CN101408564A - 电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电压检测电路，包括施密特整形电路和电压调整电路。施密特整形电路包括输入端和输出端，上述输出端输出检测电压。电压调整电路耦接电源电压和上述施密特整形电路，以根据上述电源电压的值输出一输入电压至上述施密特整形电路。其中当上述电源电压大于预定值时，上述输入电压由高变低，上述检测电压为低电平，当上述电源电压小于另一预定值时，上述输入电压由低变高，上述检测电压为高电平。本发明中的电压检测电路具有高精度、低功耗和面积小的优点。

Description

电压检测电路

技术领域

本发明涉及一种电压检测电路，尤其涉及有着适合于内置在单片机、ROM、RAM、DSP的与低功耗高精度有关的电压检测电路。

背景技术

众所周知，电压检测电路检测供给电压，当该电压变化到某一设定值时，电压检测电路输出控制信号。当我们设定这一标准电压值时，希望电路工作在任何环境下，都能在此标准电压值时产生输出控制信号。在现有技术的电压检测电路中，使用Bandgap等结构很容易满足这一条件，但是功耗往往大于5uA，在低功耗设计中也很难满足小于0.5uA，并且必须用到很高阻值的电阻，势必增加了芯片面积。

请参见图1所示，这是现有技术一种电压检测电路的电原理图。该电压检测电路由基准电压电路、电阻分压电路、比较器组成。VDD经过电阻R1与电阻R2分压得电压VIN，与比较器的正极相接，比较器的负极与基准电压VREF相接。

上述电压检测电路的工作原理是：当VIN低于VREF时，比较器输出VOUT为低电平，当VIN高于VREF时，比较器输出VOUT为高电平。VDD的变化通过电阻R1与电阻R2分压造成VIN电压值线性变化，而基准电压VREF不随VDD变化，根据VOUT的电平变化实现电压检测功能。

上述现有技术电压检测电路虽然能在供给电压变化(下降或者上升)到某一设定值时产生输出控制信号，但是在实际应用中存在的缺陷是：

1.为保证低功耗，电阻分压电路采用很高电阻阻值，芯片面积会很大；

2.为保证基准电压值不随温度变化，采用传统的Bandgap结构，这种结构功耗一般大于5uA，无法实现低功耗。

发明内容

本发明提出一种电压检测电路，以解决上述问题。

为了达到上述目的，本发明提出一种电压检测电路包括施密特整形电路和电压调整电路。施密特整形电路包括输入端和输出端，上述输出端输出检测电压。电压调整电路耦接电源电压和上述施密特整形电路，以根据上述电源电压的值输出一输入电压至上述施密特整形电路。其中当上述电源电压大于预定值时，上述输入电压由高变低，上述检测电压为低电平，当上述电源电压小于另一预定值时，上述输入电压由低变高，上述检测电压为高电平。

可选的，其中电压调整电路包括第一增强型MOS管E1、第二增强型MOS管E2、第一耗尽型MOS管D1、第二耗尽型MOS管D2、第一电容C1和第二电容C2。第一电容C1连接第一增强型MOS管的源端和接地。第二电容C2连接电源电压和第二耗尽型MOS管的源端。第一增强型MOS管的源端连接第一耗尽型MOS管的漏端、第二增强型MOS管的栅端，第一增强型MOS管的漏端、栅端均连接上述电源电压。第二增强型MOS管的漏端连接第二耗尽型MOS管的栅端、源端和上述施密特整形电路的上述输入端，第二增强型MOS管的的源端接地。第一耗尽型MOS管的栅端、源端均接地。第二耗尽型MOS管的漏端接电源电压。

可选的，其中第一增强型MOS管和第二增强型MOS管为增强型NMOS管或者增强型PMOS管。

可选的，其中第一耗尽型MOS管和第二耗尽型MOS管为耗尽型NMOS管或者耗尽型PMOS管。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明电压检测值仅与增强型MOS管和耗尽型MOS管的阈值有关，工艺一旦确定，电压检测值也确定，精度很高；

2.本发明由于采用增强型MOS管和耗尽型MOS管，其阈值电压绝对值具有相反的温度特性，可得到低温漂的电压检测值；

3.本发明由于采用耗尽型MOS管，功耗仅由耗尽型MOS管决定，容易实现电路低功耗；

4、本发明由于未用到高阻值电阻，面积很小，有利于集成电路生产。

附图说明

图1所示为先前技术中的电压检测电路的电原理图。

图2为是本发明低功耗高精度的电压检测电路的电原理图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

请参见图2所示，这是本发明低功耗高精度的电压检测电路的电原理图。本发明的电压检测电路主要包括施密特整形电路和电压调整电路。电压检测电路具体包括：增强型NMOS管E1、E2(以下用E1、E2简称)，耗尽型NMOS管D1、D2(以下用D1、D2简称)，电容C1、C2(以下用C1、C2简称)以及施密特整形电路。E1的源端在VA处接D1的漏端，同时接E2的栅端，E1的漏端、栅端均接VDD，D1的栅端、源端均接GND，E2的漏端在VB处接D2的栅端、源端，同时接施密特整形电路的输入端，D2的漏端接VDD，E2的源端接GND，电容C1两端分别接GND与VA两点，电容C2两端分别接VDD与VB两点。由图2中可以看出，VB为施密特整形电路的输入电压，VOUT为施密特整形电路输出的检测电压。

本发明的工作原理是：

对于D1，E1支路，D1管电流Id1等于E1管电流Ie1，即

Id1＝Ie1    式1

当VDD大于某一值时，使得D1，E1都进入饱和的工作区，此时

$I_{d1}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{d1}{(V_{\mathrm{gsd}1}-V_{\mathrm{thd}1})}^2=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{d1}{\left(V_{\mathrm{thd}1}\right)}^2$ 式2

其中μ_n为载流子迁移率，Cox为栅氧电容，Vgsd1为D1管栅源电压，(W/L)_d1为D1管宽长比，Vthd1为D1管阈值电压，其值为负电压值。

$I_{d1}=\frac{1}{2}{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}{\left(\frac{W}{L}\right)}_{e1}{(V_{\mathrm{gse}1}-V_{\mathrm{the}1})}^2$ 式3

其中μ_n为载流子迁移率，Cox为栅氧电容，Vgse1为E1管栅源电压，(W/L)_e1为E1管宽长比，Vthe1为E1管阈值电压，其值为正电压值。

将式2、式3代入式1得到

$\mathrm{Vgse}1=\sqrt{\frac{{(W/L)}_{d1}}{{(W/L)}_{e1}}}\left|\mathrm{Vthd}1\right|+\mathrm{Vthe}1$ 式4

VA＝VDD-Vgse1            式5

对于E2管，VDD大于某一预设值时，有

VA＝Vgse2＝Vthe2         式6

其中Vgse2为E2管栅源电压，Vthe2为E2管阈值电压，其值为正电压值，E2管导通，进入饱和区，又由于

Vdse2＝Vgse2-Vthe2＝0    式7

其中Vdse2为E2管漏源电压，E2管输出VB由高变低，经过施密特电路整形后，VOUT输出低电平。

由式4、式5、式6、式7得

$\mathrm{VDD}=\mathrm{VA}+\mathrm{Vgse}1=\mathrm{Vgse}2+\mathrm{Vgse}1=\mathrm{Vthe}2+\mathrm{Vgse}1=$

$\sqrt{\frac{(W/L)d1}{(W/L)e1}}\left|\mathrm{Vthd}1\right|+\mathrm{Vthe}1+\mathrm{Vthe}2$ 式8

Vthe1、Vthe2是正温度系数，|Vthd1|是负温度系数，选择合适的D1管与E1管宽长比值，使得VOUT翻转时VDD电压值不随温度变化，达到精确的电压检测。

当VDD小于另一预定值时，如上述原理一致，输入电压VB由低变高，VOUT输出高电平，达到电压检测的目的。

D1，E1，D2，E2支路的电流主要由D1，D2决定，D1，D2电流由其阈值电压决定，根据式2，选定合适的W/L，可以得到很小的D1，D2电流，整个电路的静态功耗可以很好的控制在0.5uA之内，实现低功耗。

在VDD从0V上升时刻，由于电容C1存在，电容C1两端电压不能突变，VA电压仍保持0V，E2关闭；由于电容C2存在，电容C2两端电压不能突变，VB电压保持VDD，因此能保证上电初始VOUT状态为高电平。

上述实施例仅说明本发明之用，而非对本发明的限制，相关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变化，比如将增强型NMOS管换成增强型PMOS管，耗尽型NMOS管换成耗尽型PMOS管等，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴。

综上所述，本发明低功耗高精度的电压检测电路，电压检测值仅与增强型MOS管和耗尽型MOS管的阈值有关，工艺确定，电压检测值也确定，可得到很高精度；由于采用增强型MOS管和耗尽型MOS管，其阈值绝对值具有相反温度特性，可得到低温漂的电压检测值；由于采用耗尽型MOS管，功耗仅由耗尽型MOS管决定，容易实现电路低功耗；由于未用到高阻值电阻，面积很小，有利于集成电路大生产。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (4)

1.一种电压检测电路，其特征是，包括：

施密特整形电路，其包括输入端和输出端，上述输出端输出检测电压；

电压调整电路，耦接电源电压和上述施密特整形电路，以根据上述电源电压的值输出一输入电压至上述施密特整形电路，

其中，当上述电源电压大于预定值时，上述输入电压由高变低，上述检测电压为低电平，当上述电源电压小于另一预定值时，上述输入电压由低变高，上述检测电压为高电平。

2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征是，其中电压调整电路包括：

第一增强型MOS管E1；

第二增强型MOS管E2；

第一耗尽型MOS管D1；

第二耗尽型MOS管D2；

第一电容C1，连接第一增强型MOS管的源端和接地；以及

第二电容C2，连接电源电压和第二耗尽型MOS管的源端；

其中第一增强型MOS管的源端连接第一耗尽型MOS管的漏端、第二增强型MOS管的栅端，第一增强型MOS管的漏端、栅端均连接上述电源电压，第二增强型MOS管的漏端连接第二耗尽型MOS管的栅端、源端和上述施密特整形电路的上述输入端，第二增强型MOS管的的源端接地，第一耗尽型MOS管的栅端、源端均接地，第二耗尽型MOS管的漏端接电源电压。

3.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征是，其中第一增强型MOS管和第二增强型MOS管为增强型NMOS管或者增强型PMOS管。

4.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征是，其中第一耗尽型MOS管和第二耗尽型MOS管为耗尽型NMOS管或者耗尽型PMOS管。

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