CN104459287B - 具有保护功能的集成电路及操作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有保护功能的集成电路及操作系统，所述集成电路根据一输入电压，产生一驱动信号予一负载，并包括一阻抗开关单元、一第一保护单元、一第一检测单元以及一控制单元。阻抗开关单元根据一控制信号，将输入电压作为驱动信号。当流经阻抗开关单元的电流大于预设电流时，第一保护单元产生第一检测信号。第一检测单元检测阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果。控制单元根据第一检测信号，产生控制信号。

Description

具有保护功能的集成电路及操作系统
技术领域
本发明是有关于一种集成电路，特别是有关于一种可测量电流及具有过流或过温保护的集成电路。
背景技术
随着半导体制造工艺的进步，许多电路架构可被整合在一集成电路(integratedcircuit；IC)之中。因此，电子产品的种类及功能愈来愈多，并且电子产品的体积不会随着功能变多而变大。然而，由于电子产品的体积小，因此，电子产品内部的元件无法承受大电流。当电子产品内部的元件接收到过大的电流时，可能因而损坏。
发明内容
本发明提供一种集成电路，根据一输入电压，产生一驱动信号予一负载，并包括一阻抗开关单元、一第一保护单元、一第一检测单元以及一控制单元。阻抗开关单元根据一控制信号，将输入电压作为驱动信号。当流经阻抗开关单元的电流大于一预设电流时，第一保护单元产生一第一检测信号。第一检测单元检测阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果。控制单元根据第一检测信号，产生控制信号。
本发明提供另一种集成电路，其根据一输入电压，产生一驱动信号予一负载，并包括一阻抗开关单元、一第一保护单元、一第一检测单元以及一控制单元。阻抗开关单元根据一控制信号，将输入电压作为驱动信号。第一保护单元检测集成电路的内部温度。当集成电路的内部温度大于一预设温度时，第一保护单元产生一第一检测信号。第一检测单元检测阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果。控制单元根据第一检测信号，产生控制信号。
本发明还提供一种操作系统，所述操作系统包括：一第一集成电路，包括：一阻抗开关单元，根据一控制信号，将一输入电压作为一驱动信号；一第一保护单元，当流经该阻抗开关单元的电流大于一预设电流时，产生一第一检测信号；一第一检测单元，检测该阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果；以及一控制单元，根据该第一检测信号，产生该控制信号；一负载，根据该驱动信号而动作；以及一第二集成电路，接收该检测结果，用以计算该负载的功率损耗。
附图说明
图1为本发明的操作系统的一可能实施例。
图2A及2B为本发明的集成电路的一可能实施例。
图3A及3B为本发明的保护单元的一可能实施例。
符号说明：
100：操作系统；
110、120：集成电路；
130：负载；
210A、210B：阻抗开关单元；
220、260：保护单元；
230、270：检测单元；
240：控制单元；
211：阻抗单元；
212、234：晶体管；
221：限流模块；
222：突波保护模块；
224：抗尖峰脉冲电路；
250：转换单元；
280：禁能单元；
313、325：热感测装置；
314：齐纳二极管；
231、232、235、RDS、311、312、321～324：电阻；
223、233、315、326：比较器；
VIN：输入电压；
SD：驱动信号；
SC：控制信号；
EN：外部使能信号；
OC：过流信号；
SS_OUT：检测结果；
SCL：时脉信号；
SDA：数据信号；
IS：电流；
SDET1～SDET3：检测信号；
SSA：转换信号；
Vs、V1、Vcc：电压；
Vref1～Vref4：参考电压；
GND：接地位准。
具体实施方式
图1为本发明的操作系统的一可能实施例。如图所示，操作系统100包括集成电路110、120以及一负载130。集成电路110接收输入电压VIN，并根据输入电压VIN产生一驱动信号SD。负载130根据驱动信号SD而动作。在一可能实施例中，集成电路110具有一传输路径(未显示)，用以传送输入电压VIN，并将输入电压VIN作为驱动信号SD。
在本实施例中，当传输路径上的电流过大时，集成电路110停止提供驱动信号SD予负载130，以避免损坏负载130。另外，当集成电路110的传输路径上的电流过大时，集成电路110输出一过流信号OC予一外部装置(未显示)。
在另一实施例中，集成电路110检测传输路径上的电流，并将检测结果SS_OUT提供予一外部控制器，如集成电路120。在一可能实施例中，集成电路120根据检测结果SS_OUT以及输入电压VIN，便可得知负载130的功率损耗。在本实施例中，检测结果SS_OUT为一电压位准。
在另一可能实施例中，集成电路110根据检测结果SS_OUT，产生一时脉信号SCL及一数据信号SDA，并根据一通信协议(如I2C)提供时脉信号SCL及数据信号SDA予集成电路120，但并非用以限制本发明。本发明并不限定集成电路110与120之间的传输协议的种类。在本实施例中，检测结果SS_OUT为模拟信号，数据信号SDA为数字信号。在其它实施例中，集成电路110可根据检测结果SS_OUT，产生一时脉信号及多个数据信号，并根据特定的通信协议提供时脉信号及这些数据信号予集成电路120。在其它实施例中，一外部装置(未显示)提供一使能信号EN，用以使能集成电路110。
图2A为本发明的集成电路110的一可能实施例。如图所示，集成电路110包括一阻抗开关单元210A、一保护单元220、一检测单元230以及一控制单元240。阻抗开关单元210A提供一传输路径，并根据一控制信号SC，将输入电压VIN作为驱动信号SD。
在本实施例中，阻抗开关单元210A包括一阻抗单元211及一晶体管212。本发明并不限定阻抗单元211的种类。在本实施例中，阻抗单元211为一电阻。晶体管212接收控制信号SC，并串联阻抗单元211。在本实施例中，晶体管212为一N型晶体管，但并非用以限制本发明。在其它实施例中，晶体管212可为一P型MOS晶体管。
当流经阻抗开关单元210A的电流IS大于一预设电流时，保护单元220产生一检测信号SDET1。控制单元240根据检测信号SDET1，产生控制信号SC。在一可能实施例中，控制单元240通过控制信号SC，不导通晶体管212，用以停止提供驱动信号SD予负载130，进而保护阻抗单元211不因过载而被烧毁。在本实施例中，保护单元220具有一限流模块221，用以产生检测信号SDET1。
在另一可能实施例中，保护单元220还包括一突波(glitch)保护模块222。当流经阻抗开关单元210A的电流IS大于预设电流，并且持续达一预设时间时，突波保护模块222产生一检测信号SDET2。控制单元240根据检测信号SDET2，产生控制信号SC，用以不导通晶体管212，进而保护阻抗单元211不因过载而被烧毁。因此，集成电路110停止提供驱动信号SD予负载130。在本实施例中，突波保护模块222包括一比较器223以及一抗尖峰脉冲电路(deglitch circuit)224。
比较器223撷取流经阻抗开关单元210A的脉冲。抗尖峰脉冲电路224判断流经阻抗开关单元210A的脉冲的持续时间是否大于一预设时间。若否，则忽略此脉冲。若流经阻抗开关单元210A的脉冲的持续时间达预设时间时，抗尖峰脉冲电路224产生检测信号SDET2。
检测单元230检测阻抗开关单元210A的电压，用以产生一检测结果SS_OUT。在本实施例中，检测单元230检测阻抗单元211的一压差，并根据压差产生检测结果SS_OUT。本发明并不限定检测单元230的电路架构。在一可能实施例中，检测单元230包括电阻231、232、一比较器233以及一晶体管234。
如图所示，电阻231耦接在阻抗单元211的一端与比较器233的非反相输入端之间。电阻232耦接在阻抗单元211的另一端与比较器233的反相输入端之间。晶体管234耦接电阻231，并根据比较器233的输出信号，产生检测结果SS_OUT。在本实施例中，晶体管234为一npn晶体管，但并非用以限制本发明。在其它实施例中，晶体管234可为其它种类的晶体管。
在本实施例中，检测结果SS_OUT=ISR211R235/R231，其中IS为流经阻抗单元211的电流、R211为阻抗单元211的阻抗值、R235为电阻235的阻抗值、R231为电阻231的阻抗值。由于检测结果SS_OUT、R211、R235及R231为已知，因此，一外部集成电路(如120)可借由计算，求得流经阻抗单元211的电流IS。
在本实施例中，集成电路110还包括一转换单元250。转换单元250转换检测结果SS_OUT，用以产生一转换信号SSA。控制单元240根据转换信号SSA，产生数据信号SDA以及时脉信号SCL予一外部控制器，如集成电路120。在此例中，集成电路120可同时接收到模拟格式的检测结果SS_OUT，并根据时脉信号SCL接收数字格式的数据信号SDA，但并非用以限制本发明。本发明并不限定集成电路110是以何种传输协议与集成电路120进行沟通。在其它实施例中，集成电路110可根据检测结果SS_OUT，产生一时脉信号及多个数据信号，并根据特定的通信协议提供时脉信号及这些数据信号予集成电路120。
图2B为本发明的集成电路的另一可能实施例。图2B相似图2A，不同之处在于阻抗开关单元210B。在本实施例中，阻抗开关单元210B具有晶体管212。检测单元230检测晶体管212的漏极与源极间的一等效电阻RDS的压差，并根据等效电阻RDS的压差，产生检测结果SS_OUT。在本实施例中，以晶体管212的等效电阻RDS来取代第一实施例中的阻抗单元211，其优点是可节省成本。
在一可能实施例中，集成电路120根据检测结果SS_OUT、集成电路110的内部温度以及输入电压VIN，计算得知流经等效电阻RDS的电流。另外，图2B的保护单元220、检测单元230以及转换单元250的功能及运作皆同图2A所述，故不予赘述。图2B多了保护单元260、检测单元270以及禁能单元280。
保护单元260检测集成电路110的内部温度。本发明并不限定保护单元260的电路架构。只要能够检测温度的电路架构，均可作为保护单元260。在一可能实施例中，保护单元260具有一温度感测器。当集成电路110的内部温度大于一预设温度时，保护单元260产生一检测信号SDET3。在一可能实施例，控制单元240根据检测信号SDET3，不导通晶体管212，用以停止提供驱动信号SD予负载130，进而保护晶体管212不因过温而被烧毁。
检测单元270检测输入电压VIN的位准。本发明并不限定检测单元270的电路架构。只要能够检测电压位准的电路，均可作为检测单元270。在一可能实施例中，检测单元270为一电压检测器。当输入电压VIN小于一预设电压时，检测单元270禁能控制单元240。
禁能单元280根据一外部使能信号EN，禁能或使能控制单元240。举例而言，当外部使能信号EN为一第一位准时，禁能单元280产生一禁能信号，用以停止控制单元240的运作；当外部使能信号EN为一第二位准时，禁能单元280产生一使能信号，用以使能活化控制单元240。举例来说，上述第一位准为一接地位准，而上述第二位准为一高位准，例如3.3伏特；抑或是上述第一位准为一高位准，例如3.3伏特，而上述第二位准为一接地位准。本发明并不限定禁能单元280的电路架构。在一可能实施例中，禁能单元280是由逻辑电路所组成。
在其它实施例中，保护单元260、检测单元270以及禁能单元280至少一者可被省略。再者，保护单元260、检测单元270以及禁能单元280至少一者可应用至图2A所示的集成电路110之中。另外，图2B的阻抗开关单元210B亦可取代图2A的阻抗开关单元210A。
图3A为本发明的保护单元260的一可能实施例。如图所示，保护单元260包括电阻311、312、热感测装置313、齐纳二极管314以及比较器315。电阻311接收电压Vs并耦接比较器315的非反相输入端。电阻312接收电压V1，用以上拉(pull)比较器315的输出端位准。
热感测装置313耦接比较器315的非反相输入端。在本实施例中，热感测装置313具有多个温度感测二极管，但并非用以限制本发明。只要能够检测温度的元件均可作为热感测装置313。举例而言，热感测装置313可由热敏电阻所构成。另外，齐纳二极管314的阴极耦接比较器315的反相输入端。其阳极接收一接地位准GND，用以提供一参考电压Vref1。比较器315的输出端位准作为检测信号SDET3。
当集成电路110的温度上升时，热感测装置313的电压Vref2将发生变化。当热感测装置313的电压Vref2大于参考电压Vref1时，表示集成电路110的温度尚未大于一预设温度，因此，比较器315的输出端位准为高位准。当热感测装置313的电压Vref2小于参考电压Vref1时，表示集成电路110的温度大于预设温度，因此，比较器315的输出端位准为低位准。
图3B为保护单元260的另一可能实施例。如图所示，保护单元260包括电阻321～324、热感测装置325以及比较器326。比较器326根据电压信号Vref3及Vref4产生检测信号SDET3。由于保护单元260的各元件的连接关系已清楚呈现于图3B中，故不再赘述。
在本实施例中，热感测装置325是由多个热敏电阻所构成。热敏电阻可为正温度系数(Positive Temperature Coefficient；PTC)热敏电阻或是负温度系数(NegativeTemperature Coefficient；NTC)热敏电阻。
除非另作定义，在此所有词汇(包含技术与科学词汇)均属本发明所属技术领域中具有通常知识者的一般理解。此外，除非明白表示，词汇于一般字典中的定义应解释为与其相关技术领域的文章中意义一致，而不应解释为理想状态或过分正式的语态。
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，任何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，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种集成电路，根据一输入电压，产生一驱动信号予一负载，其特征在于，所述集成电路包括：
一阻抗开关单元，根据一控制信号，将该输入电压作为该驱动信号，并包括一晶体管，该晶体管的漏极与源极之间具有一等效电阻；
一第一保护单元，当流经该等效电阻的电流大于一预设电流时，产生一第一检测信号；
一第一检测单元，检测该阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果；以及
一控制单元，根据该第一检测信号，产生该控制信号。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路还包括：
一第二保护单元，用以检测该集成电路的内部温度，当该集成电路的内部温度大于一预设温度时，产生一第二检测信号，其中该控制单元根据该第一及第二检测信号，产生该控制信号。
3.根据权利要求2所述的集成电路，其特征在于，该第一检测单元检测该漏极与该源极之间的一压差，并根据该压差产生该检测结果。
4.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该控制单元提供该检测结果予一外部控制器。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路还包括：
一转换单元，转换该检测结果，用以产生一转换信号，其中该控制单元根据该转换信号，产生一数据信号以及一时脉信号予该外部控制器。
6.根据权利要求5所述的集成电路，其特征在于，该检测结果为一模拟信号，该数据信号为一数字信号。
7.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，该第一保护单元包括：
一突波保护模块，当流经该阻抗开关单元的电流大于该预设电流，并且持续达一预设时间时，产生一第二检测信号，其中该控制单元根据该第一及第二检测信号，产生该控制信号。
8.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路还包括：
一禁能单元，根据一外部使能信号，禁能或使能该控制单元；以及
一第二检测单元，当该输入电压小于一预设电压时，禁能该控制单元。
9.一种集成电路，根据一输入电压，产生一驱动信号予一负载，所述集成电路并包括：
一阻抗开关单元，根据一控制信号，将该输入电压作为该驱动信号，并包括一晶体管，该晶体管的漏极与源极之间具有一等效电阻；
一第一保护单元，检测该集成电路的内部温度，当该集成电路的内部温度大于一预设温度时，产生一第一检测信号；
一第二保护单元，当流经该等效电阻的电流大于一预设电流时，产生一第二检测信号；
一第一检测单元，检测该阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果；以及
一控制单元，根据该第一检测信号和第二检测信号，产生该控制信号。
10.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，该第一检测单元检测该漏极与该源极之间的一压差，并根据该压差产生该检测结果。
11.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，该控制单元提供该检测结果予一外部控制器。
12.根据权利要求11所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路还包括：
一转换单元，转换该检测结果，用以产生一转换信号，其中该控制单元根据该转换信号，产生一数据信号以及一时脉信号予该外部控制器。
13.根据权利要求12所述的集成电路，其特征在于，该检测结果为一模拟信号，该数据信号为一数字信号。
14.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，该第一保护单元包括：
一突波保护模块，当流经该阻抗开关单元的电流大于该预设电流，并且持续达一预设时间时，产生一第二检测信号，其中该控制单元根据该第一及第二检测信号，产生该控制信号。
15.根据权利要求9所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路还包括：
一禁能单元，根据一外部使能信号，禁能或使能该控制单元；以及
一第二检测单元，当该输入电压小于一预设电压时，禁能该控制单元。
16.一种操作系统，其特征在于，所述操作系统包括：
一第一集成电路，包括：
一阻抗开关单元，根据一控制信号，将一输入电压作为一驱动信号，并包括一晶体管，该晶体管的漏极与源极之间具有一等效电阻；
一第一保护单元，当流经该等效电阻的电流大于一预设电流时，产生一第一检测信号；
一第一检测单元，检测该阻抗开关单元的电压，用以产生一检测结果；以及
一控制单元，根据该第一检测信号，产生该控制信号；
一负载，根据该驱动信号而动作；以及
一第二集成电路，接收该检测结果，用以计算该负载的功率损耗。
17.根据权利要求16所述的操作系统，其特征在于，该第一检测单元检测该漏极与该源极之间的一压差，并根据该压差产生该检测结果。
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