CN101053155A - 比较两个电源电压的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于比较两个电源电压(V1，V2)的装置(100)，所述装置包括两个用于电源电压(V1，V2)的输入端(1，2)和用于输出信号的输出端(8)，所述装置总能输出正确的结果而与电源电压(V1，V2)大小无关。所述装置(100)具有两个相互转换的电压/电流转换器(3，4)和两个分别相关的电流反射镜(5，6)，为反射电流(I3，I4)用的电流比较器(7)，以及装在输出端(8)并有两个数字输出端(10，11)的变换器(9)。本文还记载了相应的方法。

Description

比较两个电源电压的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于比较两个电源电压的装置和相应的方法，所述装置包括两个电源电压的输入端和一个输出信号的输出端。
背景技术
集成电路形式的微电子元件在广泛的技术领域得到了应用。为了提供能量，一个或更多的电源电压被应用于这些元件。适当的装置被用于选择和检查正确的电源电压。在公知的用于比较两个电器设备电源电压的装置中，通过运算放大器比较两个电源电压的值。现有装置的缺点是，这样的运算放大器只能用于确定第一电源电压是否大于第二电源电压。当用它比较第二电源电压和第一电源电压时，这些装置就不能给出满意的结果。
美国专利US2003/0128054 A1公开了一种用于比较两个电压的装置，在这个装置中，借助差分放大器和电流反射镜比较两个电压。在这种情况下，这个装置所用的电压总是通过晶体管转化为电流，并且在二极管形式的电流反射镜处受到反射，从而相互比较两个电流的值。流过二极管的电流或加在二极管上的电压，或者是他们之间的差值之一，被作为输出信号。
美国专利US2004/0032243 A1描述了一种比较两个电源电压的装置，将该二电源电压中的每一个加于这个装置的一个输入端。在这个装置中，随着一个电压通过每个晶体管，可将PMOS和任意NMOS晶体管作为电流反射镜。根据两个电压中哪个大，这个装置的数字输出端输出信号0或1。这个装置具有相对较为复杂的设计，并且需要大量晶体管和多个必须相互连接的元件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种比较两个电源电压的装置，它能可靠地确定两个电源电压中哪个大，并且它的设计简单。此外，还公开了相应的方法。
通过权利要求1到6中说明的特征实现上述目的。
本发明的核心概念在于所述装置本质上包括三个组件，即两个相互转换的电压/电流转换器，每个电压/电流转换器的下游侧有一电流反射镜，为被反射电流用的电流比较器和产生两个数字信号的变换器，所述变换器安装在输出端的下游侧。在这种情况下，两个电源电压中的每一个在电压/电流转换器中，以本领域技术人员公知的方式转换成电流，然后，这些电流通过本领域技术人员公知的电流反射镜而受到反射。这两个转换器彼此转换，这样，它们以同样的方式产生电流。这意味当把同样的电压加给每个转换器时，两个转换器中的每一个都会产生相同的电流强度。在这种情况下，这些电源电压同时转换成电流。然后，这些经反射的电流通过电流比较器，这个电流比较器比较这些电流强度，以便从中推论出电源电压值的比。这个电流比较器本质上可以设计成任何已知的样式，或者优选地设计成下面描述的样式。电流比较器的输出端给出一个输出信号，这个输出信号已经可以用来推断电流值的比或者电源电压值的比。然而，依照本发明，由于这个输出端自身不能具有足够的驱动能力去读取信号，所以把变换器连接在该输出端的下游侧。根据节点的电位，这个变换器以本质上为公知的方式在两个输出端产生两个数字输出信号，其中，当这两个输出端中的每一个为0或1时，就可推断出两个电源电压中哪一个大的信息。
本发明的优点在于，给电压/电流转换器和电流反射镜以及电流比较器包含的晶体管以适宜的设计，可以设置多个非常准确的切换点。这意味着即便是电源电压间微小的差别也能够得到可靠的确认。此外，可以从两个输入端中的任一个将大的或者小的电源电压提供给这个装置，并且实现这个方法与两个电源电压中哪个大无关。
本发明的优选实施例以从属权利要求的形式被特定化。
所述电流比较器最好包括PMOS晶体管和NMOS晶体管。由于各个晶体管的特性已知，这就意味着，在两个不同的晶体管中，根据不同的电源电压或由此产生的电流，在任何情况下都产生不同的输出信号，所产生的输出信号依次通过连接晶体管的节点，所述节点用作输出端。所述变换器连接在该输出端的下游侧。
按照一种优选实施例，在各种情况下，为了得到清晰的输出信号，在电压/电流转换器中产生的电流都以如下方式受到连接在变换器下游侧的电流反射镜的反射，所说的方式是使与第一电源电压相关的电流流过PMOS晶体管，而与第二电源电压相关的电流流过NMOS晶体管。
采用适当设计的晶体管，可使第二个电源电压的电位表现在所述节点处，不然就使所述节点接地，这要取决于哪个电源电压大。因此，该输出端的信号是明显不同的，以便保证下游侧的变换器传递正确的数字结果。
为了比较两个电源电压的比值，建议可将晶体管的反射系数设定成在每种情况下，电压/电流转换器中所产生的电流都按此而受到反射。例如，可将晶体管的反射系数设定为从1∶1到1∶2。于是，可以从比如第二可变电源电压大于第一电源电压一半的时候开始来确定它。可以理解，在这种情况下，使用的是具有线性特性的电压/电流转换器，这意味着在电压/电流转换器中所产生的电流与电源电压成正比。
最好使用来比较两个电源电压的装置与一集成电路相关联，或者集成在后者当中，为的是把从外部提供给集成电路的电源电压的值与传送的相应输出信号比较，这对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，就能够选择适于所要应用的电源电压，如对电子元件供能的电源。可将本发明的装置和方法用于越来越多地使用的含有安置在芯片上的集成电路的智能卡以及其他情况，借助于此，可以实现或控制智能卡的各种不同的功能。为了这样的目的，可将智能卡插入阅读器，并使芯片暴露在来自阅读器的各种电源电压下。
附图说明
下面将参照附图中所示的实施例进一步描述本发明，然而，本发明不仅限于此。
图1表示所述装置的示意图。
图中标记清单：
1   输入端
2   输入端
3   电压/电流转换器
4   电压/电流转换器
5   电流反射镜
6   电流反射镜
7   电流比较器
8   输出端
9   变换器
10  输出端
11  输出端
100 装置
Vi 电源电压
Ii 电流
具体实施方式
装置100用于比较两个电源电压V1，V2，图1示出该装置，它具有两个分别用于加给电源电压V1，V2的输入端1，2。在两个相互转换的电压/电流转换器3，4中，自电源电压V1，V2分别产生电流I1，I2，为了能够直接从电流I1，I2的值中推断出电压V1，V2，其中所述转换器3，4最好是线性的。在各种情况下都把电流反射镜5，6安装在该转换器3，4的下游侧，以本领域技术人员公知的方式由晶体管组成这些电流反射镜。
经反射的电流I3，I4在电流比较器7中以实质上为公知的方式关于它们的值相互比较，其中，电流比较器7最好具有用于第一电流I3或者第一电压V1的PMOS晶体管和用于第二电流I4或者第二电压V2的NMOS晶体管，在任何情况下，它们都通过这些晶体管。这两个晶体管通过一个节点相互连接。因此，在位于电流比较器7的输出端8的节点上表现出电源电压V2的电位或者接地电位，这取决于电源电压V1，V2哪个大。
变换器9被连在输出端8或者节点的下游侧，在各种情况下，根据所述节点处的电位，这个变换器通过两个数字输出端10，11输出0或1。因此，可以从这些输出端10，11的值推断出电源电压V1，V2值的比。
如果电流反射镜5，6中的晶体管的反射系数被设定为是可变的，也可以推导电源电压V1，V2的相对比值。如果，例如通过改变数字输出信号，而将第一电流反射镜5中的晶体管到第二电流反射镜6中的晶体管的反射系数被设定为从1∶1到1∶2，则可以在电源电压V2大于电源电压V1的一半时，确定上述比值。

Claims (10)

1.一种用于比较两个电源电压(V1，V2)的装置(100)，包括两个电源电压(V1，V2)的输入端(1，2)和输出信号的输出端(8)，其特征在于，
所述装置(100)具有两个相互转换的电压/电流转换器(3，4)和两个分别相关的电流反射镜(5，6)，
为反射电流(I3，I4)所用的电流比较器(7)，以及
带有两个数字输出端(10，11)的变换器(9)布置在所述输出端(8)处。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电流比较器(7)包含PMOS晶体管和NMOS晶体管。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述反射电流(I3)可通过所述PMOS晶体管，而另一反射电流(I4)可通过所述NMOS晶体管。
4.如权利要求1到3任一项所述的装置，其特征在于，在所述电流比较器(7)的输出端(8)处可以产生所述电位(V2)或地电位。
5.如权利要求1到4任一项所述的装置，其特征在于，所述电流反射镜(5，6)的反射系数是可被设定的。
6.一种比较两个电源电压(V1，V2)的方法，其中，在装置(100)中所述电源电压(V1，V2)被加于两个输入端(1，2)，并在其输出端(8)输出信号，所述方法的特征在于，所述电源电压(V1，V2)在两个相互转换的电压/电流转换器(3，4)中被转换成电流(I1，I2)，并且这些电流在两个电流反射镜(5，6)处被反射，形成电流(I3，I4)，这些反射的电流在电流比较器中被比较，并在输出端(8)处在带有两个数字输出端(10，11)的变换器(9)中产生数字输出信号。
7.如权利要求6所述的方法，其特征为：在所述电流比较器(7)中，所述电流(I3，I4)通过PMOS晶体管和NMOS晶体管。
8.如权利要求7所述的方法，其特征为：第一反射电流(I3)通过所述PMOS晶体管，而第二反射电流(I4)通过所述NMOS晶体管。
9.如权利要求6到8中任一项所述的方法，其特征为：在所述电流比较器(7)的输出端(8)处产生所述电源电压(V2)的电位或地电位。
10.如权利要求6到9中任一项所述的方法，其特征为：所述电流反射镜(5，6)的反射系数是可被设定的。
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