一种带热滞回功能的CMOS温度保护电路
cmos过温保护电路
cmos过温保护电路CMOS过温保护电路是一种用于保护CMOS芯片免受过热损坏的重要电路。
CMOS芯片是现代电子设备中常见的一种集成电路技术，它具有低功耗、高集成度和可靠性高等特点，被广泛应用于计算机、通信设备和消费电子产品中。
然而，由于工作时产生的热量以及环境温度的影响，CMOS芯片在长时间运行或高负载工作时容易过热，从而导致性能下降、损坏甚至烧毁。
为了有效解决这个问题，人们设计了CMOS过温保护电路，以保护CMOS芯片的正常运行和寿命。
CMOS过温保护电路的工作原理是通过监测芯片表面温度来实现的。
一般来说，这种保护电路会在芯片表面安装一个温度传感器，用于实时感知芯片的温度变化。
一旦温度超过了设定的安全阈值，保护电路就会立即采取措施来降低芯片的温度，以避免过热损坏。
CMOS过温保护电路主要包括两个关键部分：温度传感器和温度控制器。
温度传感器负责测量芯片表面的温度，并将温度信号转化为电信号传递给温度控制器。
温度控制器则根据传感器传来的温度信号，判断芯片是否过热，并采取相应的保护措施。
常见的保护措施包括调整芯片的工作频率、减少功耗、增加散热器或风扇的转速等。
当温度超过安全阈值时，温度控制器会通过控制信号，将这些保护措施实施到芯片中，以降低芯片的温度。
一旦温度恢复到安全范围内，保护措施就会被解除，芯片恢复正常工作。
CMOS过温保护电路的设计需要考虑多个因素，如芯片的功耗、散热条件、环境温度等。
合理的设计可以有效地保护芯片免受过热损害，延长芯片的使用寿命，提高设备的可靠性。
除了CMOS过温保护电路，人们还开发了其他形式的过温保护电路，如PMOS过温保护电路和NMOS过温保护电路。
这些电路在不同的应用场景中发挥着重要的作用，保护着各种类型的芯片免受过热损坏。
CMOS过温保护电路是一种重要的电路设计，它可以有效地保护CMOS芯片免受过热损坏。
合理的设计和实施过温保护电路可以延长芯片的寿命，提高设备的可靠性。
滞回比较电路
滞回比较电路滞回比较电路是一种常见的电路，用于将输入信号与参考信号进行比较，并输出相应的电信号。
该电路通常由滞回比较器和反馈电路组成，可以实现多种不同的功能。
在本文中，将介绍滞回比较电路的基本原理、常见应用以及设计要点。
一、滞回比较电路的基本原理滞回比较器是滞回电路的一种，其基本原理是通过比较输入信号与参考信号的大小，将输出信号的电平从低电平（低电位）转换为高电平（高电位），或者从高电平转换为低电平。
具体来说，滞回比较器将输入信号与参考信号进行比较，当输入信号超过参考信号一定的阈值时，输出信号将发生翻转，从而实现电平的转换。
这种电路常用于数字电路中，可以实现逻辑门的功能。
滞回比较电路通常由两个部分组成：滞回比较器和反馈电路。
滞回比较器的作用是将输入信号与参考信号进行比较，并输出相应的电信号；反馈电路的作用是将输出信号反馈到滞回比较器中，以实现电路的稳定性和可靠性。
在滞回比较电路中，反馈电路通常采用正反馈或负反馈的形式，以实现不同的功能。
二、滞回比较电路的常见应用滞回比较电路是一种功能强大的电路，可以应用于多种不同的场合。
以下是几种常见的应用：1. 模拟电路中的比较器在模拟电路中，滞回比较电路常用于比较两个模拟信号的大小。
例如，在音频处理电路中，可以使用滞回比较器来检测音频信号的峰值，并将其限制在一定的范围内，以避免失真和损坏。
此外，在自动控制系统中，滞回比较器也常用于比较控制信号与参考信号的大小，以实现控制系统的稳定性和可靠性。
2. 数字电路中的逻辑门在数字电路中，滞回比较器可以用于实现逻辑门的功能。
例如，在非门电路中，可以将一个输入信号与一个恒定的参考电压进行比较，当输入电压低于参考电压时，输出信号为高电平；当输入电压高于参考电压时，输出信号为低电平。
这种电路常用于数字电路中的编码器和解码器等电路中。
3. 电源管理电路中的保护电路在电源管理电路中，滞回比较电路可以用于实现保护电路的功能。
例如，在电池管理电路中，可以使用滞回比较电路来检测电池电压的变化，并在电池电压过低时触发保护电路，以避免电池过放和损坏。
一种高精度CMOS带隙基准和过温保护电路
适当调整 ＲｌＲ ， ３的电阻比例可 以得到在室温 时温度 ， ２Ｒ 系数为 ０的输出电压 Ｖ ｅ。 ｒｆ
由于输入 ＭＯ Ｓ管的非对称性 ， 运算放大器存在有输入失
调 电压， 也就是当运放的输入 电压为零时， 其输出电压不为零 。 当运放的输入 电压为Ｖ ｓ 我们可 以得到基准 电压的输出如 ｏ 时，
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图 ５带 隙基准的温度扫描特性 ６ 电源抑制比
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图 ３ 高精 度 Ｃ Ｓ带 隙基 准 电路 ＭＯ 核 心 电路 产 生 一 个 和 温 度 成 正 比的 电流 （１ Ｔ 电流 ） ： Ｐ１ Ａ 为
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对 输 出基 准 电压 的影 响 。 图 ３所 示 为 本 文 高精 度 Ｃ 如 ＭＯＳ带 隙 基 准 核 心 电路 及 其 启 动 和 保 护 电路 ， 、 ２面 积 是 Ｑ 、 ４ ＱＩ Ｑ ３Ｑ
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cmos过温保护电路
cmos过温保护电路介绍如下：
CMOS过温保护电路是一种针对CMOS电路芯片在高温环境下可能出现的失效问题的保护电路，通常包含一个温度传感器和一个比较器电路。
该电路可以检测芯片运行过程中的温度，当温度达到工作范围之外时，会触发保护电路，切断电路的供电，从而防止芯片过热，避免对芯片的损害。
CMOS过温保护电路主要包含以下部分：
1.温度传感器：用于检测芯片的工作温度，一般为数字温度传感器（如TMP421、LM75
等），可以将温度信号转化为数字信号，并通过接口发送给比较器电路。
2.比较器电路：通过将温度信号与设定的温度阈值比较，控制芯片的供电或外接散热
装置，以防止芯片过热。
比较器电路通常采用基于CMOS技术的电路，包括比较器、开关等，需要根据具体情况进行设计。
3.控制器：用于控制比较器电路的输出，按照预设的温度阈值开关电源或其他设备，
以实现芯片的保护。
此外，控制器还需要进行一些保护措施，如监测电源电压、电流、电容等参数，以确保电路的正常工作。
CMOS过温保护电路可应用于各种CMOS电路芯片、集成电路或系统的保护，特别是在高温环境下长时间使用的情况下，如汽车电子、工业控制、航空航天、军事等领域的应用，能够有效防止芯片失效和损坏，提高电路的可靠性和稳定性。
总之，CMOS过温保护电路是一种有效的保护手段，能够防止芯片在高温环境下失效，并实现芯片的自动保护，减少对芯片的损害。
其设计和实现需要遵循相关的电路设计规范和要求，确保电路的稳定性和可靠性。
CMOS过热保护电路的设计
CMOS过热保护电路的设计过热保护电路是基于CMOS工艺的，其结构功能框图如图1所示。
过热保护电路利用了带隙基准源电路为后偏置电路和温度判决电路中的电阻网络提供精确的基准电压，而温度判决电路是以比较器作为核心电路，它由后偏置电路得到恒定的偏置电流，以提高整个OTP性能，同时，通过逻辑电路改变比较器输入的比较电压值，来实现OTP的滞回功能，防止其在过热点附近产生热振荡。
图11、前偏置电路如图2所示，起始工作时V dd由低电平跳变到高电平，有源负载M4导通，因此M9的栅极电压也从低电平跳变到高电平，M9导通，其漏端变为低电平。
此时，M11的栅极也被拉到低电平，M11导通，M11和M13所在支路有电流留过。
这样，M14的栅极电压也升高，使得M12M14所在支路导通，然后M7镜像M12的电流使M7M8所在支路导通，从而开启M6，将M9的栅极电位拉低，使M9截止，启动过程结束。
图2设I bias_p=I14=I13，M14和M13的宽长比关系为4：1，从图中可以看出：V GS13=I14·R1+V GS14，依据MOS管饱和区电流计算公式，我们可以求出I bias_p 约为2μA。
2、带隙基准源电路带隙基准源是利用PN结二极管产生的正向电压V BE的负温度系数和不同电流密度偏置下两个双极晶体管基极-发射极电压差产生的正温度系数特性，两者相加可以获得低温度系数的基准电压源。
电路如图3所示，运算放大器采用两级放大，第一级是差分输入级，第二级是CMOS共源放大器。
晶体管Q2是由n 个并列的晶体管单元组成，而Q1是一个晶体管单元。
图3现将Q1和Q2的集电极分别接到运算放大器的差分输入级的两端，那么V BE1= RI+V BE2，即：RI = V BE1-V BE2= V t ln n，所以有：V O2= V BE2+Vtln n调整n，V O2就可以与温度基本无关，从而得到约为1.25 V的基准电压V ref。
一种CMOS过热保护电路
图 １ 传 统 过 热 保 护 电 路
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第 ８卷 第 ｌ 期
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在 某些 集 成 电路 芯 片 如 电 源 器 件 、 动 器 等 ， 驱 功
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一种cmos工艺低功耗过温保护电路
一种cmos工艺低功耗过温保护电路
CMOS（互补金属-氧化物-半导体）工艺是一种常用于集成电路制造的技术。
在CMOS工艺中，使用了一对互补的MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）来实现逻辑功能。
低功耗过温保护电路是一种用于监测和保护电路免受过热损坏的电路。
该电路可以在电路温度超过安全范围时自动断开电流，以防止电路过热。
一种常见的CMOS工艺低功耗过温保护电路是基于温度敏感电阻和比较器的设计。
该电路的工作原理如下：
1. 温度敏感电阻（如热敏电阻）用于测量电路的温度。
随着温度的升高，热敏电阻的电阻值会发生变化。
2. 比较器用于比较热敏电阻的电阻值与预设的温度阈值。
一旦热敏电阻的电阻值超过了设定的温度阈值，比较器会输出一个高电平信号。
3. 高电平信号被输入到一个控制逻辑电路中。
控制逻辑电路可以根据需要执行各种操作，例如断开电流、降低功耗或触发警报。
4. 控制逻辑电路可以通过控制MOSFET的开关来实现断开电流。
当控制逻辑电路检测到温度过高时，它会关闭MOSFET的开关，从而阻断电流的流动。
这种CMOS工艺低功耗过温保护电路可以有效地监测和保护电路免受过热损坏。
它可以广泛应用于各种电子设备和集成电路中，以提高系统的可靠性和稳定性。
cmos场效应管过温保护电路设计原理公式-百能云芯
cmos场效应管过温保护电路设计原理公式-MOS场效应管知识-百能云芯cmos场效应管温度保护电路设计工作原理如下图所示：Q0作用：检测芯片工作温度；芯片正常工作：三极管反射极电位VE,比较器负端电位> 正端电位比较器输出低电平;温度升高:因：三极管EB结电压是负温度系数三极管发射极到基极电压VEB降低因：基极电位是基准电压VREFl三极管的发射极电压即比较器的负端电位降低;温度> 翻转阈值比较器负端电位会降到< 正端电位VREF2，比较器输出高电平，关断功率开关电子元器件，保护芯片被烧毁；迟滞产生电路作用：芯片正常工作+过温产生大小不同电流，比较器翻转阈值改变，防止功率开关器件在翻转点频繁开启和关断。
cmos场效应管过温保护实际电路如下图所示：管芯温度> 160℃电路输出控制信号OUTPUT，输出为高电平温度=140℃电路输出控制信号OUTPUT，转为低电平如上图电路中各符号功能如下：温度检验电路：M3+M4+Q0构成M1+M2=低压工作电流镜，提供I1三极管VEB有负温度系数，随温度升高线性减小，VEB可检测温度；比较器两级运放构成，提高放大倍数+输出摆幅；M5+M6+M11+M12+M16+M17组成有源电流镜负载第一级差动放大器M5+M6=低压工作电流镜M16+M17=有源电流镜负载M0～M2构成第二级共源级放大器M1～M2=低压共源共栅电流镜提供尾电流M7+M8=低压共源共栅电流镜提供偏置M14+M19+M22组成共源共栅电流镜，把基准电流镜像过来作为电流源。
M15+M20为M14栅压提供偏置。
M9+M10，M21+M22分别构成电流镜M13+M18=迟滞产生电路：OUTPUT=低电平，M13管关断，反馈回路不抽取电流，三极管IE=I1; OUTPUT=高电平，M13管打开，反馈回路抽取电流I2PS:I2大小取决于M18、M22构成电流镜cmos场效应管迟滞功能实现当温度未达到过温点，OUTPUT=低电平M13管关断，Q0电流=I1三极管发射结电压与电流关系温度=160℃ 休闲裤器输出=高电平M13管栅极=高电平，M13管打开，Q0管电流减少，公式：导致VEB(Q0)再减小，减小量如下公式:cmos场效应管温度迟滞量公式：A0=三极管EB结电压温度系数PS：常温下值约为一2mV/K因迟滞：温度降至160℃ 低20℃时，让VEB(OT)上升至让比较器翻转比较器翻转，输出低电平，M13管关闭此时温度在上升，VEB(Q0)必须上升到VEB(NOMAL)比较器再次翻转，即实现迟滞。
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一种带热滞回功能的CMOS温度保护电路作者：汤洵张涛
来源：《现代电子技术》2009年第22期
摘要:基于CSMC 0.5 μm CMOS工艺设计了一种带热滞回功能的高精度温度保护电路,利用晶体管PN结和PTAT电流相反的温度特性,极大地提高了温差鉴别的灵敏度。
Cadence Spectre 仿真结果表明,该电路对温度灵敏度高,功耗低,且其热滞回功能可有效防止热振荡。
比普通单PN结的温度保护电路具有更高的灵敏度和精度,可广泛用于各种功率芯片内部。
关键词:CMOS;温度保护;PTAT电流;热滞回
中图分类号:TN43
0 引言
随着集成电路技术的广泛应用及集成度的不断增加,超大规模集成电路(VLSI)的功耗、芯片内部的温度不断提高,温度保护电路已经成为了众多芯片设计中必不可少的一部分。
本文在CSMC 0.5 μm CMOS工艺下,设计一种适用于音频功放的高精度带热滞回功能温度保护电路。
1 电路结构设计
整个电路结构可分为启动电路、PTAT电流产生电路、温度比较及其输出电路。
下面详细介绍各部分电路的设计以及实现。
文中所设计的温度保护整体电路图如图1所示。
[BT3]1.1 启动电路
在与电源无关的偏置电路中有一个很重要的问题,那就是“简并”偏置点的存在,每条支路的电流可能为零,即电路不能进入正常工作状态,故必须添加启动电路,以便电源上电时摆脱简并偏置点。
上电瞬间,电容上无电荷栅极呈现低电压导通,PD(低功耗引脚)为低电平将栅压拉高,由于设计中宽长比较小,而此时又不导通支路
导通,电路脱离“简并点”;随着栅电位的继续升高导通源电位急剧降低,某时刻被关断,启动电路与偏置电路实现隔离,电容两端电压恒定,为提供合适的栅压,偏置电路正常工作。
然而,当PD为高电平时导通,将的栅电位拉低,使得整个电路处于低功耗状态。
在这一部分组成低压共源共栅电流镜,并且有相同的宽长比,使两条支路电流相等。
该结构与一般的共源共栅结构相比,可以提高等效沟道长度,从而增大输出电阻,提高电路的PSRR性能;并且这种两管组合结构可消耗较低的电压压降,从而增大输出电压摆幅,改善芯片低压工作特性。
与此同时这条支路为偏置电路提供了负反馈,以减小电源电压对偏置电流的影响,使得电路在平衡状态时保证X,Y两点电压相等。
然而,反馈的引入也为偏置电路引入了不稳定的因素,这里和构成了一个两级闭环运放,为保证偏置电路的稳定,必须进行补偿。
通过电容将主极点设置在第一级运放的输出端,从而保证了电路的稳定性。
若发射区的面积是发射区面积的倍,流过的电流大小均为则:
由式(9)可知,流经的电流与电源无关,只与绝对温度成正比,即得到PTAT电流。
[BT3]1.3 温度比较及输出电路
由于晶体管的BE结正向导通电压具有负温度系数;PTAT电流进行变换产生电压具有正温度特性;利用这两路电压不同的温度特性来实现温度检测,产生过温保护信号的输出。
构成一个两级开环比较器,反相器的接入是为了
满足高转换速率的要求。
是低功耗管的作用是构成一个正反馈回路,以防止在临界状态发生不稳定性,同时又为电路产生了滞回区间。
比较器的两个输入端电压分别记为和用来镜像基准源电路产生的PTAT电流,这里它们与有着相同的宽长比。
因此流经这三条支路的电流都为。
在常温下截止完成对PTAT电流的变换,即此时
2 仿真结果及分析
以下是对各部分电路进行仿真的结果,仿真工具是Candence Spectre,模型采用华润上华公司的0.5 μm的阱CMOS工艺。
图2是PTAT电流随温度变化曲线。
仿真结果表明,该曲线线性度较好,符合PTAT电流特性。
常温下,在电源为5 V的情况下,功耗仅为0.4mW。
可见,其功耗非常低。
[JP2]图4是温度分别从0~150 ℃和150~0 ℃扫描时比较器输出状态的变化。
由图可见,当温度由低到高上升至84.1 ℃时,电路输出状态由低电平翻转成高电平,实现了芯片的过温保护;只有当温度回落到72 ℃时,电路才恢复原状态,实现了约12 ℃的滞回温度。
改
3 结语
为保证芯片在工作时不因温度过高而被损坏,温度保护电路是必须的。
这里所设计的温度保护电路对温[LL]度灵敏性高,功耗低, 其热滞回功能能有效防止热振荡现象的发生,相比一般单独使用晶体管BE结的温度保护电路具有更高的灵敏度和精度,可广泛用于各种功率芯片内部。
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