兩種低功耗新型過(guò)溫保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

摘要：電源管理芯片中過(guò)溫保護(hù)電路用來(lái)檢測(cè)芯片的溫度。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，過(guò)溫保護(hù)電路輸出保護(hù)信號(hào)，使芯片停止工作，以免溫度過(guò)高而損壞芯片。為了實(shí)現(xiàn)上述過(guò)溫保護(hù)電路功能，提出了兩種新型的過(guò)溫保護(hù)電路，不但能夠精確地檢測(cè)芯片的溫度，并且功耗很低。采用0.5μmN—阱CMOS工藝的方法，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并使用CadenceSpectre工具進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩種電路僅消耗3μA的電流就能夠?qū)崿F(xiàn)精確的溫度檢測(cè)，其具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，高靈敏度和高精度的特點(diǎn)，應(yīng)用前景比較廣泛。

關(guān)鍵詞：過(guò)溫保護(hù)電路；低功耗系統(tǒng)；電源管理；集成電路

中圖分類(lèi)號(hào)：TN710—34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004—373X（2012）18—0159—03

引言

隨著微電子、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備與人們的生活和工作的關(guān)系日益密切。近年來(lái)手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掌上電腦等便攜式設(shè)備也得到了迅猛的發(fā)展。多種功能模塊集成在同一系統(tǒng)中，使設(shè)備的功能越來(lái)越強(qiáng)大。同時(shí)，系統(tǒng)的功耗也大大地增加，導(dǎo)致設(shè)備的溫度變化很大。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，為了避免設(shè)備損壞系統(tǒng)應(yīng)該停止工作。電源管理芯片用來(lái)給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓，通常在電源管理芯片中集成過(guò)溫保護(hù)電路[1—3]，溫度過(guò)高時(shí)停止供電，使所有系統(tǒng)停止工作。當(dāng)溫度下降到工作范圍內(nèi)時(shí)，重新激活電源，使系統(tǒng)恢復(fù)工作。對(duì)于過(guò)溫保護(hù)電路相關(guān)研究工作近年來(lái)也提出了不少新穎的觀點(diǎn)和新的工藝：如徐偉，馮全源提出了一種帶曲率樸償?shù)幕鶞?zhǔn)及過(guò)溫保護(hù)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(shè)計(jì)的過(guò)溫保護(hù)電路[5]；季輕舟，耿增建通過(guò)研究得到了高性能快速啟動(dòng)CMOS帶隙基準(zhǔn)及過(guò)溫保護(hù)電路[6]；吳斯敏，鄒雪城，余國(guó)義發(fā)現(xiàn)了一種嵌入BICMOS帶隙電路的過(guò)溫保護(hù)電路等[7]。過(guò)溫保護(hù)電路一般利用一個(gè)溫度敏感的器件檢測(cè)環(huán)境的溫度。在集成電路中最常用的就是利用PN結(jié)的正向電壓負(fù)溫度特性。本文提出了兩種過(guò)溫保護(hù)電路，它們均采用晶體管來(lái)檢測(cè)溫度。電路具有功耗低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)溫度檢測(cè)精度高等優(yōu)點(diǎn)。能夠廣泛地應(yīng)用在DC—DC，LDO，電荷泵等電源管理芯片中。

1基本原理

過(guò)溫保護(hù)電路的基本原理是利用晶體管的基極—發(fā)射極電壓VBE隨著溫度的升高而減小的特性來(lái)檢測(cè)溫度[8]。