專利名稱：在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種過溫測試保護電路，尤其是ー種在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，屬于集成電路的技術領域。
背景技術：
在開關電源集成電路中，內部集成的功率器件在工作時會產生熱量，從而導致集成電路溫度上升，為了防止集成電路在正常工作時因為溫度過高而損壞，會在集成電路內 部設計過溫保護電路。過溫保護電路的功能是集成電路溫度上升到預先設計的某一溫度時關斷功率器件，使集成電路不再繼續產生熱量。在傳統集成電路測試中，為了驗證過溫保護電路能否正常工作，需要將集成電路放在高溫烘箱中模擬高溫環境，逐漸升高烘箱溫度，觀察集成電路是否在高溫下進入過溫保護模式。這種測試方法復雜，測試時間長，難以對每顆集成電路的過溫保護功能進行測試。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供ー種在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，其結構簡單緊湊，降低測試成本，縮短測試時間，適應范圍廣，安全可靠。按照本發明提供的技術方案，所述在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，包括三極管，所述三極管的發射極端接地，三極管的基極端與發射極端間通過具有正溫度系數的電阻相連；三極管的基極端、集電極端分別通過第二電流源、第一電流源與供電電壓源相連，三極管的集電極端能輸出狀態信號；第二電流源輸出的第一電流通過電阻在三極管的基極端得到第一電壓，所述第一電壓在預設過溫保護溫度值時能使得三極管導通，以使得狀態信號為低電平；所述三極管的基極端還與用于接收外部測試控制信號及接收開關電源集成電路的過溫測試信號的過溫測試電流輸入調節電路相連，所述過溫測試電流輸入調節電路與供電電壓源相連；過溫測試電流輸入調節電路能調節供電電壓源向三極管的基極端輸入所需的第ニ電流，第一電流及第ニ電流通過電阻在三極管的基極端得到第二電壓；當過溫測試電流輸入調節電路僅接收過溫測試信號時，第二電壓在常溫下低于三極管的導通電壓，狀態信號為高電平；當過溫測試電流輸入調節電路同時接收過溫測試信號與外部測試控制信號時，第 ニ電壓在常溫下使得三極管導通，狀態信號為低電平。所述過溫測試電流輸入調節電路包括第一 MOS開關管及第ニ MOS開關管；第一MOS開關管的柵極端與外部測試控制信號相連，第一 MOS開關管的漏極端通過第四電流源與供電電壓源相連，第二MOS開關管的柵極端與過溫測試信號相連，第二MOS開關管的源極端與三極管的基極端相連，第二MOS開關管的漏極端與第一MOS開關管的源極端相連，并通過第三電流源與供電電壓源相連。所述第一電流源、第二電流源、第三電流源及第四電流源均為鏡像電流源。所述第一 MOS開關管及第ニ MOS開關管均為NMOS管。所述狀態信號通過與門電路與第三MOS開關管的柵極端相連，與門電路的輸入端還與PWM信號發生電路的相連；第三MOS開關管的源極端接地。本發明的優點三極管的基極端還與用于接收外部測試控制信號及接收開關電源集成電路的過溫測試信號的過溫測試電流輸入調節電路相連，所述過溫測試電流輸入調節電路與供電電壓源相連；利用過溫測試電流輸入調節電路調節輸入的第二電流，第二電流與第一電流得到第二電壓，通過第二電壓與三極管的導通壓降關系判斷整個電路是否能過溫保護，同時，通過第二電流來判斷過溫保護溫度的范圍，結構簡單緊湊，降低測試成本，縮短測試時間，適應范圍廣，安全可靠。
圖I為本發明的電路原理圖。圖2為本發明三極管開啟電壓Vbe負溫度系數和電壓Vb的正溫度系數示意圖。
具體實施例方式下面結合具體附圖和實施例對本發明作進ー步說明。如圖f圖2所示本發明包括供電電壓源101、第一電流源102、第二電流源103、第三電流源104、第四電流源105、第一 MOS開關管106、第二 MOS開關管107、電阻108、三極管109、狀態信號110、過溫測試信號111、外部測試控制信號112、地113、PWM信號發生電路114、第三MOS開關管115、漏端116及與門電路117。如圖I和圖2所示本發明包括三極管109，所述三極管109的發射極端接地113，三極管109的基極端與發射極端間通過具有正溫度系數的電阻108相連；三極管109的基極端、集電極端分別通過第二電流源103、第一電流源102與供電電壓源101相連，三極管109的集電極端能輸出狀態信號110 ;第二電流源103輸出的第一電流通過電阻108在三極管109的基極端得到第一電壓，所述第一電壓在預設過溫保護溫度值時能使得三極管109導通，以使得狀態信號110為低電平。通過供電電壓源101、第一電流源102、第二電流源103、電阻108及三極管109能夠達到現有過溫保護電路的功能，即當整個開關電源集成電路的工作溫度達到所設定的溫度閾值時，三極管109輸出的狀態信號110為低電平，通過狀態信號110能關斷整個開關電源集成電路，具體設定溫度保護閾值可以通過第二電流源103與電阻108配合得到，即可由設定第二電流源103輸出第一電流的大小及電阻108的阻值，以及它們正溫度變化的系數，只要使得在達到所設定的溫度閾值時，能使三極管109導通即可，這個是本技術領域人員所熟知，此處不再詳述。為了能夠達到本發明的目的，所述三極管109的基極端還與用于接收外部測試控制信號112及接收開關電源集成電路的過溫測試信號111的過溫測試電流輸入調節電路相連，所述過溫測試電流輸入調節電路與供電電壓源101相連；過溫測試電流輸入調節電路能調節供電電壓源101向三極管109的基極端輸入所需的第二電流，第一電流及第ニ電流通過電阻108在三極管109的基極端得到第二電壓；當過溫測試電流輸入調節電路僅接收過溫測試信號111時，第二電壓在常溫下低于三極管109的導通電壓，狀態信號110為高電平；當過溫測試電流輸入調節電路同時接收過溫測試信號111與外部測試控制信號112時，第二電壓在常溫下使得三極管109導通，狀態信號110為低電平。過溫測試電流輸入調節電路調節所需的第二電流，通過兩種或多種狀態下的電流值配合，能夠測定本發明實施例中過溫保護溫度的范圍。當過溫測試電流輸入調節電路僅在過溫測試信號111作用下輸出的第二電流，并在所述第二電流與第一電流共同作用下得到第二電壓，第二電壓在常溫下低于三極管109的導通壓降吋；其中第一電流由預設第二電流源103決定，當増加第二電流后，第二電壓比第一電壓増大，從而降低了過溫保護的溫度值，即相同條件下，由于過溫保護電壓基值增大，在升高相同溫度下，升高后的電壓值更大，即升高相同溫度下得到升值后的第二電壓比 第一電壓更大，此時未達到之前預設過溫保護溫度值時，過溫保護功就能啟動。當將第二電壓增大的情況看成溫度増大后由于正溫度系數升溫導致時，根據電流與溫度間的線性變化關系，當知道此時第二電流及第ニ電壓的具體值，就能夠得到過溫保護溫度的下限值。當過溫測試電流輸入調節電路同時在過溫測試信號111及外部測試控制信號112作用下，并在此時第二電流與第一電流共同作用下得到第二電壓，此時第二電壓在常溫下能使得三極管109導通。此處情況下，第二電壓的值比上述情況進一歩増大，從而進一歩降低了過溫保護的溫度值，極限情況下，第二電壓等于或大于三極管109的導通壓降，在常溫下已經達到升溫帯來的電壓增大效果，根據電流與溫度間的線性變化關系，當知道此時第ニ電流及第ニ電壓的具體值，就能夠得到過溫保護溫度的上限值。從而根據第二電流源103得到預設過溫保護值以及上述情況得到的上限值、下限值能得到整個過溫保護電路的過溫保護范圍，同時具有測試開關電源集成電路是否具有過溫保護功能的作用。具體地，所述過溫測試電流輸入調節電路包括第一 MOS開關管106及第ニ MOS開關管107 ;第一MOS開關管106的柵極端與外部測試控制信號112相連,第一MOS開關管106的漏極端通過第四電流源105與供電電壓源101相連，第二 MOS開關管107的柵極端與過溫測試信號111相連，第二 MSO開關管107的源極端與三極管109的基極端相連，第二 MOS開關管107的漏極端與第一 MOS開關管106的源極端相連，并通過第三電流源104與供電電壓源101相連。本發明實施例中，過溫測試電流輸入調節電路只顯示了通過第一 MOS開關管106及第ニMOS開關管107進行電流調節的結構，本技術領域應當知道，可以設定多個MOS開關管，通過多個MOS開關管與相應的外部測試控制信號112作用下通過多次電流增大同樣能夠達到相應的效果。所述第一電流源102、第二電流源103、第三電流源104及第四電流源105均為鏡像電流源。所述第一 MOS開關管106及第ニ MOS開關管107均為NMOS管。所述狀態信號110通過與門電路117與第三MOS開關管115的柵極端相連，與門電路117的輸入端還與PWM信號發生電路114的相連；第三MOS開關管115的源極端接地。下面結合附圖，以ー個具體的實施例來說明本發明的原理。在ー款開關電源集成電路中，第三MOS開關管115集成在集成電路內部，第三MOS開關管115為增強型NMOS功率開關管，第三MOS開關管115的漏端116通過外部引腳連接外圍器件；第三MOS開關管115的源極端通過外部引腳連接到參考地；第三MOS開關管115的柵極驅動由PWM信號發生電路114和本發明的電路控制。第三MOS開關管115根據PWM信號發生電路114的驅動信號進行開關，開關過程中產生的熱量導致整個集成電路溫度升高。當集成電路溫度低于過溫保護電路熱關斷閾值溫度時，第三MOS開關管115的柵極由PWM信號發生電路114驅動；當開關電源集成電路溫度高于過溫保護電路熱關斷閾值溫度時，第三MOS開關管115的柵極驅動由本發明的電路控制，本發明的電路控制第三MOS開關管115停止開關動作，開關電源集成電路不再繼續產生熱量。在ー個具體實施例中，本發明圖I的電路全部集成在單片集成電路內部；在另ー個具體實施例中，第三MOS開關管115沒有集成在單片集成電路內部。本發明利用三極管基極-發射極電壓的負溫度特性和ー個具有正溫度系數的電壓來實現，正溫度系數電壓由正溫度系數電流和正溫度系數電阻產生。正溫度系數電壓控制三極管基極電壓，當三極管基極電壓高于其開啟電壓時，三極管導通；當三極管基極電壓低于其開啟電壓時，三極管截止。 具體地，常溫下，正溫度系數電壓不足以使三極管109的基扱-發射極的PN結導通，由于第一電流源102的存在使得三極管109的集電極輸出邏輯高電平，即狀態信號110為高電平。隨著溫度上升，正溫度系數電壓逐漸増大，而三極管109的基板-發射極電壓逐漸下降。當溫度達到熱關斷閾值溫度吋，正溫度系數電壓大于三極管109的基極-發射極電壓，三極管109導通，其集電極輸出邏輯低電平，即狀態信號110為低電平。以上描述表明，三極管109的集電極電壓會在某一溫度發生明顯變化，因此可以利用三極管109的集電極輸出狀態作為過溫保護信號。在ー個具體實施例中，選擇140°C作為第一熱關斷閾值溫度，本領域的技術人員應當認識到可以選擇任意溫度作為第一熱關斷閾值溫度。當集成電路溫度低于第一熱關斷閾值溫度，三極管109的集電極輸出高電平；高于第一熱關斷閾值溫度，三極管109的集電極輸出低電平。正溫度系數電壓由正溫度系數電流和正溫度系數電阻產生，增大正溫度系數電流可以增大正溫度系數電壓，從而降低熱關斷閾值溫度。集成電路測試時，増加額外的正溫度系數電流，使熱關斷閾值溫度降低到第二熱關斷閾值溫度，要求第二熱關斷閾值溫度高于測試環境溫度。在ー個具體實施例中，第二熱關斷閾值溫度是35°C。在測試環境溫度25°C時，環境溫度低于第二熱關斷閾值溫度，集成電路可以正常工作。再增加額外的正溫度系數電流，使熱關斷閾值溫度降低到第三熱關斷閾值溫度，要求第三熱關斷閾值溫度低于測試環境溫度。在ー個具體實施例中，第三熱關斷閾值溫度15°C。此時，測試環境溫度25°C高于第三熱關斷閾值溫度，三極管集電極輸出邏輯低電平關斷功率開關，集成電路進入過溫保護模式。在常溫下，通過改變熱關斷閾值溫度，可以使集成電路在正常工作模式和過溫保護模式之間切換。熱關斷閾值溫度的變化受集成電路內部信號和外部信號控制。第二熱關斷閾值溫度受集成電路內部的過溫測試信號111控制，第三熱關斷閾值溫度受集成電路外部的外部測試控制信號112控制。根據半導體物理特性，三極管109的基極-發射極電壓具有負溫度系數，其溫度系數為_2mV/°C，這意味著三極管109的開啟電壓會隨著溫度每升高1°C而降低2mV。常溫25°C時，三極管開啟電壓VBE=600mV，隨著溫度的升高，Vbe逐漸降低，在140°C時Vbe降低到370mV。第一電流源102為三極管109提供偏置電流，在ー個具體實施例中，第一電流源102輸出的電流I2具有零溫度系數。第二電流源103產生的電流I1具有正溫度系數，電阻108的電阻值具有正溫度系數。在ー個具體實施例中，電流I1和電阻108產生的電壓I1 · Rltl8溫度系數是+lmV/°C，這意味著三極管109的基極電壓Vb會隨著溫度每升高1°C而增大lmV。在ー個具體實施例中，常溫25°C吋，電壓I1 · R108被設計成255mV。當集成電路溫度高于第一熱關斷閾值溫度(1400C )，電壓I1 -R108大于370mV，而三極管開啟電壓Vbe小于370mV，因此三極管109導通，狀態信號110輸出邏輯低電平，過溫保護電路產生熱關斷信號。在ー個具體實施例中，當集成電路處于測試狀態時，集成電路內部產生過溫測試信號111使第二 MOS開關管107導通；獲得集成電路輸出的過溫測試信號111采用本技術領域常規的技術手段，此處不再詳述。第一 MOS開關管106的外部測試控制信號112由集成電路外部輸入，默認狀態下為邏輯低電平，因此第一 MOS開關106默認狀態下為截止。第三電流源104的電流K1 · I1流進電阻108，電阻108上的電壓變成(K1 · I^I1) · Rltl8,常溫25°C時，電壓(K1 · I^I1) · R108被設計成小于600mV，因此，三極管109的基極電壓不足以使三極管109導通，本發明的電路不會輸出熱關斷信號，第三MOS開關管115可以繼續在PWM信號發生電路114控制下進行開關。集成電路處于測試狀態，集成電路外部輸入的外部測試控制信號112從邏輯低電平變成邏輯高電平，第一 MOS開關管106導通，第四電流源105的電流K2 · I1流進電阻108，電阻 108 上的電壓變成(K2 · I^K1 · I^I1) · R108,常溫 25°C 時，電壓(K2 · I^K1 · I^I1) · R108被設計成大于600mV，三極管109導通；集電極輸出邏輯低電平，過溫保護電路輸出熱關斷信號，經過與門電路117后控制第三MOS開關管115關斷，集成電路進入過溫保護模式，其中，電流系數K1J2根據需要進行設定。如果外部測試控制信號112從邏輯高電平變成邏輯低電平，則三極管109的集電極輸出邏輯高電平，第三MOS開關管115會重新在PWM信號控制下進行開關。第三MOS開關管115在PWM信號發生電路114的控制下進行開關，可以在第三MOS開關管115的漏端116觀察到電壓變化，第三MOS開關管115的漏端116通過集成電路引腳連接外部器件，因此測試時可以通過漏端116的電壓變化判斷集成電路是否工作。綜上所述，在ー個具體實施例中，測試狀態下，第三MOS開關管115的開關狀態，由集成電路外部測試控制信號112控制，外部測試控制信號112無效時，第三MOS開關管115正常開關；外部測試控制信號112有效時，第三MOS開關管115關斷。第三MOS開關管115的開關狀態可以在漏端116觀察到。集成電路外部測試控制信號112控制集成電路內部過溫保護熱關斷閾值溫度變化，當集成電路外部測試控制信號112無效時，過溫保護熱關斷閾值溫度是第二熱關斷閾值溫度；集成電路外部測試控制信號112有效時，過溫保護熱關 斷閾值溫度是第三熱關斷閾值溫度。其中第二熱關斷閾值溫度高于常溫下測試環境溫度，第三熱關斷閾值溫度低于常溫下測試環境溫度。下面列出ー個具體實施例中，第一、第二、第三熱關斷閾值溫度和過溫保護電路中各個參數之間的關系。第一熱關斷閾值溫度140°C
I1* R108* [1 + lmV/ ° C*(140 ° C-25 ° C)]=600mV · [l-2mV/° 0(140° C-25。C)]第二熱關斷閾值溫度35°C(K1 · I^I1) · R108 * [1 + lmV/ 。 C.(35 。 C-25 。 C)] =600mV · [l-2mV/° 0(35° C-25。C)]第三熱關斷閾值溫度15°C(K2 · I^K1 · I1 + ^) · R108 * [1 + lmV/ 。 C · (15 。 C-25 。 C)]=600mV · [l-2mV/° C · (15° C_25° C)]其中，電流K1 · I1使熱關斷閾值溫度從140°C降低到35°C，形成105°C的第一溫度差，電流K2 · IfK1 · I1使熱關斷閾值溫度從140°C降低到15°C，形成125°C第二溫度差。第一溫度差加上測試環境溫度25°C得到熱關斷閾值溫度范圍的下限；第二溫度差加上測試環境溫度25°C得到熱關斷閾值溫度范圍的上限。因此，應用本發明所提出的技術和方法不僅可以快速的測試過溫保護功能，而且還可以測試過溫保護熱關斷閾值溫度是否在熱關斷閾值溫度范圍內。應當注意到，上述實施例中提及的各個過溫保護熱關斷閾值溫度可以根據集成電路實際需求進行調整，以上實施例中所提及的各項指標僅僅是以示例的形式被應用在某款集成電路過溫保護電路設計中。 應當認識到本專業的技術人員可以根據本發明對過溫保護溫度點等指標進行多種變化。應用本發明所提出的方法，可以實現在常溫下快速測試集成電路的過溫保護功能，可以對生產的每ー顆集成電路進行過溫保護功能測試，克服了傳統測試中無法對每ー顆集成電路過溫保護功能進行測試的缺點，提高了集成電路的可靠性。
權利要求
1.ー種在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，包括三極管(109)，所述三極管(109)的發射極端接地(113)，三極管(109)的基極端與發射極端間通過具有正溫度系數的電阻(108)相連；三極管(109)的基極端、集電極端分別通過第二電流源(103)、第一電流源(102)與供電電壓源(101)相連，三極管(109)的集電極端能輸出狀態信號(110);第ニ電流源(103)輸出的第一電流通過電阻(108)在三極管(109)的基極端得到第一電壓，所述第一電壓在預設過溫保護溫度值時能使得三極管(109)導通，以使得狀態信號(110)為低電平；其特征是 所述三極管(109)的基極端還與用于接收外部測試控制信號(112)及接收開關電源集成電路的過溫測試信號(111)的過溫測試電流輸入調節電路相連，所述過溫測試電流輸入調節電路與供電電壓源(101)相連； 過溫測試電流輸入調節電路能調節供電電壓源(101)向三極管(109)的基極端輸入所需的第二電流，第一電流及第ニ電流通過電阻(108)在三極管(109)的基極端得到第二電壓； 當過溫測試電流輸入調節電路僅接收過溫測試信號(111)時，第二電壓在常溫下低于三極管(109)的導通電壓，狀態信號(110)為高電平； 當過溫測試電流輸入調節電路同時接收過溫測試信號(111)與外部測試控制信號(112)時，第二電壓在常溫下使得三極管(109)導通，狀態信號(110)為低電平。
2.根據權利要求I所述在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，其特征是所述過溫測試電流輸入調節電路包括第一 MOS開關管(106)及第ニ MOS開關管(107);第一MOS開關管(106)的柵極端與外部測試控制信號(112)相連，第一 MOS開關管(106)的漏極端通過第四電流源(105)與供電電壓源(101)相連，第二 MOS開關管(107)的柵極端與過溫測試信號(111)相連，第二 MOS開關管(107 )的源極端與三極管(109 )的基極端相連，第ニ MOS開關管(107)的漏極端與第一 MOS開關管(106)的源極端相連，并通過第三電流源(104)與供電電壓源(101)相連。
3.根據權利要求2所述在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，其特征是所述第一電流源(102)、第二電流源(103)、第三電流源(104)及第四電流源(105)均為鏡像電流源。
4.根據權利要求2述在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，其特征是所述第一 MOS開關管(106)及第ニ MOS開關管(107)均為NMOS管。
5.根據權利要求I所述在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，其特征是所述狀態信號(110)通過與門電路(117 )與第三MOS開關管(115)的柵極端相連，與門電路(117)的輸入端還與PWM信號發生電路(114)的相連；第三MOS開關管(115)的源極端接地。
全文摘要
本發明涉及一種在常溫下快速測試集成電路的過溫測試保護電路，其包括三極管，所述三極管的發射極端接地，三極管的基極端與發射極端間通過具有正溫度系數的電阻相連；三極管的基極端、集電極端分別通過第二電流源、第一電流源與供電電壓源相連，三極管的集電極端能輸出狀態信號；所述三極管的基極端還與用于接收外部測試控制信號及接收開關電源集成電路的過溫測試信號的過溫測試電流輸入調節電路相連，所述過溫測試電流輸入調節電路與供電電壓源相連；。本發明結構簡單緊湊，降低測試成本，縮短測試時間，適應范圍廣，安全可靠。
文檔編號G01R31/28GK102707223SQ20121017629
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者朱勤為, 譚在超 申請人:無錫硅動力微電子股份有限公司