CN118091236A - 一种检测电源波动的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测电源波动的电路，包括电源电压采样电路、参考电压电路和比较电路，参考电压电路通过配置实现不同的阈值电压，电源电压采样电路采集电源电压波动值，比较电路将采集到的电源电压波动值与阈值电压进行比较，当检测到电源电压波动值超过阈值电压，比较电路输出结果发生变化，电路输出报警信号。优点，本发明电路，相较于传统的电压波动检测电路，该方式可以实时检测电源电压的波动，同时，本实施例电路的电压检测阈值可调，可以检测不同的波动频率，满足了更多场景的需求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种检测电源波动的电路。
背景技术
随着科技的发展，电子设备普及于方方面面，无论是消费电子、汽车领域，还是军工领域。而电源作为电子设备的必要因素，也被赋予了越来越高的要求。众所周知，电子设备在工作时，经常会受到外部干扰，引起电源波动。所谓电源波动，即电源超过设定电压或者小于设定电压。这在一定程度上会影响系统工作或性能，甚至会损坏芯片。
目前，市面上有很多检测电源的电路，不过都存在一些不足。一方面，检测电压波动的阈值单一，无法根据需求设置，灵活性不高；另一方面，只能检测电源波动的平均值，而很多芯片的击穿是出现在瞬间。因此，实现电压阈值可调，实时监测电源电压显得至关重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种检测电源波动的电路，该电路，实时检测；检测阈值可调；可检测不同的电源抖动频率。
采取的技术方案如下：
一种检测电源波动的电路，包括电源电压采样电路、参考电压电路和比较电路，参考电压电路通过配置实现不同的阈值电压，电源电压采样电路采集电源电压波动值，比较电路将采集到的电源电压波动值与阈值电压进行比较，当检测到电源电压波动值超过阈值电压，比较电路输出结果发生变化，电路输出报警信号。
对本发明技术方案优选，参考电压电路包括开关S1-S5、两个电容C2和两个电容C3，参考电压vref1和参考电压vref2分别通过开关S1和开关S2接第一个电容C2的一端，第一个电容C2的另一端接点Vx；其中，开关S1由ph信号控制和开关S2由信号控制，ph信号和信号为一组反相信号；参考电压vref3和参考电压vref4分别通过开关S3和开关S4接第二个电容C2的一端，第二个电容C2的另一端接点Vy；其中，开关S4由ph信号控制和开关S3由/>信号控制；参考电压Vcm通过开关S5分两路分别通过电容C3接点Vx和点Vy；开关S5由ph信号控制；参考电压vref1、参考电压vref2、参考电压vref3、参考电压vref4和参考电压Vcm均可调。本发明的参考电压电路，各个参数可调，灵活性高。
对本发明技术方案优选，比较电路由多个反相器组成，比较电路的输出由D触发器发出报警信号。
对本发明技术方案优选，比较电路包括五个反相器INV1-INV5、缓冲器BUF、与非门NAND和D触发器，反相器INV1、反相器INV2和反相器INV3串接后，接在点Vx与与非门NAND之间，在反相器INV1和反相器INV2之间串接一个隔直电容C4，在反相器INV1和反相器INV2的输入与输出之间均并联一个开关S6，两个开关S6均由ph信号控制；反相器INV4、反相器INV5和缓冲器BUF串接后，接在点Vy与与非门NAND之间，在反相器INV4和反相器INV5之间串接一个隔直电容C4，在反相器INV4和反相器INV5的输入与输出之间均并联一个开关S7，两个开关S7均由ph信号控制；与非门NAND的输出接D触发器的输入CK，D触发器的D端接VDD，Q端输出，RN端由信号控制。本发明的比较电路，实时检测，一旦与非门的输出由0变为vdd，D触发器输出就由0变为vdd，即报警。
对本发明技术方案优选，电源电压采样电路的电源电压VDDE通过隔直电容C1分两路分别通过电容C3接点Vx和点Vy。本发明的电源电压采样电路，采集外界随时可能波动的电源电压，相当于电路的输入信号。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：
本发明电路，相较于传统的电压波动检测电路，该方式可以实时检测电源电压的波动，同时，本实施例电路的电压检测阈值可调，可以检测不同的波动频率，满足了更多场景的需求。
本发明电路，本发明电路有上下两路，可以检测电源电压的上跳波动和下跳波动。
附图说明
图1是本发明的电路模块结构示意图；
图2是本发明的电路图；
图3是本发明中ph与信号的时序图；
图4是实施例电路的复位阶段的电路图；
图5是实施例电路的检测阶段的电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-附图5及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本实施例系一种检测电源波动的电路，本实施例的电路模块结构如图1所示。整体电路分为两部分：参考电路、采样电路和比较电路。参考电路可通过配置实现不同的阈值电压（其中[n：0]表示共n+1比特）、采样电路采集电源电压波动值，比较电路将采集到的电源电压波动值与阈值电压进行比较，一旦检测到电源波动超过阈值，比较器输出结果发生变化，芯片就会输出报警信号。相较于传统的电压波动检测电路，该方式可以实时检测电源电压的波动，同时，本实施例电路的电压检测阈值可调，可以检测不同的波动频率，满足了更多场景的需求。
如图2所示，本实施例一种检测电源波动的电路中，比较电路包括五个反相器INV1- INV5、缓冲器BUF、与非门NAND和D触发器DFF，反相器INV1、反相器INV2和反相器INV3串接后，接在点Vx与与非门NAND之间，在反相器INV1和反相器INV2之间串接一个隔直电容C4，在反相器INV1和反相器INV2的输入与输出之间均并联一个开关S6，两个开关S6均由ph信号控制；反相器INV4、反相器INV5和缓冲器BUF串接后，接在点Vy与与非门NAND之间，在反相器INV4和反相器INV5之间串接一个隔直电容C4，在反相器INV4和反相器INV5的输入与输出之间均并联一个开关S7，两个开关S7均由ph信号控制；与非门NAND的输出接D触发器的输入CK，D触发器的D端接VDD，Q端输出，RN端由信号控制。
如图2所示，本实施例一种检测电源波动的电路中，参考电压电路包括开关S1-S5、两个电容C2和两个电容C3，参考电压vref1和参考电压vref2分别通过开关S1和开关S2接第一个电容C2的一端，第一个电容C2的另一端接点Vx；其中，开关S1由ph信号控制和开关S2由信号控制，ph信号和/>信号为一组反相信号；参考电压vref3和参考电压vref4分别通过开关S3和开关S4接第二个电容C2的一端，第二个电容C2的另一端接点Vy；其中，开关S4由ph信号控制和开关S3由/>信号控制；参考电压Vcm通过开关S5分两路分别通过电容C3接点Vx和点Vy；开关S5由ph信号控制。
如图2所示，本实施例一种检测电源波动的电路中，电源电压采样电路中，电源电压VDDE通过隔直电容C1分两路分别通过电容C3接点Vx和点Vy。
本实施例一种检测电源波动的电路的基本原理如图2所示，其中，D触发器RN低电平有效，CK上升沿触发；反相器作为比较器使用。ph与信号为反相信号，如图3所示，为ph与/>信号的时序图。
该电源波动检测电路可检测波动信号超过阈值和低于阈值的电源，其包含两种工作阶段：复位阶段（Reset阶段）和检测阶段（Detect阶段）。复位阶段，ph开关闭合，点Vx与点Vy实现自偏置电压，确认点Vx与点Vy，同时采集参考电压vref1与vref4，D触发器处于reset状态，EMCOUT=0。检测阶段，ph开关断开，根据电荷守恒原理，点Vx、点Vy与点Vz电位发生变化；一旦电源电压VDDE波动，波动信号传递到点Vx与点Vy，引起二者扰动，比较器再将扰动值与阈值电压相关量进行比较。若波动幅度未超过阈值，D触发器保持不变，EMCOUT=0；若波动幅度超过阈值，D触发器CK出现上升沿，引起D触发器翻转，EMCOUT=vdd，表示芯片发出报警信号。
具体实施过程：
如图4所示，本实施例电路的Reset阶段的实现方式。
反相器通过输入输出短接，此时点Vx=点Vy，定义为Va，同时采集检测阈值相关量（vref1与vref4）的信号。另一方面，D触发器处于reset状态，EMCOUT=0。
如图5所示，本实施例电路的Detect阶段的实现方式。
因为在复位reset阶段与检测detect阶段，点Vx、点Vy、Vz满足节点电荷守恒。即
（1）
（2）
（3）
其中，C23为C2与C3串联的电容值，。通过（3）可以得到
（4）
联立（1）-(2),我们可以得到下面两个式子
（5）
（6）
当电源电压VDDE波动ΔVDDE，点Vx与点Vy会引起交流扰动vrip，其大小为：
（7）
其中，C0为C1往右边看到的等效电容，
此时，
（8）
（9）
在公式（8）-（9）中，、/>为上下跳阈值。vref1、vref2、vref3、vref4、vcm、C2、C3均可调。故可以通过设置vref1、vref2、vcm、C2、C3之间的大小关系，以及vref3、vref4、vcm、C2、C3之间的大小关系，可实现检测VDDE的单一上跳阈值检测，或单一下跳检测，或上下跳均可检测的目的。
下面以vref1＞vref2，vref3＞vref4，Vz=vcm来说明具体的检测过程。
当电源正常供电时（vrip=0），点Vx＜Va，反相器INV1的P管导通，点Vx后的第一级反相器INV1输出为vdd，第三级放大输出为vdd；点Vy＞Va，反相器INV4的N管导通，点Vy后第一级反相器INV4输出为0，第二级放大输出为vdd。此时，与非门NAND两输入均为vdd，输出为0（逻辑“0”），D触发器处于保持状态，EMCOUT=0。
当电源上跳超过上下跳阈值时（vrip＞0），点Vx＞Va，反相器INV1的N管导通，点Vx后第一级反相器INV1输出为0，第三级放大输出从vdd到0；点Vy＞Va，反相器INV4的N管导通，点Vy后第一级反相器INV4输出为0，第二级放大输出为vdd。此时，与非门NAND两输入为0和vdd，输出为vdd（逻辑“1”），相较于正常供电（vrip=0），此时D触发器的CK端产生一个上升沿，引起D触发器输出翻转，EMCOUT=vdd，实现实时检测电源上跳的目的。
当电源下跳超过上下跳阈值时（vrip＜0），点Vx＜Va，反相器INV1的P管导通，点Vx后第一级反相器INV1输出为vdd，第三级放大输出为vdd；点Vy＜Va，反相器INV4的P管导通，点Vy后第一级反相器INV4输出为vdd，第二级放大输出从vdd到0。此时，与非门NAND两输入为vdd和0，输出为vdd（逻辑“1”），相较于正常供电（vrip=0），此时D触发器的CK端产生一个上升沿，引起D触发器输出翻转，EMCOUT=vdd，实现实时检测电源下跳的目的。
将上述公式（7）移项，可得到，电源波动幅度阈值与vref1和vref4相关的公式
（10）
根据公式（10），可以看出，在其余变量一定的情况下，通过改变参考电压vref1和vref4,可以调节检测电源波动的阈值，增加了检测的灵活性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种检测电源波动的电路，其特征在于，包括电源电压采样电路、参考电压电路和比较电路，参考电压电路通过配置实现不同的阈值电压，电源电压采样电路采集电源电压波动值，比较电路将采集到的电源电压波动值与阈值电压进行比较，当检测到电源电压波动值超过阈值电压，比较电路输出结果发生变化，电路输出报警信号。
2.根据权利要求1所述的检测电源波动的电路，其特征在于，参考电压电路包括开关S1-S5、两个电容C2和两个电容C3，
参考电压vref1和参考电压vref2分别通过开关S1和开关S2接第一个电容C2的一端，第一个电容C2的另一端接点Vx；其中，开关S1由ph信号控制和开关S2由信号控制，ph信号和信号为一组反相信号；
参考电压vref3和参考电压vref4分别通过开关S3和开关S4接第二个电容C2的一端，第二个电容C2的另一端接点Vy；其中，开关S4由ph信号控制和开关S3由信号控制；
参考电压Vcm通过开关S5分两路分别通过电容C3接点Vx和点Vy；开关S5由ph信号控制；
参考电压vref1、参考电压vref2、参考电压vref3、参考电压vref4和参考电压Vcm均可调。
3.根据权利要求2所述的检测电源波动的电路，其特征在于，所述比较电路由多个反相器组成，比较电路的输出由D触发器发出报警信号。
4.根据权利要求3所述的检测电源波动的电路，其特征在于，所述比较电路包括五个反相器INV1-INV5、缓冲器BUF、与非门NAND和D触发器，
反相器INV1、反相器INV2和反相器INV3串接后，接在点Vx与与非门NAND之间，在反相器INV1和反相器INV2之间串接一个隔直电容C4，在反相器INV1和反相器INV2的输入与输出之间均并联一个开关S6，两个开关S6均由ph信号控制；
反相器INV4、反相器INV5和缓冲器BUF串接后，接在点Vy与与非门NAND之间，在反相器INV4和反相器INV5之间串接一个隔直电容C4，在反相器INV4和反相器INV5的输入与输出之间均并联一个开关S7，两个开关S7均由ph信号控制；
与非门NAND的输出接D触发器的输入CK，D触发器的D端接VDD，Q端输出，RN端由信号控制。
5.根据权利要求4所述的检测电源波动的电路，其特征在于，电源电压采样电路的电源电压VDDE通过隔直电容C1分两路分别通过电容C3接点Vx和点Vy。
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