两种低功耗新型过温保护电路的设计

摘要：电源管理芯片中过温保护电路用来检测芯片的温度。当温度过高时，过温保护电路输出保护信号，使芯片停止工作，以免温度过高而损坏芯片。为了实现上述过温保护电路功能，提出了两种新型的过温保护电路，不但能够精确地检测芯片的温度，并且功耗很低。采用0.5μmN—阱CMOS工艺的方法，进行电路设计，并使用CadenceSpectre工具进行了仿真实验验证。仿真实验结果表明两种电路仅消耗3μA的电流就能够实现精确的温度检测，其具有较强的适应性，高灵敏度和高精度的特点，应用前景比较广泛。

关键词：过温保护电路；低功耗系统；电源管理；集成电路

中图分类号：TN710—34文献标识码：A文章编号：1004—373X（2012）18—0159—03

引言

随着微电子、通信技术的飞速发展，电子设备与人们的生活和工作的关系日益密切。近年来手机、数码相机、掌上电脑等便携式设备也得到了迅猛的发展。多种功能模块集成在同一系统中，使设备的功能越来越强大。同时，系统的功耗也大大地增加，导致设备的温度变化很大。当温度过高时，为了避免设备损坏系统应该停止工作。电源管理芯片用来给系统提供稳定的电压，通常在电源管理芯片中集成过温保护电路[1—3]，温度过高时停止供电，使所有系统停止工作。当温度下降到工作范围内时，重新激活电源，使系统恢复工作。对于过温保护电路相关研究工作近年来也提出了不少新颖的观点和新的工艺：如徐伟，冯全源提出了一种带曲率朴偿的基准及过温保护电路[4]；易峰，何颖，郭海平等研究提出了一种采用双极工艺设计的过温保护电路[5]；季轻舟，耿增建通过研究得到了高性能快速启动CMOS带隙基准及过温保护电路[6]；吴斯敏，邹雪城，余国义发现了一种嵌入BICMOS带隙电路的过温保护电路等[7]。过温保护电路一般利用一个温度敏感的器件检测环境的温度。在集成电路中最常用的就是利用PN结的正向电压负温度特性。本文提出了两种过温保护电路，它们均采用晶体管来检测温度。电路具有功耗低，结构简单，对温度检测精度高等优点。能够广泛地应用在DC—DC，LDO，电荷泵等电源管理芯片中。

1基本原理

过温保护电路的基本原理是利用晶体管的基极—发射极电压VBE随着温度的升高而减小的特性来检测温度[8]。