CN117471152B - 一种低功耗电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗电压检测电路，属于检测电路领域。该低功耗电压检测电路包括启动电路、电压生成电路、分压电路和输出电路，启动电路上电后导通电压生成电路，电压生成电路产生第一电流；电压生成电路于电路稳态后通过第一电流生成基准电压；分压电路对输入电压进行分压。本发明中无需额外提供基准电压，通过电压生成电路产生恒定电压作为基准电压，降低了电路功耗和成本，并减小了电路体积；此外电路在上电后，在输入电压的欠压或过压情况下，通过输出端直接输出对应电平，实现对输入电压的上电检测，提高了电路的安全可靠性。

Description

一种低功耗电压检测电路

技术领域

本发明涉及检测电路领域，特别涉及一种低功耗电压检测电路。

背景技术

电压和电流测检测是模拟电路中最为常见的物理量检测，是电子学检测的基础，由电压和电流检测作为基础可以做其他间接物理量的检测。

本申请相关背景涉及电压检测电路，现有技术中通常采用待检测电压与基准电压VREF进行比较的技术方案，此技术方案至少存在以下多个技术弊端。

首先，基于基准电压的方案需要增加基准电压发生电路，从而导致电压检测电路成本高、体积大；其次，该方案需要先生成基准电压VREF，再进行电压检测，从而无法实现电路的开机自检，即电路上电后，无法直接对输入电压VDD进行检测，需要等基准电压VREF生成之后，再进行电压检测，从而降低了电路的安全可靠性；此外，该方案生成基准电压VREF时，电压检测电路需要提供较大的工作电流，从而导致电压检测电路的功耗较大。

发明内容

本发明提供了一种低功耗电压检测电路，可以解决相关技术中基于基准电压检测方案的功耗大、成本高且安全性较低的问题。所述技术方案如下：

本发明提供了一种低功耗电压检测电路，包括启动电路、电压生成电路、分压电路和输出电路；

所述启动电路连接输入电压VDD，用于上电后导通所述电压生成电路，所述电压生成电路产生第一电流；所述电压生成电路用于电路稳态后通过所述第一电流生成基准电压；

分压电路包括第五电阻R5和第六电阻R6，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6用于对所述输入电压VDD进行分压；

上电初期，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平；

当所述低功耗电压检测电路用于欠压检测时，当电路进入稳态后，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平；响应于所述输入电压VDD欠压，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平；

当所述低功耗电压检测电路用于过压检测时，当电路进入稳态后，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平；响应于所述输入电压VDD过压，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平。

可选的，所述输出电路包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5；

所述第一开关管M1的第一端和所述第二开关管M2的第一端相连，所述第二开关管M2的第二端与所述第四开关管M4的第二端相连，所述第一开关管M1的第二端与所述第三开关管M3的第二端相连，所述第三开关管M3的第一端和所述第四开关管M4的第一端接地；所述第三开关管M3的第二端与所述第三开关管M3的控制端相连，所述第三开关管M3的控制端与所述第四开关管M4的控制端相连；

所述第二开关管M2的控制端连接所述电压生成电路；

所述第一开关管M1的控制端连接所述第五电阻R5的近接地侧，且连接处设有第二检测点B；

所述第五开关管M5的第一端接地，所述第五开关管M5的控制端与所述第四开关管M4的第二端相连，且连接处设有第四检测点D；所述第五开关管M5的第二端连接所述电压生成电路。

可选的，所述电压生成电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一可控电流源G1、第二可控电流源G2和第三可控电流源G3；

所述第一可控电流源G1、所述第四电阻R4和所述第二三极管Q2依次串联；所述第七电阻R7、所述第一三极管Q1、所述第三电阻R3和所述第二电阻R2依次串联；所述第二可控电流源G2的调节端和所述第三可控电流源G3的调节端依次并联在所述第一可控电流源Q1的调节端两侧；

所述第一可控电流源G1的电流输入端、所述第二可控电流源G2的电流输入端和所述第三可控电流源G3的电流输入端连接所述输入电压VDD；所述第二可控电流源G2的电流输出端分别连接所述第一开关管M1的第一端和所述第二开关管M2的第一端；所述第三可控电流源G3的电流输出端连接所述第五开关管M5的第二端，且连接处设有第三检测点C；

所述第二三极管Q2的基极与所述第四电阻R4的近输入电压侧相连，所述第二三极管Q2的集电极与所述第四电阻R4的近接地侧相连，所述第二三极管Q2的发射极与所述第三电阻R3的近接地侧相连；

所述第七电阻R7还并联在所述第一可控电流源Q1的调节端两侧；

所述第一三极管Q1的集电极与所述第七电阻R7相连，所述第一三极管Q1的发射极与所述第三电阻R3相连，所述第一三极管Q1的基极与所述第四电阻R4的近接地侧相连。

可选的，所述启动电路包括第一电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2和第三三极管Q3；

所述第一电阻R1、第二二极管D2和第三三极管Q3依次串联，所述第二二极管D2的阴极连接所述第三三极管Q3的集电极与基极，所述第三三极管Q3的发射极接地；

所述第一二极管D1的阳极连接所述第二二极管D2的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接所述第四电阻R4的近接地侧。

可选的，所述第二开关管M2的控制端连接所述第一三极管Q1的基极，且连接处设有第一检测点A，所述第一检测点A处电压为所述基准电压。

可选的，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2为NPN三极管。

可选的，所述第三三极管Q3为NPN三极管。

可选的，所述第一开关管M1和所述第二开关管M2为PMOS管，所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5为NMOS管，其中，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的栅极作为控制端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的源极作为第一端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的漏极作为第二端；或，

所述第一开关管M1和所述第二开关管M2为PNP三极管，所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5为NPN三极管，其中，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的基极作为控制端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的发射极作为第一端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的集电极作为第二端。

可选的，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的个数比设计为1:1，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2和所述第三三极管Q3的个数比设计为N:1:1。

可选的，所述低功耗电压检测电路还包括转换模块，所述转换模块与所述分压电路相连；所述转换模块用于欠压检测或过压检测时保持输入电压变化阈值和输入电压恢复阈值之间具有预设差值。

可选的，当所述转换模块用于欠压检测时，所述输入电压变化阈值为所述输入电压VDD的欠压阈值，所述输入电压恢复阈值为欠压后所述输入电压VDD的欠压恢复阈值；

当所述转换模块用于过压检测时，所述输入电压变化阈值为所述输入电压VDD的过压阈值，所述输入电压恢复阈值为过压后所述输入电压VDD的过压恢复阈值。

可选的，所述转换模块包括第八电阻R8、第六开关管M6和第一反相器A1；

所述第八电阻R8串联至所述第五电阻R5和所述第六电阻R6之间；所述第六开关管M6的第一端与所述第八电阻R8的近接地侧相连，所述第六开关管M6的第二端与所述第八电阻R8的近输入电压侧相连，且所述第八电阻R8的近接地侧与所述第一开关管M1的控制端相连，所述第六开关管M6的控制端与所述第一反相器A1的输出侧相连，所述第一反相器A1的输入侧连接所述第五开关管M5的第二端。

可选的，所述低功耗电压检测电路还包括下拉电路，所述下拉电路与所述输出电路相连；

所述下拉电路包括第七开关管M7和第八开关管M8，所述第七开关管M7的第一端与所述第八开关管M8的第二端相连，所述第七开关管M7的第二端与所述第一反相器A1的输入侧相连，所述第七开关管M7的控制端与所述第五开关管M5的控制端相连；所述第八开关管M8的第一端接地，所述第八开关管M8的控制端接所述第一反相器A1的输出侧。

可选的，所述低功耗电压检测电路还包括耗尽型开关管J1；

所述耗尽型开关管J1的控制端接地，所述耗尽型开关管J1的第一端与输入电压VDD相连，所述耗尽型开关管J1的第二端连接所述启动电路；所述耗尽型开关管J1用于所述输入电压VDD低于预设电压时使第二端电压等于所述输入电压VDD，且用于所述输入电压VDD大于等于所述预设电压时使所述第二端电压等于所述预设电压。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括:

本发明提供了一种低功耗电压检测电路，该低功耗电压检测电路包括启动电路、电压生成电路、分压电路和输出电路，通过电压生成电路产生恒定电压作为基准电压实现无需额外提供基准电压，从而降低了电压检测电路的功耗和成本，并减小了电压检测电路的体积；此外，低功耗电压检测电路在上电后即可直接对输入电压进行检测，即电路上电后，在输入电压欠压或过压情况下，通过输出端直接输出对应电平，实现对输入电压的上电检测，从而提高了电路的安全可靠性。

在进一步的实施例中，公开了启动电路、电压生成电路、分压电路和输出电路的结构与连接关系，进一步说明了工作电流主要由六个支路电流构成，分别为第一电阻、第一可控电流源、第七电阻、第五电阻、第二可控电流源和第三可控电流源分别所在的支路，其中第一电阻、和第五电阻所在的支路可以通过对支路中各个电阻的阻值进行设计，从而减小支路电流；而第一可控电流源、第七电阻、第二可控电流源和第三可控电流源所在支路的电流与第一电流正相关，同时，由于已知第一电流的计算，故此时，通过选取合适参数来减小第一电流，即可减小支路电流，因此，该电压检测电路可在较小的工作电流下工作，从而构成一种低功耗电压检测电路。进而电压检测电路上电后，即可自动且快速地对输入电压是否过压或是否欠压进行检测，从而大大提高了电路的安全可靠性。

在进一步的实施例中，提出了在原有的低功耗电压检测电路中增加转换模块的方案，实现欠压检测或过压检测时保持输入电压变化阈值和输入电压恢复阈值之间具有预设差值，确保当输入电压在欠压阈值或过压阈值附近波动时，不会导致该电压检测电路的输出端反复切换状态，从而提高了低功耗电压检测电路的准确性。

在进一步的实施例中，提出了在原有的低功耗电压检测电路增加下拉电路的方案，实现了待监测电压的快速下拉，进而实现了低功耗电压检测电路快速输出高电平的状态信号。

在进一步的实施例中，提出了在原有的低功耗电压检测电路中增加耗尽型开关管的方案，可将除耗尽型开关管之外的其他器件选取为低压器件，从而可以大大降低电压检测电路的体积和成本，并且可以大大增加输入电压的应用范围。

附图说明

图1示出了本发明一个示例性实施例示出的低功耗电压检测电路的结构示意图；

图2示出了本发明一个示例性实施例示出的另一种低功耗电压检测电路的结构示意图；

图3示出了本发明一个示例性实施例示出的另一种低功耗电压检测电路的结构示意图；

图4示出了本发明一个示例性实施例示出的另一种低功耗电压检测电路的结构示意图；

图5示出了本发明一个示例性实施例示出的另一种低功耗电压检测电路的结构示意图；

图6示出了本发明一个示例性实施例示出的另一种低功耗电压检测电路的结构示意图；

图7示出了本发明一个示例性实施例示出的另一种低功耗电压检测电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

图1示出了本发明一个示例性实施例的低功耗电压检测电路的结构示意图。下面结合图1对低功耗电压检测电路进行说明。

在图1示意出的低功耗电压检测电路中，包括有启动电路1、电压生成电路2、分压电路和输出电路3。下述为各电路的连接关系和功能做描述。

对于各电路连接关系而言，启动电路1分别与输入电压VDD、电压生成电路和接地侧相连；电压生成电路2还与输入电压VDD、输出电路3、输出端OUT和接地侧相连；输出电路3还与输出端OUT和接地侧相连；分压电路在本申请实施例中由第五电阻R5和第六电阻R6组成，输出电路3还与分压电路相连，具体连接于第五电阻R5和第六电阻R6之间的节点。

对于各电路功能而言，启动电路1用于上电后导通电压生成电路2，电压生成电路2产生如图2所示的第一电流I1，同时，电压生成电路2用于电路稳态后通过第一电流I1生成基准电压，第五电阻R5和第六电阻R6用于根据自身阻值对输入电压VDD进行分压。

低功耗电压检测电路的输出端状态会根据电路的检测状态有所不同。

于电路上电初期，第五电阻R5和第六电阻R6之间的节点电压（对应图2中的B点电压）从0开始增加，即该节点电压在上电初期小于电压生成电路处的基准电压，低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平。

当低功耗电压检测电路用于欠压检测时，当电路进入稳态后，第五电阻R5和第六电阻R6之间的节点电压始终大于电压生成电路2处的基准电压，低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平。进一步的，当电路出现异常情况，使得输入电压VDD欠压，第五电阻R5和第六电阻R6之间的节点电压降低到低于电压生成电路2处的基准电压，则低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平。

当低功耗电压检测电路用于过压检测时，当电路进入稳态后，第五电阻R5和第六电阻R6之间的节点电压始终小于电压生成电路2处的基准电压，由此与上电初期情况一样，低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平。进一步的，当电路出现异常情况，使得输入电压VDD过压，第五电阻R5和第六电阻R6之间的节点电压升高到高于电压生成电路2处的基准电压，则低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平。

在相关技术中，电压检测电路通常采用待检测电压与基准电压VREF进行比较的技术方案，该方案中存在基准电压发生电路，从而导致电压检测电路成本高、体积大；其次，该方案需要先生成基准电压VREF，再进行电压检测，从而无法实现电路的开机自检，即电路上电后，无法直接对输入电压VDD进行检测，需要等基准电压VREF生成之后，再进行电压检测，从而降低电路的安全可靠性；最后，该方案生成基准电压VREF时，电压检测电路需要提供较大的工作电流，从而导致电压检测电路的功耗较大。

基于上述问题，本发明提供了一种低功耗电压检测电路。该低功耗电压检测电路包括启动电路、电压生成电路、分压电路和输出电路，该电压检测电路无需额外提供基准电压，通过电压生成电路产生恒定电压作为基准电压，从而降低了电压检测电路的功耗和成本，并减小了电压检测电路的体积；此外，低功耗电压检测电路在上电后即可直接对输入电压VDD进行检测，即电路上电后，在输入电压VDD欠压或过压情况下，通过输出端OUT直接输出对应电平，实现对输入电压VDD的上电检测，从而提高了电路的安全可靠性。

通过下述实施例并结合图2对各个电路作进一步的阐述。

如图2所示，输出电路包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5，连接关系如下。

第一开关管M1的第一端和第二开关管M2的第一端相连，第二开关管M2的第二端与第四开关管M4的第二端相连，第一开关管M1的第二端与第三开关管M3的第二端相连，第三开关管M3的第一端和第四开关管M4的第一端接地；第三开关管M3的第二端与第三开关管M3的控制端相连，第三开关管M3的控制端与第四开关管M4的控制端相连。

第二开关管M2的控制端连接电压生成电路，第一开关管M1的控制端连接第五电阻R5的近接地侧，且连接处设有第二检测点B，第五开关管M5的第一端接地，第五开关管M5的控制端与第四开关管M4的第二端相连，且连接处设有第四检测点D，第五开关管M5的第二端连接电压生成电路。

进一步的，电压生成电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一可控电流源G1、第二可控电流源G2和第三可控电流源G3，其连接关系如下。

第一可控电流源G1、第四电阻R4和第二三极管Q2依次串联，第七电阻R7、第一三极管Q1、第三电阻R3和第二电阻R2依次串联；第二可控电流源G2的调节端和第三可控电流源G3的调节端依次并联在第一可控电流源G1的调节端两侧。第一可控电流源G1的电流输入端、第二可控电流源G2的电流输入端和第三可控电流源G3的电流输入端连接输入电压VDD；第二可控电流源G2的电流输出端分别连接第一开关管M1的第一端和第二开关管M2的第一端；第三可控电流源G3的电流输出端连接第五开关管M5的第二端，且连接处设有第三检测点C。

第二三极管Q2的基极与第四电阻R4的近输入电压侧相连，第二三极管Q2的集电极与第四电阻R4的近接地侧相连，第二三极管Q2的发射极与第三电阻R3的近接地侧相连，第七电阻R7还并联在第一可控电流源Q1的调节端两侧。

第一三极管Q1的集电极与第七电阻R7相连，第一三极管Q1的发射极与第三电阻R3相连，第一三极管Q1的基极与第四电阻R4的近接地侧相连。

在本申请实施例中，第一三极管Q1和第二三极管Q2为NPN三极管。

在一种可能的实施方式中，第一开关管M1和第二开关管M2为PMOS管，第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5为NMOS管，其中，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的栅极作为控制端，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的源极作为第一端，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的漏极作为第二端。

在另一种可能的实施方式中，第一开关管M1和第二开关管M2为PNP三极管，第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5为NPN三极管，其中，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的基极作为控制端，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的发射极作为第一端，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的集电极作为第二端。

此外，在电压生成电路与输出电路之间，第二开关管M2的控制端连接第一三极管Q1的基极，且连接处设有第一检测点A，第一检测点A处电压即为基准电压，其大小根据第一电流I1确定。

进一步的，如图2所示，启动电路包括第一电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2和第三三极管Q3，第一电阻R1、第二二极管D2和第三三极管Q3依次串联，第二二极管D2的阴极连接第三三极管Q3的集电极与基极，第三三极管Q3的发射极接地。第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阳极，第一二极管D1的阴极连接第四电阻R4的近接地侧。在本申请实施例中，第三三极管Q3为NPN三极管。

对应图2的一种低功耗电压检测电路的工作原理如下。

电路刚上电时，输入电压VDD拉高第一二极管D1和第二二极管D2的阳极电压，第一二极管D1和第二二极管D2均导通，同时，将第一二极管D1和第二二极管D2的个数比设计为1:1，且将第一三极管Q1、第二三极管Q2和第三三极管Q3的个数比设计为N:1:1，故在电路刚上电时，第一三极管Q1的基极和发射极之间的二极管流过的电流远大于第三三极管Q3的基极和发射极之间的二极管流过的电流，因此，第一三极管Q1的基极电压被迅速拉高，第一三极管Q1导通，此时，由第七电阻R7、第一三极管Q1、第三电阻R3和第二电阻R2组成的支路中产生第一电流I1，因此，第七电阻R7两端产生压差，第一可控电流源G1、第二可控电流源G2和第三可控电流源G3中均产生电流，且将第一可控电流源G1的电流系数设计为1，因此，第一可控电流源G1中产生的电流等于第一电流I1。

此时，第一可控电流源G1拉高第二三极管Q2的基极电压，第二三极管Q2导通，因此，第四电阻R4和第二三极管Q2中流过的电流均为第一电流I1，同时，将第三电阻R3的阻值设计为R，将第四电阻R4的阻值设计为m×R，将第二电阻R2的阻值设计为k×R，且由图1的电路结构可知，VBE2=VR4+VBE1+VR3，其中，VBE2为第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差，VBE1为第一三极管Q1的基极和发射极之间的电压差，VR4为第四电阻R4两端的电压差，VR3为第三电阻R3两端的电压差，且，/>，VR4=I1×m×R，VR3=I1×R，其中，VT为热电压，IS为发射结的反向饱和电流，又由于第二三极管Q2和第三三极管Q3为工艺参数相同的三极管，故此时，第二三极管Q2和第三三极管Q3的热电压VT和发射结的反向饱和电流IS均相同，从而可得，转化该式可得/>，即当电路达到稳态时，第一电流/>，此时通过得到的第一电流I1即可得到A点电压为VA=VBE2+VR2-VR4，其中VR2为第二电阻R2两端的电压差，且由于第二电阻R2中流过的电流为2倍的第一电流，从而可得，又由于VT=0.086mV×K，K为开尔文温度，第二三极管Q2的基极和发射极之间的电压差VBE2是一个以1.2V为基准的负温度系数电压，具体为，VBE2=1.2V-1.9mV×K，故此时，选取合适的m、k和N，即可在A点得到一个不受温度影响的1.2V恒定电压；此时，由于第三三极管Q3为二极管接法，因此，第三三极管Q3两端的压降大致为一个二极管的压降，即为0.7V，故此时，第一二极管D1的阴极电压大于第二二极管D2的阴极电压，而第一二极管D1和第二二极管D2的阳极相连，因此，第一二极管D1截止，第二二极管D2导通，即电压检测电路处于稳定状态后，第一电阻R1流出的电流全部流入第二二极管D2中，第一二极管D1截止，输入电压VDD不会对A点电压产生影响。

同时，第二可控电流源G2中产生的电流拉高第一开关管M1和第二开关管M2的源极电压至输入电压VDD，因此，第一开关管M1和第二开关管M2导通，此时，第三开关管M3和第四开关管M4的栅极电压通过第一开关管M1和第二可控电流源G2被拉高，因此，第三开关管M3和第四开关管M4导通；此外，输入电压VDD通过第五电阻R5和第六电阻R6进行分压，得到B点电压VB，且在上电初期，由于A点电压至少为第一三极管Q1的基极和发射极之间的二极管的压降，B点电压从0开始增加，因此，在上电初期，A点电压大于B点电压，故此时，第二开关管M2的栅源电压差小于第一开关管M1的栅源电压差，第二开关管M2中流出的电流小于第一开关管M1中流出的电流，且由于第三开关管M3和第四开关管M4构成电流镜结构，因此，从D点流出的电流等于第一开关管M1中流出的电流，流入D点的电流等于第二开关管M2中流出的电流，故此时，流入D点的电流小于从D点流出的电流，D点为低电平，第五开关管M5关断，C点电压被第三可控电流源G3中产生的电流拉高，即上电初期，图2对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平。

在一种情况中，当该电压检测电路用于欠压检测时，且当电路达到稳态，正常工作时，B点电压始终大于A点电压（1.2V），故此时，流入D点的电流大于从D点流出的电流，D点为高电平，第五开关管M5导通，C点电压被第五开关管M5拉低，即当电路达到稳态，正常工作后，图2对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平。

此时，当电路出现异常情况，使得输入电压VDD降低，即B点电压下降到低于1.2V时，流入D点的电流小于从D点流出的电流，D点转换为低电平，第五开关管M5关断，C点电压被第三可控电流源G3中产生的电流拉高，即当输入电压VDD出现欠压情况时，图2对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平。

在一种情况中，当该电压检测电路用于过压检测时，且当电路达到稳态，正常工作时，B点电压始终小于A点电压（1.2V），故此时，与上电初期一样，图2对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平。

此时，当电路出现异常情况，使得输入电压VDD升高，即B点电压升高到高于1.2V时，流入D点的电流大于从D点流出的电流，D点转换为高电平，第五开关管M5导通，C点电压被第五开关管M5拉低，即当输入电压VDD出现过压情况时，图2对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平。

综上，本发明提供了一种低功耗电压检测电路，工作电流主要由六个支路电流构成，分别为第一电阻、第一可控电流源、第七电阻、第五电阻、第二可控电流源和第三可控电流源分别所在的支路，其中第一电阻、和第五电阻所在的支路可以通过对支路中各个电阻的阻值进行设计，从而减小支路电流；而第一可控电流源、第七电阻、第二可控电流源和第三可控电流源所在支路的电流与第一电流正相关，同时，由于已知第一电流的计算，故此时，通过选取合适参数来减小第一电流，即可减小支路电流，因此，该电压检测电路可在较小的工作电流下工作，从而构成一种低功耗电压检测电路。进而电压检测电路上电后，即可自动且快速地对输入电压VDD是否过压或者是否欠压进行检测，从而大大提高了电路的安全可靠性。

为了进一步提高检测电路的准确性与可靠性，以及降低电压检测电路的功耗和成本，如图3至图7所示，其示出了本发明多个示例性实施例示出的低功耗电压检测电路的结构示意图。

如图3所示，低功耗电压检测电路还包括转换模块，转换模块与分压电路相连，转换模块用于欠压检测或过压检测时保持输入电压变化阈值和输入电压恢复阈值之间具有预设差值。

其中，转换模块包括第八电阻R8、第六开关管M6和第一反相器A1，第八电阻R8串联至第五电阻R5和第六电阻R6之间，第六开关管M6的第一端与第八电阻R8的近接地侧相连，第六开关管M6的第二端与第八电阻R8的近输入电压侧相连，且第八电阻R8的近接地侧与第一开关管M1的控制端相连，第六开关管M6的控制端与第一反相器A1的输出侧相连，第一反相器A1的输入侧连接第五开关管M5的第二端。

可选的，第六开关管M6可以为NMOS管或NPN三极管。第六开关管M6为NMOS管时，第六开关管M6的栅极作为控制端，第六开关管M6的源极作为第一端，第六开关管M6的漏极作为第二端；第六开关管M6为NPN三极管时，第六开关管M6的基极作为控制端，第六开关管M6的发射极作为第一端，第六开关管M6的集电极作为第二端。

对应图3的一种低功耗电压检测电路的工作原理如下。

第二可控电流源G2中产生的电流拉高第一开关管M1和第二开关管M2的源极电压至输入电压VDD，因此，第一开关管M1和第二开关管M2导通，此时，第三开关管M3和第四开关管M4的栅极电压通过第一开关管M1和第二可控电流源G2被拉高，因此，第三开关管M3和第四开关管M4导通；此外，输入电压VDD通过第五电阻R5、第六电阻R6和第八电阻R8进行分压，得到B点电压VB，且在上电初期，由于A点电压至少为第一三极管Q1的基极和发射极之间的二极管的压降，B点电压从0开始增加，因此，在上电初期，A点电压大于B点电压，故此时，第二开关管M2的栅源电压差小于第一开关管M1的栅源电压差，第二开关管M2中流出的电流小于第一开关管M1中流出的电流，且由于第三开关管M3和第四开关管M4构成电流镜结构，因此，从D点流出的电流等于第一开关管M1中流出的电流，流入D点的电流等于第二开关管M2中流出的电流，故此时，流入D点的电流小于从D点流出的电流，D点为低电平，第五开关管M5关断，C点电压被第三可控电流源G3中产生的电流拉高，C点电压经过第一反相器A1后，输出端OUT输出低电平，且该低电平信号输入第六开关管M6的控制端，第六开关管M6关断，即上电初期，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平，且第六开关管M6处于关断状态。

在一种情况中，当该电压检测电路用于欠压检测时，且当电路达到稳态，正常工作时，B点电压始终大于A点电压（1.2V），故此时，流入D点的电流大于从D点流出的电流，D点为高电平，第五开关管M5导通，C点电压被第五开关管M5拉低，C点电压经过第一反相器A1后，输出端OUT输出高电平，即当电路达到稳态，正常工作后，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平，且第六开关管M6处于导通状态。

此时，当电路出现异常情况，使得输入电压VDD降低，即B点电压下降到低于1.2V，即输入电压VDD下降到低于/>时，流入D点的电流小于从D点流出的电流，D点转换为低电平，第五开关管M5关断，C点电压被第三可控电流源G3中产生的电流拉高，C点电压经过第一反相器A1后，输出端OUT输出低电平，且该低电平信号输入第六开关管M6的控制端，第六开关管M6关断，即当输入电压VDD出现欠压情况时，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平，且第六开关管M6处于关断状态，此时，可得B点电压为/>，此时，只有当输入电压VDD升高到高于/>时，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT才转换为输出高电平，且第六开关管M6恢复导通状态。

在一种情况中，当该电压检测电路用于过压检测时，且当电路达到稳态，正常工作时，B点电压始终小于A点电压（1.2V），故此时，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT与上电初期一样，输出低电平，且第六开关管M6处于关断状态。

此时，当电路出现异常情况，使得输入电压VDD升高，即B点电压升高到高于1.2V，即输入电压VDD升高到高于时，流入D点的电流大于从D点流出的电流，D点转换为高电平，第五开关管M5导通，C点电压被第五开关管M5拉低，C点电压经过第一反相器A1后，输出端OUT输出高电平，即当输入电压VDD出现过压情况时，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平，且第六开关管M6处于导通状态，此时，可得B点电压/>，即此时，只有当输入电压VDD降低到低于/>时，图3对应的低功耗电压检测电路的输出端OUT才转换为输出低电平，且第六开关管M6恢复关断状态。

此外，图3中的低功耗电压检测电路的第一反相器A1后面可以继续串联第二反相器A2后再连接输出端OUT，具体是否串联第二反相器A2根据芯片实际所需的电平高低进行设计。

图3改进方案可实现的技术效果如下。在分压电路中加入转换模块后，实现欠压检测或过压检测时保持输入电压变化阈值和输入电压恢复阈值之间具有预设差值。

对于欠压检测，输入电压变化阈值为输入电压VDD的欠压阈值，输入电压恢复阈值为欠压后输入电压VDD的欠压恢复阈值，则转换模块可以使得欠压阈值和欠压恢复阈值/>之间具有一定差值，确保当输入电压VDD在欠压阈值附近波动时，不会导致该电压检测电路的输出端OUT反复切换状态，从而提高了低功耗电压检测电路的准确性。/>

对于过压检测，输入电压变化阈值为输入电压VDD的过压阈值，输入电压恢复阈值为过压后输入电压VDD的过压恢复阈值，则转换模块可以使得过压阈值和过压恢复阈值/>之间具有一定差值，确保当输入电压VDD在过压阈值附近波动时，不会导致该电压检测电路的输出端OUT反复切换状态，从而提高了低功耗电压检测电路的准确性。

如图4所示，为了进一步提高该低功耗电压检测电路的可靠性，低功耗电压检测电路还包括下拉电路，下拉电路与输出电路相连。下拉电路包括第七开关管M7和第八开关管M8，第七开关管M7的第一端与第八开关管M8的第二端相连，第七开关管M7的第二端与第一反相器A1的输入侧相连，第七开关管M7的控制端与第五开关管M5的控制端相连，第八开关管M8的第一端接地，第八开关管M8的控制端接第一反相器A1的输出侧。

其中，第七开关管M7和第八开关管M8可以为NMOS管或者NPN三极管。第七开关管M7和第八开关管M8为NMOS管时，第七开关管M7和第八开关管M8的栅极作为控制端，第七开关管M7和第八开关管M8的源极作为第一端，第七开关管M7和第八开关管M8的漏极作为第二端；第七开关管M7和第八开关管M8为NPN三极管时，第七开关管M7和第八开关管M8的基极作为控制端，第七开关管M7和第八开关管M8的发射极作为第一端，第七开关管M7和第八开关管M8的集电极作为第二端。

当该电压检测电路用于欠压检测，且电路由异常状态恢复到稳定状态，输入电压VDD升高到高于时，D点转换为高电平，第五开关管M5和第七开关管M7导通，C点被拉低，输出端OUT转换为输出高电平，第八开关管M8导通，从而加速下拉C点电压，确保电压检测电路快速输出稳定状态的信号。

当该电压检测电路用于过压检测，且电路出现异常情况，使得输入电压VDD升高到高于时，D点转换为高电平，第五开关管M5和第七开关管M7导通，C点被拉低，输出端OUT转换为输出高电平，第八开关管M8导通，从而加速下拉C点电压，确保电压检测电路快速输出异常状态的信号。

若下拉电路仅存在第七开关管M7，会使得D点由低电平转换为高电平的瞬间存在两个下拉开关管（第五开关管M5和第七开关管M7），此时，由于存在两个开关管，会使得D点电压还未升高到第五开关管M5和第七开关管M7的导通设计阈值时，第五开关管M5和第七开关管M7即会导通，从而减小电压检测电路的精度；而由于第八开关管M8的存在，且D点由低电平转换为高电平的瞬间，输出端OUT仍为低电平，故此时，第八开关管M8仍处于关断状态，从而确保第七开关管M7在D点由低电平转换为高电平的瞬间不会导通，此时，只有D点电压升高到第五开关管M5的导通设计阈值时，第五开关管M5才会导通，从而确保了电压检测电路的高精度。

若下拉电路仅存在第八开关管M8，此时由于D点由高电平转换为低电平的瞬间，第五开关管M5关断，但是输出端OUT仍为高电平，第八开关管M8仍处于导通状态，故此时，C点既存在第三可控电流源G3流入的充电电流，又存在第八开关管M8带来的下拉电流，从而导致C点电压无法升高，导致输出端OUT无法输出所需的低电平，降低了电压检测电路的可靠性；而由于第七开关管M7的存在，且当D点由高电平转换为低电平的瞬间，第七开关管M7关断，使得第八开关管M8无法在C点产生下拉电流，从而确保了电压检测电路的可靠性。

图4改进方案可实现的技术效果如下。下拉电路实现了C点电压的快速下拉，进而实现了低功耗电压检测电路快速输出高电平的状态信号。

需要说明的是，图2至图4中的第一二极管D1和第二二极管D2可采用三极管替代，替代三极管的连接方式如第三三极管Q3所示。

如图5所示，当将该电压检测电路用于欠压检测或者过压阈值低于5V的过压检测时，可将该电压检测电路设计为如图5所示的电路结构，即低功耗电压检测电路还包括耗尽型开关管J1。耗尽型开关管J1的控制端接地，耗尽型开关管J1的第一端与输入电压VDD相连，耗尽型开关管J1的第二端连接启动电路。耗尽型开关管J1用于输入电压VDD低于预设电压时使第二端电压等于输入电压VDD，且用于输入电压VDD大于等于预设电压时使第二端电压等于预设电压。

可选的，也可以在图3和图4中增加耗尽型开关管J1，连接方式参考图5。

图5改进方案可实现的技术效果如下。耗尽型开关管J1的控制端接地从而使得当输入电压VDD低于5V时，E点电压等于输入电压VDD，当输入电压VDD大于等于5V时，E点电压等于5V，故此时，可将图5中除耗尽型开关管J1之外的其他所有器件均选取为低压器件，从而可以大大降低电压检测电路的体积和成本，并且可以大大增加输入电压VDD的应用范围。

如图6所示，还可以通过调整图2中第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5的连接方式，得到图6对应的低功耗电压检测电路。

与图2相比，由原本的第三开关管M3的第二端与第三开关管M3的控制端相连，在图6中改变为第四开关管M4的第二端与第四开关管M4的控制端相连；由原本的第五开关管M5的控制端与第四开关管M4的第二端相连，且连接处设有第四检测点D，在图6中改变为第五开关管M5的控制端与第三开关管M3的第二端相连，且连接处设有第四检测点D。

图6对应低功耗电压检测电路与图2对应低功耗电压检测电路相比，区别在于各个状态下，C点信号为相反的电平。

此外，可以在图6的基础上增加转换模块，和/或，耗尽型开关管。

如图7示意出了增加转换模块后的低功耗电压检测电路。与图3相比，在图6的基础上加入转换模块时，区别在于图7无需加入第一反相器A1。

如在图6的基础上增加转换模块，欠压检测或过压检测时保持输入电压变化阈值和输入电压恢复阈值之间具有预设差值，不会导致该电压检测电路的输出端OUT反复切换状态，从而提高了低功耗电压检测电路的准确性；如在图6的基础上增加有耗尽型开关管，可以大大降低电压检测电路的体积和成本，并且大大增加输入电压的应用范围；如增加转换模块和耗尽型开关管，则具有转换模块和耗尽型开关管各自的技术效果。

此外，需要说明的是，图1至图7对应的标注SGND释义为接地。

应当理解的是，在本文中提及的“和/或”，描述案对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种低功耗电压检测电路，其特征在于，包括启动电路、电压生成电路、分压电路和输出电路；

所述启动电路连接输入电压VDD，用于上电后导通所述电压生成电路，所述电压生成电路产生第一电流；所述电压生成电路用于电路稳态后通过所述第一电流生成基准电压；

分压电路包括第五电阻R5和第六电阻R6，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6用于对所述输入电压VDD进行分压；

上电初期，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平；

当所述低功耗电压检测电路用于欠压检测时，当电路进入稳态后，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平；响应于所述输入电压VDD欠压，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平；

当所述低功耗电压检测电路用于过压检测时，当电路进入稳态后，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出高电平；响应于所述输入电压VDD过压，所述低功耗电压检测电路的输出端OUT输出低电平；

所述输出电路包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4和第五开关管M5；

所述第一开关管M1的第一端和所述第二开关管M2的第一端相连，所述第二开关管M2的第二端与所述第四开关管M4的第二端相连，所述第一开关管M1的第二端与所述第三开关管M3的第二端相连，所述第三开关管M3的第一端和所述第四开关管M4的第一端接地；所述第三开关管M3的第二端与所述第三开关管M3的控制端相连，所述第三开关管M3的控制端与所述第四开关管M4的控制端相连；

所述第二开关管M2的控制端连接所述电压生成电路；

所述第一开关管M1的控制端连接所述第五电阻R5的近接地侧，且连接处设有第二检测点B；

所述第五开关管M5的第一端接地，所述第五开关管M5的控制端与所述第四开关管M4的第二端相连，且连接处设有第四检测点D；所述第五开关管M5的第二端连接所述电压生成电路；

所述电压生成电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第七电阻R7、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一可控电流源G1、第二可控电流源G2和第三可控电流源G3；

所述第一可控电流源G1、所述第四电阻R4和所述第二三极管Q2依次串联；所述第七电阻R7、所述第一三极管Q1、所述第三电阻R3和所述第二电阻R2依次串联；所述第二可控电流源G2的调节端和所述第三可控电流源G3的调节端依次并联在所述第一可控电流源Q1的调节端两侧；

所述第一可控电流源G1的电流输入端、所述第二可控电流源G2的电流输入端和所述第三可控电流源G3的电流输入端连接所述输入电压VDD；所述第二可控电流源G2的电流输出端分别连接所述第一开关管M1的第一端和所述第二开关管M2的第一端；所述第三可控电流源G3的电流输出端连接所述第五开关管M5的第二端，且连接处设有第三检测点C；

所述第二三极管Q2的基极与所述第四电阻R4的近输入电压侧相连，所述第二三极管Q2的集电极与所述第四电阻R4的近接地侧相连，所述第二三极管Q2的发射极与所述第三电阻R3的近接地侧相连；

所述第七电阻R7还并联在所述第一可控电流源Q1的调节端两侧；

所述第一三极管Q1的集电极与所述第七电阻R7相连，所述第一三极管Q1的发射极与所述第三电阻R3相连，所述第一三极管Q1的基极与所述第四电阻R4的近接地侧相连。

2.根据权利要求1所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述启动电路包括第一电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2和第三三极管Q3；

所述第一电阻R1、第二二极管D2和第三三极管Q3依次串联，所述第二二极管D2的阴极连接所述第三三极管Q3的集电极与基极，所述第三三极管Q3的发射极接地；

所述第一二极管D1的阳极连接所述第二二极管D2的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接所述第四电阻R4的近接地侧。

3.根据权利要求1所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述第二开关管M2的控制端连接所述第一三极管Q1的基极，且连接处设有第一检测点A，所述第一检测点A处电压为所述基准电压。

4.根据权利要求1所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述第一三极管Q1和所述第二三极管Q2为NPN三极管。

5.根据权利要求2所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述第三三极管Q3为NPN三极管。

6.根据权利要求1至5任一所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述第一开关管M1和所述第二开关管M2为PMOS管，所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5为NMOS管，其中，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的栅极作为控制端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的源极作为第一端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的漏极作为第二端；或，

所述第一开关管M1和所述第二开关管M2为PNP三极管，所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5为NPN三极管，其中，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的基极作为控制端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的发射极作为第一端，所述第一开关管M1、所述第二开关管M2、所述第三开关管M3、所述第四开关管M4和所述第五开关管M5的集电极作为第二端。

7.根据权利要求2或5所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的个数比设计为1:1，所述第一三极管Q1、所述第二三极管Q2和所述第三三极管Q3的个数比设计为N:1:1。

8.根据权利要求1至5任一所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述低功耗电压检测电路还包括转换模块，所述转换模块与所述分压电路相连；所述转换模块用于欠压检测或过压检测时保持输入电压变化阈值和输入电压恢复阈值之间具有预设差值。

9.根据权利要求8所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，

当所述转换模块用于欠压检测时，所述输入电压变化阈值为所述输入电压VDD的欠压阈值，所述输入电压恢复阈值为欠压后所述输入电压VDD的欠压恢复阈值；

当所述转换模块用于过压检测时，所述输入电压变化阈值为所述输入电压VDD的过压阈值，所述输入电压恢复阈值为过压后所述输入电压VDD的过压恢复阈值。

10.根据权利要求8所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述转换模块包括第八电阻R8、第六开关管M6和第一反相器A1；

所述第八电阻R8串联至所述第五电阻R5和所述第六电阻R6之间；所述第六开关管M6的第一端与所述第八电阻R8的近接地侧相连，所述第六开关管M6的第二端与所述第八电阻R8的近输入电压侧相连，且所述第八电阻R8的近接地侧与所述第一开关管M1的控制端相连，所述第六开关管M6的控制端与所述第一反相器A1的输出侧相连，所述第一反相器A1的输入侧连接所述第五开关管M5的第二端。

11.根据权利要求10所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述低功耗电压检测电路还包括下拉电路，所述下拉电路与所述输出电路相连；

所述下拉电路包括第七开关管M7和第八开关管M8，所述第七开关管M7的第一端与所述第八开关管M8的第二端相连，所述第七开关管M7的第二端与所述第一反相器A1的输入侧相连，所述第七开关管M7的控制端与所述第五开关管M5的控制端相连；所述第八开关管M8的第一端接地，所述第八开关管M8的控制端接所述第一反相器A1的输出侧。

12.根据权利要求1至5任一所述的低功耗电压检测电路，其特征在于，所述低功耗电压检测电路还包括耗尽型开关管J1；

所述耗尽型开关管J1的控制端接地，所述耗尽型开关管J1的第一端与输入电压VDD相连，所述耗尽型开关管J1的第二端连接所述启动电路；所述耗尽型开关管J1用于所述输入电压VDD低于预设电压时使第二端电压等于所述输入电压VDD，且用于所述输入电压VDD大于等于所述预设电压时使所述第二端电压等于所述预设电压。