王晓婧 曾艳妮 刘楠

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1 过温保护电路架构

1.1 传统过温电路系统架构

为了实现过热保护，需要对温度变化进行电压测量。一个典型的OTP 电路如图1所示。一个用作比较器的两级开环共源放大器被用来驱动两组传输门。通过将VA≥VB 设置为非保护状态，OTP为低，并且VB 等于Votp1。Vbe 随着温度升高而逐渐降低。当VA≤VB 时，OTP 点翻转以打开传输门，以使VB 等于Votp2。当温度从高到低下降，因此VA 电压低于Votp2 时，温度保护就会解除。I1 可以从带隙参考中生成，并且可以认为是一个相对恒定的值。根据上述的原理，图1过温保护电路中的PNP 电流Ic 可以如下得出：

图1：传统利用Vbe 随温度的变化设计过温保护电路

其中Is 是双极晶体管的饱和电流，Vbe 是基极-发射极结电压，K0是玻尔兹曼常数，q 是电子的电荷，并且（1）可以重新排序为（2）：

因此，设计OTP 触发和复位点Ttrigger 和Treset 相应地推导为：

图2显示了在300 个不同角点上模拟OTP 触发点的仿真数据，图3则显示复位点的仿真数据。由于Vopt2和Vopt1的值随角而波动，因此获得了60 摄氏度以上的杂散数据。此外，触发点和复位点之间的重叠点可能会导致电路中的OPT 不起作用。

图2：过温保护触发点进行300 次工艺角仿真

1.2 本文提出的过温保护电路

考虑图4所示的改进的OTP 电路。I1 和I2 是带隙基准提供的偏置电流。当温度升高时，PNP 晶体管的Vbe 逐渐降低。当VA≤VB 时，比较器反转，OTP 为高电平，Pmos1 关闭。当温度从高到低下降时，VA 逐渐升高，而当VA≥VB 时，OTP 释放。这两个与温度有关的转折点可以分别由（5）和（6）得出，由公式中可发现触发点以及恢复点将不再如（3）和（4）所示受电压波动而影响性能。……