一种带热滞回功能的CMOS温度保护电路

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。

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C上无电荷，M7栅极呈现低电压，M7～M9导通，PD(低功耗引脚)为低电平，M3将M6栅压拉高，由于设计中M2宽长比较小，而此时又不导通，Q1～Q4支路导通，电路脱离“简并点”；随着M6栅电位的继续升高，M2导通，M3源电位急剧降低，某时刻M3被关断，启动电路与偏置电路实现隔离，电容C两端电压恒定，为M7提供合适的栅压，偏置电路正常工作。然而，当PD为高电平时，M4导通，将M6，M10的栅电位拉低，使得整个电路处于低功耗状态。
1．2 PTAT电流产生电路
在这一部分，M11,M12,M14,M15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。如图1所示，为了使共源共栅电流镜正常工作，必须满足M14和M15同时工作在饱和区，设M15的栅极偏置电压为Vb，M14和M15的漏端电压分别为VA和VB，即：

选择M15的尺寸，使它的过驱动电压始终小于一个阈值电压，确保不等式成立，则选择合适的Vb，即可使M11，M12和M14，M15消耗的电压余度最小，值为两个过驱动电压。