一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路的制作方法

本實(shí)用新型涉及集成電路溫度保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

溫度特性在集成電路不斷發(fā)展的過(guò)程中起著越來(lái)越重要的角色，一方面由于集成電路的集成度不斷提高，集成了更多的功率器件；另一方面，能夠在高溫環(huán)境下工作的芯片設(shè)計(jì)越來(lái)越被廣泛需要。尤其在集成了大功率器件的芯片中，會(huì)由于大功率器件的長(zhǎng)時(shí)間工作導(dǎo)致功耗過(guò)大，導(dǎo)致芯片溫度升高，甚至損壞芯片。為了保護(hù)芯片在高溫壞境中不被損壞，芯片中會(huì)加入過(guò)溫保護(hù)電路，此過(guò)溫保護(hù)電路模塊能通過(guò)檢測(cè)芯片溫度的變化，當(dāng)溫度超過(guò)閾值時(shí)，其輸出信號(hào)控制芯片的部分模塊停止工作，直到芯片溫度降低達(dá)到恢復(fù)正常工作的溫度閾值之后，又可重新啟動(dòng)芯片停止工作的模塊。

為了避免在閾值溫度附近發(fā)生熱振蕩，需要過(guò)溫保護(hù)電路具有熱滯回功能。

目前，市面上的過(guò)溫保護(hù)電路是由過(guò)溫保護(hù)電路的輸出來(lái)控制溫度檢測(cè)電路，從而改變電路的結(jié)構(gòu)，影響輸出值，使得在高溫、低溫環(huán)境下的電路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不同的輸出值將會(huì)對(duì)應(yīng)不同的溫度閾值點(diǎn)，以便實(shí)現(xiàn)熱滯回功能，但是，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)，較為復(fù)雜，面積較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)中用于芯片設(shè)計(jì)的過(guò)溫保護(hù)電路，較為復(fù)雜，面積較大的問(wèn)題。本實(shí)用新型的具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用芯片面積小、功耗小，設(shè)置有熱滯回功能，具有良好的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于：包括基極電壓產(chǎn)生電路、溫度檢測(cè)電路和輸出級(jí)電路，

所述基極電壓產(chǎn)生電路，采用電阻分壓方式產(chǎn)生固定的電壓，用于給所述溫度檢測(cè)電路中的晶體管提供基極電壓；

所述溫度檢測(cè)電路，通過(guò)晶體管產(chǎn)生與溫度有關(guān)的PTAT電流，根據(jù)溫度變化使得PTAT電流的狀態(tài)發(fā)生變化，PTAT電流的變化使得溫度檢測(cè)電路的輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫度是否超過(guò)溫度閾值，得到不同的過(guò)溫保護(hù)的輸出；

所述輸出級(jí)電路，用于增大過(guò)溫保護(hù)的驅(qū)動(dòng)能力，且隔離外部電路對(duì)所述溫度檢測(cè)電路的影響。

前述的一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于：所述基極電壓產(chǎn)生電路，包括PMOS管M9、電阻R3和電阻R4，所述PMOS管M9的源極接直流電源VDD，所述PMOS管M9的柵極接地，所述PMOS管M9的漏極連接電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端接電阻R4的一端，所述電阻R4的另一端接地，所述電阻R3、電阻R4的連接處作為基極電壓產(chǎn)生電路的輸出，給所述溫度檢測(cè)電路中的晶體管提供基極電壓。

前述的一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于：所述溫度檢測(cè)電路，包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、晶體管Q1、晶體管Q2、電阻R1和電阻R2，

所述PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5和PMOS管M6的源極接直流電源VDD，所述PMOS管M1的柵極和漏極相連并且與所述PMOS管M2的柵極、PMOS管M5的柵極、PMOS管M3的漏極、晶體管Q1的集電極相連接于節(jié)點(diǎn)D1；所述PMOS管M4的柵極和漏極相連并且與所述PMOS管M3的柵極、PMOS管M6的柵極、PMOS管M2的漏極、晶體管Q2的集電極相連接于節(jié)點(diǎn)D2；所述NMOS管M7的柵極和漏極相連并且與所述PMOS管M5的漏極相連接于節(jié)點(diǎn)D5；所述NMOS管M7的源極接地；所述NMOS管M8的柵極與節(jié)點(diǎn)D5相連接，所述NMOS管M8的漏極與PMOS管M6的漏極連接；所述晶體管Q1的基極與晶體管Q2的基極相連并且與為基極電壓產(chǎn)生電路的輸出相連接于節(jié)點(diǎn)D3；所述晶體管Q1的發(fā)射極與電阻R1的一端相連接于節(jié)點(diǎn)D4；所述電阻R1的另一端連接到地；所述NPN管Q2的發(fā)射極與電阻R2的一端相連接；所述電阻R2的另一端與電阻R1的一端相連接于節(jié)點(diǎn)D4；所述PMOS管M6的漏極與NMOS管M8的漏極相連接的節(jié)點(diǎn)，作為溫度檢測(cè)電路的輸出端連接到輸出級(jí)電路。

前述的一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于：所述晶體管Q1、晶體管Q2均采用NPN型晶體管。

前述的一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于：所述輸出級(jí)電路，包括反相器INV1和二輸入與非門NAND2，所述反相器INV1的輸入端與溫度檢測(cè)電路的輸出端相連接，所述反相器INV1的輸出端接所述二輸入與非門NAND2的一個(gè)輸入端，所述二輸入與非門NAND2的另一輸入端接直流電源VDD，所述二輸入與非門NAND2的輸出端作為輸出級(jí)電路的輸出端，所述輸出級(jí)電路的輸出端為過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端OTP。

前述的一種具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，其特征在于：所述直流電源VDD的電壓為3.3V～5V。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，包括基極電壓產(chǎn)生電路、溫度檢測(cè)電路和輸出級(jí)電路，能夠很好的檢測(cè)芯片溫度的變化，并通過(guò)控制芯片部分模塊的工作達(dá)到降低溫度的效果，保護(hù)芯片不被熱損壞，設(shè)置有熱滯回功能保證電路不發(fā)生熱振蕩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用芯片面積小、功耗小，具有良好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路的電路原理圖。

圖2是本實(shí)用新型在溫度升高到超過(guò)閾值點(diǎn)時(shí)的工作狀態(tài)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型在溫度降低到芯片恢復(fù)正常工作時(shí)的工作狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型的具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，包括基極電壓產(chǎn)生電路1、溫度檢測(cè)電路2和輸出級(jí)電路3，

所述基極電壓產(chǎn)生電路1，采用電阻分壓方式產(chǎn)生固定的電壓，用于給所述溫度檢測(cè)電路中的晶體管提供基極電壓；

所述溫度檢測(cè)電路2，通過(guò)晶體管產(chǎn)生與溫度有關(guān)的PTAT電流，根據(jù)溫度變化使得PTAT電流的狀態(tài)發(fā)生變化，PTAT電流的變化使得溫度檢測(cè)電路的輸出電壓的狀態(tài)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)根據(jù)溫度是否超過(guò)溫度閾值，得到不同的過(guò)溫保護(hù)的輸出；

所述輸出級(jí)電路3，用于增大過(guò)溫保護(hù)的驅(qū)動(dòng)能力，且隔離外部電路對(duì)所述溫度檢測(cè)電路的影響。

所述基極電壓產(chǎn)生電路，包括PMOS管M9、電阻R3和電阻R4，所述PMOS管M9的源極接直流電源VDD，所述PMOS管M9的柵極接地，所述PMOS管M9的漏極連接電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端接電阻R4的一端，所述電阻R4的另一端接地，所述電阻R3、電阻R4的連接處作為基極電壓產(chǎn)生電路的輸出，給所述溫度檢測(cè)電路中的晶體管提供基極電壓。

所述溫度檢測(cè)電路，包括PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、晶體管Q1、晶體管Q2、電阻R1和電阻R2，

所述PMOS管M1、PMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5和PMOS管M6的源極接直流電源VDD，所述PMOS管M1的柵極和漏極相連并且與所述PMOS管M2的柵極、PMOS管M5的柵極、PMOS管M3的漏極、晶體管Q1的集電極相連接于節(jié)點(diǎn)D1；所述PMOS管M4的柵極和漏極相連并且與所述PMOS管M3的柵極、PMOS管M6的柵極、PMOS管M2的漏極、晶體管Q2的集電極相連接于節(jié)點(diǎn)D2；所述NMOS管M7的柵極和漏極相連并且與所述PMOS管M5的漏極相連接于節(jié)點(diǎn)D5；所述NMOS管M7的源極接地；所述NMOS管M8的柵極與節(jié)點(diǎn)D5相連接，所述NMOS管M8的漏極與PMOS管M6的漏極連接；所述晶體管Q1的基極與晶體管Q2的基極相連并且與為基極電壓產(chǎn)生電路的輸出相連接于節(jié)點(diǎn)D3；所述晶體管Q1的發(fā)射極與電阻R1的一端相連接于節(jié)點(diǎn)D4；所述電阻R1的另一端連接到地；所述NPN管Q2的發(fā)射極與電阻R2的一端相連接；所述電阻R2的另一端與電阻R1的一端相連接于節(jié)點(diǎn)D4；所述PMOS管M6的漏極與NMOS管M8的漏極相連接的節(jié)點(diǎn)，作為溫度檢測(cè)電路的輸出端連接到輸出級(jí)電路，這里的晶體管Q1、晶體管Q2均采用NPN型晶體管。

所述輸出級(jí)電路，包括反相器INV1和二輸入與非門NAND2，所述反相器INV1的輸入端與溫度檢測(cè)電路的輸出端相連接，所述反相器INV1的輸出端接所述二輸入與非門NAND2的一個(gè)輸入端，所述二輸入與非門NAND2的另一輸入端接直流電源VDD，所述二輸入與非門NAND2的輸出端作為輸出級(jí)電路的輸出端，所述輸出級(jí)電路的輸出端為過(guò)溫保護(hù)電路的輸出端OTP。

所述直流電源VDD的電壓為3.3V～5V。

本實(shí)用新型的具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，工作原理如下：

所述基極電壓產(chǎn)生電路中由于，PMOS管M9的柵極接地，PMOS管M9會(huì)處于常導(dǎo)通狀態(tài)，產(chǎn)生的連接到所述晶體管Q1、晶體管Q2的基極上的電壓VD3的表達(dá)式如下式(1)，

所述與溫度有關(guān)的晶體管Q2的PTAT電流為I_Q2，表達(dá)式如下式(2)，

其中，V_BE1為晶體管Q1的基極與發(fā)射極的電壓差，V_BE2為晶體管Q2的基極與發(fā)射極的電壓差，R2為電阻R2的阻值，k是玻爾茲曼常數(shù)，q為電子電荷，T為溫度，n為晶體管Q2和晶體管Q1的個(gè)數(shù)比，晶體管Q2的PTAT電流I_Q2與絕對(duì)溫度呈正相關(guān)，晶體管Q1的PTAT電流I_Q1與絕對(duì)溫度呈負(fù)相關(guān)。

在芯片正常工作時(shí)，隨著溫度升高，I_Q2增大，則I₄增大，V_D2減小，而I_Q1減小，則I₁減小，V_D1增大,直到節(jié)點(diǎn)D2為低電平，節(jié)點(diǎn)D1為高電平，此時(shí),則達(dá)到高溫的溫度閾值點(diǎn)T⁺,電路狀態(tài)如圖2所示，PMOS管M1、PMOS管M2關(guān)閉，PMOS管M3、PMOS管M4導(dǎo)通，此時(shí)溫度已經(jīng)超過(guò)高溫閾值點(diǎn)T⁺，由于節(jié)點(diǎn)D1為高電平，導(dǎo)致PMOS管M5關(guān)閉，從而使得節(jié)點(diǎn)D5的電荷被放掉為低電平，再加上節(jié)點(diǎn)D2為低電平，此時(shí)，反相器INV1的輸入端為高電平，OTP端子為高電平，將控制芯片中部分模塊停止工作來(lái)降低芯片的溫度；

在芯片達(dá)到過(guò)溫狀態(tài)后，隨著溫度降低，I_Q2減小，由于節(jié)點(diǎn)D1為高電平導(dǎo)致PMOS管M3的電流為0，且V_D4將減小，而V_D3不變，所以晶體管Q1的基極與發(fā)射極兩端的電壓降增大，使得晶體管Q1導(dǎo)通，晶體管Q1導(dǎo)通后將節(jié)點(diǎn)D1的電荷放掉直至PMOS管M1、PMOS管M2管導(dǎo)通，隨著溫度繼續(xù)降低，I_Q2繼續(xù)減小，則I₄減小，V_D2增大，而I_Q1增大，則I₁增大，V_D1減小，直到節(jié)點(diǎn)D2為高電平，節(jié)點(diǎn)D1為低電平，此時(shí)，則達(dá)到恢復(fù)正常工作的溫度閾值點(diǎn)T^-，電路狀態(tài)如圖3所示，PMOS管M1、PMOS管M2導(dǎo)通，PMOS管M3、PMOS管M4關(guān)閉，此時(shí)，溫度已經(jīng)降低到超過(guò)恢復(fù)正常工作的溫度閾值點(diǎn)T^-，由于節(jié)點(diǎn)D1為低電平，導(dǎo)致PMOS管M5導(dǎo)通，從而給節(jié)點(diǎn)D5的充電為高電平，再加上節(jié)點(diǎn)D2為高電平，所以，反相器INV1的輸入端為低電平，OTP端子為低電平，這將控制芯片中部分模塊恢復(fù)正常工作。

上述描述過(guò)溫保護(hù)電路恢復(fù)正常工作的溫度閾值點(diǎn)T^-小于高溫閾值點(diǎn)T⁺，從而實(shí)現(xiàn)了滯回功能，溫度滯回區(qū)間大小為T^-～T⁺之間。

綜上所述，本實(shí)用新型的具有熱滯回功能的過(guò)溫保護(hù)電路，包括基極電壓產(chǎn)生電路、溫度檢測(cè)電路和輸出級(jí)電路，能夠很好的檢測(cè)芯片溫度的變化，并通過(guò)控制芯片部分模塊的工作達(dá)到降低溫度的效果，保護(hù)芯片不被熱損壞，設(shè)置有熱滯回功能保證電路不發(fā)生熱振蕩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用芯片面積小、功耗小，具有良好的應(yīng)用前景。

以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。