專利名稱：一種高低溫度保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路芯片的溫度保護電路，尤其涉及集成電路芯片內(nèi)部 的高低溫保護電路。
背景技術(shù)：
在集成電路芯片里的溫度保護電路大部分都是高溫保護電路，整機的低 溫保護功能采用分立元器件實現(xiàn)， 一般不會在集成電路芯片里實現(xiàn)低溫保護 功能，原因是集成電路芯片在低溫環(huán)境下，電阻等無源器件電氣特性變化太 大，如比較器、運放等模擬電路電氣特性也影響較大，設(shè)計者必須利用工藝 廠家工藝參數(shù)進行設(shè)計，電路難實現(xiàn)。目前，在公開的資料有關(guān)集成電路芯 片在低溫環(huán)境保護電路資料很少，設(shè)計者在集成電路里面采用，而在集成電 路外圍器件增加分立器件實現(xiàn)低溫保護是目前較為通用的做法。
在整機或者集成電路芯片里，高溫保護電路利用元器件的溫度電氣特性 實現(xiàn)高溫保護。圖l是一種利用負溫度系數(shù)器件工作的高溫保護電路。如圖
l所示，電源VDD通過連接有源負載，有源負載連接到線Ll,負溫度系數(shù) 器件連接地GND和線L1。在

圖1中的負溫度系數(shù)器件為三極管PNP基極 和集電極共地構(gòu)成的二極管電路形式，這種電路形式具有負溫度特性。緩沖 器通過連接線Ll,輸出一個控制信號Y。在正常工作溫度下，線L1電壓維 持在高電平，當(dāng)溫度高于設(shè)定的溫度時候，由于在負溫度系數(shù)器件作用下線 Ll電壓已經(jīng)降到低電平，從而輸出控制信號Y,此時Y為低電平，對整機 或者集成電路芯片進行高溫保護。但是，由于器件和電路本身原因，該電路 精度不夠準(zhǔn)確，往往設(shè)定的高溫保護溫度范圍比較大，不能準(zhǔn)確設(shè)定一個非 常具體溫度。
圖2是一種芯片內(nèi)部采用PTAT器件(Proportional To Absolute Temperature,絕對溫度比例)和負溫度系數(shù)器件實現(xiàn)高溫保護功能的電路框圖。如圖2所示，電源VDD通過連接有源負載A，有源負載A連接到線LA; 而PTAT器件連接地GND和線LA。電源VDD通過連接有源負載B,有源 負載B連接到線LB;負溫度系數(shù)器件連接地GND和線LB;線LA和線LB 分別連接至比較器的兩個輸入端，比較器輸出控制信號Y。
圖3是采用PTAT器件和負溫度系數(shù)器件實現(xiàn)高溫保護功能的一個具體 應(yīng)用電路圖，其中PTAT器件采用電阻R。其中負溫度系數(shù)器件為三極管 PNP基極和集電極共地構(gòu)成的二極管電路形式。
圖4是負溫度系數(shù)器件和PTAT器件的電壓溫度曲線圖。設(shè)置圖2和圖 3中線LB上的電壓為VBE,線LA上的電壓為VPTAT。如圖4所示，當(dāng)溫 度增加的時候，PTAT器件電氣特性為VPTAT隨著溫度增加線性變大，而 負溫度系數(shù)器件電氣特性為VBE隨著溫度增加線性變小。在圖4中，溫度 從0K開始，在隨著溫度升高，VBE與VPTAT壓差從正壓差逐漸變小，最 后變成負壓差，設(shè)定比較器的閾值電壓為圖4中C、D兩點間的電壓差VCD， 當(dāng)溫度達到高溫保護溫度Tl時候，在滿足VPTAT - VBE大于VCD的條件 時，比較器的輸出信號Y電平翻轉(zhuǎn)，從而給系統(tǒng)提供一個保護信號；而電 路在正常工作溫度時候，即VPTAT-VBE小于VCD，比較器的輸出信號Y 電平不翻轉(zhuǎn)。該電路的優(yōu)點是可以比較準(zhǔn)確的設(shè)定一個保護的溫度，可靠性 也比較高。但該電路只能實現(xiàn)高溫保護功能，不能實現(xiàn)低溫保護功能。
如果把圖3所示的電路中VPTAT和VBE的輸入到比較器中，比較器進 行設(shè)定的閾值電壓為圖中A、 B點電壓差VAB,當(dāng)溫度達到低溫保護溫度 Tl時候，VPTAT - VBE小于VAB條件時候，比較器輸出信號Y電平翻轉(zhuǎn)， 從而給系統(tǒng)提供一個保護信號；而電路在正常工作溫度時候，VPTAT-VBE 大于VAB，比較器輸出信號Y電平不翻轉(zhuǎn)。這樣可以實現(xiàn)低溫保護功能。 但是該低溫保護電路在實際工程應(yīng)用上，很難使用。芯片的工業(yè)級正常工作 溫度從-40°C ~85°C,而軍用級正常工作溫度-55。C ~ 125°C。在電路設(shè)計 時候通常設(shè)定低溫保護的溫度為-65°C,而高溫保護的溫度設(shè)成150°C。從 PTAT器件和負溫度系數(shù)器件電壓溫度曲線可以看出低溫區(qū)域的VAB是遠 大于VCD。所以上述低溫保護電路的比較器很難設(shè)定閾值電壓為VAB。所 以實際該電路無法進行有效(如-65°C)的低溫保護。
從上面的分析可以看出，圖1所示的這種采用負溫度系數(shù)器件工作的高
溫保護電路和圖2 (含圖3)所示的這種采用PTAT器件和負溫度系數(shù)器件 實現(xiàn)高溫保護功能都只能在集成電路芯片內(nèi)部實現(xiàn)高溫保護功能，不能實現(xiàn) 低溫保護功能。其中圖1這種高溫保護電路還存在高溫保護溫度范圍不準(zhǔn)確 的缺陷；而圖2和圖3這種高溫保護功能電路在實際應(yīng)用中無法達到低溫保 護功能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種高低溫保護電路，用于實現(xiàn)對 集成電路芯片內(nèi)部進行高溫、低溫保護，解決現(xiàn)有的溫度保護電路只能實現(xiàn) 高溫保護，尤其是在集成電路芯片內(nèi)部不能同時實現(xiàn)低溫保護功能的問題。
本發(fā)明提供一種高低溫保護電路，在高溫或低溫下對芯片進行保護，包 括一 PTAT器件支路、 一負溫度系數(shù)器件支路、以及輸入端分別與PTAT器 件支路、負溫度系數(shù)器件支路連接的、輸出信號為Y1的比較器，本發(fā)明特 點在于
該高低溫保護電路還包括一回滯比較器和數(shù)字邏輯判斷模塊，其中，回 滯比較器的兩輸入端分別與所述PTAT器件支路和所述負溫度系數(shù)器件支 路相連接，其輸出端輸出信號Y2并和比較器的輸出端分別與數(shù)字邏輯判斷 模塊的輸入端相連接，該數(shù)字邏輯判斷模塊根據(jù)輸入的Yl、 Y2由輸出端向 外輸出一個控制信號Y。
所述芯片具有如下的溫度參數(shù)芯片正常工作溫度范圍TL TH，其 中TL為最低工作溫度，而TH為最高工作溫度；高溫保護點的溫度T1，滿 足TH〈T1;低溫保護點的溫度T2，滿足T2〈TL;工作下限溫度T0，滿 足T2〈T0^TL
所述PTAT器件支路根據(jù)芯片工作溫度自動產(chǎn)生隨溫度增加線性變大 的溫度電壓VPTAT;所述負溫度系數(shù)器件支路根據(jù)芯片工作溫度自動產(chǎn)生 隨溫度增加線性變小的溫度電壓VBE;所述VPTAT和VBE作為兩輸入信 號分別輸入至比較器和回滯比較器。
所述比較器的閾值電壓設(shè)置為在高溫保護點的溫度T1由VBE - VPTAT 所得的第一電壓差，當(dāng)溫度超過高溫保護點的溫度Tl時，滿足VPTAT-VBE大于第一電壓差的條件時，比較器的輸出信號Y1為1，當(dāng)溫度低于高 溫保護點的溫度T1時，滿足VPTAT-VBE小于第一電壓差的條件時，比 較器的輸出信號Yl為0。
所述回滯比較器的上閾值電壓設(shè)置為在芯片工作下限溫度TO時由VBE -VPTAT所得的第二電壓差，所述回滯比較器的下閾值電壓設(shè)置在低溫保 護點的溫度T2時由VBE-VPTAT所得的第三電壓差，
在溫度上升過程中，當(dāng)溫度小于TO時，滿足VBE-VPTAT小于第二 電壓差的條件時，回滯比較器的輸出信號Y2為0，當(dāng)溫度大于TO時，滿足 VBE-VPTAT大于第二電壓差的條件時，回滯比較器的輸出信號Y2由0 變?yōu)?。
在溫度下降過程中，當(dāng)溫度大于低溫保護點的溫度T2時，滿足VBE-VPTAT 大于第三電壓差的條件時， 回滯比較器的輸出信號Y2為1，當(dāng)溫度 小于T2時，滿足VBE-VPTAT小于第三電壓差的條件時，回滯比較器的 輸出信號Y2由1變?yōu)?。
所述數(shù)字邏輯判斷模塊，其一輸入端輸入比較器的輸出信號Yl，另一 輸入端輸入回滯比較器的輸出信號Y2,其輸出端輸出信號Y,
當(dāng)芯片的溫度大于高溫保護點的溫度T1時，根據(jù)Y1和Y2電平的情況， 數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為給外部電路的關(guān)斷信號；
當(dāng)芯片的溫度小于低溫保護點的溫度T2時，根據(jù)Yl和Y2電平的情況， 數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為給外部電路的關(guān)斷信號；
在升溫的溫度區(qū)間T0-T1,根據(jù)Yl和Y2電平的情況，數(shù)字邏輯判斷 模塊輸出Y為給外部電路的工作信號；
在降溫的溫度區(qū)間Tl ~T2，根據(jù)Yl和Y2電平的情況，數(shù)字邏輯判斷 模塊輸出Y為給外部電路的工作信號。
所述邏輯判斷模塊在Yl為0, Y2為1時候，輸出Y為工作信號，即 Y=l;在Yl為O, Y2為0時候，Y輸出為關(guān)斷信號，即Y=0;在Yl為l,
Y2為l時候，Y輸出為關(guān)斷信號，即Y-0。 所述邏輯判斷模塊是一個異或門。
本發(fā)明還提供一種上述高低溫保護電路的工作方法，包括如下步驟
(1 )設(shè)置芯片的溫度參數(shù)、比較器的閾值電壓、回滯比較器的上閾值 電壓和下閾值電壓，以及數(shù)字邏輯判斷模塊的控制邏輯；
(2) 在升溫時，比較器和回滯比較器分別根據(jù)配置的溫度參數(shù)及各自 的鬧值電壓輸出信號Yl和Y2，由數(shù)字邏輯判斷模塊按控制邏輯對Yl和 Y2處理后輸出信號Y,實施高溫保護；
(3) 在降溫時，比較器和回滯比較器分別根據(jù)配置的溫度參數(shù)及各自 的閾值電壓輸出信號Yl和Y2，由數(shù)字邏輯判斷模塊按控制邏輯對Yl和 Y2處理后輸出信號Y，實施低溫保護。
所述步驟(1)進一步可分為
Al、配置芯片正常工作溫度范圍為TL TH，其中TL為最低工作溫度， 而TH為最高工作溫度；高溫保護點的溫度T1，滿足TH<T1;低溫保護點 的溫度T2，滿足T2〈TL;工作下限溫度T0，滿足T2〈T0^TL;
A2、配置PTAT器件支路的溫度電壓VPTAT和負溫度系數(shù)器件支路的 溫度電壓VBE作為兩輸入信號分別輸入至比較器和回滯比較器，將比較器 的閾值電壓設(shè)置為Tl時的VBE-VPTAT;將回滯比較器的上閾值電壓設(shè)置 為在TO時的VBE-VPTAT,將回滯比較器的上閾值電壓設(shè)置為在T2時的 VBE - VPTAT;
A3、配置所述數(shù)字邏輯判斷模塊在Yl為0， Y2為1時候，輸出Y為 工作信號；在Yl為O, Y2為0時候，Y輸出為關(guān)斷信號；在Y1為1， Y2 為1時候，Y輸出為關(guān)斷信號。
所述步驟(2)進一步可分為
Bl、當(dāng)芯片溫度小于T2時，比較器和回滯比較器的輸出Yl、 Y2都為 0，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個關(guān)斷信號；
B2、當(dāng)溫度升高至T2 T0溫度區(qū)間時，比較器和回滯比較器輸出Yl、 Y2都為0，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0，表示輸出一個關(guān)斷信號；
B3、當(dāng)溫度繼續(xù)升高至T0 T1溫度區(qū)間時，比較器輸出Y1保持0，
回滯比較器輸出Y2由0變成1,數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=l，表示輸出一 個工作信號；
B4、當(dāng)溫度升高至超過T1的溫度區(qū)間時，比較器輸出Yl由0變成1， 回滯比較器輸出Y2保持為1，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個 關(guān)斷信號。
所述步驟(3)進一步可分為
Cl、當(dāng)溫度從超過T1降低到Tl時，回滯比較器輸出Y2為1，比較器 輸出Yl為1，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個關(guān)斷信號；
C2、當(dāng)溫度降低至T1 T2的溫度區(qū)間時，回滯比較器輸出Y2保持為1， 比較器輸出Yl由1變成O，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=l，表示輸出一個工 作信號；
C3、當(dāng)溫度繼續(xù)降低至低于T2的溫度區(qū)間時，比較器輸出Y1保持為 0，回滯比較器輸出Y2由1變成O，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0，表示輸出 一個關(guān)斷信號。
所述數(shù)字邏輯判斷模塊配置的控制邏輯為異或門。
本發(fā)明所提供的一種高低溫保護電路，由于采用了回滯比較器和數(shù)字邏 輯判斷模塊判斷溫度電壓狀態(tài)，同時實現(xiàn)了高溫和低溫保護功能，在高溫情 況下，如果超過一定的限定溫度，對整機或者芯片進行保護，在低溫情況下， 對內(nèi)部器件、芯片進行保護，能夠防止芯片在高溫或低溫時出現(xiàn)故障。
附困說明
圖l是現(xiàn)有技術(shù)中一種利用負溫度系數(shù)器件工作的高溫保護電路圖2是現(xiàn)有技術(shù)中一種芯片內(nèi)部采用PTAT器件和負溫度系數(shù)器件實現(xiàn) 高溫保護功能的電路框圖3是現(xiàn)有技術(shù)中一種芯片內(nèi)部采用PTAT器件和負溫度系數(shù)器件實現(xiàn) 高溫保護功能的具體電路圖4是負溫度系數(shù)器件和PTAT器件的電壓溫度曲線圖5是本發(fā)明實施例中的所述高低溫保護電路原理圖6是本發(fā)明實施例中所述回滯比較器的輸出信號和溫度關(guān)系圖7是本發(fā)明實施例所述數(shù)字邏輯判斷模塊輸出輸入信號與高溫變化 曲線關(guān)系圖8是本發(fā)明實施例所述數(shù)字邏輯判斷模塊輸出輸入信號與低溫變化 曲線關(guān)系圖9是本發(fā)明實施例中所述高低溫保護電路的典型應(yīng)用電路框圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施作進一步的詳細描述。
為了提供高、低溫保護功能，防止芯片出現(xiàn)故障。本實施例中提供的一 種高低溫保護電路，采用了回滯比較器和數(shù)字邏輯判斷模塊來判斷溫度電壓 狀態(tài)，實現(xiàn)高溫和低溫保護功能，防止芯片在高溫或低溫下出現(xiàn)故障。
圖5是本實施例中高低溫保護電路的原理圖，所示的高低溫保護電路中 包括 一個PTAT器件支路、 一個負溫度系數(shù)器件支路、 一個比較器、 一個 回滯比較器和一個數(shù)字邏輯判斷模塊。其中
所述比較器的兩個輸入端分別與PTAT器件支路和負溫度系數(shù)器件支 路相連接，所述回滯比較器的兩個輸入端分別與PTAT器件支路和負溫度系 數(shù)器件支路相連接，而所述比較器的輸出端與所述回滯比較器的輸出端分別 與所述數(shù)字邏輯判斷模塊的兩個輸入端相連接，該數(shù)字邏輯判斷模塊則輸出 判斷信號Y。
在圖5所示的高低溫保護電路中，PTAT器件支路根據(jù)芯片工作溫度自 動產(chǎn)生特定的溫度電壓VPTAT;負溫度系數(shù)器件支路根據(jù)芯片工作溫度自 動產(chǎn)生特定的溫度電壓VBE,將比較器和回滯比較器對應(yīng)的兩輸入信號分 別記為VPTAT和VBE,其對應(yīng)的輸出信號分別記為Y1信號和Y2信號。
再次參照圖4所示的負溫度系數(shù)器件和PTAT器件電壓溫度曲線圖，其
中
設(shè)置芯片正常工作溫度范圍為TL~TH,其中TL為最低工作溫度，而 TH為最高工作溫度；
定義T1為高溫保護點的溫度，滿足TH<T1;
定義T2為低溫保護點的溫度，滿足T2 < TL;
定義TO為工作下卩艮5顯度，TO滿足T2 < TO ^ TL。
上述各溫度參數(shù)在橫坐標(biāo)溫度上的具體配置如圖4所示，當(dāng)T0=TL時， 兩者重合。
如圖4所示，將比較器的閾值電壓設(shè)為對應(yīng)T1的電壓VCD，也就是C 和D點的電壓壓差VCD,其特點是當(dāng)芯片的溫度升高，超過T1的時候， 由于VPTAT-VBE>VCD,所以比較器輸出信號Y1電平翻轉(zhuǎn)。
如圖4所示，將回滯比較器的上閾值電壓設(shè)在TO的電壓VGH，也就是 G和H點的電壓差VGH;將回滯比較器的下閾值電壓設(shè)在T2的電壓VAB, 也就是A和B點的電壓壓差VAB，其特點是當(dāng)芯片的溫度升高，超過T0 的時候，回滯比較器的輸出信號Y2電平翻轉(zhuǎn)，當(dāng)芯片的溫度降低，超過T2 的時候，回滯比較器的輸出信號Y2電平翻轉(zhuǎn)。
圖5所示的高低溫保護電路在進行高低溫保護時的工作原理如下
A、當(dāng)溫度從低溫區(qū)域升高時，該電路實現(xiàn)高溫保護功能
(la)當(dāng)芯片溫度在小于低溫保護點的溫度T2時，比較器和回滯比較 器的輸出Yl、 Y2都為0，即Y1=Y2=0，這時，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0， Y=0表示該電路給芯片 一個關(guān)斷信號。
(2a)當(dāng)溫度升高時，即溫度在低溫保護點的溫度T2 正常工作時的 下限溫度T0的時候，比較器和回滯比較器輸出Y1、Y2都為0，即Y1=Y2=0, 這時，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0。 Y表示是該電路給芯片一個關(guān)斷信號。
(3a)當(dāng)溫度繼續(xù)升高，即溫度在正常工作時的下限溫度TO 高溫保護 點的溫度T1時，比較器輸出Yl保持0;而回滯比較器輸出Y2由0變成1。 這時，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=l, Y表示該電路是給芯片一個工作信號。
(4a)當(dāng)溫度升高超過高溫保護點的溫度T1時候，回滯比較器輸出Y2 保持為1;比較器輸出Yl由0變成1。這時，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0。 Y是給芯片一個關(guān)斷信號。
B、當(dāng)溫度從高溫區(qū)域降低時，該電路實現(xiàn)低溫保護功能
(lb)當(dāng)溫度從超過高溫保護點的溫度T1降低到高溫保護點的溫度T1 時，回滯比較器輸出Y2為1，比較器輸出Yl為1，這時，數(shù)字邏輯判斷模 塊輸出Y-O, Y表示該電路給芯片一個關(guān)斷信號；
(2b)當(dāng)溫度繼續(xù)降低，即溫度在高溫保護點的溫度T1 低溫保護點的 溫度T2的范圍時，回滯比較器輸出Y2保持為1;比較器輸出Y1由1變成 0，這時，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=l， Y表示該電路給芯片一個工作信號；
(3b)當(dāng)溫度繼續(xù)降低，即溫度降低到低于低溫保護點的溫度T2時， 比較器輸出Yl保持為0;回滯比較器輸出Y2由1變成O,這時，數(shù)字邏輯 判斷模塊輸出丫=0, Y表示該電路給芯片一個關(guān)斷信號。
圖6是回滯比較器的輸出信號Y和溫度T的關(guān)系圖，如圖6所示，回 滯比較器在芯片的溫度升高到T0時，由于VBE-VPTAT大于上閾值電壓 VGH,所以其輸出信號Y2由數(shù)字0變1;當(dāng)回滯比較器的溫度降低到T2 時，由于VBE-VPTAT小于下閾值電壓VAB，所以其輸出信號Y2由1變 0。
圖7是數(shù)字邏輯判斷模塊輸出輸入信號與高溫變化曲線關(guān)系圖，其特點 是當(dāng)芯片溫度大于T1時候，根據(jù)Y1和Y2電平情況，即Yl=l， Y2=l， 數(shù)字邏輯判斷模塊輸出信號Y為給外部電路的關(guān)斷信號，即當(dāng)Y1為1， Y2為l時候，Y輸出為關(guān)斷信號。
圖8是數(shù)字邏輯判斷模塊輸出輸入信號與低溫變化曲線關(guān)系圖，其特點 是當(dāng)芯片溫度小于T2時候，根據(jù)Y1和Y2電平情況，即Y1=0， Y2=0, 數(shù)字邏輯判斷模塊輸出信號Y為給外部電路的關(guān)斷信號，即當(dāng)Yl為O, Y2為0時候，Y輸出為關(guān)斷信號。
結(jié)合圖7和圖8，所述圖5所示的高低溫保護電路具有以下特點
在Yl為0, Y2為1時，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為工作信號；
當(dāng)回滯比較器在從低于T2的溫度升高過程中，在T2 ~ TO溫度區(qū)間， 回滯比較器輸出Y2為0，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為關(guān)斷信號；
當(dāng)回滯比較器在從高于TO的溫度降低過程中，在TO ~ T2溫度區(qū)間， 回滯比較器輸出Y2為1，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為工作信號；
由于T0滿足T2〈T0^TL條件，所以Y在溫度低于T2時候，輸出為 關(guān)斷信號；在溫度高于Tl時候，輸出為關(guān)斷信號；在正常工作溫度TL-TH，輸出為工作信號；所以在T0 T2溫度區(qū)間，不管數(shù)字邏輯判斷模塊輸 出Y為工作信號還是關(guān)斷信號，并不影響該高低溫保護電路的使用。
圖9是所述高低溫保護電路的一種典型應(yīng)用電路框圖，該電路包括兩個 電源VDD,兩個地線GND,有源負載A,有源負栽B，電阻，負溫度系數(shù) 器件，比較器，回滯比較器，異或門以及線LBE和線LPTAT。
該電路中，一PTAT支路，是由電源VDD和有源負栽A—端連接，該 有源負載A的另一端與線LPTAT連接；電阻一端接地，另一端與線LPTAT 連接組成的網(wǎng)絡(luò)；
該電路中， 一負溫度系數(shù)器件支路，是由電源VDD和有源負載B—端 連接，該有源負載B的另一端與線LBE連接；負溫度系數(shù)器件一端接地， 另 一端與線LBE連接組成的網(wǎng)絡(luò)；
該電路中，線LPTAT和線LBE分別連接至比較器和回滯比較器的兩個 輸入端，比較器輸出為Yl,回滯比較器輸出為Y2,
該電路中，還包括一個異或門，用于實現(xiàn)數(shù)字邏輯判斷模塊的功能，比 較器和回滯比較器的兩輸出端Yl和Y2分別與異或門的兩個輸入端連接， 異或門的輸出為Y。
本實施例為一款工業(yè)級芯片，根據(jù)芯片的工業(yè)級正常工作溫度范圍為 -40。C ~85°C,設(shè)置高溫保護的溫度為150°C,低溫保護的溫度-65°C。 即T2= — 65°C , T0= - 50。C(滿足T0< — 40°C)， T1=15(TC ， TL= — 40°C , TH=85 °C。根據(jù)電路特性可知當(dāng)Y為關(guān)斷信號時，Y=0;當(dāng)Y為工作信號時，Y =1。
基于以上電路和數(shù)據(jù)，當(dāng)工業(yè)級芯片的溫度從低溫區(qū)域升高時，該高低
溫保護電路實現(xiàn)方式如下
(la)當(dāng)芯片溫度在小于-65。C (T2)時候，比較器和回滯比較器的輸 出Y1、 Y2都為0，即Y1二Y2二0，這時，異或門輸出Y=0, Y^表示該電路 給芯片一個關(guān)斷信號。
(2a)當(dāng)溫度升高時，即溫度在-65。C -50°C (T2 T0)的時候，比 較器和回滯比較器輸出Yl、 Y2都為0，即Y1=Y2=0,這時，異或門輸出 Y=0。 Y-O表示是該電路給芯片一個關(guān)斷信號。
(3a)當(dāng)溫度升高超過-50°C (TO),但小于150°C (Tl)的時候(能 改成當(dāng)溫度繼續(xù)升高，即溫度在-50。C 150。C (TO ~T1)的時候，比較器輸 出Y1保持0;而回滯比較器輸出Y2由0變成l。這時，異或門輸出Y4，
Y = 1表示該電路是給芯片一個工作信號。
(4a)當(dāng)溫度升高超過150。C (Tl)時候，回滯比較器輸出Y2保持為 1;比較器輸出Yl由0變成1。這時，異或門輸出Y-O。 Y-O是表示給芯 片一個關(guān)斷信號。
當(dāng)溫度從高溫區(qū)域降低時，高低溫保護電路實現(xiàn)方式如下
(lb)當(dāng)溫度從超過150。C (Tl)降低到150°C (Tl)時，回滯比較器 輸出Y2為1，比較器輸出Y1為1，這時，異或門輸出Y-O， Y-O表示該 電路給芯片一個關(guān)斷信號；
(2b)當(dāng)溫度繼續(xù)降低，即溫度在150。C (T1) -65。C (T2)時，回滯 比較器輸出Y2保持為1;比較器輸出Yl由1變成O,這時，異或門輸出 Y=l， Y-l表示該電路給芯片一個工作信號；
(3b)當(dāng)溫度繼續(xù)降低，即溫度降低至低于-65。C (T2)時，比較器輸 出Y1保持為0;回滯比較器輸出Y2由1變成O。這時，異或門輸出Y二O,
Y = 0表示該電路給芯片 一個關(guān)斷信號。
從以上溫度變化，該種典型的應(yīng)用電路的特點可歸納如下
(1) 當(dāng)溫度處于工業(yè)級正常工作溫度從-40°C ~85°C,本電路輸出Y 為工作信號。
(2) 當(dāng)溫度低于-65。C (低溫保護溫度)，本電路輸出Y為關(guān)斷信號。
(3)當(dāng)溫度高于150。C (高溫保護溫度)，本電路輸出Y為關(guān)斷信號。
通過以上的詳細介紹，可以清楚地看到，本發(fā)明可以有效地解決芯片實 現(xiàn)高溫和低溫保護功能問題。
權(quán)利要求
1、一種高低溫保護電路，在高溫或低溫下對芯片進行保護，包括一PTAT器件支路、一負溫度系數(shù)器件支路、以及輸入端分別與PTAT器件支路、負溫度系數(shù)器件支路連接的、輸出信號為Y1的比較器，其特征在于該高低溫保護電路還包括一回滯比較器和數(shù)字邏輯判斷模塊，其中，回滯比較器的兩輸入端分別與所述PTAT器件支路和所述負溫度系數(shù)器件支路相連接，其輸出端輸出信號Y2并和比較器的輸出端分別與數(shù)字邏輯判斷模塊的輸入端相連接，該數(shù)字邏輯判斷模塊根據(jù)輸入的Y1、Y2由輸出端向外輸出一個控制信號Y。
2、 如權(quán)利要求1所述的高低溫保護電路，其特征在于所述芯片具有如下的溫度參數(shù)芯片正常工作溫度范圍TL TH,其 中TL為最低工作溫度，而TH為最高工作溫度；高溫保護點的溫度T1，滿 足TH〈T1;低溫保護點的溫度T2，滿足T2〈TL;工作下限溫度TO,滿 足T2 < T0 S TL;所述PTAT器件支路根據(jù)芯片工作溫度自動產(chǎn)生隨溫度增加線性變大 的溫度電壓VPTAT;所述負溫度系數(shù)器件支路根據(jù)芯片工作溫度自動產(chǎn)生 隨溫度增加線性變小的溫度電壓VBE;所述VPTAT和VBE作為兩輸入信 號分別輸入至比較器和回滯比較器。
3、 如權(quán)利要求2所述的高低溫保護電路，其特征在于，所述比較器的 閾值電壓設(shè)置為在高溫保護點的溫度Tl由VBE-VPTAT所得的第一電壓 差，當(dāng)溫度超過高溫保護點的溫度Tl時，滿足VPTAT-VBE大于第一電 壓差的條件時，比較器的輸出信號Yl為1，當(dāng)溫度低于高溫保護點的溫度 Tl時，滿足VPTAT-VBE小于第一電壓差的條件時，比較器的輸出信號 Yl為0。
4、 如權(quán)利要求2所述的高低溫保護電路，其特征在于，所述回滯比較 器的上閾值電壓設(shè)置為在芯片工作下限溫度T0時由VBE-VPTAT所得的 第二電壓差，所述回滯比較器的下閾值電壓設(shè)置在低溫保護點的溫度T2時 由VBE - VPTAT所得的第三電壓差，在溫度上升過程中，當(dāng)溫度小于TO時，滿足VBE-VPTAT小于第二 電壓差的條件時，回滯比較器的輸出信號Y2為0,當(dāng)溫度大于TO時，滿足 VBE-VPTAT大于第二電壓差的條件時，回滯比較器的輸出信號Y2由0 變?yōu)?。在溫度下降過程中，當(dāng)溫度大于低溫保護點的溫度T2時，滿足VBE-VPTAT大于第三電壓差的條件時，回滯比較器的輸出信號Y2為1，當(dāng)溫度 小于T2時，滿足VBE-VPTAT小于第三電壓差的條件時，回滯比較器的 輸出信號Y2由1變?yōu)?。
5、 如權(quán)利要求1或3或4所述的高低溫保護電路，其特征在于，所述 數(shù)字邏輯判斷模塊，其一輸入端輸入比較器的輸出信號Yl，另一輸入端輸 入回滯比較器的輸出信號Y2，其輸出端輸出信號Y,當(dāng)芯片的溫度大于高溫保護點的溫度T1時，根據(jù)Y1和Y2電平的情況， 數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為給外部電路的關(guān)斷信號；當(dāng)芯片的溫度小于低溫保護點的溫度T2時,根據(jù)Yl和Y2電平的情況， 數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y為給外部電路的關(guān)斷信號；在升溫的溫度區(qū)間T0 T1，根據(jù)Yl和Y2電平的情況，數(shù)字邏輯判斷 模塊輸出Y為給外部電路的工作信號；在降溫的溫度區(qū)間T1 T2，根據(jù)Yl和Y2電平的情況，數(shù)字邏輯判斷 模塊輸出Y為給外部電路的工作信號。
6、 如權(quán)利要求5所述的高低溫保護電路，其特征在于，所述邏輯判斷 模塊在Y1為0， Y2為l時候，輸出Y為工作信號，即Y-1;在Yl為0, Y2為0時候，Y輸出為關(guān)斷信號，即Y=0;在Yl為1， Y2為1時候，Y 輸出為關(guān)斷信號，即Y-O。
7、 如權(quán)利要求1所述的高低溫保護電路，其特征在于，所述邏輯判斷 模塊是一個異或門。
8、 一種基于權(quán)利要求1所述高低溫保護電路的工作方法，其特征在于， 包括如下步驟(1)設(shè)置芯片的溫度參數(shù)、比較器的閾值電壓、回滯比較器的上閾值 電壓和下閾值電壓，以及數(shù)字邏輯判斷才莫塊的控制邏輯；(2) 在升溫時，比較器和回滯比較器分別根據(jù)配置的溫度參數(shù)及各自 的閾值電壓輸出信號Yl和Y2,由數(shù)字邏輯判斷模塊按控制邏輯對Yl和 Y2處理后輸出信號Y,實施高溫保護；(3) 在降溫時，比較器和回滯比較器分別根據(jù)配置的溫度參數(shù)及各自 的閾值電壓輸出信號Yl和Y2，由數(shù)字邏輯判斷模塊按控制邏輯對Yl和 Y2處理后輸出信號Y，實施低溫保護。
9、如權(quán)利要求8所述的工作方法，其特征在于所述步驟(1)進一步可分為Al、配置芯片正常工作溫度范圍為TL~TH，其中TL為最低工作溫度， 而TH為最高工作溫度；高溫保護點的溫度Tl,滿足TH<T1;低溫保護點 的溫度T2，滿足T2〈TL;工作下限溫度T0，滿足T2〈T0^TL;A2、配置PTAT器件支路的溫度電壓VPTAT和負溫度系數(shù)器件支路的 溫度電壓VBE作為兩輸入信號分別輸入至比較器和回滯比較器，將比較器 的閾值電壓設(shè)置為Tl時的VBE-VPTAT;將回滯比較器的上閾值電壓設(shè)置 為在TO時的VBE-VPTAT,將回滯比較器的上閾值電壓設(shè)置為在T2時的 VBE - VPTAT;A3、配置所述數(shù)字邏輯判斷模塊在Yl為0, Y2為1時候，輸出Y為 工作信號；在Yl為O, Y2為0時候，Y輸出為關(guān)斷信號；在Yl為l, Y2 為1時候，Y輸出為關(guān)斷信號；所述步驟(2)進一步可分為Bl、當(dāng)芯片溫度小于T2時，比較器和回滯比較器的輸出Yl、 Y2都為 0,數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個關(guān)斷信號；B2、當(dāng)溫度升高至T2 T0溫度區(qū)間時，比較器和回滯比較器輸出Yl、 Y2都為0，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個關(guān)斷信號；B3、當(dāng)溫度繼續(xù)升高至TO ~ Tl溫度區(qū)間時，比較器輸出Yl保持O, 回滯比較器輸出Y2由0變成l，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=l,表示輸出一 個工作信號；B4、當(dāng)溫度升高至超過T1的溫度區(qū)間時，比較器輸出Yl由0變成1， 回滯比較器輸出Y2保持為1,數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個 關(guān)斷信號；所述步驟(3)進一步可分為Cl、當(dāng)溫度從超過T1降低到Tl時，回滯比較器輸出Y2為1，比較器 輸出Yl為1,數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出一個關(guān)斷信號；C2、當(dāng)溫度降低至T1 T2的溫度區(qū)間時，回滯比較器輸出Y2保持為1， 比較器輸出Yl由1變成0，數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=l,表示輸出一個工 作信號；C3、當(dāng)溫度繼續(xù)降低至低于T2的溫度區(qū)間時，比較器輸出Y1保持為 0,回滯比較器輸出Y2由1變成O,數(shù)字邏輯判斷模塊輸出Y=0,表示輸出 一個關(guān)斷信號。
10、如權(quán)利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述數(shù)字邏輯判斷模 塊配置的控制邏輯為異或門。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高低溫度保護電路，其中包括的PTAT器件支路和負溫度系數(shù)器件支路，分別將輸出電壓輸入至比較器和回滯比較器的輸入端，所述比較器和回滯比較器的輸入端輸入數(shù)字邏輯判斷模塊，由數(shù)字邏輯判斷模塊根據(jù)比較器和回滯比較器的輸出信號確定在高溫或低溫下的保護控制信號，能夠同時實現(xiàn)高溫和低溫保護功能，在高溫情況下，如果超過一定的限定溫度，對整機或者芯片進行保護，在低溫情況下，對內(nèi)部器件、芯片進行保護，能夠防止芯片在高溫或低溫時出現(xiàn)故障。
文檔編號H01L23/58GK101192597SQ20071008676
公開日2008年6月4日 申請日期2007年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月15日
發(fā)明者陳學(xué)君 申請人:中興通訊股份有限公司