耗盡型工藝實現鋰電池充電保護芯片的設計

　　本文從低功耗、低成本、寬工作電壓范圍等考慮， 提出基于耗盡型工藝的獨特設計方法。

　　基準電壓源電路、過充過放遲滯電路、0 V 充電禁止電路、振蕩器電路在整個芯片中起到關鍵的作用。其中多處的基準電壓源電路分別為各比較器提供合適的參考電壓和為振蕩器提供合適的起振電壓， 并且使比較器和振蕩器工作在弱反型區。此處不對各基準電壓源的具體數值單獨分析， 只對其原理作詳細的分析。

2.1 基準電壓源電路

　　傳統基準電壓源電路由帶隙基準電路、帶隙基準啟動電路、比較器電路和電阻分壓網絡組成。

　　但本文的電源電壓有時工作在2 V, 此時傳統的帶隙基準電路由于電源電壓太低而無法工作在正常的區域； 整個片子要求的功耗非常小， 若采用傳統的帶隙基準電路功耗會過大。本文提出了更有效的辦法， 用耗盡型工藝取代了原始的BiCMOS 工藝。

　　電路如圖2 所示，M84 為耗盡型管子， 其閾值電壓是可調的。在版圖設計中M84 單獨設計在一個隔離層中， 避免其他器件的干擾。

　　該電路是具有負反饋功能的基準電路，產生基準電壓Vbd、Vb1、V b2.因為電源在非正常情況下波動范圍很大， 所以電容C 的作用是使電路對電源波動太大時不敏感； SD 是電路工作的使能端， 低電平有效； R22、R21、R25 構成負反饋網絡， R23、R24 構成分壓電路。

　　當耗盡型MOS 管M84 工作在線性區時， 由于VGS84=0, 則M84 為一個電阻， M81 和M82 將處于飽和區工作， 輸出電壓可以負反饋回來從而穩定輸出。

　　其推導公式為：

當耗盡型MOS 管M84 工作在飽和區時， VGS84=0,M84 為一個恒流源， 所以VGS82 恒定， 即Vbd 不變，從而輸出Vb1、Vb2 也保持不變。其中Vbd、Vb1、Vb2分別為過充電、過放電比較器提供基準電壓， 并且為延時產生電路提供偏置電壓。其推導公式為：

　　要使式（ 7） 等于式（ 10） , 即無論M84 工作在什么區域VGS82 都不變， 則：

　　所以可以通過調節M84 和M82 的寬長比（W/L） 使之滿足式（ 11） , 使VGS82 保持恒定； 通過調小管子的閾值電壓（ 調節管子的摻雜濃度） 來減小基準電壓源的電流從而減小功耗。采用0.6 μm、n 阱的CMOS 工藝在Hspice 中仿真的結果如圖3 所示。