可用于音频功放的过温保护电路设计
桂林电子科技大学 覃贤芳 唐宁 杨盛波
在集成电路芯片工作的过程中，不可避免地会有功率损耗，而这些功率损耗中的绝大部分将转换成热能散出。在环境过高、短路等异常情况下，会导致芯片内部的热量不能被及时散出，从而不可避免地使芯片工作温度上升。过高的工作温度对芯片工作性能、可靠性和安全性都有很大的影响。研究表明，芯片温度每升高1℃，MOS管的驱动能力将下降约为4％，连线延迟增加5％，集成电路失效率增加一倍，因此芯片内部必须要有过温保护电路来保障芯片安全。
文中将介绍一种可用标准CMOS工艺实现的过温保护电路。在电路设计上，使用了与温度成正比的电流源(PTAT电流)和具有负温度系数的PNP管(CMOS工艺中寄生)结电压作为两路差动的感温单元。这种差动的传感方式，可以提高电路对温度变化反应的灵敏度，同时，其具有的迟滞功能，可以有效的避免热振荡对芯片的损坏。
1 架构原理分析
1．1 工作原理分析
图1为本设计的原理架构，Q1为NWELLCMOS工艺中寄生PNP三极管，其集电极是必须与地点位连接，为了利用寄生PN结导通正向导通电压的负温度特性，把Q1做二极管连接(基集也接到地)，这样A点和地之间的电压VA就具有了PN结正向电压的与温度成反比的性质。由于基准电路输出的偏置电压加在M0、M1、M5的栅极上，则其所在支路上都会产生PTAT电流(Proportional to Abso-lute Temperature)；在提供偏置的同时，也在电阻R0上产生了与温度成正比的电压VB即B点电压随之增大。当达到某一温度TH(设定的关断温度)后，VH≥VA、比较器Comp输出高电平，经过倒相器INV后，输出TSD为低电平；此信号作用于电路的其它模块后，使整个芯片停止工作，实现热保护功能。同时，TSD信号正反馈作用于M2栅上，开启M2，加大了电阻R0上电流，使VB更高。
