一種帶熱滯回功能的CMOS溫度保護電路

0 引 言
隨著集成電路技術的廣泛應用及集成度的不斷增加，超大規模集成電路(VLSI)的功耗、芯片內部的溫度不斷提高，溫度保護電路已經成為了眾多芯片設計中必不可少的一部分。本文在CSMC 0．5／μm CMOS工藝下，設計一種適用于音頻功放的高精度帶熱滯回功能溫度保護電路。

1 電路結構設計
整個電路結構可分為啟動電路、PTAT電流產生電路、溫度比較及其輸出電路。下面詳細介紹各部分電路的設計以及實現。文中所設計的溫度保護整體電路圖如圖1所示。

1．1 啟動電路
在與電源無關的偏置電路中有一個很重要的問題，那就是“簡并”偏置點的存在，每條支路的電流可能為零，即電路不能進入正常工作狀態，故必須添加啟動電路，以便電源上電時擺脫簡并偏置點。上電瞬間，電容C上無電荷，M7柵極呈現低電壓，M7～M9導通，PD(低功耗引腳)為低電平，M3將M6柵壓拉高，由于設計中M2寬長比較小，而此時又不導通，Q1～Q4支路導通，電路脫離“簡并點”；隨著M6柵電位的繼續升高，M2導通，M3源電位急劇降低，某時刻M3被關斷，啟動電路與偏置電路實現隔離，電容C兩端電壓恒定，為M7提供合適的柵壓，偏置電路正常工作。然而，當PD為高電平時，M4導通，將M6，M10的柵電位拉低，使得整個電路處于低功耗狀態。
1．2 PTAT電流產生電路
在這一部分，M11,M12,M14,M15組成低壓共源共柵電流鏡，并且有相同的寬長比，使兩條支路電流相等。該結構與一般的共源共柵結構相比，可以提高等效溝道長度，從而增大輸出電阻，提高電路的PSRR性能；并且這種兩管組合結構可消耗較低的電壓壓降，從而增大輸出電壓擺幅，改善芯片低壓工作特性。如圖1所示，為了使共源共柵電流鏡正常工作，必須滿足M14和M15同時工作在飽和區，設M15的柵極偏置電壓為Vb，M14和M15的漏端電壓分別為VA和VB，即：

選擇M15的尺寸，使它的過驅動電壓始終小于一個閾值電壓，確保不等式成立，則選擇合適的Vb，即可使M11，M12和M14，M15消耗的電壓余度最小，值為兩個過驅動電壓。