CN116609697A - 一种电源欠压检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路技术领域，具体为一种电源欠压检测方法，解决了如何实现电路功耗降低的技术问题，该方法包括：对电源输出电压进行分压，获取分压电压；通过比较器将分压电压分别与基准电压进行比较，获取若干欠压脉冲模拟信号，欠压脉冲模拟信号以周期性方式输出；将欠压脉冲模拟信号合并，获取完整的欠压采样信号，欠压采样信号即待检测信号。

Description

一种电源欠压检测方法

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种用于电源电压检测的低功耗欠压检测方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，集成电路广泛应用于各类电子产品中。在集成电路设计或检测过程中，常需要对其电源电压进行检测，以便于设计人员根据电源输出信号对电路进行进一步控制设计，确保电路稳定运行。

目前常见的电源电压检测包括欠压检测、过压检测等。其中，欠压检测主要通过欠压检测电路实现，欠压检测电路的主要模块为比较器电路，比较器的输入端分别连接电源VDD、稳定的欠压检测触发电平VBOD，控制端连接控制器，控制器通过欠压使能信号BODEN对比较器进行使能控制，设计人员或检测人员根据比较器输出端的输出信号BOD来判断电源是否产生欠压。但采用该欠压检测电路进行欠压检测时，比较器一直处于常开状态，即无论电源是否有欠压，比较器一直处于工作状态，导致欠压检测电路的整体功耗偏大(使能情况下功耗约为70uA)，功耗是影响集成电路产品使用寿命的重要指标之一，功耗大，不仅会产生较高的热量，对集成电路产品的散热设计提出更高要求，而且易导致集成电路产品的使用寿命降低。因此，亟需研发一种能够降低功耗的电源欠压检测电路。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种低功耗电源欠压检测电路，其可降低电路功耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电源欠压检测方法，其特征在于，该方法包括：S1、对电源输出电压进行分压，获取分压电压；

S2、通过比较器将分压电压分别与基准电压进行比较，获取若干欠压脉冲模拟信号，所述欠压脉冲模拟信号以周期性方式输出；

S3、将欠压脉冲模拟信号合并，获取完整的欠压采样信号。

其进一步特征在于，步骤S1中，通过分压电阻进行分压，获取分压电压；

进一步的，步骤S2中，所述欠压脉冲模拟信号以周期性方式输出指：通过控制器对比较器进行周期性控制，使所述比较器的输出端每隔一定周期输出一个欠压脉冲模拟信号；

更进一步的，所述周期为1ms、4ms或16ms，但不限于1ms、4ms或16ms；

进一步的，所述控制器通过选择、计数、比较方式产生欠压使能信号BODEN；

进一步的，所述控制器的输入端包括第一输入端、第二输入端，所述第一输入端为电平周期选择挡位，用于选择高电平与低电平保持的时钟周期长度，所述第二输入端为第一选择器通路选择位，用于选择第一选择器的内部导通路径，所述电平周期选择挡位与第一选择器通路选择位一一对应，所述控制器工作时，所述电平周期选择挡位与第一选择器通路选择位相互配合，使所述控制器输出周期性的欠压使能信号BODEN；

更进一步的，所述控制器包括第一选择器、第一比较器、加法器、第一D触发器、第二比较器，所述控制器的输入端即所述第一选择器的输入端，所述第一选择器的输出端连接第一比较器的正向输入端，所述第一比较器的输出端连接加法器的输入端，所述加法器的输出端连接所述第一D触发器的时钟信号端，所述第一D触发器的输出端分别连接所述第二比较器的正向输入端、第一比较器的反向输入端，所述第二比较器的反向输入端输入的高电平持续时间为8个时钟周期长度，所述第二比较器的输出端连接所述比较器的控制端；所述第一选择器用于选择开启周期，所述第一比较器、加法器、第一D触发器组成计数器，所述计数器的时钟周期长度为8个、16个、64个、256个，所述第二比较器用于判断所述计数器的计数值是否小于高电平持续时间的固定值，若是，则对应欠压使能信号BODEN高电平保持时间为8个时钟周期长度，反之，对应欠压使能信号BODEN低电平保持时间为0个、8个、56个、248个时钟周期长度；

进一步的，通过欠压脉冲恢复器对所述欠压脉冲信号进行合并，获取欠压采样信号；

更进一步的，所述欠压脉冲恢复器包括延时器、与门、第二D触发器，所述延时器的输入端分别连接与门的第一输入端、比较器的控制端，所述延时器的输出端连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接所述第二D触发器的控制端，所述第二D触发器的时钟信号端连接滤波时钟信号FILTER_CLK，所述第二D触发器的输入端连接所述比较器的输出端，所述第二D触发器的输出端连接滤波器或作为欠压检测电路的输出端；

进一步的，该方法还包括步骤S4、通过滤波器对欠压采样信号进行滤波，滤除欠压采样信号中的噪声，并输出滤波信号；

更进一步的，所述滤波器为数字滤波器，所述数字滤波器的滤波时间长度范围为4*Tsys～512*Tsys，其中，Tsys为系统时钟周期长度。

采用本发明上述方法可以达到如下有益效果：本申请欠压检测方法用于监测电源VDD运行期间的电平，首先对电源VDD进行分压，当电源欠压时，对比较器进行周期性控制，比较器将分压电压与基准电压比较，获取若干欠压脉冲模拟信号，欠压脉冲模拟信号以周期性方式输出，再将周期性输出的信号恢复为完整的欠压采样信号，恢复后的欠压采样信号与现有的比较器处于常开状态时输出的欠压采样信号基本一致，从而实现电源欠压检测。但相比于现有的比较器，本申请周期性开启方式使得平均电流减小，同时降低平均功耗，从而使整个欠压检测电路的运行功耗显著降低。

附图说明

图1为本发明欠压检测电路的结构框图；

图2为本发明控制器的电路原理图；

图3为本发明欠压脉冲恢复器的电路原理图；

图4为本发明滤波器的电路原理图；

图5为本发明欠压检测电路中各信号的时序图；

图6为本发明分压模块的电路原理图；

图7为本发明欠压检测方法的流程图。

附图标记：分压模块1、比较器2、控制器3、欠压脉冲恢复器4、滤波器5。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

针对现有技术中存在的欠压检测电路功耗高的技术问题，以下提供了一种欠压检测电路的具体实施例，见图1，其包括分压模块1、比较器2、控制器3、欠压脉冲恢复器4、滤波器5，比较器2为模拟比较器，各器件的具体连接方式为：分压模块1的一端连接电源VDD，另一端连接比较器2的负向输入端，比较器2的正向输入端连接基准电源VBRG，输出端依次连接欠压脉冲恢复器4、滤波器5，本实施例中，滤波器5输出的滤波信号即为欠压检测电路输出的检测信号。

其中，见图6，分压模块1具体电路结构包括若干电阻(本实施例中电阻位32个：电阻R1～电阻R32)、选择寄存器(包括开关S1～开关S32)，选择寄存器的选择位为5位，用REFDIV[4:0]表示。该分压模块1的作用是对电源VDD进行分压，目的是对电源VDD进行降压，以便于实现后续欠压检测。比较器2的控制端连接控制器输出的欠压使能信号BODEN，比较器2的负向输入端连接电源分压模块，比较器2的正向输入端连接基准电源VBRG。

见图2，控制器3包括第一选择器MUX1、第一比较器EQU1、加法器ADD1、第一D触发器DFF1、第二比较器EQU2，第一选择器的输入端包括第一输入端、第二输入端，第一输入端为电平周期选择挡位，电平周期选择挡位包括4个选择：8、16、64、256，用于选择高电平与低电平保持的时钟周期长度，第二输入端为第一选择器通路选择位，第一选择器通路选择位包括4个用于选择第一选择器的内部导通路径(内部导通路径采用二进制LPBOD[1:0]表示)，电平周期选择挡位与第一选择器通路选择位一一对应，第一选择器MUX1工作时，电平周期选择挡位与第一选择器通路选择位相互配合，实现第一选择器MUX1相应路径的导通，第一选择器MUX1的输出端连接第一比较器EQU1的正向输入端，第一比较器EQU1的输出端连接加法器ADD1的输入端，加法器ADD1的输出端连接第一D触发器的时钟信号端，第一D触发器DFF1的输出端分别连接第二比较器EQU2的正向输入端、第一比较器EQU1的反向输入端，第二比较器EQU2的反向输入端输入的高电平持续时间为8个时钟周期长度，第二比较器EQU2的输出端连接比较器2的控制端。

该控制器3为低功耗控制器，其功能是开启周期性的欠压使能信号BODEN，使比较器2输出若干周期性信号，周期性开启指比较器2每隔一定周期开启一次。第一选择器MUX1通过配置寄存器LPBOD[1:0]选择开启周期LPBOD_r，通常每隔1ms、4ms或16ms开启一次，本实施例优选4ms，第一比较器EQU1、加法器ADD1、第一D触发器DFF1组成周期计数器单元，生成计数器CNT，计数器CNT的时钟周期长度为8个、16个、64个、256个时钟周期，第二比较器EQU2用于判断计数器CNT的计数值是否小于高电平持续时间的8个时钟周期长度，若是，则对应欠压使能信号BODEN高电平保持时间为8个时钟周期长度，反之，对应欠压使能信号BODEN低电平保持时间为0个、8个、56个、248个时钟周期长度。

见图3，欠压脉冲恢复器4包括延时器DLY1、与门AND1、第二D触发器DFF2，延时器DLY1的输入端分别连接与门AND1的第一输入端、比较器2的控制端，延时器DLY1的输出端连接与门AND1的第二输入端，与门AND1的输出端连接第二D触发器DFF2的控制端，第二D触发器DFF2的时钟信号端连接滤波时钟信号FILTER_CLK，第二D触发器DFF2的输入端连接比较器2的输出端，第二D触发器DFF2的输出端连接滤波器5。

该欠压脉冲恢复器4的作用是对周期性信号进行合并，获取合并信号，从而将比较器2输出的欠压脉冲信号BOD_COM恢复成完整的欠压采样信号BOD_S；欠压脉冲模拟信号BOD_COM相对欠压使能信号BODEN存在迟滞时间，通过延时器DLY1和与门AND1消除迟滞时间，将与门AND1输出端输出的欠压使能采样信号BODEN_S作为第二D触发器DFF2的使能信号，进而通过第二D触发器DFF2生成欠压采样信号BOD_S。

见图4，滤波器5为数字滤波器，主要应用于对噪声敏感的系统，其包括第二选择器MUX2、第三比较器EQU3、第三D触发器DFF3、同阈门、第四比较器EQU4、第四D触发器DFF4，第二选择器的输入端包括第三输入端、第四输入端，第三输入端为滤波周期选择挡位，滤波周期选择挡位包括8位：4、8、16、32、64、128、256、512，第四输入端为第二选择器通路选择位(采用二进制CFS[2:0]表示)，第二选择器通路选择位包括8位，用于第二选择器的内部通路，滤波周期选择挡位与第二选择器通路选择位一一对应，第二选择器MUX2工作时，滤波周期选择挡位与第二选择器通路选择位相互配合，实现第二选择器MUX2相应路径的导通，第二选择器MUX2的输出端分别连接第三比较器EQU3的正向输入端、第四比较器EQU4的正向输入端，第三比较器EQU3的反向输入端分别连接第三D触发器DFF3的输出端、输入端、加法器ADD2，加法器ADD2的输入端连接第四比较器EQU4的输出端，第四比较器EQU4的反向输入端连接同阈门XCR1的输出端，同阈门XCR1的第二输入端分别连接第三比较器EQU3的输出端、第三D触发器DFF3的输入端与反向输出端，并输出滤波信号。

该滤波器5用于滤除欠压采样信号中的噪声，避免电源噪声误触发欠压事件，将欠压采样信号中的噪声滤除，这有利于准确获取待检测信号(本实施例中待检测信号为滤波信号，在其它实施例中未设置滤波器时，待检测信号为欠压采样信号)，从而提升了电源欠压检测精确度。通过第二选择位可以选择当前滤波的时间长度，时间长度范围为4*Tsys～512*Tsys，优选300*Tsys，Tsys为系统时钟周期。第三D触发器DFF3用于产生滤波欠压信号BOD_S，第四D触发器DFF4为滤波计数器FILTER_CNT，当第四D触发器DFF4计数不等于第二选择器MUX2计数值时(该对比通过第三比较器EQU3实现)，第四D触发器DFF4的计数加1，输出的滤波信号BOD保持为0，当第四D触发器DFF4计数等于第二选择器MUX2的计数值的时候(该对比通过第三比较器EQU3实现)，第四D触发器DFF4停止计数，将滤波信号BOD输出，该滤波信号BOD就是反应电路真实状态的欠压信号。

基于上述电源欠压检测电路进行欠压检测，当电压源VDD下降至配置的欠压检测触发电平VBOD以下时，欠压检测逻辑(包括比较器、控制器、欠压脉冲恢复器、滤波器)请求检测电源输出信号(即欠压检测电路的欠压检测功能启动)，欠压检测电路周期性的检测电源电压，见图7，具体步骤包括：S1、配置电阻分压使能REFDIV_EN，配置欠压检测电压选择，通过分压模块中的分压电阻对电源输出电压进行分压，该分压由选择寄存器进行配置，其中REFDIV_EN信号为电阻分压使能信号，从而获取分压电压。

S2、配置比较器2的正向输入端的基准电压1.2V，配置欠压迟滞选择HYSSEL[1:0]位，选择比较器迟滞电压大小，配置控制器3的低功率模式(LPBOD[1:0])位，产生周期性的欠压使能信号BODEN，通过低功耗控制器3对比较器2进行周期性控制的具体步骤包括：当比较器2的反向输入端输入的电压下降至欠压检测触发电平VBOD以下时，控制器3发送欠压使能信号BODEN给比较器2，控制比较器2周期开启，比较器2对分压电压与基准电压进行比较，生成的欠压脉冲模拟信号BOD_COM也周期性触发，欠压脉冲模拟信号BOD_COM输出的周期为1ms、4ms或16ms，但不限于1ms、4ms或16ms，本实施例中优选16ms。

S3、通过欠压脉冲恢复器对欠压脉冲信号进行合并，获取欠压采样信号，实现电源欠压信号的完整恢复；

S4、配置滤波使能信号BODFLT，开启滤波器5的滤波使能控制，输出滤波信号BOD，滤波信号即待检测的欠压信号。

一种电源芯片，该芯片包括上述低功耗电源欠压检测电路，基于该低功耗电压欠压检测电路及上升电源欠压检测方法，产生滤波信号BOD(即欠压信号)，输出的待检测信号包括中断信号、电源恢复信号，中断信号用于产生中断，电源恢复信号用于电源复位。

该电源芯片中，还设置有极性选择模块CPOS，用于选择不同的输出极性，极性选择模块CPOS包括反相器，欠压检测电路中滤波器5的输出端通过反相器输出或直接输出，反相器用于极性反向，当滤波器5的输出端通过反相器输出时，最终获得的滤波信号为负极性，当滤波器5的输出端未通过反相器输出时，最终获得的滤波信号为正极性，从而实现欠压检测电路输出信号的极性控制，即实现了欠压信号BOD正向输出或反向输出，其中，正向输出为上升沿，反向输出为下降沿。

当电压源VDD下降至欠压检测触发电平VBOD以下时，电源欠压检测电路中控制器发送欠压使能信号BODEN对比较器2进行使能控制，电源欠压检测电路输出的欠压信号(即滤波信号BOD)将会请求中断，此情况下，欠压标志位BOF将被置为1，当电压源VDD上升至高于欠压检测触发电平VBOD时，欠压标志位BOF再次置为1，表示电源恢复。

如图5时序图所示，欠压检测时钟BOD_CLK作为低功耗控制器的主要时钟源。BODEN表示欠压使能信号，用于对比较器进行使能控制，BOD_COM表示比较器输出的欠压脉冲信号，BOD_S表示欠压采样信号，BOD表示经滤波器滤波后的滤波信号，BOF表示欠压标志位，BORF表示欠压复位标志位；

当不存在欠压时，欠压脉冲模拟信号BOD_COM恒为0，电路正常工作；

当欠压产生时，经过比较器的欠压脉冲模拟信号BOD_COM也周期性有效，欠压脉冲模拟信号BOD_COM经过欠压脉冲恢复器，将连续产生的周期性的欠压脉冲模拟信号BOD_COM恢复成完整的欠压采样信号BOD_S；

欠压信号(即滤波信号BOD)的上升沿对应欠压中断产生，可作为芯片中其它电路的中断信号，可通过欠压标志位BOF读取，欠压信号(即滤波信号BOD)的下降沿对应欠压恢复，可作为芯片中其它电路的恢复信号，也可通过欠压标志位BOF读取。欠压信号(即滤波信号BOD)的上升沿对应欠压复位产生，可作为芯片中其它电路的硬件复位信号，可通过欠压标志位BORF读取。

现有技术中，欠压使能信号BODEN若不进行低功耗控制，VDD＝5V条件下，整体欠压检测电路的功耗电流约为67uA；而采用本申请欠压检测电路与欠压检测方法后，将欠压使能信号BODEN的打开周期调整为1ms时，VDD＝5V条件下，整体欠压检测电路的功耗电流约为35uA；将欠压使能信号BODEN的打开周期调整为4ms时，VDD＝5V条件下，功耗电流约为8.75uA；将打开周期调整为16ms时，实测在VDD＝5V下功耗电流约为2.1uA，可见，相比于现有技术，本申请欠压检测电路的功耗显著降低，这不仅有利于降低集成电路产生的热量，从而降低集成电路产品的散热设计难度，而且有利于避免集成电路产品的使用寿命降低。

采用本申请上述技术方案后，具有以下优点：

(1)本申请欠压检测方法中，通过控制器产生周期性的欠压使能信号BODEN的方式对比较器进行控制，相比于现有的控制器持续工作控制比较器持续开启的方式，该控制器中各个器件周期性开启方式，使得整个控制器的平均电流减小，同时降低平均功耗，从而使控制器的运行功耗显著降低，控制器功耗的降低有利于整个欠压检测电路的功耗降低。

(2)本申请欠压检测方法中，通过产生周期性的欠压使能信号BODEN，控制比较器周期性开启，当欠压使能信号BODEN为0时，比较器处于关闭(即停止工作)状态，因此，经过比较器的电流基本为0，不存在功耗情况，从而使比较器的功耗降低，比较器功耗的降低有利于整个欠压检测电路功耗的降低。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电源欠压检测方法，其特征在于，该方法包括：S1、对电源输出电压进行分压，获取分压电压；

S2、通过比较器将分压电压分别与基准电压进行比较，获取若干欠压脉冲模拟信号，所述欠压脉冲模拟信号以周期性方式输出；

S3、将欠压脉冲模拟信号合并，获取完整的欠压采样信号。

2.根据权利要求1所述的电源欠压检测方法，其特征在于，步骤S1中，通过分压电阻进行分压，获取分压电压。

3.根据权利要求2所述的电源欠压检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述欠压脉冲模拟信号以周期性方式输出：通过控制器对比较器进行周期性控制，使所述比较器的输出端每隔一定周期输出一个欠压脉冲模拟信号。

4.根据权利要求3所述的电源欠压检测方法，其特征在于，所述周期为1ms、4ms或16ms，但不限于1ms、4ms或16ms。

5.根据权利要求4所述的电源欠压检测方法，其特征在于，所述控制器通过选择、计数、比较方式产生欠压使能信号BODEN。

6.根据权利要求5所述的电源欠压检测方法，其特征在于，所述控制器的输入端包括第一输入端、第二输入端，所述第一输入端为电平周期选择挡位，用于选择高电平与低电平保持的时钟周期长度，所述第二输入端为第一选择器通路选择位，用于选择第一选择器的内部导通路径，所述电平周期选择挡位与第一选择器通路选择位一一对应，所述控制器工作时，所述电平周期选择挡位与第一选择器通路选择位相互配合，使所述控制器输出周期性的欠压使能信号BODEN。

7.根据权利要求6所述的电源欠压检测方法，其特征在于，步骤S3中，通过欠压脉冲恢复器对所述欠压脉冲信号进行合并，获取欠压采样信号，所述欠压脉冲恢复器包括延时器、与门、第二D触发器，所述延时器的输入端分别连接与门的第一输入端、比较器的控制端，所述延时器的输出端连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接所述第二D触发器的控制端，所述第二D触发器的时钟信号端连接滤波时钟信号FILTER_CLK，所述第二D触发器的输入端连接所述比较器的输出端，所述第二D触发器的输出端连接滤波器或作为欠压检测电路的输出端。

8.根据权利要求1或7所述的电源欠压检测方法，其特征在于，该方法还包括步骤S4、通过滤波器对欠压采样信号进行滤波，滤除欠压采样信号中的噪声，并输出滤波信号。

9.根据权利要求8所述的电源欠压检测方法，其特征在于，所述滤波器为数字滤波器，所述数字滤波器的滤波时间长度范围为4*Tsys～512*Tsys，其中，Tsys为系统时钟周期长度。