1.一种纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,包括偏置电路、温度电压转换电路、选择电路、比较器和数字输出电路,其中,所述偏置电路的输出与温度电压转换电路的输入连接,温度电压转换电路的输出与选择电路的输入和比较器的输入分别连接,比较器的输出与选择电路的输入连接,选择电路的输出与比较器的输入连接;
所述偏置电路包括两条支路,第一条支路包括场效应管M0、Mb1、Mb2、Mb3和Mb4,第二条支路包括场效应管Mb1c、Mb2c、Mb3c和Mb5;所述温度电压转换电路包括三条支路,第一条支路包括场效应管MPref和Mref,第二条支路包括MPstop和Mstop,第三条支路包括场效应管MPrst和Mrst;所述比较器包括场效应管M5、M6、M7、M8和M9;所述数字输出电路包括两条支路,第一条支路包括场效应管M1和M2,第二条支路包括场效应管M3和M4;所述选择电路包括场效应管Mt1、Mt2、Mt3和Mt4;
其中,M0、Mb1、Mb1C、M5、MPref、MPstop、MPrst的源端均连接到vdd;
Mb3、Mb2、Mb2C、M8、M9、M2、M4、Mref、Mstop、Mrst的源端和Mb4、Mb5的栅端均连接到gnd;
Mb2的栅端、漏端和Mref的栅端连接到Vsth_1;
Mb2C的栅端、漏端和Mstop、Mrst的栅端连接到Vsth_2;
M7的栅端、Mref的漏端、MPref的漏端均连接到V_t_ref;
M6的栅端、Mt1和Mt3的漏端、Mt2和Mt4的漏端均连接到V_com;
Mstop的漏端、Mt2的源端、MPref的漏端、Mt1的源端连接到V_t_stop;
Mrst的漏端、Mt4的源端、MPrst的漏端、Mt3的源端连接到V_t_rst;
M1的漏端、M2的漏端、M3的栅端、M4的栅端连接到Vc_n;
M3的漏端、M4的漏端连接到Vc_n;
Mb3、Mb3C的栅端和漏端相连;
M0、Mb1、Mb1C、M5的栅端和M0的漏端连接在一起;
MPref、MPstop、MPrst的栅端连接在一起;
Mb1的漏端和Mb4、Mb3的源端相连;
Mb1C的漏端和Mb5、Mb3C的源端相连;
Mb3的源端与Mb2的漏端相连;
Mb3C的源端与Mb2C的漏端相连;
M5的漏端与M7、M6的源端相连;
M7的漏端、M8的漏端、M8的栅端、M9的栅端连接在一起;
M6的漏端、M9的漏端、M1的栅端、M2的栅端均连在一起;
MPref的漏端和栅端、MPstop的栅端、MPrst的栅端连接在一起;
其中vdd为电源电压,gnd为电源地。
2.如权利要求1所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述偏置电路中场效应管Mb1、Mb1C完全相同;场效应管Mb2、Mb2C完全相同;场效应管Mb3、Mb3C完全相同;场效应管Mb4、Mb5宽长比不同,且(W/L)Mb4>(W/L)Mb5,其中,(W/L)Mb4为场效应管Mb4的长宽比,(W/L)Mb5为场效应管Mb5的长宽比,工作在饱和区的场效应管Mb4、Mb5的漏电流分别为:2
IDS,Mb4=0.5μpCox(W/L)Mb4(|VGS,Mb4|‑|VTHp|) (1)2
IDS,Mb5=0.5μpCox(W/L)Mb5(|VGS,Mb5|‑|VTHp|) (2)其中,μP为P型区内的空穴迁移率,COX为栅电容密度,VTHp为P型场效应管的阈值电压,VGS,Mb4为场效应管Mb4的栅源电压,VGS,Mb5为场效应管Mb5的栅源电压;
可得,IDS,Mb4≠IDS,Mb5,且因(W/L)Mb4>(W/L)Mb5,故IDS,Mb4>IDS,Mb5,而电流镜场效应管Mb1、Mb1C流过的漏电流完全一样,IDS,Mb1=IDS,Mb1C,根据基尔霍夫电流定律可知,场效应管Mb2、Mb2C流过的漏电流不相等,
IDS,Mb2≠IDS,Mb2C,且IDS,Mb2
3.如权利要求2所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述场效应管Mb2、Mb2C均工作在亚阈值区,且VGS,Mb2=VDS,Mb2,VGS,Mb2C=VDS,Mb2C,VGS,Mb2为场效应管Mb2的栅源电压,VDS,Mb2为场效应管Mb2的漏源电压,VGS,Mb2C为场效应管Mb2C的栅源电压,VDS,Mb2C为场效应管Mb2C的漏源电压,因此二者亚阈值漏电流公式如下:其中,IDO为亚阈临界饱和电流,ξ为亚阈斜率因子,VT为热电压,由公式(3)、(4)和IDS,Mb2
4.如权利要求3所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述温度电压转换电路中,场效应管MPref、MPstop、MPrst完全相同,栅极电位均为V_t_ref,其中V_t_ref也为MPref的漏极电位和Mref的漏极电位;场效应管Mref、Mstop、Mrst的宽长比各不相同,且(W/L)Mrst>(W/L)Mstop>(W/L)Mref,其中(W/L)Mrst为场效应管Mrst的宽长比,(W/L)Mstop为场效应管Mstop的宽长比,(W/L)Mref为场效应管Mref的宽长比,且令V_t_rst为MPrst和Mrst的漏极电位;V_t_stop为MPstop和Mstop的漏极电位;Vsth_2为场效应管Mref的栅极电位;Vsth_1为场效应管Mrst和场效应管Mstop的栅极电位。
5.如权利要求4所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述温度电压转换电路中第一条支路中,场效应管Mref始终工作在亚阈值区,其漏电流公式为:而场效应管MPref始终工作在饱和区,其漏电流公式为:2
IDS,MPref=0.5μpCox(W/L)MPref(vdd‑V_t_ref‑|VTHp|) (6)根据基尔霍夫电流定律IDS,MPref=IDS,Mref,得到V_t_ref是一个与温度线性相关的值,而温度系数中包含了(W/L)Mref这一项,故调整(W/L)Mref的大小,得到不随温度变化的V_t_ref。
6.如权利要求5所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述温度电压转换电路中第二条支路中,场效应管Mstop始终工作在亚阈值区,其漏电流公式为:由公式(7)可知,当温度很低的时候,处于亚阈值区的场效应管Mstop漏电流主要受Vsth_2的影响,调整Mb4、Mb5的宽长比(W/L)Mb4和(W/L)Mb5得到具有合适差值的Vsth_2和Vsth_1;再调整MPref和MPstop的宽长比(W/L)MPrst和(W/L)MPstop使得在低温时IDS,Mstop
7.如权利要求6所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述温度电压转换电路中第三条支路中,场效应管MPrst、MPstop和MPref的宽长比不同,即(W/L)MPrst>(W/L)MPstop>(W/L)MPref,随着温度的上升,V_t_rst
8.如权利要求1所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述比较器为五管放大器结构。
9.如权利要求7所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述数字输出电路的两条支路均为数字反相器结构,Vc_n、Vc_p为反相数字输出和正相数字输出,控制停止工作或者重新启动,二者均记高电平为1,低电平为0,输入场效应管M7、M8的栅极电压分别为V_t_ref与V_com,当V_t_ref>V_com时,Vc_n=0,Vc_p=1;当V_t_ref
10.如权利要求9所述的纯场效应管低功耗过温保护电路,其特征在于,所述选择电路为传输门,当Vc_n=1,Vc_p=0时,V_com=V_t_stop;当Vc_n=0,Vc_p=1时,V_com=V_t_rst。