0.25 μm CMOS新型過溫保護電路的設計

葛興杰，陸 鋒,2

（1.江南大學物聯網工程學院，江蘇無錫 214000；2.中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇無錫 214072）

1 引言

集成電路集成度隨著摩爾定律發展了40多年，在性能提升的同時也面臨著芯片因內部能量損耗而造成溫度過高，從而影響芯片性能、效率和穩定性等問題。研究表明，芯片溫度平均每升高1℃，MOS管的驅動能力將下降約4%，集成電路的失效率會增加一倍。因此，在芯片內部設計一個靈敏度高、結構簡單可靠、適用范圍廣的過溫保護電路就顯得尤為重要[1-4]。

傳統的過溫保護電路主要有兩種結構：一種是采用齊納二極管的正溫系數Vz和三極管的負溫系數相減得到一個與溫度相關的電壓，控制三極管的通斷，得到所需要的過溫保護信號；第二種是利用三極管的負溫系數VBE來與基準電壓進行比較，通過比較器輸出過溫保護信號，實現保護電路的功能[5]。這兩種結構都有各自的優缺點：第一種結構簡單，但受工藝影響較大；第二種精度高，但需要帶隙基準電路產生參考電壓，還需要比較器進行電壓比較，對電路設計和版圖面積都有一定的限制。

2 電路原理

圖1為典型的過溫保護電路，Vout為輸出。

圖1 傳統過溫保護電路

式（1）中，VB1為三極管 Q1的基極電壓，Vz為齊納二極管DZ的導通壓降(一般小于5 V)。在正常工作情況下，合理設置電阻R1和R2的阻值，使得三極管Q1的基極-發射極電壓VBE1小于開啟電壓VTH，三極管截止，此時輸出電壓Vout為高電平；當溫度上升時，三極管Q0的基極電壓VBE0下降，因此，三極管Q1的基極電壓VB1升高，超過閾值電壓時Q1導通，輸出電壓Vout信號翻轉，從而禁止芯片工作。……