带热滞回功能的CMOS温度保护电路
随着集成电路技术的广泛应用及集成度的不断增加，超大规模集成电路（vlsi）的功耗、芯片内部的温度不断提高，温度保护电路已经成为了众多芯片设计中必不可少的一部分。本文在csmc 0．5／μm cmos工艺下，设计一种适用于音频功放的高精度带热滞回功能温度保护电路。
电路结构设计
整个电路结构可分为启动电路、ptat电流产生电路、温度比较及其输出电路。下面详细介绍各部分电路的设计以及实现。文中所设计的温度保护整体电路图如图1所示。
启动电路
在与电源无关的偏置电路中有一个很重要的问题，那就是“简并”偏置点的存在，每条支路的电流可能为零，即电路不能进入正常工作状态，故必须添加启动电路，以便电源上电时摆脱简并偏置点。上电瞬间，电容c上无电荷，m7栅极呈现低电压，m7～m9导通，pd（低功耗引脚）为低电平，m3将m6栅压拉高，由于设计中m2宽长比较小，而此时又不导通，q1～q4支路导通，电路脱离“简并点”；随着m6栅电位的继续升高，m2导通，m3源电位急剧降低，某时刻m3 被关断，启动电路与偏置电路实现隔离，电容c两端电压恒定，为m7提供合适的栅压，偏置电路正常工作。然而，当pd为高电平时，m4导通，将m6，m10 的栅电位拉低，使得整个电路处于低功耗状态。
温度比较及输出电路
由于晶体管的be结正向导通电压具有负温度系数；ptat电流进行i-v变换产生电压具有正温度特性；利用这两路电压不同的温度特性来实现温度检测，产生过温保护信号的输出，m26～m30，m33，m34构成一个两级开环比较器，反相器的接入是为了满足高转换速率的要求。m31，m32是低功耗管，m23～m25的作用是构成一个正反馈回路，以防止在临界状态发生不稳定性，同时又为电路产生了滞回区间。
比较器的两个输入端电压分别记为vq和vr；m17～m22用来镜像基准源电路产生的ptat电流，这里它们与m14有着相同的宽长比。因此流经这三条支路的电流都为iptat。在常温下，m25截止，r2完成对ptat电流的i-v变换，即vr=2iptatr2，此时vrvq，比较器输出为低电平。随着温度的升高，iptat不断增大，vr也随之增大。与此同时，晶体管be结正向导通电压vq以2．2 mv／℃的速度下降。当vr=vq的瞬间，比较器发生翻转，使得输出为高电平，从而启动温度保护。在温度保护启动的同时，m25开始导通。此时，流过r2 上的电流变为两部分，一部分是原来就存在的m19～m22提供的偏置电流，另一部分就是新引入的由m23～m25提供的电流。这样做的好处是在温度下降时，只有在温度低于开始的关断温度一定值时才能重新工作，相当于在关断点附近形成热迟滞，有效地防止了热振荡现象的发生。
为保证芯片在工作时不因温度过高而被损坏，温度保护电路是必须的。这里所设计的温度保护电路对温度灵敏性高，功耗低，其热滞回功能能有效防止热振荡现象的发生，相比一般单独使用晶体管be结的温度保护电路具有更高的灵敏度和精度，可广泛用于各种功率芯片内部。
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比较器的两个输入端电压分别记为vq和vr；m17～m22用来镜像基准源电路产生的ptat电流，这里它们与m14有着相同的宽长比。因此流经这三条支路的电流都为iptat。在常温下，m25截止，r2完成对ptat电流的i-v变换，即vr=2iptatr2，此时vrvq，比较器输出为低电平。随着温度的升高，iptat不断增大，vr也随之增大。与此同时，晶体管be结正向导通电压vq以2．2 mv／℃的速度下降。当vr=vq的瞬间，比较器发生翻转，使得输出为高电平，从而启动温度保护。在温度保护启动的同时，m25开始导通。此时，流过r2 上的电流变为两部分，一部分是原来就存在的m19～m22提供的偏置电流，另一部分就是新引入的由m23～m25提供的电流。这样做的好处是在温度下降时，只有在温度低于开始的关断温度一定值时才能重新工作，相当于在关断点附近形成热迟滞，有效地防止了热振荡现象的发生。
为保证芯片在工作时不因温度过高而被损坏，温度保护电路是必须的。这里所设计的温度保护电路对温度灵敏性高，功耗低，其热滞回功能能有效防止热振荡现象的发生，相比一般单独使用晶体管be结的温度保护电路具有更高的灵敏度和精度，可广泛用于各种功率芯片内部。
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