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關(guān)于電路設(shè)計(jì)的畢業(yè)論文
摘要:傳統(tǒng)的過溫保護(hù)電路是通過調(diào)整電阻阻值來控制熱關(guān)斷閾值溫度的高低，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗大、受參數(shù)變化影響大。提出了一種新型的過溫保護(hù)電路，電路中不再使用電阻和遲滯比較器，主要采用晶體管、MOS管、電容和邏輯門電路組成，并可以利用正反饋使電路具有遲滯特性，因而可避免振蕩的發(fā)生和對(duì)芯片造成危害。最后，通過PSPICE仿真說明，當(dāng)電源電壓和工藝參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，該新型的過溫保護(hù)電路可以很好的抑制溫度升高引起的熱關(guān)斷閾值點(diǎn)漂移，所以廣泛的應(yīng)用于各種各樣的電路芯片。
關(guān)鍵詞:電路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文
像電源、驅(qū)動(dòng)器等集成電路芯片的功耗一般情況下較大，一旦發(fā)生電源短接或電路內(nèi)部短路等現(xiàn)象，其瞬時(shí)功耗會(huì)急劇增大，從而使芯片溫度不斷升高，芯片將不能正常工作，很可能會(huì)將芯片燒壞。所以為了安全起見，常常在集成電路內(nèi)部裝有過溫保護(hù)電路，當(dāng)溫度升高超過閾值，過溫保護(hù)電路立即使電路芯片停止工作，這樣并不產(chǎn)生功耗，溫度也會(huì)降低，集成電路也不會(huì)被燒壞。傳統(tǒng)的過溫保護(hù)電路主要利用溫度敏感元件來檢測電路芯片內(nèi)部溫度的變化[1-13]，當(dāng)溫度超限時(shí)，啟動(dòng)過溫保護(hù)電路開始工作，控制系統(tǒng)關(guān)斷，所以不容易把電路損壞。本文設(shè)計(jì)了一種新型的過溫保護(hù)電路，由晶體管、MOS管、電容和邏輯門電路等組成，結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、工作電壓低、抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)溫度具有遲滯特性，可減小對(duì)芯片的危害。運(yùn)用PSPICE仿真表明，該新型保護(hù)電路對(duì)因電源電壓或參數(shù)變化引起的溫度漂移具有很強(qiáng)的抑制作用。
1、傳統(tǒng)的過溫保護(hù)電路的工作原理
傳統(tǒng)的過溫保護(hù)電路的工作原理是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并對(duì)電壓信號(hào)做進(jìn)一步處理。由于二極管的導(dǎo)通電壓隨溫度的升高而下降，所以可將4個(gè)二極管相串作為溫度傳感器，如圖1所示。4個(gè)二極管的電流由M1、M2、M3構(gòu)成的鏡像電流源組成的恒流源提供。電路工作時(shí)，A點(diǎn)電壓會(huì)隨溫度的升高而下降�？梢�，如果溫度發(fā)生變化A點(diǎn)的電壓就會(huì)發(fā)生變化，也就將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)了，再運(yùn)用遲滯比較器對(duì)A點(diǎn)電壓做進(jìn)一步處理，設(shè)AT-為下跳變點(diǎn)電壓，AT+為上跳變點(diǎn)電壓，則中間點(diǎn)電壓為AT-+AT+2，調(diào)節(jié)電路的有關(guān)參數(shù)使其中間點(diǎn)電壓等于AREF。輸入端電壓低于下跳電壓AT-，輸出為高電平，輸入端電壓高于上跳電壓AT+，輸出為低電平，此時(shí)保護(hù)立即解除。也就是說，隨著溫度的升高，當(dāng)溫度大于AT-對(duì)應(yīng)的溫度時(shí)進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)溫度等于AT+對(duì)應(yīng)的溫度時(shí)不再進(jìn)行保護(hù)。在該電路中，由于遲滯比較器使得電路更加復(fù)雜。電路中采用了硅穩(wěn)壓管，它的兩端電壓在4～7V時(shí)溫度系數(shù)特別小，可略去不計(jì)，在4V以下具有負(fù)的溫度系數(shù)，在7V以上具有正的溫度系數(shù)。所以電源電壓在4～7V時(shí)，電路可以工作，如果電源電壓更低，該電路就不適用了。
2、新型的過溫保護(hù)電路
針對(duì)以上電路的缺點(diǎn)，提出了一種新型的過溫保護(hù)電路，它用最簡單的電路實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)功能，電路中沒有電阻，使得熱關(guān)斷閾值溫度達(dá)到穩(wěn)定，電路如圖2所示。常溫下，由于基準(zhǔn)電壓VREF比晶體管T的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓小，晶體管T截止，經(jīng)過場效應(yīng)管M1和M2的電流是零電流，因此晶體管T的集電極電位是高電平，故M5的柵極電壓為高電平，M5可以導(dǎo)通，導(dǎo)通之后M5的漏極為低電平，因而反相器N1的輸入信號(hào)是低電平，經(jīng)反相器N1和N2作用后，仍然是低電平，此時(shí)直流繼電器K不吸合，開關(guān)K仍然打開，電路正常工作。非門N1輸出高電平，故M3柵極電壓也為高電平，M3可以導(dǎo)通。VREF保證較大的溫度范圍內(nèi)M1、M2的電流均為零，所以電路具有較小的功耗。因?yàn)榫w管T的發(fā)射結(jié)電壓具有負(fù)的溫度特性，故T的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降隨溫度升高而減小。當(dāng)溫度升高時(shí)，VREF比T的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓大，T可以導(dǎo)通，如果溫度繼續(xù)升高，三極管T的集電極電位急劇下降，M5的柵極電位降低，M5截止，M5的漏極達(dá)到高電平，即反相器N1的輸入端是高電平，經(jīng)反相器N1和N2之后輸出高電平，繼電器K吸合，開關(guān)K合上，經(jīng)電阻R降壓之后基準(zhǔn)電壓VREF也降低，又一次使三極管T截止，T的集電極電壓也就是M5的柵極電壓是高電平，因而M5導(dǎo)通，M5的漏極電壓即反相器N1的輸入電壓為低電平，經(jīng)N1和N2兩次反相之后，N2的輸出電壓為低電平，直流繼電器K關(guān)斷，開關(guān)K打開，VREF不變，從而達(dá)到過溫保護(hù)的目的[5]。
3、仿真分析
當(dāng)被測系統(tǒng)工作溫度升到150°時(shí)，該過溫保護(hù)電路輸出高電平，以示關(guān)斷工作電路。當(dāng)且僅當(dāng)被測系統(tǒng)工作溫度降為120°時(shí)，該過溫保護(hù)電路輸出低電平，以示電路正常工作。如果電源電壓是2.5V、3.2V、5.7V時(shí)，圖3所示是新型的過溫保護(hù)電路關(guān)斷和遲滯特性曲線�？梢�，電壓較低時(shí)，電路正常工作，電壓改變對(duì)關(guān)斷溫度和遲滯影響甚微。在6種不同的邊界條件下，圖4是VDD為3.2V時(shí)過溫關(guān)斷和遲滯特性曲線，145°～155°是它的溫度變化范圍，115°～125°是遲滯閾值TL的溫度變化范圍。綜上，工藝參數(shù)變化時(shí)，熱關(guān)斷閾值TH、遲滯閾值TL基本不變。所以，電源電壓和工藝參數(shù)可以抑制熱關(guān)斷閾值溫度點(diǎn)的漂移。
4、結(jié)語
針對(duì)傳統(tǒng)的過溫保護(hù)電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、功耗較大、受工藝參數(shù)變化影響也較大，提出了一種新型的過溫保護(hù)電路，其功耗低、對(duì)電源電壓、參數(shù)變化不敏感，并具有很強(qiáng)的抑制作用。最后通過PSPICE仿真表明，電路的準(zhǔn)確性高，可應(yīng)用于多種集成電路。該電路具有很好的使用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景，值得我們?cè)僮鲞M(jìn)一步的研究。
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