CN109980599A - 一种适用于常规cmos工艺的过温保护结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，属于集成电路技术领域。所述适用于常规CMOS工艺的过温保护结构通过常规CMOS工艺中普通的PMOS管和NMOS管以及寄生PNP管构成，可集成于电路内部，从而输出控制信号控制电路的工作状态。本发明使用PMOS管和NMOS管以及寄生PNP管产生正温系数的电压；使用寄生PNP管得到负温系数电压，将正温系数电压和负温系数电压比较得到控制信号。当电路持续工作导致温度超过指定温度时，过温保护结构将电路关闭，等到温度降低后才打开。本发明结构简单，易于推广，可以有效支持基于常规CMOS工艺的电路的过温保护功能。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构。
背景技术
过温保护功能是通过对温度的检测，从而控制电路或系统的工作状态。在电路或系统的工作过程中，不可避免的会产生热损耗，从而使电路或系统的温度升高，如果电路或系统的散热效果不佳，温度会越来越高，直到将电路或系统烧坏。过温保护功能就是在电路或系统的温度超过指定温度后，将电路或系统关闭，从而避免温度过高烧坏电路或系统；等到电路或系统散热降温后，电路或系统再开始工作。
过温保护功能广泛应用于各种应用领域。电脑里面就包含过温保护功能，当电脑温度超过一定温度时，电脑就会自动关闭。在电路中，RS-485、RS-422标准的接口电路，因为输出电流大，功耗大，通常都内置过温保护功能。
目前国际上的过温保护功能都是通过特殊的温度敏感器件实现。利用温度敏感器件检测温度，从而控制电路或系统的工作状态。在系统层面上，可以通过温度传感器实现；但在电路层面上，需要将过温保护功能集成在电路内部，这时可选择的温度敏感器件非常少，且很多都需要特殊工艺提供支持，因此这种过温保护功能无法适用于普通工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，以解决目前的过温保护功能无法适用于普通工艺的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，包括：
PTAT电流源，用于产生PTAT电流；
第一电流镜，将所述PTAT电流加载于电阻R1，形成线网NET1电压并连接至比较器的正端；
第二电流镜，将所述PTAT电流加载于PNP管Q2，形成线网NET2电压并连接至所述比较器的负端；
反相器，其输入端接所述比较器的输出端，输出端连接线网OUT。
可选的，所述适用于常规CMOS工艺的过温保护结构包括PMOS管P0~P5、NMOS管N0~N1、PNP管Q0~Q2和电阻R0~R1；其中，
所述PMOS管P0~P4的源端和衬底均接电源VDD；所述PMOS管P0~P4的栅端连接PMOS管P0的漏端和NMOS管N0的漏端；PMOS管P1的漏端连接NMOS管N0的栅端以及NMOS管N1的栅端和漏端；PMOS管P2、P5的漏端、电阻R1的第一端和比较器的正端连接线网NET1电压；PMOS管P3的漏端、PNP管Q2的发射极和比较器的负端连接线网NET2电压；PMOS管P4的漏端连接PMOS管P5的源端；PMOS管P5的栅端和反相器的输出连接线网OUT；NMOS管N0的漏端连接PNP管Q0的发射极；NMOS管N1的漏端连接电阻R1的第一端；电阻R1的第二端连接PNP管Q1的发射极；NMOS管N0、N1的漏端、PNP管Q0~Q2的基极和集电极、电阻R1的第二端均接GND；电阻R0的两端分别接PNP管Q1的发射极和NMOS管N1的源端。
可选的，所述PMOS管P5的衬底接电源VDD，栅极接线网OUT。
在本发明中提供了一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，通过常规CMOS工艺中普通的PMOS管和NMOS管以及寄生PNP管构成，可集成于电路内部，从而输出控制信号控制电路的工作状态。本发明使用PMOS管和NMOS管以及寄生PNP管产生正温系数的电压；使用寄生PNP管得到负温系数电压，将正温系数电压和负温系数电压比较得到控制信号。当电路持续工作导致温度超过指定温度时，过温保护结构将电路关闭，等到温度降低后才打开。本发明结构简单，易于推广，可以有效支持基于常规CMOS工艺的电路的过温保护功能。
附图说明
图1是本发明提供的适用于常规CMOS工艺的过温保护结构的示意图；
图2是常规CMOS工艺中的寄生PNP管结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，包括：
PTAT电流源，用于产生PTAT电流；
第一电流镜，将所述PTAT电流加载于电阻R1，形成线网NET1电压并连接至比较器AV的正端；
第二电流镜，将所述PTAT电流加载于PNP管Q2，形成线网NET2电压并连接至所述比较器AV的负端；
反相器INV，其输入端接所述比较器AV的输出端，输出端连接线网OUT如图1所示。
具体的，请参阅图1，为所述适用于常规CMOS工艺的过温保护结构的结构示意图。所述适用于常规CMOS工艺的过温保护结构包括PMOS管P0~P5、NMOS管N0~N1和PNP管Q0~Q2；其中，所述PMOS管P0~P4的源端和衬底均接电源VDD；所述PMOS管P0~P4的栅端连接PMOS管P0的漏端和NMOS管N0的漏端；PMOS管P1的漏端连接NMOS管N0的栅端以及NMOS管N1的栅端和漏端；PMOS管P2、P5的漏端、电阻R1的第一端和比较器AV的正端连接线网NET1电压；PMOS管P3的漏端、PNP管Q2的发射极和比较器AV的负端连接线网NET2电压；PMOS管P4的漏端连接PMOS管P5的源端；PMOS管P5的栅端和反相器INV的输出连接线网OUT；NMOS管N0的漏端连接PNP管Q0的发射极；NMOS管N1的漏端连接电阻R1的第一端；电阻R1的第二端连接PNP管Q1的发射极；NMOS管N0、N1的漏端、PNP管Q0~Q2的基极和集电极、电阻R1的第二端均接GND；电阻R0的两端分别接PNP管Q1的发射极和NMOS管N1的源端，并且，所述PMOS管P5的衬底接电源VDD，其栅极接线网OUT。
在常规CMOS工艺中，如图2所示，寄生PNP管由P+有源区、N阱和P衬底构成，P+有源区是PNP管的发射极，N阱是PNP管基极，P衬底是PNP管集电极。在常规CMOS工艺中，P衬底必须接GND，所以寄生PNP管的集电极都必须接GND。
首先，请继续参阅图1，由PMOS管P0、PMOS管P1，NMOS管N0、NMOS管N1，PNP管Q0、PNP管Q1和电阻R0组成PTAT电流源的结构，产生PTAT电流，PTAT电流与温度成正比，与电源VDD电压无关，与MOS管（包括NMOS管和PMOS管）无关。然后通过PMOS管P0、PMOS管P2组成的电流镜将PTAT电流加在电阻R1上，得到正温系数的线网NET1电压，随温度升高而变大，且与电阻方块阻值无关；通过PMOS管P0、PMOS管P3组成的电流镜将PTAT电流加在PNP管Q2上，得到负温系数的线网NET2电压，随温度升高而变小。
在常温下，线网NET1电压小于线网NET2电压，比较器AV输出低电平，线网OUT电压为高电平，PMOS管P5关闭，此时电路正常工作。随着温度升高，线网NET1电压变大，线网NET2电压变小，当超过指定温度T1时，线网NET1电压大于线网NET2电压，比较器AV输出高电平，线网OUT电压为低电平，PMOS管P5打开，此时电路功能关闭。电路关闭后，热耗散很小，温度会逐渐冷却降低，线网NET1电压变小，线网NET2电压变大，当低于指定温度T2时，线网NET1电压小于线网NET2电压，比较器AV输出低电平，线网OUT电压为高电平，PMOS管P5关闭，此时电路功能打开。实现了过温保护功能。
PMOS管P5关闭或打开，会影响电阻R1上的电流，影响线网NET1的电压的大小。电路功能打开时，PMOS管P5关闭，线网NET1的电压偏小；电路功能关闭时，PMOS管P5打开，线网NET1的电压偏大。所以，PMOS管P5打开相较于PMOS管P5关闭时，线网NET1电压等于线网NET2电压所需的温度要更低，所以指定温度T1大于指定温度T2。形成了温度的迟滞。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (3)
1.一种适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，其特征在于，包括：
PTAT电流源，用于产生PTAT电流；
第一电流镜，将所述PTAT电流加载于电阻R1，形成线网NET1电压并连接至比较器的正端；
第二电流镜，将所述PTAT电流加载于PNP管Q2，形成线网NET2电压并连接至所述比较器的负端；
反相器，其输入端接所述比较器的输出端，输出端连接线网OUT。
2.如权利要求1所述的适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，其特征在于，所述适用于常规CMOS工艺的过温保护结构包括PMOS管P0~P5、NMOS管N0~N1、PNP管Q0~Q2和电阻R0~R1；其中，
所述PMOS管P0~P4的源端和衬底均接电源VDD；所述PMOS管P0~P4的栅端连接PMOS管P0的漏端和NMOS管N0的漏端；PMOS管P1的漏端连接NMOS管N0的栅端以及NMOS管N1的栅端和漏端；PMOS管P2、P5的漏端、电阻R1的第一端和比较器的正端连接线网NET1电压；PMOS管P3的漏端、PNP管Q2的发射极和比较器的负端连接线网NET2电压；PMOS管P4的漏端连接PMOS管P5的源端；PMOS管P5的栅端和反相器的输出连接线网OUT；NMOS管N0的漏端连接PNP管Q0的发射极；NMOS管N1的漏端连接电阻R1的第一端；电阻R1的第二端连接PNP管Q1的发射极；NMOS管N0、N1的漏端、PNP管Q0~Q2的基极和集电极、电阻R1的第二端均接GND；电阻R0的两端分别接PNP管Q1的发射极和NMOS管N1的源端。
3.如权利要求2所述的适用于常规CMOS工艺的过温保护结构，其特征在于，所述PMOS管P5的衬底接电源VDD，栅极接线网OUT。
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