本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有過(guò)溫保護(hù)功能的溫度檢測(cè)電路。

背景技術(shù)：

隨著ic行業(yè)的迅速發(fā)展，芯片集成度越來(lái)越高，性能越來(lái)越好，功耗越來(lái)越大，使得集成電路在長(zhǎng)時(shí)間使用或某些諸如短路等異常情況下，芯片溫度會(huì)迅速升高。

在當(dāng)今的集成電路設(shè)計(jì)中，芯片的工作溫度對(duì)其性能有著不可忽略的影響，高溫會(huì)對(duì)芯片的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，且過(guò)熱會(huì)使芯片無(wú)法正常工作，甚至可能會(huì)損壞電子器件，所以尤其在大功率高性能集成電路中，過(guò)溫保護(hù)顯得尤為重要；在許多高精度的電路中，甚至需要監(jiān)測(cè)芯片工作的實(shí)時(shí)溫度，以得知芯片性能的實(shí)時(shí)參數(shù)。在模擬電路中，可利用一些半導(dǎo)體器件參數(shù)與溫度的線性關(guān)系來(lái)轉(zhuǎn)換為對(duì)溫度的檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題，就是針對(duì)常規(guī)電路的溫度保護(hù)模塊會(huì)在閾值附近產(chǎn)生熱振蕩、且無(wú)法得知芯片工作具體溫度等一系列問題，提供一種帶有可防止熱振蕩的過(guò)溫保護(hù)功能且能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的溫度檢測(cè)電路。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種帶有遲滯過(guò)溫保護(hù)功能的溫度檢測(cè)電路，包含基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生部分，過(guò)溫保護(hù)模塊部分，溫度檢測(cè)部分；

所述的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路1，其特征在于，所述電路部分包含低溫飄帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生部分5和ptat帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生部分6；低溫飄帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生部分5中，電阻r5一端接電源vdd，另一端接mn1漏端，mn1源端接電阻r6的一端，r6的另一端和r8、r9相連，r8和r9的另一端，分別與qp4和qp5的集電極相連，qp4和qp5的發(fā)射極與電阻r10的一端相連，電阻r10另一端接地，運(yùn)放op1的輸出端接mn1的柵極，負(fù)端接qp4的集電極，正端接qp5的集電極，qp4的基極與op1的正端相接，qp5的基極與r6、r8、r9的連接點(diǎn)相接，qp4的發(fā)射極面積為qp5的8倍，mn1的源端為低溫飄基準(zhǔn)電壓vref1的輸出端，r7的一端接vref1，另一端接c1上極板，c1下極板接地；ptat帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生部分6中的電阻r11一端接地，另一端接qp6的發(fā)射極，qp6的發(fā)射極面積與qp5一樣，qp6的基極與qp4的基極相連，qp6的集電極與mn2的源端相連，mn2的柵端與qp6的集電極相連，mn2的漏端與mp3的漏端相連，mp3的源端與mp2的漏端相連，mp2的源端接電源，mp3的漏端與mp2的柵端短接，mp2和mp3的柵端分別與mp4和mp5的柵端短接，mp4源端接電源，mp4漏端接mp5源端，mp5漏端接r12的一端，r12另一端接地，mp5的漏端為vref2，r18一端接mp5漏端，另一端接c2上極板，c2下極板接地；

所述的過(guò)溫保護(hù)電路3，其特征在于，所述部分包含ptat電流產(chǎn)生部分4和使能邏輯產(chǎn)生部分；ptat電流產(chǎn)生部分4中，mp1的源端接電源，柵漏短接，mp1的漏端與r1和r2的一端相連，r1、r2的另一端分別與qp1、qp2的集電極相連，qp1與qp2的基極相連，qp1基極與集電極短接，qp2的發(fā)射極面積為qp1的8倍，qp1的發(fā)射極接地，qp2的發(fā)射極與r3的一端相連，r3的另一端接地，qp3的基極與qp2的集電極相連，qp3的發(fā)射極接地，qp3的集電極與電阻r4的一端相連，r4的另一端接電源vdd，施密特反相器的輸入端接qp3的集電極，inv1的輸出端為熱保護(hù)關(guān)斷信號(hào)shdn；

所述溫度檢測(cè)部分2，其特征在于，包含低溫飄基準(zhǔn)鉗位部分7和ptat電壓鉗位部分8；在包含低溫飄基準(zhǔn)鉗位部分7中，運(yùn)放op2的負(fù)端接vref1，正端接mp6的漏端，op2的輸出接mp6的柵端，mp6的源端接電源vdd，r13的一端接op2的輸出，一端接電容c3，電容c3的另一端接mp6的漏端，mp6的漏端與mn3的漏端相連，mn3的源端接地，mn3的柵端接電流源偏置電壓vbias，電阻r16的一端接op2的正端，另一端接op3的正端，op3的負(fù)端接vref2，op3的輸出端接mp7的柵端，mp7的源端接電源vdd，mp7的漏端與mn4的漏端相連，電阻r14一端與op3的輸出端相連，另一端與c4相連，c4的另一端與mp7的漏端相連，op4的負(fù)端接vref2且與op3的負(fù)端相連，op4的正端與op3的正端相連，op4的輸出端接mn4的柵端，r15一端與op4輸出端相連，另一端與電容c5相連，電容c5的另一端與mn4的漏端相連，mn4源端接地，r17的一端與r16相連，另一端與mn4漏端相連，c6一端與r17、r16的連接點(diǎn)相連，另一端接地，mp7的漏端與mn4的漏端為溫度采樣電壓vsense；

本發(fā)明的益處在于，通過(guò)電路處理三極管基極與發(fā)射極之間結(jié)電壓與溫度的線性關(guān)系，得到一系列溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)和參考電壓，其中正溫系數(shù)的ptat電壓因與溫度關(guān)系一一對(duì)應(yīng)，故可通過(guò)該電壓值換算成結(jié)溫從而得知電路實(shí)時(shí)的工作溫度，同時(shí)通過(guò)帶有遲滯窗口的施密特比較器，使得芯片在溫度過(guò)高時(shí)關(guān)斷電路以保護(hù)電子器件，而在溫度下降后從新將芯片打開，該遲滯窗口可防止該關(guān)斷信號(hào)像傳統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)結(jié)構(gòu)一樣在閾值溫度附近來(lái)回翻轉(zhuǎn)形成熱振蕩。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)原理架構(gòu)圖；

圖2是該發(fā)明中基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路原理圖；

圖3是該發(fā)明中輸出溫度檢測(cè)信號(hào)的電路圖；

圖4是該發(fā)明中帶有遲滯的過(guò)溫保護(hù)電路原理圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，給出本發(fā)明的最佳實(shí)施例，并給予詳細(xì)的描述。

圖1所示為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)原理架構(gòu)圖，包含：帶隙基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路1、溫度檢測(cè)電路2、過(guò)溫保護(hù)電路3。

帶隙基準(zhǔn)電路1中可產(chǎn)生具有低溫飄系數(shù)的參考電壓vref1和具有與正溫成比例的參考電壓vref2，因?yàn)関ref1的溫度系數(shù)遠(yuǎn)低于vref2，故vref1可看做零溫度系數(shù)的參考電壓。vref1和vref2在溫度采樣電路2中處理后，得到具有高線性度的ptat電壓vsense，因vsense與溫度呈線性關(guān)系且一一對(duì)應(yīng)，故可從vsense上換算出芯片的實(shí)時(shí)溫度。溫度保護(hù)otp模塊也可監(jiān)測(cè)溫度，當(dāng)溫度高于設(shè)定的值時(shí)，會(huì)給出關(guān)斷信號(hào)shdn關(guān)斷電路其余部分，從而防止溫度過(guò)高對(duì)系統(tǒng)造成損傷。

圖2是帶隙基準(zhǔn)產(chǎn)生電路的具體結(jié)構(gòu)。運(yùn)放op1保證qp4和qp5的集電極電壓相等，從而保證其集電極電流相等，令其為ic1，從電阻r6下端到地，可列方程：

vbe5+2ic1·r10＝vbe4+ic1·r9+2ic1·r10········(1)

可得該電流為ptat電流。其中vbe表示對(duì)應(yīng)pnp管的基極-發(fā)射極結(jié)電壓。

則，vref1處的電壓值為：

由式(2)可見，vref1電壓由一個(gè)正溫系數(shù)項(xiàng)和負(fù)溫系數(shù)項(xiàng)相加，所以通過(guò)電阻r6、r10、r9比例與qp4、qp5發(fā)射結(jié)面積比例的調(diào)節(jié)，可使vref1達(dá)到一個(gè)相對(duì)較低的溫飄系數(shù)；

qp4與qp6的發(fā)射結(jié)面積相等，，r11＝2r10通過(guò)運(yùn)放的虛短特性，qp4與qp6可看是一個(gè)電流鏡，vbe4+2ic1·r10＝vbe6+ic6·r11，ic1＝ic6。mn2通過(guò)調(diào)節(jié)其尺寸，保證qp6的集電極電壓與qp4的集電極電壓相等，從而保證鏡像的精確性。因此，ic6也是一個(gè)ptat電流。

mp2、mp3和mp4、mp5構(gòu)成電流鏡，其鏡像放大比例為n。流過(guò)r12的電流為n·ic1，仍為ptat電流。所以，vref2處的電壓為：

由等式(3)可以看出，vref2的溫度系數(shù)取決于vt及其比例系數(shù)，故vref2是一個(gè)ptat電壓基準(zhǔn)。

圖3是該發(fā)明中輸出溫度檢測(cè)信號(hào)的電路圖。op2、op3、op4均為起鉗位作用的運(yùn)放，通過(guò)其虛短特性，使vo2點(diǎn)的電壓等于vref1，vx點(diǎn)的電壓等于vref2。運(yùn)放通過(guò)負(fù)反饋的形式加上帶調(diào)零電阻的密勒補(bǔ)償使電路穩(wěn)定。

由于vo2點(diǎn)和vx點(diǎn)的電壓分別等于vref1、vref2，故電阻r16上存在電流：

vsense處的電壓：

由式(5)可見，電阻的溫度系數(shù)被約掉，vref1可視作沒有溫度系數(shù)，故vsense的溫度系數(shù)僅由基準(zhǔn)電壓vref2的溫度系數(shù)決定，所以vsense同vref2一樣是一個(gè)ptat電壓。

vsense的值隨溫度變化，低溫較低，高溫較高，為避免其值過(guò)低時(shí)無(wú)法被精確檢測(cè)，過(guò)高時(shí)超出電源到地的電壓擺幅，可通過(guò)系數(shù)調(diào)整其共模范圍，使其達(dá)到一個(gè)合適的范圍。

因?yàn)樵诘蜏貢r(shí)vref2低于vref1，r16的電流經(jīng)mp6由電源流出，通過(guò)mn4到地；在高溫時(shí)vref2高于vref1，r16的電流經(jīng)mp7由電源流出，通過(guò)mn3流到地。

該結(jié)構(gòu)中n型運(yùn)放和p型運(yùn)放的并聯(lián)接法在增大跨導(dǎo)線性范圍的同時(shí)，可保證在低溫和高溫時(shí)電流都有由電源到地的通路，增大了vsense溫度檢測(cè)的范圍。

圖4是該發(fā)明中帶有遲滯的過(guò)溫保護(hù)電路原理圖。mp1柵漏短接呈二極管鏈接形式，做電阻用。qp1與qp2的接法可大致鏡像兩路的集電極電流。在qp1與qp2的基極到地，可列方程：

vbe1＝vbe2+i0·r3···················(6)

為ptat電流，隨溫度的增加而近似線性地增加。a點(diǎn)的電壓為：

va＝vdd-2i0·ro1-i0·r2＝vdd-i0·(2ro1+r2)；其中ro1是mp1的電阻。

隨著溫度的升高，a點(diǎn)電壓下降，當(dāng)溫度升高使a點(diǎn)電壓下降到設(shè)定的閾值，qp3被關(guān)斷，b點(diǎn)電位跳變，經(jīng)施密特反相器處理后輸出熱關(guān)斷信號(hào)shdn；當(dāng)溫度降低一定值后，a點(diǎn)電壓上升再次開啟qp3，使b點(diǎn)電壓翻轉(zhuǎn)，shdn走高重新開啟電路。

由于施密特反相器inv1的翻轉(zhuǎn)閾值電壓具有遲滯窗口，可使對(duì)應(yīng)的保護(hù)溫度閾值也具有遲滯窗口，從而避免了shdn信號(hào)在閾值溫度附近來(lái)回翻轉(zhuǎn)。

綜上所述，本發(fā)明通過(guò)電路處理三極管基極與發(fā)射極之間結(jié)電壓與溫度的線性關(guān)系，得到可近似作零溫度系數(shù)的帶隙基準(zhǔn)參考電壓vref1和具有正溫系數(shù)的ptat參考電壓vref2。通過(guò)一系列處理，在保證vsense電壓與正溫度系數(shù)保持線性關(guān)系的同時(shí)，增大了可檢測(cè)的溫度范圍。由于vsense與溫度線性關(guān)系，可一一對(duì)應(yīng)地將電壓轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)溫度。同時(shí)過(guò)溫保護(hù)電路通過(guò)帶有遲滯窗口的施密特比較器，使得芯片在溫度過(guò)高時(shí)關(guān)斷電路以保護(hù)電子器件，而在溫度下降后從新將芯片打開，該遲滯窗口可防止該關(guān)斷信號(hào)像傳統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)結(jié)構(gòu)一樣在閾值溫度附近來(lái)回翻轉(zhuǎn)形成熱振蕩。

以上對(duì)本發(fā)明的其中一種實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)明，但僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施實(shí)例而已。本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施事例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。