CN117074767A - 一种电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路技术领域,公开了一种电压检测电路，包括基准电流产生单元、电流复制单元、电压转电流单元和判断单元；基准电流产生单元用于产生基准电流；电流复制单元用于复制基准电流并输出复制电流；电压转电流单元将电源电压转换为检测电流；判断单元基于检测电流和复制电流的大小输出检测信号；在使用时，本发明通过将检测的电源电压转换为检测电流，并通过判断单元将检测电流与基准电流进行比较，以及通过比较结果输出检测信号，从而可以不用在电压检测电路中设置产生零温漂的基准电压的电路，简化了电路结构，另外由于是进行电流比较检测，而不是通过MOS管的开启电压进行检测，因此可以避免温度对检测结果的影响，提高检测精度。

Description

一种电压检测电路

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电压检测电路。

背景技术

在集成电路中，需要对电源电压进行检测，从而能够在电源电压低于某个电压阈值时，使电路进入待机状态，停止工作，进而避免电源电压过低时电路出现功能异常的情况。

在实际使用时，由于电压阈值的大小会影响整个电路的工作状态，因此该电压阈值需要在各种极端情况保持较高精度。此外，为了提高集成电路的电源使用寿命，在进入待机状态后的电路应尽量少地消耗电流，因此对电压检测电路的低功耗指标提出了很高的要求。

目前大多通过以下两种方式来进行电流检测，具体如下：

方式一：

将MOS管的开启电压作为上述电压阈值，当电源电压高于该电压阈值时MOS管打开，电路进入正常工作状态，当电源电压低于该电压阈值时MOS管关断，电路进入待机状态；在实际使用时，虽然该电路结构简单，待机功耗很低，但MOS管的开启电压受温度的影响较大，无法满足高精度的要求；

方式二

先产生零温漂的基准电压，再将电源电压采样后与基准电压进行比较，具体结构如图1所示；在实际使用时，虽然该电路在各种极端情况均能满足高精度的要求，但是存在电路结构复杂和使用功耗较大的缺陷。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明提供了一种电压检测电路，所要解决的技术问题是现有检测集成电路的电源电压的电路存在结构复杂和精度较低的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种电压检测电路，包括基准电流产生单元、电流复制单元、电压转电流单元和判断单元；

所述基准电流产生单元用于产生基准电流；所述电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流并输出复制电流；所述电压转电流单元用于输入待检测的电源电压，并将所述电源电压转换为检测电流；所述判断单元分别与所述电流复制单元和电压转电流单元电连接，基于所述检测电流和复制电流的大小输出检测信号。

在某种实施方式中，所述判断单元在所述检测电流大于所述复制电流时输出第一电平状态的检测信号，在所述检测电流小于所述复制电流时输出第二电平状态的检测信号，所述第一电平状态和第二电平状态为相反的两种电平状态。

在某种实施方式中，所述基准电流产生单元包括电阻R1、电阻R2、MOS管M5和工作在亚阈值区的MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4；

所述电阻R1一端与MOS管M5的源极电连接，用于输入工作电压，所述电阻R1另一端分别与MOS管M1的漏极、MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极，所述MOS管M1的源极分别与MOS管M3的漏极和MOS管M4的栅极电连接，所述MOS管M2的源极分别与MOS管M3的栅极和MOS管M4的漏极电连接，所述MOS管M3的源极接地，所述MOS管M4的源极通过电阻R2接地，所述MOS管M2的漏极分别与MOS管M5的漏极和MOS管M5的栅极电连接。

在某种实施方式中，所述电流复制单元包括MOS管M6，所述MOS管M6的源极与MOS管M5的源极电连接，所述MOS管M6的栅极与MOS管M5的栅极电连接，所述MOS管M6的漏极输出所述复制电流。

在某种实施方式中，所述判断单元包括施密特触发器X1、反相器X2和反相器X3；

所述施密特触发器X1的输入端分别与所述MOS管M6的漏极和电压转电流单元电连接，所述施密特触发器X1的输出端通过反相器X2与反相器X3电连接，所述反相器X3的输出端输出所述检测信号。

在某种实施方式中，所述电压转电流单元包括采样单元、MOS管M7和电阻R3；

所述MOS管M7的漏极分别与所述MOS管M6的漏极和施密特触发器X1的输入端电连接，所述MOS管M7的源极通过电阻R3接地，所述采样单元与所述MOS管M7的栅极电连接，基于所述电源电压向所述MOS管M7的栅极输入采样电压。

在某种实施方式中，在所述电源电压从低升高直至所述施密特触发器X1的输出翻转时，所述采样单元向所述MOS管M7的栅极提供的采样电压与所述电源电压的比例为第一比例；在所述电源电压从高到低直至所述施密特触发器X1的输出翻转时，所述采样单元向所述MOS管M7的栅极提供的采样电压与所述电源电压的比例为第二比例；所述第一比例和第二比例不同。

在某种实施方式中，所述第一比例小于第二比例。

在某种实施方式中，所述采样单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、MOS管M8和MOS管M9；

所述电阻R4一端用于输入所述电源电压，所述电阻R4另一端分别与所述电阻R5一端和MOS管M8的源极电连接，所述MOS管M8的栅极与所述反相器X2的输入端电连接，所述MOS管M8的漏极分别与MOS管M7的栅极和MOS管M9的漏极电连接，所述电阻R5另一端分别与MOS管M9的源极和电阻R6一端电连接，所述MOS管M9的栅极与所述反相器X2的输出端电连接，所述电阻R6另一端接地。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明通过将检测的电源电压转换为检测电流，并通过判断单元将检测电流与基准电流进行比较，以及通过比较结果输出检测信号，从而可以不用在电压检测电路中设置产生零温漂的基准电压的电路，简化了电路结构，另外由于是进行电流比较检测，而不是通过MOS管的开启电压进行检测，因此可以避免温度对检测结果的影响，从而提高检测精度。

附图说明

图1为一种现有电压检测电路的结构示意图；

图2为实施例中本申请的结构示意图；

图3为实施例中本申请的一种电路图；

图4为图3所示电路的仿真图。

具体实施方式

本申请的说明性实施例包括但不限于一种电压检测电路。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。

如图2所示，一种电压检测电路，包括基准电流产生单元1、电流复制单元2、电压转电流单元3和判断单元4；

基准电流产生单元1用于产生基准电流；电流复制单元2与基准电流产生单元1电连接，用于复制基准电流并输出复制电流；电压转电流单元3用于输入待检测的电源电压UVLO，并将电源电压UVLO转换为检测电流；判断单元4分别与电流复制单元2和电压转电流单元3电连接，基于检测电流和复制电流的大小输出检测信号OUT。

其中，判断单元4在检测电流大于复制电流时输出第一电平状态的检测信号OUT，在检测电流小于复制电流时输出第二电平状态的检测信号OUT，第一电平状态和第二电平状态为相反的两种电平状态。具体地，在检测电流大于复制电流时，判断单元4输出高电平的检测信号OUT，在检测电流小于复制电流时，判断单元4输出低电平的检测信号OUT。

在实际使用时，本发明通过将检测的电源电压UVLO转换为检测电流，并通过判断单元4将检测电流与基准电流进行比较，以及通过比较结果输出检测信号OUT，从而可以不用在电压检测电路中设置产生零温漂的基准电压的电路，简化了电路结构，另外由于是进行电流比较检测，而不是通过MOS管的开启电压进行检测，因此可以避免温度对检测结果的影响，从而提高检测精度。

具体地，在图3中，基准电流产生单元1包括电阻R1、电阻R2、MOS管M5和工作在亚阈值区的MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4；

电阻R1一端与MOS管M5的源极电连接，用于输入工作电压，电阻R1另一端分别与MOS管M1的漏极、MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极，MOS管M1的源极分别与MOS管M3的漏极和MOS管M4的栅极电连接，MOS管M2的源极分别与MOS管M3的栅极和MOS管M4的漏极电连接，MOS管M3的源极接地，MOS管M4的源极通过电阻R2接地，MOS管M2的漏极分别与MOS管M5的漏极和MOS管M5的栅极电连接。

在实际使用时，由于MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4均工作在亚阈值区，因此可以大幅度降低本发明的使用功耗，从而可以使本发明能更好的应用在低功耗的应用场景。另外，本实施例中MOS管M1的宽长比和MOS管M2的宽长比之比与MOS管M4的宽长比和MOS管M3的宽长比之比相同，假设均为m。

具体地，在图3中，电流复制单元2包括MOS管M6，MOS管M6的源极与MOS管M5的源极电连接，MOS管M6的栅极与MOS管M5的栅极电连接，MOS管M6的漏极输出复制电流。

在实际使用时，MOS管M6与MOS管M5组成了电流镜，MOS管M6可以比例复制流过MOS管M5的电流，假设MOS管M6的复制比例为1。在某种实施方式中，可以依据实际需求调整MOS管M6的电流复制比例。

具体地，在图3中，判断单元4包括施密特触发器X1、反相器X2和反相器X3；

施密特触发器X1的输入端分别与MOS管M6的漏极和电压转电流单元电连接，施密特触发器X1的输出端通过反相器X2与反相器X3电连接，反相器X3的输出端输出检测信号OUT。

具体地，在图3中，电压转电流单元3包括采样单元30、MOS管M7和电阻R3；

MOS管M7的漏极分别与MOS管M6的漏极和施密特触发器X1的输入端电连接，MOS管M7的源极通过电阻R3接地，采样单元30与MOS管M7的栅极电连接，基于电源电压UVLO向MOS管M7的栅极输入采样电压；另外，MOS管M7的宽长比与MOS管M3的宽长比相同。

其中，在电源电压UVLO从低升高直至施密特触发器X1的输出翻转时，采样单元30向MOS管M7的栅极提供的采样电压与电源电压UVLO的比例为第一比例；在电源电压UVLO从高到低直至施密特触发器X1的输出翻转时，采样单元向MOS管M7的栅极提供的采样电压与电源电压UVLO的比例为第二比例；第一比例和第二比例不同。

在实际使用时，第一比例小于第二比例。

在图3中，采样单元30包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、MOS管M8和MOS管M9；

电阻R4一端用于输入电源电压UVLO，电阻R4另一端分别与电阻R5一端和MOS管M8的源极电连接，MOS管M8的栅极与反相器X2的输入端电连接，MOS管M8的漏极分别与MOS管M7的栅极和MOS管M9的漏极电连接，电阻R5另一端分别与MOS管M9的源极和电阻R6一端电连接，MOS管M9的栅极与反相器X2的输出端电连接，电阻R6另一端接地。

对图3所示电路进行分析，具体如下：由于MOS管M1的宽长比和MOS管M2的宽长比之比与MOS管M4的宽长比和MOS管M3的宽长比之比相同，假设均为m，MOS管M7的宽长比与MOS管M3的宽长比相同，因此流过MOS管M1-MOS管M4的电流满足：IM1/IM2=IM3/IM4=n；

另外图1中的节点A的电压；

因此；

由于MOS管M1-MOS管M4均工作在亚阈值区，且亚阈值区的MOS管的电流

其中，I0为反向饱和电流，与MOS管的宽长比成正比；V_GS为MOS管栅源电压；；，为非理想因子；

从以上公式可以得到：

综上可得：

而MOS管M6的电流复制比例为1；故：

再独计算I_N，其与E点电压V_E满足：

则当时，有

即

由于上面公式中的等号右边第一项为正温度特性，等号右边第二项为负温度特性，因此通过设置电阻R2和电阻R3的阻值可以使两种的温度特性相抵消，从而可以实现一个近似零温漂的电压，该电压就是电压检测的判别阈值电压。

对于本申请的采样单元30，当电源电压UVLO较低时，时，D点电位为高，检测信号OUT为低电平，MOS管M9的栅极控制信号为高，此时V_E为：

当电源电压UVLO由低升高时，若要输出翻转为高，则需要：

即：

当电源电压UVLO较高时，时，D点电位为低，检测信号OUT为高电平，MOS管M8的栅极控制信号为高，此时V_E为：

当电源电压UVLO由高降低时，若要输出翻转为低，则需要：

即：

综上，本发明的采样单元产生一个迟滞比较电压，能够有效防止毛刺信号引起的误翻转，保证了电路的性能。

对图3所示的电路进行仿真，仿真图如图4所示，从图4中可以得到，当温度在-55摄氏度到130摄氏度之间时，电压检测阈值的变化量为0.0023V，从而降低了温度对电压检测阈值的影响，提高了检测精度。

综上，本发明的基准电流产生单元1通过让MOS管M1-MOS管M4均工作在亚阈值区，能够降低电路的使用功耗，使本发明能应用于低功耗场合；其次由于本发明的电压比较阈值通过两个不同的温度系数的参数项设置，从而能抵消掉温度变化对电压比较阈值的影响，进而能提高检测精度；最后通过采样单元可以提供一个迟滞比较范围，能防止毛刺信号引起的误翻转。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种电压检测电路，其特征在于，包括基准电流产生单元、电流复制单元、电压转电流单元和判断单元；

所述基准电流产生单元用于产生基准电流；所述电流复制单元与所述基准电流产生单元电连接，用于复制所述基准电流并输出复制电流；所述电压转电流单元用于输入待检测的电源电压，并将所述电源电压转换为检测电流；所述判断单元分别与所述电流复制单元和电压转电流单元电连接，基于所述检测电流和复制电流的大小输出检测信号。

2.根据权利要求1所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述判断单元在所述检测电流大于所述复制电流时输出第一电平状态的检测信号，在所述检测电流小于所述复制电流时输出第二电平状态的检测信号，所述第一电平状态和第二电平状态为相反的两种电平状态。

3.根据权利要求1所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述基准电流产生单元包括电阻R1、电阻R2、MOS管M5和工作在亚阈值区的MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4；

所述电阻R1一端与MOS管M5的源极电连接，用于输入工作电压，所述电阻R1另一端分别与MOS管M1的漏极、MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极，所述MOS管M1的源极分别与MOS管M3的漏极和MOS管M4的栅极电连接，所述MOS管M2的源极分别与MOS管M3的栅极和MOS管M4的漏极电连接，所述MOS管M3的源极接地，所述MOS管M4的源极通过电阻R2接地，所述MOS管M2的漏极分别与MOS管M5的漏极和MOS管M5的栅极电连接。

4.根据权利要求3所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述电流复制单元包括MOS管M6，所述MOS管M6的源极与MOS管M5的源极电连接，所述MOS管M6的栅极与MOS管M5的栅极电连接，所述MOS管M6的漏极输出所述复制电流。

5.根据权利要求4所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述判断单元包括施密特触发器X1、反相器X2和反相器X3；

所述施密特触发器X1的输入端分别与所述MOS管M6的漏极和电压转电流单元电连接，所述施密特触发器X1的输出端通过反相器X2与反相器X3电连接，所述反相器X3的输出端输出所述检测信号。

6.根据权利要求5所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述电压转电流单元包括采样单元、MOS管M7和电阻R3；

所述MOS管M7的漏极分别与所述MOS管M6的漏极和施密特触发器X1的输入端电连接，所述MOS管M7的源极通过电阻R3接地，所述采样单元与所述MOS管M7的栅极电连接，基于所述电源电压向所述MOS管M7的栅极输入采样电压。

7.根据权利要求6所述的一种电压检测电路，其特征在于，在所述电源电压从低升高直至所述施密特触发器X1的输出翻转时，所述采样单元向所述MOS管M7的栅极提供的采样电压与所述电源电压的比例为第一比例；在所述电源电压从高到低直至所述施密特触发器X1的输出翻转时，所述采样单元向所述MOS管M7的栅极提供的采样电压与所述电源电压的比例为第二比例；所述第一比例和第二比例不同。

8.根据权利要求7所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述第一比例小于第二比例。

9.根据权利要求8所述的一种电压检测电路，其特征在于，所述采样单元包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、MOS管M8和MOS管M9；

所述电阻R4一端用于输入所述电源电压，所述电阻R4另一端分别与所述电阻R5一端和MOS管M8的源极电连接，所述MOS管M8的栅极与所述反相器X2的输入端电连接，所述MOS管M8的漏极分别与MOS管M7的栅极和MOS管M9的漏极电连接，所述电阻R5另一端分别与MOS管M9的源极和电阻R6一端电连接，所述MOS管M9的栅极与所述反相器X2的输出端电连接，所述电阻R6另一端接地。