过压保护电路的制作方法

本发明属于模拟集成电路技术领域，尤其涉及一种过压保护电路。

背景技术：

当今集成电路技术中，任何一个完整的电路系统均需要一套完整的电路保护系统，其中比较常见的就有过压保护电路。本专利就针对过压保护电路提出一个比较简单的电路结构。

电路所处环境中存在一些随机的影响因素导致电源电压产生过冲现象。而当电源电压过大时，若对电路不采取措施使得电路停止工作，电路中可能产生大电流。从而有可能使得电路发生不可逆损坏。所以电路中需要一个检测电路检测过压情况的发生。当过压发生时，使电路停止工作，从而保护电路。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种过压保护电路。

为了解决上述问题，本发明提供的过压保护电路，包含：分压模块、欠压、过压检测模块、缓冲器、逻辑信号处理模块。。

所述分压模块采用电阻分压，对检测电压进行分压输入到过压检测模块；

所述过压检测模块包括1个njfet，两个nmos管，四个pmos管和一个电阻。njfet的源连接分压模块输出，其栅连接地，漏接节点1a。pmos管8和9呈二极管连接方式。pmos管8的源和体和pmos管9的体连接节点1a，pmos管8的漏连接pmos管9的源。poms管9的漏连接地。nmos管2的栅连接节点1a，源和体都连接地，其漏连接节点2a。pmos管3呈二极管连接方式，其漏连接节点2a，源和体都连接检测电压。nmos管4的源和体连接地，栅连接节点2a，漏连接节点4a。pmos管5的源和体连接电阻11的一段，栅连接节点2a，漏连接节点4a。电阻另一端连接检测电压；

所述缓冲器电路包括两个反相器。反相器6的输入端连接节点4a，输出端连接反相器7的输入端。反相器7的输出逻辑信号输入到逻辑信号处理模块，当过压情况发生时，产生逻辑信号，并且逻辑信号处理模块根据该逻辑信号对电路采取相应措施使得电路停止工作；

本发明提供的过压保护电路可以实现过压保护功能。本发明的核心模块一共采用八个器件。极大的节约版图面积和设计的复杂性。其中njfet和pmos管8、9和电阻11的使用是为了减小过压时电路的功耗。因此过压时，电路的功耗不会随检测电压的升高而变得很大。总之，本发明的过压保护电路可以安全可靠的实现过压保护功能。

附图说明

图1是本发明中过压保护电路核心模块的实现结构示意图；

图2是本发明中节点电压和翻转电压与检测电压之间的关系图；

图3是欠压过压保护电路原理图；

图4本发明过压保护电路在发生过压时输出的仿真结果

具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的最佳实施例，并给予详细的描述。

图3所示为本发明的过压保护电路的核心模块，包含：分压模块、欠压过压检测模块、缓冲器和逻辑处理模块。

检测电压一方面通过分压为过压检测模块提供一个比例的输入，另一方检测电压又作为过压检测模块的电源电压。输入信号再通过njfet器件和两个二极管连接方式的pmos管串联的电路分压，然后从njfet的源输入到nmos管2栅上。当1a节点的电压比较小时，pmos管8和9不工作，所以njfet相当于导线，其自身阻抗可忽略。当输入电压变大很大时，pmos管8和9开始工作，同时njfet进入饱和区，阻抗也会变得很大，从而可以把1a点电压嵌住。采用这种结构对输入信号进行二次处理，nmos管2的栅极电压不会因过压而变得过大。这样在过压情况发生时，该电路的功耗不会突增很大。

v1电压是通过电阻对检测电压分压而来，所以在正常电压下v1电压也不是很大，因此v1≈v1a。假设分压电阻的分压比例为k。则

v1a≈v1＝k·vin(1)

pmos管3是二极管连接方式。所以当pmos管3所在支路无电流时，有

v2a＝vin-|vthp|(2)

显然上式成立的条件为vin>|vthp|，不妨假设pmos管3所在支路的有效工作电压ve0＝|vthp|。当vin>vthn/k，pmos管3所在支路正常工作时，并设该电压von0＝vthn/k，此时pmos管3和nmos管2均工作在饱和区，由其电流相等，得

结合结合(1)式化简(3)式得，

这里的同时

因为pmos管3一直工作在饱和区，所以不予考虑，若nmos管2也工作在饱和区时，即要求

v1-vthn＜v2a＝vin-|vthp|-vovp(5)

结合(1)式，可以计算，得

根据式(6)，因为电路中电流比较小，所以vovp值可以忽略，同时(6)式分母上的值一般是稍大于零的。所以检测电压稍大的情况下，nmos管2即进入线性区。

当nmos管2进入线性区，由于计算公式比较复杂，这里就简单理论推导下。

因为nmos管2进入线性区所以其源漏电流不仅与其栅源电压有关，还与源漏电压有关，即与电压v1a有关。所以若v1a与vin之间仍是线性关系，则线性关系会变的更弱。在曲线关系上的体现就是斜率变小。

对于由pmos管5和nmos管4组成的反相器而言，其开关阈值电压为：

这里的同时

该该模块可以正常执行逻辑判断功能时，要求vin>(vthn+|vthp|)。其中电阻11的目的就是减小pmos管5和nmos管4所在支路的电流。因为电阻11会影响方程5，又由于电阻11的阻值不是很大，在这里先不考虑其对反相器阈值电压的影响。

图2所示为v1a和vm与vin关系曲线。其中v1a第一段是截止区，第二段是饱和区，第三段是线性区。因为当vin为(|vthp|+vthn)时，v1a曲线和vm曲线相交。该点电压值比较小，所以无法作为过压阈值。因而过压阈值电压可能位于饱和区部分或是位于线性区部分，具体取决器件实际尺寸。

若要图2曲线关系成立，还需满足一些条件，即当vin＝von0＝vthn/k，则v1a(von0)>vm(von0)，得

根据(8)式，可化简得，

过压发生在nmos管2的饱和区时，根据vin＝vinover，v1a和vm值相等，(4)＝(7)，解得，

a1和a2是m0和m1尺寸方面的参数，所以两者本身的值过大或过小，也会使器件的尺寸过大。同时两者相差过大，就会带来较大的尺寸。

过压发生在nmos管2的线性区时，由于v1a的表达式比较复杂，所以根据公式计算过压阈值来得比较复杂。在本发明实例中采取的一个比较巧妙的措施：没有过分区分饱和区和线性区，一律按照饱和区的公式计算过压阈值，然后在此基础上调节器件的宽长比来达到所需要求。

图4所述为本发明的电路输出仿真模拟图。曲线11是检测信号，曲线10是输出信号。可以看出正常情况下，即检测信号为5v及5v以下时，过压保护电压输出为0；一旦检测信号大于设定值之后，过压保护电路的输出信号立即跳变为高电平。当检测信号恢复正常值之后，过压保护电路的输出也会复位。

以上所述，仅仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做出任何形式上的限制。本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。