一種帶熱滯回功能的CMOS溫度保護(hù)電路

0 引 言
隨著集成電路技術(shù)的廣泛應(yīng)用及集成度的不斷增加，超大規(guī)模集成電路(VLSI)的功耗、芯片內(nèi)部的溫度不斷提高，溫度保護(hù)電路已經(jīng)成為了眾多芯片設(shè)計(jì)中必不可少的一部分。本文在CSMC 0．5／μm CMOS工藝下，設(shè)計(jì)一種適用于音頻功放的高精度帶熱滯回功能溫度保護(hù)電路。

1 電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
整個(gè)電路結(jié)構(gòu)可分為啟動(dòng)電路、PTAT電流產(chǎn)生電路、溫度比較及其輸出電路。下面詳細(xì)介紹各部分電路的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)。文中所設(shè)計(jì)的溫度保護(hù)整體電路圖如圖1所示。

1．1 啟動(dòng)電路
在與電源無(wú)關(guān)的偏置電路中有一個(gè)很重要的問(wèn)題，那就是“簡(jiǎn)并”偏置點(diǎn)的存在，每條支路的電流可能為零，即電路不能進(jìn)入正常工作狀態(tài)，故必須添加啟動(dòng)電路，以便電源上電時(shí)擺脫簡(jiǎn)并偏置點(diǎn)。上電瞬間，電容C上無(wú)電荷，M7柵極呈現(xiàn)低電壓，M7～M9導(dǎo)通，PD(低功耗引腳)為低電平，M3將M6柵壓拉高，由于設(shè)計(jì)中M2寬長(zhǎng)比較小，而此時(shí)又不導(dǎo)通，Q1～Q4支路導(dǎo)通，電路脫離“簡(jiǎn)并點(diǎn)”；隨著M6柵電位的繼續(xù)升高，M2導(dǎo)通，M3源電位急劇降低，某時(shí)刻M3被關(guān)斷，啟動(dòng)電路與偏置電路實(shí)現(xiàn)隔離，電容C兩端電壓恒定，為M7提供合適的柵壓，偏置電路正常工作。然而，當(dāng)PD為高電平時(shí)，M4導(dǎo)通，將M6，M10的柵電位拉低，使得整個(gè)電路處于低功耗狀態(tài)。
1．2 PTAT電流產(chǎn)生電路
在這一部分，M11,M12,M14,M15組成低壓共源共柵電流鏡，并且有相同的寬長(zhǎng)比，使兩條支路電流相等。該結(jié)構(gòu)與一般的共源共柵結(jié)構(gòu)相比，可以提高等效溝道長(zhǎng)度，從而增大輸出電阻，提高電路的PSRR性能；并且這種兩管組合結(jié)構(gòu)可消耗較低的電壓壓降，從而增大輸出電壓擺幅，改善芯片低壓工作特性。如圖1所示，為了使共源共柵電流鏡正常工作，必須滿足M14和M15同時(shí)工作在飽和區(qū)，設(shè)M15的柵極偏置電壓為Vb，M14和M15的漏端電壓分別為VA和VB，即：

選擇M15的尺寸，使它的過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓始終小于一個(gè)閾值電壓，確保不等式成立，則選擇合適的Vb，即可使M11，M12和M14，M15消耗的電壓余度最小，值為兩個(gè)過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓。