng)正常工作運行狀態(tài)時，要保障電路輸出的高電平可以實現對系統(tǒng)的關斷處理[3]。下圖1為低壓電源管理系統(tǒng)結構框圖。

圖1 低壓電源管理系統(tǒng)結構框圖

2.1 過壓保護電路

傳統(tǒng)的過壓保護電路設計過程中，基本上是基于電阻分壓采樣部分，以及比較器部分和二極管構成進行設計。在供電電源處理上，始終利用一串分壓電阻進行相應的采樣，將數據信息傳輸到比較器當中后，便可以實現相應的處理[4]。與基準電壓進行比較之后，可以得到最終的比較結果。在輸入電源出現上升現象之后，就要對采樣電壓和基準電壓進行數據信息采集評估，這樣可以極大地提升處理的整體效果。下圖2為傳統(tǒng)過壓保護電路結構。

圖2 傳統(tǒng)過壓保護電路結構

如圖2所示，其中VD是二極管導通的壓降。在供電電壓工作的狀態(tài)下，轉變?yōu)檎５臓顟B(tài)，就需要做好比較器輸出的高電平的處理，保障供電電壓合理。另外，還要在電路架構下，對過壓保護閾值進行處理，使其始終保持具體的遲滯量。這樣的處理方式，可以有效避免系統(tǒng)出現誤關斷的情況?；诙O管的連接方式，會對系統(tǒng)當中的信號造成直接影響，例如信號傳輸效果可能會出現上升、下降的情況。但是電路的結構相對比較復雜，加上系統(tǒng)當中的電壓需求量比較大，因此會造成較大的電路功耗量，這樣的設計方式并不適用在一些低壓環(huán)境當中。

2.2 欠壓保護電路

過去傳統(tǒng)的欠壓保護的電路設計，架構設計通常會涉及電壓分壓網絡、比較器、帶隙基準電路及電流偏置。其中電路中的輸入電壓，始終要利用電阻分壓網絡處理方式，進行電路采樣分析，同時保障在設計過程中，維持電壓的穩(wěn)定性，加強對其他基準電壓的控制。在采樣電壓的設置上，要使其始終保持在科學合理的電路運行方式下，使采樣電壓能夠被后續(xù)的電路關斷處理。在整體的電路分析過程中，工作人員始終都要注意電阻分壓的網絡處理問題，應當結合比較器反饋特性，使電路系統(tǒng)實現遲滯效果。在該系統(tǒng)邏輯下所采用的芯片欠壓閾值并不相同，因此就可以起到對芯片關斷的有效預防及控制的作用。另外，整個設計整體結構較為完善和成熟，因此也可以在后續(xù)運行的過程中，實現穩(wěn)定的運行效果，但是整體的功耗比較大，因此不利于集中電路低壓功耗的設計需求，要進行針對性的探討。

3 電路設計分析

現階段，針對電源電壓的設置需要堅持一項原則，即始終都要鎖定在芯片正常的電壓范圍當中，避免電壓在運行階段出現損壞的情況。在欠壓保護的基礎上，要全面提升過壓保護的功能，這樣就可以形成過壓欠壓保護。按照本文采用的設計方式所設計出的過壓欠壓保護電路，在實際運行階段，可以使電阻全面提升處理的水平。

過壓保護電路設計環(huán)節(jié)，需要采用MOS管N1在與二極管，兩者的質量直接決定了電路當中的過壓保護閾值。在輸入的電源電壓VDD低于二極管支路壓降的情況下，二極管在實際的運行階段基本處于截止的狀態(tài)。這樣的設計方式下，在整個柵級電源處理過程中，極源的處理方式，會小于電位差的實際MOS的電壓閾值。另外，在將供電電壓輸入到后續(xù)的電壓之后，則需要在整個運行的過程中，始終可以保障電源電壓得到優(yōu)化控制，確保兩者能夠在系統(tǒng)的運行階段保障整體運行的效率和質量。在這樣的處理方式下，也要保障在柵級方面得到控制，這樣就可以在不滿足MOS管開啟的條件時，進行過壓保護的合理化處理分析。

欠壓保護電路的設計環(huán)節(jié)同樣較為重要，其設計方法不同于電源電壓處理方式，但是兩者都需要保持對支路的重視。對此，有關人員應當首先構建一個外部反饋回路，要在欠壓保護電路的設計時，充分考慮到遲滯功能的實現效果。在未來進行設計時，可以加速反相器的翻轉效率，這樣就可以在電路通路形成之后，出現正相反饋的回路結構?；谶@樣的處理方式，在電路當中設置施密特觸發(fā)器，以此對電路中的緩沖輸出控制信號進行處理。使用這樣的設備，可以使電路在投入運行之后，實現對電壓傳輸的特征合理化控制。電路的運行階段，基本上會分為3種不同的階段。在不同階段當中的導通電壓，都要始終處于欠壓保護電路的控制下，但欠壓保護電路則需要始終保持關斷的狀態(tài)，同時提升輸出端口。

4 仿真試驗分析

在本文的分析中，主要采用的是SMIC的標準設計方式，為了能夠對設計方式的運用效果進行評估，就需要利用仿真軟件對過壓欠壓保護電流開展瞬態(tài)特性仿真分析。

4.1 輸出信號的瞬態(tài)仿真

對于這個領域的分析方式，需要對電路當中的端口信號進行瞬態(tài)特性分析。通過使用仿真軟件，設置輸入電壓標準值，分析系統(tǒng)在不同運行模式下處于不同溫度當中的變化情況。例如，從仿真曲線的角度進行分析，輸出電壓設置會形成較低或者較高的水平，通常為高電平的3.3V。其次，在電源電壓處于穩(wěn)定運行狀態(tài)時，出現低電平的情況。這樣的設計方式，代表著在FF、SS、TT當中的不同工藝角的仿真曲線處于一個較為穩(wěn)定的重合程度。在這樣的電路設計狀態(tài)中，仿真結構在不同溫度狀態(tài)下，都可以很好地保障電路設計精確度。

4.2 系統(tǒng)功能性仿真

在低壓電源管理的系統(tǒng)設計中，針對電源的電壓進行設置較為重要，會處于0-6三角波信號的輸出方式。為了能夠在進行仿真分析中得到具體的分析效果。就需要觀察電路處于低壓的運行狀態(tài)下，如何保持系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。例如，在保護電路輸出信號為高電平的狀態(tài)中時，系統(tǒng)當中的電壓閾值相同。其次，在對電壓的閾值進行處理時，保護電路輸出的信號如果同時為高電平，就需要對系統(tǒng)進行關斷處理。使用這樣的處理方式，是為了避免系統(tǒng)運行出現電壓過高的情況，避免對器件造成直接的影響。在系統(tǒng)輸出電壓上，觀察保護電路的輸出信號，始終是一種較為良好的運行狀態(tài)分析方式。只有保障系統(tǒng)運行階段可以發(fā)揮出相應的作用，才可以最大化保障系統(tǒng)的保護電路設計邏輯，發(fā)揮出相應的運行效果。

通過對仿真試驗結果的分析發(fā)現，本文所設計的過壓欠壓保護電路的設計方式，全面提升了系統(tǒng)當中的輸出閾值程度，也相應對電路的結構進行了徹底的簡化處理。其次，在電路設計過程中所設置出的欠壓保護閾值處理方式，可以避免系統(tǒng)運行中經常出現的反復關斷的情況。這樣的設計方式，可以極大提升系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，特別是在設計的過程中，工作人員能夠更加正確地了解到低壓電源的管理系統(tǒng)，可以得到相應仿真合理化的處理以及分析。在整個電壓的處理方式下，系統(tǒng)在進入到欠壓保護裝置之后，要能夠發(fā)揮出電源電壓處理的針對性效果。只有全面符合系統(tǒng)的運行需求，才可以發(fā)揮出該電路的設計優(yōu)勢和作用，避免出現一些潛在的故障問題。

5 結束語

綜上所述，在進行低壓欠壓系統(tǒng)的設計過程中，所采用的系統(tǒng)設計方式，可以很好地保障設計環(huán)節(jié)的可靠性，同時保障過壓預制的設計上，可以很好地對溫度和電壓變化進行合理性的評估，以此滿足系統(tǒng)的運行需求。