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　　本電路沒有設計單一的基準源模塊。這是因為它的最低輸入電壓為1.2 V。如果采用基準源模塊的設計方法，要獲得一個與溫度和電源電壓無關的基準源，整個電路的輸入電壓基本上要超過2 V，不滿足設計要求。因此，采用一個自身具有恒定翻轉門限的遲滯比較器，實現了基準源和使能比較器的功能。

　　1 電路設計

　　1.1 電路功能

　　遲滯比較器的功能是將反饋電壓VFB與內部的門限電壓相比較，控制其他模塊是否正常工作。當反饋電壓VFB比內部上門限電壓高時，遲滯比較器的輸出將使其他模塊不工作;當反饋電壓VFB比內部下門限電壓高時，遲滯比較器的輸出使其他模塊正常工作。

　　1.2 具有帶隙結構遲滯比較器的電路原理

　　帶隙基準遲滯比較器由3部分構成(見圖1)，帶隙基準比較器、射隨器和遲滯比較器。工作原理為：輸入端與內部的基準門限電壓進行比較，當輸入端電壓超過內部基準門限時，Q12集電極中沒有電流流過，即輸出電流IOUT為0;當輸入端電壓低于較低門限時，Q12集電極中有電流流過，即有IOUT流過，從而實現了輸出電流IOUT的遲滯控制。

　　1.2.1 帶隙基準比較器

　　圖1中左邊部分是帶隙基準比較器。Q2的發射區面積是Q1的n倍。電流Ic2，Ic1與反饋電壓VFB的關系如圖2所示。設流過Q1集電極的電流為Ic1流過Q2集電極的電流為Ic2。其工作原理是：當反饋電壓VFB較低時，Ic2>Ic1，A點電壓比B點電壓高;當VFB從低電平逐漸增加時，電流Ic2，Ic1均增加，Ic2曲線斜率比Ic1曲線斜率小;當VFB達到帶隙基準比較器的翻轉門限時，Ic2=Ic1，A點電壓與B點電壓相等;當VFB超過帶隙基準比較器的翻轉門限時，Ic2

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　　計算帶隙基準比較器的翻轉門限電壓。由Q1，Q2構成了帶隙電路中△VBE的NPN對，電流設置電阻是R1，增益電阻是R2。R3可限制驅動Q2的基極電流，這可以防止其進入深飽和，維持電路正確的工作和限制偏置電流。R4，R5電阻值相等。

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　　于是帶隙比較器的翻轉門限電壓就等于VTH。

　　在T=300 K時，

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　　;VT與絕對溫度成正比，此時VT=8.62×10-5T;VT隨溫度的增加而增加，而Vbe隨溫度的增加而減小，它的溫度系數

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　　。在式(5)中，第1項是正溫度系數，第2項是負溫度系數，合理調節R2，R1的比值和n，就可以得到與溫度、電源電壓無關的翻轉門限電壓。

　　1.2.2 遲滯比較器

　　遲滯比較器的設計不是采用比較器輸出端加反饋電阻到輸入端，即改變比較器輸入門限的方法，而是采用改變電路的平衡性，在比較器的反相輸入端引入一失調電壓來實現遲滯功能。

　　(1)遲滯比較器的框圖

　　圖3是圖1中遲滯比較器的簡化原理方框圖。其工作原理是：當VIN+為低電平并逐漸增加時，比較器輸出OUT為低電平，反饋回路使得開關K打開。當VIN+>VIN-+VOS時，比較器發生翻轉，輸出高電平，反饋回路使得開關閉合。VIN+由高電平開始下降時，反饋回路使得開關處于閉合狀態，當VIN+

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　　(2)實際電路設計

　　圖1電路中，Q11，Q12，Q9，R10提供遲滯反饋回路。Q13相當于圖3中的開關K。Q11，Q12，Q13構成電流鏡，當Q12集電極有電流流過時，Q11，Q13集電極也有電流流過。當C點電壓高于D點電壓時，Q10導通，Q12集電極中有電流流過，Q11的集電極，電流流過R10，Q9的發射極電位升高，Q9截止，遲滯比較器處于一種工作狀態(相當于圖3中K閉合)，設此時流過R8中的電流為IH。當C點電壓低于D點電壓時，Q10截止，Q12集電極中沒有電流流過，Q9的集電極電位變低，Q9導通，遲滯比較器處于另一種工作狀態(相當于圖3中K打開)，設此時流過R8中的電流為IL。

　　遲滯過程為：當C點電壓從低電平逐漸增加時，Q10截止，Q12集電極中沒有電流流過，Q9的發射極電位變低，Q9導通，流過R8中的電流為IL;當C點電壓與D點電壓相等時，比較器發生翻轉，設此時D點電壓為VH，Q10導通，Q12集電極中有電流流過，Q11的集電極電流流過R10，Q9的發射極電位升高，Q9截止，流過R8中的電流變為IH，Q9由截止變為導通，引起流過R8的電流變化量△IR8=IL-IH，R8兩端的電壓變化量為△V=R8×△AIR8，相當于遲滯比較器的負端電壓減少△V，當C點電壓低于VH-△V時，遲滯比較器發生翻轉。于是遲滯比較器的遲滯電壓為△V。

　　(3)整體電路的門限電壓和遲滯電壓

　　當VFB從低電平逐漸增加時，Ic2>Ic1，于是C點電壓高于D點電壓，Q10導通，Q9截止。當輸入電壓VFB達到帶隙比較器的翻轉門限時，Ic2=Ic1，此時遲滯比較器發生翻轉，Q10截止，Q9導通，設此時的VFB=VOH，則有：

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　　當VFB從超過VOH電壓逐漸減小時，遲滯比較器的工作點發生變化，只有當遲滯比較器的電壓達到下翻轉門限時，遲滯比較器才翻轉，于是當VFB減小到VFB=VOH時，Q10并不導通，VFB繼續減小，當遲滯比較器的電壓達到下翻轉門限時，遲滯比較器才會發生翻轉，Q10導通，設此時的VFB=VOL，則有：

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　　式中：△U是△V等效到IN端的輸入電壓;△V是遲滯比較器的遲滯電壓。于是整體電路的輸入端FB遲滯電壓為△U。它與Q9導通時流過的電流、R8大小有關。調節R9，R10的大小可以改變Q9導通時流過的電流，也就可以調節這個遲滯電壓。改變R8的大小可以直接調整遲滯電壓。

　　2 仿真驗證

　　遲滯比較器的仿真波形如圖4～圖6所示，圖4為輸出電流IOUT與輸入信號FB的關系圖。從圖中可以看出，該電路能夠實現8 mV的遲滯功能。圖5和圖6分別為遲滯比較器翻轉門限隨電源電壓和溫度的變化結果。可以看出，遲滯比較器的翻轉門限隨溫度和電壓變化均較小，驗證了電路的穩定性較高。

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　　3 結語

　　傳統的帶隙基準電路和遲滯比較器電路占芯片面積較大，工作電壓和功耗都比較高。本文設計的具有帶隙結構的遲滯比較器工作電壓低至1.2 V，大大節省了芯片面積，適用于微功耗DC—DC轉換器中，主要用于鎳鎘、鎳氫和堿性電池供電的便攜式產品。