系统低功耗设计
Standby状态实现设计中, 为了使电路在电池过放电情况下尽可能地降低电流消耗, 数字电路中加入了使系统进入Standby 状态的控制部分, 原理图由图2 给出。
图中信号OD 由数字电路产生, 当比较器检测到电池电压低于过放电检测电压, 并经过延时后,OD 将从高电平变为低电平, 此时通过P2 管将VM拉到高电平, 再经反相后从负载短路输出OUT＿L S端输出低电平, 使输出端STAND 变为低电平,STANDB 为高电平, 意味着系统可以进入Standby状态; 一旦电池充电开始时,VM 端迅速被置为低电平, 此时不管OD 如何, 都通过OUT ＿LS 将STAND恢复为高电平, 系统进入正常的检测状态。
通过内部数字电路产生的Standby 信号, 可以有效打开或者切断模拟电路从电源到地的直流通路, 使电路在不需要的时候保持Standby 状态, 以降低电源消耗。因为只需要单个MOS 便可充当电路的控制开关, 所以这种方法简单可靠, 不影响原有的模拟电路功能, 并且能和模拟电路低功耗设计相结合,实现低电压下电路的功耗管理。
亚阈值电压基准电路由于电压基准源同时要给过充比较器、过放比较器、过流1 比较器及过流2 比较器提供不随温度、电源电压变化而变化的基准电压, 所以在模拟电路中起着非常重要的作用, 同时也是影响电路功耗的一大因素。本文利用MOS 管的亚阈值特性, 设计了工作在亚阈值区的电压基准电路, 能够满足上述功耗要求, 电路结构如图3 所示。
电路利用一个自偏置电路产生具有正温度系数的电流, 该电流流过电阻R0 所产生的压降和具有负温度系数的PN结压降相加, 可以输出一个零温度系数的基准电压VBD; 为满足电路中输出不同的基准电压源, 利用电阻分压将VBD分成了VBI1及V BI2输出。同时, 为保证电路在加上电源电压后能进入正确的工作状态, 电路中还加入了RC启动电路。
由图3 可见, P0 和P1 组成电流镜, 取相同的宽长比, 则。在P1、P0、N0、N1 和R5 构成的自偏置电路中, 选择合适的R5 值, 可以使N0 和N1工作在亚阈值区。并且, 在时, 亚阈值MOS 管的漏电流Id 可表示为:
式中,
与工艺参数有关, 其中n为亚阈值因子,
k 为波尔兹曼常数, q 为电子电荷。因为,VGSN 0- VGSN 1= IN 0•R 5,将式(1) 代入, 则有:
式(2) 中可以看出, 不考虑电阻R1的温度系数,电流IN 1与热电压U T 成线性关系, 具有正温度系数。P2 和P1组成电流镜, 假定流过P2 的电流为IP2, 则有:
设二极管正向压降为VD , 分压电阻R1、R 2、R 3、R 4 对R0的影响可以用等效电阻R= (R 1 + R 2 ) ∥ (R 3 +R 4) 来表示, 则在正常工作时, 满足
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