可用于音頻功放的過溫保護(hù)電路設(shè)計(jì)

在集成電路芯片工作的過程中，不可避免地會(huì)有功率損耗，而這些功率損耗中的絕大部分將轉(zhuǎn)換成熱能散出。在環(huán)境過高、短路等異常情況下，會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部的熱量不能被及時(shí)散出，從而不可避免地使芯片工作溫度上升。過高的工作溫度對(duì)芯片工作性能、可靠性和安全性都有很大的影響。研究表明，芯片溫度每升高1℃，MOS管的驅(qū)動(dòng)能力將下降約為4％，連線延遲增加5％，集成電路失效率增加一倍，因此芯片內(nèi)部必須要有過溫保護(hù)電路來保障芯片安全。
文中將介紹一種可用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝實(shí)現(xiàn)的過溫保護(hù)電路。在電路設(shè)計(jì)上，使用了與溫度成正比的電流源(PTAT電流)和具有負(fù)溫度系數(shù)的PNP管(CMOS工藝中寄生)結(jié)電壓作為兩路差動(dòng)的感溫單元。這種差動(dòng)的傳感方式，可以提高電路對(duì)溫度變化反應(yīng)的靈敏度，同時(shí)，其具有的遲滯功能，可以有效的避免熱振蕩對(duì)芯片的損壞。

1 架構(gòu)原理分析
1．1 工作原理分析
圖1為本設(shè)計(jì)的原理架構(gòu)，Q1為NWELLCMOS工藝中寄生PNP三極管，其集電極是必須與地點(diǎn)位連接，為了利用寄生PN結(jié)導(dǎo)通正向?qū)妷旱呢?fù)溫度特性，把Q1做二極管連接(基集也接到地)，這樣A點(diǎn)和地之間的電壓VA就具有了PN結(jié)正向電壓的與溫度成反比的性質(zhì)。由于基準(zhǔn)電路輸出的偏置電壓加在M0、M1、M5的柵極上，則其所在支路上都會(huì)產(chǎn)生PTAT電流(Proportional to Abso-lute Temperature)；在提供偏置的同時(shí)，也在電阻R0上產(chǎn)生了與溫度成正比的電壓VB即B點(diǎn)電壓隨之增大。當(dāng)達(dá)到某一溫度TH(設(shè)定的關(guān)斷溫度)后，VH≥VA、比較器Comp輸出高電平，經(jīng)過倒相器INV后，輸出TSD為低電平；此信號(hào)作用于電路的其它模塊后，使整個(gè)芯片停止工作，實(shí)現(xiàn)熱保護(hù)功能。同時(shí)，TSD信號(hào)正反饋?zhàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/用于">用于M2柵上，開啟M2，加大了電阻R0上電流，使VB更高。

在芯片被熱保護(hù)，停止工作后，芯片上的溫度會(huì)從TH下降，使得A點(diǎn)電壓VA慢慢上升，B點(diǎn)電壓VB慢慢下降。由于先前TSD的正反饋?zhàn)饔靡呀?jīng)使VB升高，因此在這種狀態(tài)下，要出現(xiàn)VA≥VB使比較器輸出翻轉(zhuǎn)情況就需要A點(diǎn)有比先前的電壓VA更大的電壓，相應(yīng)地使得下降時(shí)翻轉(zhuǎn)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的恢復(fù)溫度TL也會(huì)比TH低。當(dāng)溫度低于TL后，VB≥VA，通過比較器作用后，會(huì)使TSD輸出高電平，使芯片恢復(fù)工作。同時(shí)，TSD信號(hào)仍然會(huì)再次正反饋?zhàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/用于">用于M2柵上，關(guān)斷M2，進(jìn)一步減小了電阻R0上的電流，使VB更低。
整個(gè)工作過程中，TSD的正反饋起到了遲滯的作用。使得正常工作時(shí)，TSD輸出高電平作用于電路其它模塊。當(dāng)溫度過高時(shí)，TSD輸出低電平作用于電路其它模塊，使芯片停止工作，保護(hù)芯片。