兩種低功耗新型過溫保護電路的設計

摘要：電源管理芯片中過溫保護電路用來檢測芯片的溫度。當溫度過高時，過溫保護電路輸出保護信號，使芯片停止工作，以免溫度過高而損壞芯片。為了實現上述過溫保護電路功能，提出了兩種新型的過溫保護電路，不但能夠精確地檢測芯片的溫度，并且功耗很低。采用0.5μmN—阱CMOS工藝的方法，進行電路設計，并使用CadenceSpectre工具進行了仿真實驗驗證。仿真實驗結果表明兩種電路僅消耗3μA的電流就能夠實現精確的溫度檢測，其具有較強的適應性，高靈敏度和高精度的特點，應用前景比較廣泛。

關鍵詞：過溫保護電路；低功耗系統；電源管理；集成電路

中圖分類號：TN710—34文獻標識碼：A文章編號：1004—373X（2012）18—0159—03

引言

隨著微電子、通信技術的飛速發展，電子設備與人們的生活和工作的關系日益密切。近年來手機、數碼相機、掌上電腦等便攜式設備也得到了迅猛的發展。多種功能模塊集成在同一系統中，使設備的功能越來越強大。同時，系統的功耗也大大地增加，導致設備的溫度變化很大。當溫度過高時，為了避免設備損壞系統應該停止工作。電源管理芯片用來給系統提供穩定的電壓，通常在電源管理芯片中集成過溫保護電路[1—3]，溫度過高時停止供電，使所有系統停止工作。當溫度下降到工作范圍內時，重新激活電源，使系統恢復工作。對于過溫保護電路相關研究工作近年來也提出了不少新穎的觀點和新的工藝：如徐偉，馮全源提出了一種帶曲率樸償的基準及過溫保護電路[4]；易峰，何穎，郭海平等研究提出了一種采用雙極工藝設計的過溫保護電路[5]；季輕舟，耿增建通過研究得到了高性能快速啟動CMOS帶隙基準及過溫保護電路[6]；吳斯敏，鄒雪城，余國義發現了一種嵌入BICMOS帶隙電路的過溫保護電路等[7]。過溫保護電路一般利用一個溫度敏感的器件檢測環境的溫度。在集成電路中最常用的就是利用PN結的正向電壓負溫度特性。本文提出了兩種過溫保護電路，它們均采用晶體管來檢測溫度。電路具有功耗低，結構簡單，對溫度檢測精度高等優點。能夠廣泛地應用在DC—DC，LDO，電荷泵等電源管理芯片中。

1基本原理

過溫保護電路的基本原理是利用晶體管的基極—發射極電壓VBE隨著溫度的升高而減小的特性來檢測溫度[8]。