在集成電路芯片工作的過程中，不可避免地會有功率損耗，而這些功率損耗中的絕大部分將轉換成熱能散出。在環境過高、短路等異常情況下，會導致芯片內部的熱量不能被及時散出，從而不可避免地使芯片工作溫度上升。過高的工作溫度對芯片工作性能、可靠性和安全性都有很大的影響。研究表明，芯片溫度每升高1℃,管的驅動能力將下降約為％，連線延遲增加%，集成電路失效率增加一倍，因此芯片內部必須要有過溫保護電路來保障芯片安全。文中將介紹一種可用標準工藝實現的過溫保護電路。在電路設計上，使用了與溫度成正比的電流源電流和具有負溫度系數的管工藝中寄生）結電壓作為兩路差動的感溫單元。這種差動的傳感方式，可以提高電路對溫度變化反應的靈敏度，同時，其具有的遲滯功能，可以有效的避免熱振蕩對芯片的損壞。1架構原理分析1．1工作原理分析圖1為本設計的原理架構，為 工藝中寄生 三極管，其集電極是必須與地點位連接，為了利用寄生結導通正向導通電壓的負溫度特性，把做二極管連接基集也接到地，這樣A點和地之間的電壓VA就具有了結正向電壓的與溫度成反比的性質。由于基準電路輸出的偏置電壓加在、、的柵極上，則其所在支路上都會產生 A電流 Aa在提供偏置的同時，也在電阻上產生了與溫度成正比的電壓VB即B點電壓隨之增大。當達到某一溫度H設定的關斷溫度后，VH三VA、比較器輸出高電平，經過倒相器后，輸出為低電平；此信號作用于電路的其它模塊后，使整個芯片停止工作，實現熱保護功能。同時，信號正反饋作用于柵上，開啟，加大了電阻上電流，使VB更高。困1過溫保護電路原理框圖在芯片被熱保護，停止工作后，芯片上的溫度會從H下降，使得A點電壓VA慢慢上升，B點電壓VB慢慢下降。由于先前 的正反饋作用已經使VB升高，因此在這種狀態下，要出現VANVB使比較器輸出翻轉情況就需要A點有比先前的電壓VA更大的電壓，相應地使得下降時翻轉點對應的恢復溫度也會比H

低。當溫度低于后，VB三VA,通過比較器作用后，會使輸出高電平，使芯片恢復工作。同時，信號仍然會再次正反饋作用于柵上，關斷，進一步減小了電阻上的電流，使VB更低。整個工作過程中， 的正反饋起到了遲滯的作用。使得正常工作時， 輸出高電平作用于電路其它模塊。當溫度過高時，輸出低電平作用于電路其它模塊，使芯片停止工作，保護芯片。1．2溫度翻轉點的計算A點的電壓VA為 結兩邊電壓， 結電壓的表達式可寫為%二%也，=九a)lnT-lnA](1)式中V為帶隙電壓，Y和a為器件參數，A代表了那些方程推到過程中與溫度無關的常量。因為V/q可以得到VB隨溫度上升是降低的。其關于溫度變化的方程為__K(yot)lnT+K(y-a)__K(yot)lnT+K(y-a)(2)如果忽略由溫度變化引起o常溫下約為一如果忽略由溫度變化引起o常溫下約為一近似線性為項變化對式的影響，/V。為了簡化計算，則VB/可近似等于常數結關于溫度的變化方程可%e=[VCo-ln(C)]+C0TB點的電壓為電阻上的電壓，可由歐姆定理計算得到。B點的電壓為電阻上的電壓，可由歐姆定理計算得到。計算溫度上升翻轉點H當溫度上升時，由前分析可知， 為高電平，截止。因此流入的電流只有一路。此狀態下VB電壓的表達式為唳二Ax唳二AxR。翻轉點VAV時的對應方程為(4)[VCo-lnA]-Iyx/?[VCo-lnA]-Iyx/?0(6)Cq式（10即）為過溫保護工作時的遲滯量。計算溫度下降翻轉點當從高于開啟。因此流入電阻的電流有%二(11計算溫度下降翻轉點當從高于開啟。因此流入電阻的電流有%二(11+12)XR。翻轉點VAV時對應方程為溫度下降時，由前分析可知， 為低電平，兩路。此狀態下VB電壓的表達式為(7)2實際電路設計設計的過熱保護電路大體上分為3個部分，如圖3所示。3.5「 1.5"-5-I~~1_I~I_i_I_I_I__I_I__I_I__I_I__I_1_I_I_i_I_I_I_I_I—I-50.0 0 50.0 100 150 200temp/七圖3輸出TSD隨溫度反向變化時掃描圖3.51 1.5-_.5~1~1~1~1~1""■1~1~1~1~1~1—?-*—?-1~~~?~_~?~?~?-50.0 0 50.0 100 150 200temp/七圖4輸出TSD隨溫度正向變化時掃描圖啟動電路：啟動電路只有在剛上電的時候才會工作，當電源電壓從慢慢升高，同時輸入信號為低電平時，開關管就會被打開，管也會導通，這樣就會使得在這條支路上的電壓慢慢升高。以二極管形式連接的的柵端也會隨之升高，也為右端的，4提供柵極電壓，從而破壞了基準電路的平衡，使之能夠啟動起來。當的柵極電壓上升到的閾值電壓時，就會將其導通，使得產生了一個有電源到地的通路，這樣也就完成了啟動電路的功能。偏著電路：此部分電路的工作原理與產生T電流電路的原理基本相同，輸出端的電壓為其它電路提供偏置。、64、4組成的支路將在右端支路的電流取出，經過濾波、放大后又鏡像回去，在、44、1的支路上輸出一個偏置電壓信號。由于電流鏡的工作原理，所以要求4和64、4均為相同的對管。另外，此電路中作為關斷管，當 信號為高電平時，就會處于導通狀態，這樣這屆就會將、4關斷，使得整個電路關斷。熱敏關斷保護電路：由于基準電路輸出的偏置電壓加到、、1柵極上，所以在這兩條支路上都會產生T電流。采用4、 4、 4、 4、構成的兩級比較器來實現原理等效圖中的功能。此比較器的第一級為 差動輸入。用 做差動輸人的作用：1降低了輸入的噪聲。正常情況下，溫度不可能有很劇烈的變化，因此溫度波動的頻率不可能很高，所以閃爍噪聲1/將成為噪聲的主要成分。由于 輸入可降低噪聲對電路的影響； 輸入使共模輸入范圍的下限降低。此電路比較器要比較是接近于 結 的電壓，用構成的輸入端可更好的滿足這種低共模輸入電壓的要求。比較器的第二級為共源放大器，作為比較器的第二級，其主要作用增大了輸出擺幅、提高了增益和輸入的分辨率，加快了高低電平的轉換速率。電路中電容（的作用：電容0可以抑制一些干擾量在比較器通向輸入端電阻風上產生的電壓波動，以防止系統被擾動引起的誤動作。、仿真測試按照以上設計的電路。用 對其進行仿真，器件的模型參數采用0.p工藝。圖為過溫保護電路的輸出控制信號1，隨溫度上升和下降的曲線。電源電壓取、 。從仿真結果可以看出，該電路實現了良好的“溫度遲滯”特性。遲滯功能有效的避免了芯片