CN117850529A - 一种具有温度系数的超低电压监控电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有温度系数的超低电压监控电路,包括:电荷泵模块:用于产生直流电压VCC2并输出至振荡器模块、负温电流产生模块和基准模块;振荡器模块:用于产生时钟信号并输出给电荷泵模块;负温电流产生模块:用于产生负温电流并输出至振荡器模块;基准模块:用于提供基准电压并输出至电压检测模块和负温电流产生模块;电压检测模块:用于实现电压检测。本发明可以实现低压的电压检测,同时还有负温特性,且易于实现。

Description

一种具有温度系数的超低电压监控电路
技术领域
本发明涉及芯片低压技术领域,更具体的说是涉及一种具有温度系数的超低电压监控电路。
背景技术
对于芯片管理,一般使用低压检测(Low Voltage Detect,LVD)模块进行低电检测。但是,常规的芯片低压检测技术,受限最低工作电压,无法实现输入电压过低的检测。
因此,如何提供一种具有温度系数的超低电压监控电路是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种具有温度系数的超低电压监控电路,电路简单,易于实现。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种具有温度系数的超低电压监控电路,包括:
电荷泵模块:用于产生直流电压VCC2并输出至振荡器模块、负温电流产生模块和基准模块;
振荡器模块:用于产生时钟信号并输出给所述电荷泵模块;
负温电流产生模块:用于产生负温电流并输出至所述振荡器模块;
基准模块:用于提供基准电压并输出至电压检测模块和所述负温电流产生模块;
电压检测模块:用于实现电压检测。
优选地,所述电荷泵模块包括PMOS管PM0、PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4、PMOS管PM5、NMOS管NM0、NMOS管NM1、电容C0、电容C1、电容C2、电阻R1和齐纳二极管D0;
输入的时钟信号通过反相器分别与所述PMOS管PM0的栅极和所述NMOS管NM0的栅极连接,且时钟信号分别与所述PMOS管PM1的栅极和所述NMOS管NM1的栅极连接,所述PMOS管PM0的漏极和所述NMOS管NM0的漏极均连接至所述电容C1上,所述PMOS管PM1的漏极和所述NMOS管NM1的漏极均连接至所述电容C0上;
所述PMOS管PM2的漏极和所述PMOS管PM3的栅极均连接至所述电容C0和所述PMOS管PM5的源极的连接节点上,所述PMOS管PM2的栅极和所述PMOS管PM3的漏极均连接在所述电容C1和所述PMOS管PM4的漏极的连接节点上,所述PMOS管PM4的漏极和所述PMOS管PM5的栅极连接,所述PMOS管PM4的栅极和所述PMOS管PM5的源极连接,所述PMOS管PM4的源极和所述PMOS管PM5的漏极的连接节点上连接所述电阻R1;
所述齐纳二极管D0的正极接地,所述齐纳二极管D0的负极和所述电阻R1的连接节点上输出直流电压VCC2,且所述齐纳二极管D0并联所述电容C2。
优选地,所述振荡器模块包括PMOS管PM6、NMOS管NM6、电容C4、比较器COMP1、反相器INV1、反相器INV2以及反相器INV3,所述PMOS管PM6的漏极和所述NMOS管NM6的源极的连接节点与所述比较器COMP1的电流输入端口连接,所述比较器COMP1的输出端上分别依次连接有所述反相器INV1、所述反相器INV2以及所述反相器INV3,比较器COMP1的输出端和所述反相器INV1的连接节点与所述NMOS管NM6的栅极连接,所述反相器INV1和所述反相器INV2的连接节点与所述PMOS管PM6的栅极连接,所述NMOS管NM6的源极和接地端之间设置有所述电容C4。
优选地,所述负温电流产生模块包括PNP管Q0、放大器OPA1、PMOS管PM8、PMOS管PM9、PMOS管PM10以及电阻R7,所述放大器OPA1的正相输入端与所述PNP管Q0的发射极的连接节点接偏置电流,所述PNP管Q0的基极和漏极短接,所述放大器OPA1的反相输入端和所述PMOS管PM8的漏极连接节点上连接所述电阻R7,所述PMOS管PM8和所述PMOS管PM10分别镜像所述PMOS管PM9处流过的电流。
优选地,所述电压检测模块包括电阻R3、电阻R4和比较器COMP2,所述比较器COMP2的电流输入端口连接在所述电阻R3和所述电阻R4的连接节点上,所述比较器COMP2的参考电流输入端口用于输入内部基准电压VREF2。
优选地,所述PNP管Q0的发射极的输入电压V2具有负温特征,通过电流镜像所述PMOS管PM10漏极端电流Ib3与所述PMOS管PM8源极端电流相等。
优选地,所述振荡器模块电容充电时间T计算公式为:
T=C4*Vref/Ib3;
其中,Vref表示基准电压,C4表示电容C4的电容值。
优选地,所述PMOS管PM10漏极端电流Ib3与所述PMOS管PM8源极端电流Ib2均为负温电流。
优选地,所述振荡器模块还包括二极管D1,所述二极管D1设置在VCC和直流电压VCC2之间。经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明公开提供了一种具有温度系数的超低电压监控电路,可以实现低压的电压检测,同时还有负温特性,且易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种具有温度系数的超低电压监控电路结构示意图。
图2为本发明提供的电荷泵模块电路图,A、B是电荷泵充放电的节点,两个节点电压信号互为反向,C是电荷泵最终输出的节点。
图3为本发明提供的振荡器模块电路图。
图4为本发明提供的负温电流产生模块电路图。
图5为本发明提供的电压检测模块电路图。
图6为本发明提供的振荡器温度特性示意图,横坐标Temp表示环境温度。
具体实施方式
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,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种具有温度系数的超低电压监控电路,如图1所示,包括:
电荷泵模块:用于产生直流电压VCC2并输出至振荡器模块、负温电流产生模块和基准模块;
振荡器模块:用于产生时钟信号并输出给电荷泵模块;
负温电流产生模块:用于产生负温电流并输出至振荡器模块;
基准模块:用于提供基准电压并输出至电压检测模块和负温电流产生模块;
电压检测模块:用于实现电压检测。
基于上述实施例,在本实施例中如图2所示,电荷泵模块包括PMOS管PM0、PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4、PMOS管PM5、NMOS管NM0、NMOS管NM1、电容C0、电容C1、电容C2、电阻R1和齐纳二极管D0;
输入的时钟信号CLK通过反相器分别与PMOS管PM0的栅极和NMOS管NM0的栅极连接,且时钟信号分别与PMOS管PM1的栅极和NMOS管NM1的栅极连接,PMOS管PM0的漏极和NMOS管NM0的漏极均连接至电容C1上,PMOS管PM1的漏极和NMOS管NM1的漏极均连接至电容C0上;
PMOS管PM2的漏极和PMOS管PM3的栅极均连接至电容C0和PMOS管PM5的源极的连接节点上,PMOS管PM2的栅极和PMOS管PM3的漏极均连接在电容C1和PMOS管PM4的漏极的连接节点上,PMOS管PM4的漏极和PMOS管PM5的栅极连接,PMOS管PM4的栅极和PMOS管PM5的源极连接,PMOS管PM4的源极和PMOS管PM5的漏极的连接节点上连接电阻R1;
齐纳二极管D0的正极接地,齐纳二极管D0的负极和电阻R1的连接节点上输出直流电压VCC2,且齐纳二极管D0并联电容C2,齐纳二极管D0实现稳定VCC2电压的作用。
电荷泵模块还包括二极管D1,二极管D1设置在VCC和直流电压VCC2之间,可以实现上电初期VCC的供电。
本发明电荷泵模块具体电路原理为:输入的时钟信号CLK,分别转化成反向时钟控制给电容C0、电容C1充电,再通过PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4、PMOS管PM5实现电荷泵的升压效果,输出的电压经过电阻R1和电容C2实现滤波输出DC电压VCC2。
基于上述实施例,在本实施例中如图3所示,振荡器模块包括PMOS管PM6、NMOS管NM6、电容C4、比较器COMP1、反相器INV1、反相器INV2以及反相器INV3,PMOS管PM6的漏极和NMOS管NM6的源极的连接节点与比较器COMP1的电流输入端口连接,比较器COMP1的输出端上分别依次连接有反相器INV1、反相器INV2以及反相器INV3,比较器COMP1的输出端和反相器INV1的连接节点与NMOS管NM6的栅极连接,反相器INV1和反相器INV2的连接节点与PMOS管PM6的栅极连接,NMOS管NM6的源极和接地端之间设置有电容C4。
本发明振荡器模块通过比较器COMP1比较Vref和V1的电压输出控制信号控制NMOS管NM6和PMOS管PM6的开启和关闭,实现对电容的C4的充放电,其中,V1表示比较器COMP1正向输入电压,输出的振荡频率受充电时间控制,充电时间T计算公式为:
T=C4*Vref/Ib3
其中,Vref表示基准电压,C4表示电容C4的电容值。
基于上述实施例,在本实施例中如图4所示,负温电流产生模块包括PNP管Q0、放大器OPA1、PMOS管PM8、PMOS管PM9、PMOS管PM10以及电阻R7,放大器OPA1的正相输入端与PNP管Q0的发射极的连接节点接偏置电流,PNP管Q0的基极和漏极短接,放大器OPA1的反相输入端和PMOS管PM8的漏极连接节点上连接电阻R7,PMOS管PM8和PMOS管PM10分别镜像PMOS管PM9处流过的电流。
本发明中来自基准模块的偏置电流Ib1流过PNP管Q2的发射极,PNP管Q0基极短接漏极,此时PNP管Q0相当于一个二极管,所以放大器OPA1正向输入电压V2电压Vbe具有负温特性。V2通过放大器OPA1控制PM8,钳制V3=V2,则流过电阻R7的电流Ib2=Vbe/R7,通过电流镜像Ib3=Ib2,Ib2=Vbe/R,由于 Vbe负温特性,所以Ib2也是负温电流,Ib3提供给振荡器模块,由于Ib3=Ib2,所以Ib3也是负温电流。
基于上述实施例,在本实施例中如图5所示,电压检测模块包括电阻R3、电阻R4和比较器COMP2,比较器COMP2的电流输入端口连接在电阻R3和电阻R4的连接节点上,比较器COMP2的参考电流输入端口用于输入内部基准电压VREF2。
本发明电压检测模块通过电阻R3和R4对VCC信号进行分压,通过比较器COMP2将V4与内部基准电压VREF2进行比较,输出电压比较结果Vout,实现电压检测,其中V4表示比较器COMP2正向输入电压。
如图6所示,振荡器的温度特性,温度升高,由于Ib3的负温特性,导致振荡器的充电时间加长,进一步导致时钟变慢,导致电荷泵工作效率降低,导致VCC2电压下降,从而减少发热,同时更容易导致输出复位信号,避免芯片工作电压过低。
当VCC上电后电压下降到低于2个MOS管的开启阈值,一般的模拟电路无法正常工作。本发明在VCC上电后,通过电荷泵产生更高的电压,避免VCC电压下降较低,从而引起模拟电路工作异常的问题,即电荷泵模块开始工作产生VCC2,振荡器模块、电压检测模块等都工作在VCC2,通过电荷泵的作用,在外部电源VCC下降比较低时,还能提供比较正常的电源VCC2给电压检测模块,确保其可以正常工作。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,包括:
电荷泵模块:用于产生直流电压VCC2并输出至振荡器模块、负温电流产生模块和基准模块;
振荡器模块:用于产生时钟信号并输出给所述电荷泵模块;
负温电流产生模块:用于产生负温电流并输出至所述振荡器模块;
基准模块:用于提供基准电压并输出至电压检测模块和所述负温电流产生模块;
电压检测模块:用于实现电压检测。
2.根据权利要求1所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述电荷泵模块包括PMOS管PM0、PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4、PMOS管PM5、NMOS管NM0、NMOS管NM1、电容C0、电容C1、电容C2、电阻R1和齐纳二极管D0;
输入的时钟信号通过反相器分别与所述PMOS管PM0的栅极和所述NMOS管NM0的栅极连接,且时钟信号分别与所述PMOS管PM1的栅极和所述NMOS管NM1的栅极连接,所述PMOS管PM0的漏极和所述NMOS管NM0的漏极均连接至所述电容C1上,所述PMOS管PM1的漏极和所述NMOS管NM1的漏极均连接至所述电容C0上;
所述PMOS管PM2的漏极和所述PMOS管PM3的栅极均连接至所述电容C0和所述PMOS管PM5的源极的连接节点上,所述PMOS管PM2的栅极和所述PMOS管PM3的漏极均连接在所述电容C1和所述PMOS管PM4的漏极的连接节点上,所述PMOS管PM4的漏极和所述PMOS管PM5的栅极连接,所述PMOS管PM4的栅极和所述PMOS管PM5的源极连接,所述PMOS管PM4的源极和所述PMOS管PM5的漏极的连接节点上连接所述电阻R1;
所述齐纳二极管D0的正极接地,所述齐纳二极管D0的负极和所述电阻R1的连接节点上输出直流电压VCC2,且所述齐纳二极管D0并联所述电容C2。
3.根据权利要求1所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述振荡器模块包括PMOS管PM6、NMOS管NM6、电容C4、比较器COMP1、反相器INV1、反相器INV2以及反相器INV3,所述PMOS管PM6的漏极和所述NMOS管NM6的源极的连接节点与所述比较器COMP1的电流输入端口连接,所述比较器COMP1的输出端上分别依次连接有所述反相器INV1、所述反相器INV2以及所述反相器INV3,比较器COMP1的输出端和所述反相器INV1的连接节点与所述NMOS管NM6的栅极连接,所述反相器INV1和所述反相器INV2的连接节点与所述PMOS管PM6的栅极连接,所述NMOS管NM6的源极和接地端之间设置有所述电容C4。
4.根据权利要求3所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述负温电流产生模块包括PNP管Q0、放大器OPA1、PMOS管PM8、PMOS管PM9、PMOS管PM10以及电阻R7,所述放大器OPA1的正相输入端与所述PNP管Q0的发射极的连接节点接偏置电流,所述PNP管Q0的基极和漏极短接,所述放大器OPA1的反相输入端和所述PMOS管PM8的漏极连接节点上连接所述电阻R7,所述PMOS管PM8和所述PMOS管PM10分别镜像所述PMOS管PM9处流过的电流。
5.根据权利要求1所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述电压检测模块包括电阻R3、电阻R4和比较器COMP2,所述比较器COMP2的电流输入端口连接在所述电阻R3和所述电阻R4的连接节点上,所述比较器COMP2的参考电流输入端口用于输入内部基准电压VREF2。
6.根据权利要求4所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述PNP管Q0的发射极输入电压V2具有负温特征。
7.根据权利要求6所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,通过电流镜像所述PMOS管PM10漏极端电流Ib3与所述PMOS管PM8源极端电流Ib2相等。
8.根据权利要求7所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述振荡器模块电容充电时间T计算公式为:
T=C4*Vref/Ib3;
其中,Vref表示基准电压,C4表示电容C4的电容值。
9.根据权利要求7所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述PMOS管PM10漏极端电流Ib3与所述PMOS管PM8源极端电流Ib2均为负温电流。
10.根据权利要求2所述的一种具有温度系数的超低电压监控电路,其特征在于,所述电荷泵模块还包括二极管D1,所述二极管D1设置在VCC和直流电压VCC2之间。
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