CN103176020A

CN103176020A - 电压检测电路

Info

Publication number: CN103176020A
Application number: CN2011104358074A
Authority: CN
Inventors: 李一天; 周平
Original assignee: Shanghai Hua Hong NEC Electronics Co Ltd
Current assignee: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN103176020B

Abstract

本发明公开了一种电压检测电路，包括分压电路和比较器。分压电路包括第一电容和第二电容。第一电容的第一端连接参考电压、第二端通过第一开关连接到电源电压。第二电容的第一端通过第二开关连接到参考电压，第二电容的第一端通过第三开关连接地电位；第二电容的第二端为分压电路的输出端并和比较器的第一输入端相连，第二电容的第二端通过第四开关连接到参考电压。第一电容的第二端和第二电容的第二端通过第五开关相连。本发明能降低电路在芯片上的占用面积，能完全消除电路的静态功耗从而降低电路的功耗，能保证电路具有较高的电压分压精度。

Description

电压检测电路

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路，特别是涉及一种电压检测电路(VD)。

背景技术

如图1所示为现有电压检测电路的结构示意图，现有电压检测电路包括分压电路和比较器12，分压电路由多个串联的电阻11组成，并在串联的电阻11之间取出一分压值V1，该分压值V1连接到所述比较器12的一个输入端。所述比较器12的另一输入端连接参考电压Vref。所述比较器12对分压值V1和参考电压Vref进行比较并在输出端输出一输出值out。

现有电压检测电路的缺点有：

1、由于分压电路的各串联电阻是串联于电源电压和地之间，该通路上会一直有电流，这会使得电路的功耗过大。

2、在集成电路中，电阻会占用过多的器件面积。在半导体制造中，器件的面积越小，就能在单位面积上形成更多的器件，从而能提供集成度，最终减少成本。所以，电阻过大的面积也会使制造成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电压检测电路，能降低电路在芯片上的占用面积，能完全消除电路的静态功耗从而降低电路的功耗，能保证电路具有较高的电压分压精度。

为解决上述技术问题，本发明提供的电压检测电路包括：分压电路和比较器。

所述分压电路的输出端输出电源电压的分压并和所述比较器的第一输入端相连，所述比较器的第二输入端连接参考电压。

所述分压电路包括第一电容和第二电容。

所述第一电容的第一端连接所述参考电压、第二端通过第一开关连接到所述电源电压。

所述第二电容的第一端通过第二开关连接到所述参考电压，所述第二电容的第一端通过第三开关连接地电位；所述第二电容的第二端为所述分压电路的输出端并和所述比较器的第一输入端相连，所述第二电容的第二端还通过第四开关连接到所述参考电压。

所述第一电容的第二端和所述第二电容的第二端通过第五开关相连。

进一步的改进是，所述分压电路存在两种连接结构；

第一种连接结构中：

所述第一开关、所述第三开关和所述第四开关都闭合，所述第二开关和所述第五开关断开；所述第一电容连接于所述电源电压和所述参考电压之间，所述第一电容中存储有电荷，且该电荷的电量大小为第一电量值；所述第二电容连接于所述参考电压和地之间，所述第二电容中存储有电荷，且该电荷的电量大小为第二电量值。

第二种连接结构中：

所述第一开关、所述第三开关和所述第四开关都断开，所述第二开关和所述第五开关闭合；所述第一电容和所述第二电容并联于所述参考电压和所述分压电路的输出端之间，并在所述分压电路的输出端形成所述电源电压的分压。

进一步的改进是，在所述第一种连接结构中，所述第一值的大小为：Q1＝(VDD-Vref)×C1，Q1表示所述第一电量值，VDD表示所述电源电压，Vref表示所述参考电压，C1表示所述第一开关的电容；所述第二值的大小为：Q2＝Vref×C2，Q2表示所述第二电量值，C2表示所述第二开关的电容。在所述第二种连接结构中，由存储有第一电量值的电荷的所述第一电容和存储有所述第二电量值的电荷的所述第二电容并联形成的所述电源电压的分压的大小为：

Vx = \frac{VDD \cdot C_{1} - 2 \cdot Vref \cdot C_{2}}{C_{1} + C_{2}},

Vx表示所述电源电压的分压。

进一步的改进是，在所述第二种连接结构中，令所述电源电压的分压等于所述参考电压，所述参考电压的大小为：

Vref = \frac{C_{1}}{C_{1} - C_{2}} VDD .

进一步的改进是，所述第一电容和所述第二电容的电容值的大小能调节且是根据所要检测的所述电源电压的电压值大小进行调节，所述第一电容和所述第二电容的电容值根据所述电源电压的分压等于所述参考电压的条件进行设定。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明电压检测电路的分压电路是采用电容进行分压，相比于电阻，电容能大大减少电路在芯片上的占用面积，从而能提高电路的集成度，降低电路的制造成本。

2、本发明电压检测电路不存在电源电压到地的通路，能完全消除电路的静态功耗，从而能降低电路的功耗。

3、本发明通过调节第一电容和第二电容的电容值的大小能调节电源电压的分压值的大小，能保证电路具有较高的电压分压精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是现有电压检测电路的结构示意图；

图2是本发明实施例电压检测电路的结构示意图；

图3是本发明实施例电压检测电路的第一开关至第五开关的开关时序图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明实施例电压检测电路的结构示意图。本发明实施例电压检测电路包括：分压电路和比较器8。

所述分压电路的输出端输出电源电压VDD的分压并和所述比较器8的第一输入端相连，所述比较器8的第二输入端连接参考电压Vref。本发明实施例中所述比较器8的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端；当然所述比较器8的第一输入端也能为反相输入端，而第二输入端为正相输入端。所述比较器8的输出端输出比较结果out。

所述分压电路包括第一电容1和第二电容2。

所述第一电容1的第一端连接所述参考电压Vref、第二端通过第一开关3连接到所述电源电压VDD。

所述第二电容2的第一端通过第二开关4连接到所述参考电压Vref，所述第二电容2的第一端通过第三开关5连接地电位；所述第二电容2的第二端为所述分压电路的输出端并和所述比较器8的第一输入端相连，所述第二电容2的第二端还通过第四开关6连接到所述参考电压Vref。

所述第一电容1的第二端和所述第二电容2的第二端通过第五开关7相连。

所述分压电路存在两种连接结构；

第一种连接结构中：

所述第一开关3、所述第三开关5和所述第四开关6都闭合，所述第二开关4和所述第五开关7断开；所述第一电容1连接于所述电源电压VDD和所述参考电压Vref之间，所述第一电容1中存储有电荷，且该电荷的电量大小为第一电量值；所述第二电容2连接于所述参考电压Vref和地之间，所述第二电容2中存储有电荷，且该电荷的电量大小为第二电量值。

所述第一值的大小为：

Q1＝(VDD-Vref)×C1 (1)。

Q1表示所述第一电量值，VDD表示所述电源电压VDD，Vref表示所述参考电压Vref，C1表示所述第一开关3的电容。所述第二值的大小为：

Q2＝Vref×C2 (2)。

Q2表示所述第二电量值，C2表示所述第二开关4的电容。

第二种连接结构中：

所述第一开关3、所述第三开关5和所述第四开关6都断开，所述第二开关4和所述第五开关7闭合；所述第一电容1和所述第二电容2并联于所述参考电压Vref和所述分压电路的输出端之间，并在所述分压电路的输出端形成所述电源电压VDD的分压。

由存储有第一电量值的电荷的所述第一电容1和存储有所述第二电量值的电荷的所述第二电容2并联后，所述第一电量值和所述第二电量值的总值将按照所述第一电容1和所述第二电容2并联关系分配到所述第一电容1和所述第二电容2上；并联前，所述第一电量值和所述第二电量值的总值为：Q1+Q2＝(VDD-Vref)×C1+Vref×C2；并联后，所述电源电压VDD的分压Vx与所述参考电压Vref之间的电容为C1+C2，得出(VDD-Vref)×C1+Vref×C2＝(C1+C2)×(Vx-Vref)。最后计算能够得到，由存储有第一电量值的电荷的所述第一电容1和存储有所述第二电量值的电荷的所述第二电容2并联后形成的所述电源电压VDD的分压的大小为：

Vx = \frac{VDD \cdot C_{1} - 2 \cdot Vref \cdot C_{2}}{C_{1} + C_{2}} - - - (3) .

Vx表示所述电源电压VDD的分压。

令所述电源电压VDD的分压等于所述参考电压Vref，所述参考电压Vref的大小为：

Vref = \frac{C_{1}}{C_{1} - C_{2}} VDD - - - (4) .

所述第一电容1和所述第二电容2的电容值的大小能调节且是根据所要检测的所述电源电压VDD的电压值大小进行调节，所述第一电容1和所述第二电容2的电容值根据所述电源电压VDD的分压等于所述参考电压Vref的条件进行设定。如当所要测量的所述电源电压VDD改变时，能够根据公式(4)对所述第一电容1和所述第二电容2的电容值C₁和C₂进行条件，使的所要测量的所述电源电压VDD的分压Vx还是保持和Vref相同。

所述第一开关3、所述第二开关4、所述第三开关5、所述第四开关6和所述第五开关7能采用MOS管开关实现，如在本发明实施例中，所述第一开关3采用PMOS管开关，所述第五开关7采用NMOS管开关，所述第二开关4、所述第三开关5和所述第四开关6分别采用由NMOS管和PMOS管组成的互补开关。

所述第一开关3、所述第二开关4、所述第三开关5、所述第四开关6和所述第五开关7的开关分别通过控制信号进行控制。如图3所示，是本发明实施例电压检测电路的第一开关3至第五开关7的开关时序图。M1、M2、M3、M4和M5分别为所述第一开关3、所述第二开关4、所述第三开关5、所述第四开关6和所述第五开关7的开关时序图。

在对所述电源电压VDD进行检测时，通过控制所述控制信号能够实现对所述第一开关3、所述第二开关4、所述第三开关5、所述第四开关6和所述第五开关7的开关，从而使得所述分压电路在所述第一种连接结构和所述第二种连接结构中切换，最后实现对所述电源电压VDD的检测，并在所述比较器8的输出端输出比较结果out。

如图3所示，在T1时刻，M1、M2、M3、M4和M5分别为1、0、1、1、0，也即所述第一开关3、所述第三开关5和所述第四开关6都闭合，所述第二开关4和所述第五开关7断开；这样所述分压电路处于所述第一种连接结构中，所述第一电容1按照公式(1)充电到第一电量值，所述第二电容2按照公式(2)充电到第二电量值。

在T2时刻，M1、M2、M3、M4和M5分别为0、1、0、0、1，也即所述第一开关3、所述第三开关5和所述第四开关6都断开，所述第二开关4和所述第五开关7都闭合；这样使得所述分压电路从所述第一种连接结构切换到所述第二种连接结构中，所述第一电容1和所述第二电容2的电容进行并联，并将所述第一电量值和所述第二电量值的总值按照所述第一电容1和所述第二电容2并联关系分配到所述第一电容1和所述第二电容2上，最后在所述分压电路的输出端形成公式(3)所示的所述电源电压的分压。

所述比较器8接收都所述电源电压的分压后会进行比较并在输出端输出比较结果out。

以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种电压检测电路，其特征在于，包括：分压电路和比较器；

所述分压电路的输出端输出电源电压的分压并和所述比较器的第一输入端相连，所述比较器的第二输入端连接参考电压；

所述分压电路包括第一电容和第二电容；

所述第一电容的第一端连接所述参考电压、第二端通过第一开关连接到所述电源电压；

所述第二电容的第一端通过第二开关连接到所述参考电压，所述第二电容的第一端通过第三开关连接地电位；所述第二电容的第二端为所述分压电路的输出端并和所述比较器的第一输入端相连，所述第二电容的第二端还通过第四开关连接到所述参考电压；

2.如权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于：所述分压电路存在两种连接结构；

第一种连接结构中：

所述第一开关、所述第三开关和所述第四开关都闭合，所述第二开关和所述第五开关断开；所述第一电容连接于所述电源电压和所述参考电压之间，所述第一电容中存储有电荷，且该电荷的电量大小为第一电量值；所述第二电容连接于所述参考电压和地之间，所述第二电容中存储有电荷，且该电荷的电量大小为第二电量值；

第二种连接结构中：

3.如权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于：

在所述第一种连接结构中，所述第一值的大小为：Q1＝(VDD-Vref)×C1，Q1表示所述第一电量值，VDD表示所述电源电压，Vref表示所述参考电压，C1表示所述第一开关的电容；所述第二值的大小为：Q2＝Vref×C2，Q2表示所述第二电量值，C2表示所述第二开关的电容；

在所述第二种连接结构中，由存储有第一电量值的电荷的所述第一电容和存储有所述第二电量值的电荷的所述第二电容并联形成的所述电源电压的分压的大小为：Vx表示所述电源电压的分压。

4.如权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于：在所述第二种连接结构中，令所述电源电压的分压等于所述参考电压，所述参考电压的大小为：

5.如权利要求1或2或3或4所述的电压检测电路，其特征在于：所述第一电容和所述第二电容的电容值的大小能调节且是根据所要检测的所述电源电压的电压值大小进行调节，所述第一电容和所述第二电容的电容值根据所述电源电压的分压等于所述参考电压的条件进行设定。