[发明专利]一种高低温度保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路芯片的温度保护电路，尤其涉及集成电路芯片内部的高低温保护电路。

背景技术

在集成电路芯片里的温度保护电路大部分都是高温保护电路，整机的低温保护功能采用分立元器件实现，一般不会在集成电路芯片里实现低温保护功能，原因是集成电路芯片在低温环境下，电阻等无源器件电气特性变化太大，如比较器、运放等模拟电路电气特性也影响较大，设计者必须利用工艺厂家工艺参数进行设计，电路难实现。目前，在公开的资料有关集成电路芯片在低温环境保护电路资料很少，设计者在集成电路里面采用，而在集成电路外围器件增加分立器件实现低温保护是目前较为通用的做法。

在整机或者集成电路芯片里，高温保护电路利用元器件的温度电气特性实现高温保护。图1是一种利用负温度系数器件工作的高温保护电路。如图1所示，电源VDD通过连接有源负载，有源负载连接到线L1，负温度系数器件连接地GND和线L1。在图1中的负温度系数器件为三极管PNP基极和集电极共地构成的二极管电路形式，这种电路形式具有负温度特性。缓冲器通过连接线L1，输出一个控制信号Y。在正常工作温度下，线L1电压维持在高电平，当温度高于设定的温度时候，由于在负温度系数器件作用下线L1电压已经降到低电平，从而输出控制信号Y，此时Y为低电平，对整机或者集成电路芯片进行高温保护。但是，由于器件和电路本身原因，该电路精度不够准确，往往设定的高温保护温度范围比较大，不能准确设定一个非常具体温度。

图2是一种芯片内部采用PTAT器件(Proportional To AbsoluteTemperature，绝对温度比例)和负温度系数器件实现高温保护功能的电路框图。如图2所示，电源VDD通过连接有源负载A，有源负载A连接到线LA；而PTAT器件连接地GND和线LA。电源VDD通过连接有源负载B，有源负载B连接到线LB；负温度系数器件连接地GND和线LB；线LA和线LB分别连接至比较器的两个输入端，比较器输出控制信号Y。

图3是采用PTAT器件和负温度系数器件实现高温保护功能的一个具体应用电路图，其中PTAT器件采用电阻R。其中负温度系数器件为三极管PNP基极和集电极共地构成的二极管电路形式。

图4是负温度系数器件和PTAT器件的电压温度曲线图。设置图2和图3中线LB上的电压为VBE，线LA上的电压为VPTAT。如图4所示，当温度增加的时候，PTAT器件电气特性为VPTAT随着温度增加线性变大，而负温度系数器件电气特性为VBE随着温度增加线性变小。在图4中，温度从0K开始，在随着温度升高，VBE与VPTAT压差从正压差逐渐变小，最后变成负压差，设定比较器的阈值电压为图4中C、D两点间的电压差VCD，当温度达到高温保护温度T1时候，在满足VPTAT-VBE大于VCD的条件时，比较器的输出信号Y电平翻转，从而给系统提供一个保护信号；而电路在正常工作温度时候，即VPTAT-VBE小于VCD，比较器的输出信号Y电平不翻转。该电路的优点是可以比较准确的设定一个保护的温度，可靠性也比较高。但该电路只能实现高温保护功能，不能实现低温保护功能。

如果把图3所示的电路中VPTAT和VBE的输入到比较器中，比较器进行设定的阈值电压为图中A、B点电压差VAB，当温度达到低温保护温度T1时候，VPTAT-VBE小于VAB条件时候，比较器输出信号Y电平翻转，从而给系统提供一个保护信号；而电路在正常工作温度时候，VPTAT-VBE大于VAB，比较器输出信号Y电平不翻转。这样可以实现低温保护功能。但是该低温保护电路在实际工程应用上，很难使用。芯片的工业级正常工作温度从-40℃～85℃，而军用级正常工作温度-55℃～125℃。在电路设计时候通常设定低温保护的温度为-65℃，而高温保护的温度设成150℃。从PTAT器件和负温度系数器件电压温度曲线可以看出低温区域的VAB是远大于VCD。所以上述低温保护电路的比较器很难设定阈值电压为VAB。所以实际该电路无法进行有效(如-65℃)的低温保护。

从上面的分析可以看出，图1所示的这种采用负温度系数器件工作的高温保护电路和图2(含图3)所示的这种采用PTAT器件和负温度系数器件实现高温保护功能都只能在集成电路芯片内部实现高温保护功能，不能实现低温保护功能。其中图1这种高温保护电路还存在高温保护温度范围不准确的缺陷；而图2和图3这种高温保护功能电路在实际应用中无法达到低温保护功能要求。

发明内容