CN1534302A - 电压检测电路 - Google Patents

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Abstract

传统上，按照使用作电压检测的参考电平的预定电平的温度系数等于“0”的方式配置的电压检测电路不是由最少所需电路元件构成的。本发明的电压检测电路是由最少所需电路元件构成，其允许任意地设置用于电压检测的参考电平的温度特性。该电压检测电路具有：具有连接在一起的发射极以构成差分对的第一晶体管和第二晶体管；将输入电压分成第一分压和第二分压的分压电路，其与第一晶体管的基极直接相连以向其施加第一分压，并与第二晶体管的基极直接相连以向其施加第二分压；具有一端与第二晶体管的基极相连以及与第二晶体管的发射极相连的另一端的电阻器。根据来自差分对的输出，检测输入电压是否等于预定电平。

Description

电压检测电路
本申请基于在2003年4月2日递交的日本专利申请No.2003-099185，其内容一并在此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于检查输入电压是否等于预定电平的电压检测电路。
背景技术
图4示出了传统的电压检测电路的配置的实例。在图4所示的电压检测电路中，当向输入端子5施加的电压Vcc高于预定电平Vsh时，从端子4所输出的电压等于电压Vcc；当向输入端子5施加的电压Vcc低于预定电平Vsh时，从端子4所输出的电压等于“0”。此外，在图4中所示的电压检测电路中，由电阻器r1到r3和二极管接法晶体管Tr1组成的分压电路的分压因子、晶体管Tr4的基极—发射极电压、晶体管Tr5的基极—发射极电压、电阻器r4的电阻、以及电阻器r5的电阻按照使预定电平Vsh的温度系数等于“0”来设置。顺便提及，在日本已登记专利No.3218641中公开了图4中所示的电压检测电路。
如上所述，在图4中所示的电压检测电路中，由电阻器r1到r3和二极管接法晶体管Tr1组成的分压电路的分压因子、晶体管Tr4的基极—发射极电压、晶体管Tr5的基极—发射极电压、电阻器r4的电阻、以及电阻器r5的电阻按照使预定电平Vsh的温度系数等于“0”来设置。这表示图4中所示的电压检测电路绝对地必需设置有电阻器r1到r3、晶体管Tr1、晶体管Tr4、晶体管Tr5、电阻器r4、以及电阻器r5。
结果，其中可以使用作电压检测的参考电平的预定电平Vsh的温度系数等于“0”的图4所示的电压检测电路比其中用于电压检测的参考电平随温度变化的电压检测电路需要更大数量的电路元件。由于在构成电路的电路元件的数量方面的增加阻碍了其成本降低和小型化，需要使这样的在所使用电路元件的数量的增加减少到最小，然而，在图4中所示的电压检测电路没有由最少所需的电路元件数量来构成。
发明内容
本发明的目的是提供一种能由最少所需电路元件数量组成的电压检测电路，该电路允许任意地设置用于电压检测的参考电平的温度特性。
为了实现上述目的，根据本发明的电压检测电路设置有：第一晶体管和第二晶体管，具有连接在一起的发射极以构成差分对；分压电路，用于将输入电压分成第一分压和第二分压，将该分压电路与第一晶体管的基极直接相连以将第一分压施加到第一晶体管的基极，将分压电路与第二晶体管的基极直接相连以将第二分压施加到第二晶体管的基极；以及电阻器，具有与第二晶体管的基极相连的一端以及具有与第二晶体管的发射极相连的另一端。此时，根据来自差分对的输出，检测输入电压是否与预定电平相等。
按照上述配置，通过适当设置分压电路的分压因子、第一晶体管的基极—发射极电压、第二晶体管的基极—发射极电压、以及一端与第二晶体管的基极相连而另一端与第二晶体管的发射极相连的电阻器的电阻，可以任意地设置预定电平(用于检测电压的预定电平)的温度特性。此外，由于分压电路直接与第一晶体管的基极和第二晶体管的基极相连，该电压检测电路可以由最少所需电路元件数量组成。
附图说明
采用参考附图结合优选实施例，从以下描述中本发明的其它目的和特征将变得更加清晰。
图1是示出了具体实现本发明的电压检测电路的配置实例图；
图2是示意性地示出了NPN型晶体管的一部分的结构的透视图；
图3是示意性地示出了PNP型晶体管的一部分的结构的透视图；以及
图4是示出了传统的电压检测电路的配置实例图。
具体实施方式
图1示出了具体实现本发明的电压检测电路的配置实例。图1中所示的电压检测电路包括输入端子1、恒流源2、输出端子3、PNP型晶体管Q1到Q3、NPN型晶体管Q4到Q6、以及电阻器R1到R4。
将输入端子1与晶体管Q3的发射极相连，并还通过恒流源恒流源2与晶体管Q1的发射极和晶体管Q2的发射极相连。通过由电阻器R1到R3组成的串联电路使晶体管Q3的集电极与“地”相连。使晶体管Q3的集电极和基极短路在一起。
将晶体管Q1的基极与使电阻器R1和R2连接在一起的节点直接相连，以及将晶体管Q2的基极与使电阻器R2和R3连接在一起的节点直接相连。将晶体管Q2的发射极和基极通过电阻器R4连接在一起。
将晶体管Q1的集电极与晶体管Q4的集电极和晶体管Q6的基极相连，将晶体管Q2的集电极与晶体管Q5的集电极相连。使晶体管Q5的集电极和基极一起短路，以及晶体管Q4的基极和晶体管Q5的基极连接在一起。将晶体管Q4的发射极和晶体管Q5的发射极连接在一起并与“地”连接。
将晶体管Q6的集电极与输出端子3相连，将晶体管Q6的发射极与“地”相连。
按照上述配置，图1中所示的电压检测电路如下进行操作。当施加到输入端子1的电压低于阈值电平Vs时，电阻器R2两端的电位差较低，从而使晶体管Q1保持导通并使晶体管Q2保持截止。这样使晶体管Q6导通，因此输出端子3保持在地电位。相反，当施加到输入端子1的电压高于阈值电平Vs时，在电阻器R2两端的电位差较高，从而晶体管Q1和Q2同时保持导通。这样使晶体管Q6保持截止，因此输出端子3保持为开路状况。在图1中所示的电压检测电路的该操作中，阈值电平Vs充当用于电压检测的参考电平。
下面，将对阈值电平Vs的温度特性，即用于电压检测的参考电平进行描述。这里，当晶体管Q1和Q2的集电极电流处于平衡状态时，让晶体管Q1的基极—发射极电压和晶体管Q2的基极—发射极电压之间的差与所观察那样等于VBE。通过使晶体管Q1的发射极电流密度和晶体管Q2的发射极密度彼此不同来产生电压VBE。例如，通过向晶体管Q1和Q2提供不同的发射极区域，可以使晶体管Q1和Q2的发射极电流密度不同。
让晶体管Q3的基极—发射极电压等于VF1，并让晶体管Q2的基极—发射极电压等于VF2。让流过电阻器R2的电流等于I1，让从使电阻器R4与晶体管Q2的基极连接在一起的节点流到使电阻器R2和R3连接在一起的节点的电流等于I2，并让电阻器R1、R2、R3和R4的电阻分别等于R1、R2、R3、和R4。
如果假定晶体管Q1和Q2的基极电流可以忽略，阈值电平Vs、电流I1、以及电流I2分别由以下等式(1)到(3)给出。
Vs＝VF1+(R1+R2)□I1+R3□(I1+I2)                    (1)
I1＝ΔVBE/R2                                       (2)
I2＝VF2/R4                                         (3)
当将等式(1)到(3)组合在一起时，阈值电平Vs由以下等式(4)给出。
VS＝VF1+(R1+R2)□ΔVBE/R2+R3□(ΔVBE/R2+VF2/R4)    (4)
当向晶体管Q2和Q3提供相同的特性，从而使其基极—发射极电压VF1和VF2分别相等，则保持了等式VF1＝VF2＝VF。因此，上述等式(4)可以重排为以下等式(5)。
当相对于绝对温度T对上述等式(5)偏微分时，得到下列等式(6)。
在等式(6)中，右侧的第一项具有正值，右侧的第二项具有负值。因此，通过适当地设置晶体管Q1到Q3的基极—发射极电压和电阻R1到R4，可以将阈值电平Vs的温度系数Vs/T设置为正任意值、负任意值和零中的任何一个。通常，晶体管Q1到Q3的基极—发射极电压和电阻R1到R4都按照使阈值电平Vs的温度系数Vs/T等于“0”的方式来设置。在与图1所示的电压检测电路相连的电路具有温度特性的情况下，晶体管Q1到Q3的基极—发射极电压和电阻R1到R4可以按照使阈值电平Vs的温度系数Vs/T抵消电路的温度特性的方式来设置。
下面，将对最好使用PNP型晶体管作为用于电压检测的差分对晶体管(即图1中的晶体管Q1和Q2)和作为在分压电路中设置的二级管接法晶体管(即图1中的晶体管Q3)的原因进行描述。当NPN型晶体管在低浓度N型外延层中形成时，它具有其中发射极层、基极层、和集电极层如图2所示垂直地排列的垂直结构。相反地，当PNP型晶体管在低浓度N型外延层中构成时，它具有发射极层、基极层和集电极层如图3所示水平地排列的水平结构。在图2和图3中，使用了下列符号：“B”表示基极接点；“C”表示集电极接点；“E”表示发射极接点；“N+”表示高浓度N型扩散层；“N-”表示低浓度N型外延层；以及“P+”表示高浓度P型扩散层。
在图2所示的NPN型晶体管中，由于基极层是高浓度P型扩散层，它具有较小的电阻成分。相反，在图3中所示的PNP型晶体管中，由于基极层是低浓度N型外延层，它具有较大的电阻成分。在基极层中的电阻成分表现出正温度特性，而基极—发射极结电位表现出负温度特性。因此，基极—发射极电压的温度相关变化在基极层电阻成分较大的PNP型晶体管中比在基极层电阻成分较小的NPN型晶体管中要小。为此，与当作为替代使用NPN型晶体管时相比，当PNP晶体管用作用于电压检测的差分对晶体管(即，图1中的Q1和Q2晶体管)和作为在分压电路中设置的二极管接法晶体管(即，图1中的Q3晶体管)时，可以更容易地将用于检测电压的参考电平的温度系数设置得等于“0”。
图1所示的电压检测电路典型地包括在通过组合诸如成膜、光刻、蚀刻和掺杂等多种工艺而构造的半导体集成电路设备中。这里，优选地，由相同的工艺同时形成电阻器R1到R4。通过按照相同的工艺形成电阻器R1到R4，即使各个电阻R1到R4偏离了其设计值，也可以使这些电阻器之间的比值(例如R1/R2)上的偏离最小。如从以上提到的等式(6)中非常清楚，这还有助于将阈值电平Vs的温度系数Vs/T与其设置值的偏离最小。
在图1中所示的电压检测电路中，在输入端子1和电阻器R1之间设置了具有短路在一起的基极和集电极的晶体管Q3。然而，也可以将输入端子1与电阻器R1直接连接并将具有短路在一起的基极和集电极的晶体管Q3连接在电阻器R1和R2之间。也可以将晶体管Q3用作电流镜像电路的参考源使用。例如，可以将与晶体管Q3一起形成电流镜像电路的PNP型晶体管用作恒流源2。

Claims (15)

1.一种电压检测电路，包括：
具有连接在一起的发射极以形成差分对的第一晶体管和第二晶体管；
将输入电压分成第一分压和第二分压的分压电路，所述分压电路与第一晶体管的基极直接相连，以将第一分压施加到第一晶体管的基极，并将分压电路与第二晶体管的基极直接相连，以将第二分压施加到第二晶体管的基极；以及
具有与第二晶体管的基极相连的一端以及具有与第二晶体管的发射极相连的另一端的电阻器，
其中，根据来自差分对的输出来检测输入电压是否等于预定电平。
2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于所述第一和第二晶体管都是PNP型的。
3.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于所述分压电路包括：
由整流元件和第一电阻器构成的串联电路；
第二电阻器；以及
第三电阻器；以及
其中，将输入电压施加到串联电路的一端，将串联电路的另一端与第二电阻器的一端相连，将第二电阻器的另一端与第三电阻器的一端相连，将第三电阻器的另一端与“地”相连，从串联电路和第二电阻器之间的节点中输出第一分压，并且从第二电阻器和第三电阻器之间的节点中输出第二分压。
4.根据权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于
当输入电压等于预定电压时，在整流元件两端的电压等于第二晶体管的基极—发射极电压。
5.根据权利要求4所述的电压检测电路，其特征在于
预定电压等于第一乘积和第二乘积的和，
第一乘积是通过将当差分对处于平衡状态时所观察到的第一晶体管的基极—发射极电压和第二晶体管的基极—发射极电压之间的差分电压与用第一、第二和第三电阻器的电阻的和除以第二电阻器的电阻所得到的值相乘所得到的积；
第二乘积是通过将第二晶体管的基极—发射极电压与用第三电阻器的电阻和所述电阻器的电阻的和除以所述电阻器的电阻所得到的值相乘所得到的积；
6.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于还包括：
根据来自差分对的输出来导通和截止的输出晶体管，
其中，电压检测电路作为重置信号输出输出晶体管的输出。
7.一种包括电压检测电路的半导体集成电路设备，所述电压检测电路包括：
具有连接在一起的发射极以形成差分对的第一晶体管和第二晶体管；
将输入电压分成第一分压和第二分压的分压电路，所述分压电路与第一晶体管的基极直接相连，以将第一分压施加到第一晶体管的基极，将分压电路与第二晶体管的基极直接相连，以将第二分压施加到第二晶体管的基极；以及
具有与第二晶体管的基极相连的一端以及具有与第二晶体管的发射极相连的另一端的电阻器，
其特征在于，根据来自差分对的输出来检测输入电压是否等于预定电平。
8.根据权利要求7所述的半导体集成电路设备，其特征在于所述第一和第二晶体管都是PNP型晶体管。
9.根据权利要求8所述的半导体集成电路设备，其特征在于所述的分压电路包括：
由整流元件和第一电阻器组成的串联电路；
第二电阻器；以及
第三电阻器；以及
其中，将输入电压施加到串联电路的一端，将串联电路的另一端与第二电阻器的一端相连，将第二电阻器的另一端与第三电阻器的一端相连，将第三电阻器的另一端与“地”相连，从串联电路和第二电阻器之间的节点中输出第一分压，从第二电阻器和第三电阻器之间的节点中输出第二分压。
10.根据权利要求9所述的半导体集成电路设备，其特征在于当输入电压等于预定电压时，在整流元件两端的电压等于第二晶体管的基极—发射极电压。
11.根据权利要求10所述的半导体集成电路设备，其特征在于预定电压等于第一乘积和第二乘积的总和，
第一乘积是通过将当差分对处于平衡状态时所观察到的第一晶体管的基极—发射极电压和第二晶体管的基极—发射极电压之间的差分电压的差分电压与用第一、第二和第三电阻器的电阻的和除以第二电阻器的电阻所得到的值相乘所得到的积；
第二乘积是通过将第二晶体管的基极—发射极电压与用第三电阻器的电阻和所述电阻器的电阻的和除以所述电阻器的电阻所得到的值相乘所得到的积；
12.根据权利要求7所述的半导体集成电路设备，其特征在于还包括：
根据来自差分对的输出来导通和截止的输出晶体管，
其中，半导体集成电路设备作为重置信号输出输出晶体管的输出。
13.一种用于构造半导体集成电路设备的方法，所述半导体集成电路设备包括电压检测电路，所述电压检测电路包括：
都是PNP型的具有连接在一起的发射极以形成差分对的第一晶体管和第二晶体管；
分压电路，所述分压电路包括由整流元件和第一电阻器组成的串联电路、第二电阻器、以及第三电阻器，所述分压电路将输入电压分成第一分压和第二分压，将所述分压电路与第一晶体管的基极直接相连，以将第一分压施加到第一晶体管的基极，将分压电路与第二晶体管的基极直接相连，以将第二分压施加到第二晶体管的基极；以及
具有与第二晶体管的基极相连的一端以及具有与第二晶体管的发射极相连的另一端的电阻器，
其中，根据来自差分对的输出来检测输入电压是否等于预定电平。以及
其中，将输入电压施加到串联电路的一端，将串联电路的另一端与第二电阻器的一端相连，将第二电阻器的另一端与第三电阻器的一端相连，将第三电阻器的另一端与“地”相连，从串联电路和第二电阻器之间的节点中输出第一分压，从第二电阻器和第三电阻器之间的节点中输出第二分压。
所述方法包括按照相同工艺同时形成电阻器、第一电阻器、第二电阻器和第三电阻器的步骤。
14.根据权利要求13所述的用于构造半导体集成电路设备的方法，其特征在于：对所述半导体集成电路设备进行配置，从而当输入电压等于预定电压时，整流元件两端的电压等于第二晶体管的基极—发射极电压。
15.根据权利要求14所述的用于构造半导体集成电路设备的方法，其特征在于：对所述半导体集成电路设备进行配置，从而使预定电压等于第一乘积和第二乘积的和，
第一乘积是通过将当差分对处于平衡状态时所观察到的第一晶体管的基极—发射极电压和第二晶体管的基极—发射极电压之间的差分电压与用第一、第二和第三电阻器的电阻的和除以第二电阻器的电阻所得到的值相乘所得到的积；
第二乘积是通过将第二晶体管的基极—发射极电压与用第三电阻器的电阻和所述电阻器的电阻的和除以所述电阻器的电阻所得到的值相乘所得到的积。
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