[發(fā)明專利]溫度監(jiān)測(cè)電路

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710018430.6
• 申請(qǐng)日: 2007-08-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101105413A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪西虎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天時(shí)代電子公司第七七一研究所
• 主分類號(hào): G01K7/01
• 分類號(hào): G01K7/01;H03K17/687
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李鄭建

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路，具體涉及對(duì)半導(dǎo)體集成電路的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的電路。

背景技術(shù)

當(dāng)集成電路的溫度高出安全工作溫度時(shí)，電路將不能正常工作，甚至?xí)捎谶^(guò)流造成對(duì)集成電路中器件的損傷，因而需要溫度監(jiān)測(cè)電路對(duì)電路的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。根據(jù)需要，可設(shè)定一個(gè)高溫閾值溫度T1，當(dāng)電路溫度達(dá)到T1時(shí)，監(jiān)測(cè)電路給出一個(gè)溫度過(guò)高的指示信號(hào)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，該指示信號(hào)可用于報(bào)警電路的觸發(fā)信號(hào)，或用于時(shí)鐘信號(hào)的降頻、功率器件的關(guān)斷控制信號(hào)等。

目前，本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的一種溫度監(jiān)測(cè)電路如圖1所示，該電路由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：與溫度成正比(PTAT)電流源電路，溫度傳感器，以及電壓比較器。與溫度成正比電流源電路產(chǎn)生隨溫度升高而增大的電流，該電流流過(guò)溫度傳感器電路的電阻R2，使A點(diǎn)電壓隨溫度升高而升高。由于正偏導(dǎo)通的PN結(jié)電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)，溫度傳感器電路的雙極晶體管Q3的發(fā)射結(jié)電壓Vbe，隨溫度升高而下降，因而B(niǎo)點(diǎn)電壓隨溫度下降。這樣，A點(diǎn)與B點(diǎn)的電壓差隨溫度上升而增大，最終使電壓比較器的輸出翻轉(zhuǎn)。

電路與目標(biāo)工藝的兼容性和電路所占用的芯片(die)面積是集成電路設(shè)計(jì)中必須考慮的兩個(gè)因素。數(shù)字CMOS工藝一般不提供電阻元件，即使提供了電阻元件，也會(huì)要求增加工序和掩膜版(mask)。此外，電阻元件還會(huì)占用很大的芯片面積。因此，圖1電路的主要缺點(diǎn)是：使用了電阻元件，與數(shù)字CMOS半導(dǎo)體工藝不兼容，增加了生產(chǎn)成本；需要的器件數(shù)量多，占用的芯片面積大；不具有溫度滯回特性，即促使溫度監(jiān)測(cè)電路的輸出，發(fā)生指示電路溫度過(guò)高翻轉(zhuǎn)的溫度，與促使輸出發(fā)生指示電路溫度恢復(fù)到正常范圍的翻轉(zhuǎn)的溫度相同，當(dāng)電路溫度從低溫升至閾值溫度T1時(shí)，監(jiān)測(cè)電路輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此后，如果溫度控制電路使電路溫度回落到T1時(shí)，而不是回落到比T1小的T2處，電路輸出信號(hào)再次翻轉(zhuǎn)，指示溫度控制電路停止工作，此后，電路溫度又很快上升，在T1溫度處監(jiān)測(cè)電路的輸出又發(fā)生翻轉(zhuǎn)，如此反復(fù)，造成溫度控制電路頻繁啟動(dòng)，而集成電路本身也不能得到充分降溫。

發(fā)明內(nèi)容

為與數(shù)字CMOS半導(dǎo)體工藝兼容，減小溫度監(jiān)測(cè)電路占用的芯片面積，降低生產(chǎn)成本，本發(fā)明的目的在于，提供一種只采用MOS晶體管和與CMOS工藝兼容的襯底PNP雙極晶體管(substrate?PNP?bipolar?transistor)的，并具有溫度滯回特性的溫度監(jiān)測(cè)電路。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種溫度監(jiān)測(cè)電路，由電源電壓分壓電路、多輸出電流源電路、溫度傳感器電路以及電壓放大電路構(gòu)成。整個(gè)電路不使用電阻元件，電源電壓分壓電路采用有源電阻，即將柵極與漏極短接的MOS晶體管，在電源線到地線間串聯(lián)的結(jié)構(gòu)；多輸出電流源電路采用將PMOS晶體管的柵極和源極接固定參考電壓的單管結(jié)構(gòu)，或威爾遜電流源(Wilsoncurrent?source)、共源共柵電流源(cascode?current?source)等不需要電阻的電流源結(jié)構(gòu)；溫度傳感電路僅使用兩個(gè)發(fā)射結(jié)串聯(lián)、發(fā)射極分別與多輸出電流源輸出端連接的襯底PNP晶體管；電壓放大電路的負(fù)載使用MOS晶體管構(gòu)成的有源負(fù)載。電壓放大電路采用多級(jí)放大電路級(jí)連的結(jié)構(gòu)，通過(guò)在電壓放大電路的多級(jí)放大結(jié)構(gòu)中形成正反饋回路，以控制電壓放大電路的增益，使電路具有溫度滯回的動(dòng)態(tài)特性。同時(shí)，在電壓放大電路中引入正反饋，也使得對(duì)電壓放大電路的增益要求降低，并使電路的輸出信號(hào)的跳變沿陡峭。

通過(guò)電壓放大電路對(duì)兩個(gè)串聯(lián)的正偏導(dǎo)通的PN結(jié)電壓變化進(jìn)行放大，達(dá)到對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的。

電源電壓分壓電路為多輸出電流源電路提供基準(zhǔn)電壓。電源電壓分壓電路在實(shí)現(xiàn)上采用有源電阻在電源線到地線間串聯(lián)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于不同的電源電壓和輸出電壓要求，只需調(diào)整串接的有源電阻的個(gè)數(shù)或器件尺寸(溝道長(zhǎng)度L和溝道寬度W)。例如，圖3所示的實(shí)施實(shí)例電路采用了由兩個(gè)有源電阻(Mp1和Mn2)構(gòu)成的，具有一個(gè)輸出端A的電源電壓分壓電路。

多輸出電流源電路為溫度傳感器電路和電壓放大電路提供恒定電流。多輸出電流源可采用多個(gè)源極接電源，柵極接固定基準(zhǔn)電壓，漏極做為電流輸出端的PMOS晶體管實(shí)現(xiàn)，也可根據(jù)需要，采用共源共柵電流源、威爾遜電流源等結(jié)構(gòu)復(fù)雜而交流輸出電阻大的電流源結(jié)構(gòu)。例如，圖3所示的實(shí)施實(shí)例采用了由3個(gè)柵極和源極接固定電壓的單管(Mp2、Mp3和Mp4)構(gòu)成的多輸出電流源結(jié)構(gòu)。