CN1639578A - 欠电压检测电路 - Google Patents

Abstract

一种欠电压检测(UVD)电路，包括：比较器1，用于确定电源电压V_supply不足参考电压V_ref的量；以及积分器3，用于对此不足量进行时间积分。在UVD电路的抗假信号干扰操作模式下，利用此积分值产生复位。只在电源电压V_supply中的假信号具有比临界持续时间长的持续时间的情况下，产生复位。临界持续时间依赖于假信号的大小和积分器3的元件值。

Description

欠电压检测电路

技术领域

本发明涉及一种用于微处理器的欠电压检测(UVD)电路以及一种采用所述UVD电路的微处理器。

背景技术

欠电压检测(UVD)电路是用于检测电源电压何时下降到检测阈值以下的电路。UVD广泛地应用在基于微控制器的系统中，尤其是用在上电、掉电或部分停止供电的条件期间(即，电源电压通常低于检测阈值但包括一些正假信号的供电条件)。当UVD检测到电源电压的值小于检测阈值时，其通过声称复位信号，触发微处理器中的复位。但是，在特定的环境下(如静电放电(ESD)测试等)，可能会发生短持续时间的负瞬变过程，其构成了欠电压，但UVD电路最好忽略该过程，而不触发复位。

可以确信的是，先前的微处理器设计利用连接在电源引脚附近的外部电容器以去除任何电源假信号来解决此问题。获得相同结果的另一种方式是在微处理器内部、在电压检测比较器的输入添加RC网络。但是，为了提供高水平的假信号抗干扰性，需要较大的RC值，而这是面积密集的，因此不适用于IC实现。

发明内容

本发明寻求提出一种新的、有用的UVD电路，和一种具有该电路的微处理器。

概括地，本发明提出了一种UVD电路，对电源电压和参考信号之间的差进行积分，并利用此积分信号确定是否应当产生复位。

具体地，本发明可以表达为一种用于监控电源电压的UVD电路，包括：

比较器，用于产生表示电源电压与参考电压相比不足的不足信号；以及

积分器，用于对所述不足信号进行时间积分，以形成积分信号，

其中将所述积分器的输出用于产生复位信号。

积分信号本身可以构成直接传输到用于复位微处理器的复位装置的复位信号。可选地，积分信号可以只是输入到鉴别器电路的信号，所述鉴别器电路设置用于产生依赖于积分信号的复位信号(但并不由其惟一确定)。

优选地，所述不足信号是具有随电源电压与参考电压相比不足增加的数值的电流信号。在这种情况下，可以将所述积分器直接实现为包括电容的模拟电路。所述比较器可以可选地额外产生表示电源电压与参考电压相比不足的电压信号，并且该电压信号也可以由所述鉴别器使用。

附图说明

现在，仅为了示例的目的，将参照以下附图，对本发明的实施例进行详细地描述，其中：

图1是本实施例的UVD电路的示意图；

图2是图1所示的比较器的电路图；

图3是本实施例的电路图；

图4示出了比较器针对两个输入电压之间的差的范围的电流输出；

图5，由图5(a)和5(b)组成，示出了本实施例对两个不同的电源电压分布曲线的响应；

图6示出了本实施例在慢上电和掉电期间的操作；以及

图7示出了与假信号大小有关的、触发本实施例所需的最小假信号持续时间。

具体实施方式

图1示出了本实施例的示意图。比较器单元1接收两个输入：作为要被检查的电源电压的V_supply；和作为参考电压的V_ref。其产生两个输出：V2V和V2I。V2I是随着V_supply与V_ref相比的不足上升的电流(例如，可以与该不足成比例地上升)。V2V是随该不足上升的电压(例如，可以与V2I成比例)。

其中，向积分器单元3传送输出V2I，由积分器单元3对V2I进行积分，并产生复位信号R。

可选地，可以将R直接传送到用于复位微处理器/计算机系统的复位装置(未示出，但可以具有任何传统的设计)。代替地，可以设置鉴别器(未示出)，用于接收V2I(以及可选地接收其他输入，如控制信号或V2V)，并产生用于传送给复位装置的修改复位信号。

分别通过图2和图3给出了可能的比较器1的详细电路图及其与积分器3的连接。

首先，给出对图3的概述。比较器1接收分别来源于电压参考信号V_ref和电源电压V_supply的两个输入电压信号inm和inp。比较器产生电流输出i_out和两个电压输出V_outn及其反相V_outp。如下所述，i_out对应于图1中的V2I，并且是inp与inm相比不足的电流测量。

将电流信号i_out传送到积分器3，积分器3产生输出信号V_o。鉴别器电路4对结果V_o进行处理，以产生作为修改复位信号R_out(当此信号为低时，触发复位)的电压。

现在，更详细地参照图2，比较器1是具有电流输出i_out和电压输出V_outn和V_outp的跨导放大器电路。由分别接收输入inm和inp的晶体管P2和P3构成输入差分对。此差分对和偏置晶体管P0执行电压到电流转换，以产生信号i_out。

公知的是，对于 $V_{\mathrm{id}}<\sqrt{{2I}_{\mathrm{SS}}/\mathrm{\&beta;}},$ 晶体管输入器件P2、P3的漏极电流的差可以由以下公式表示：

$I_{\mathrm{dp}3}-I_{\mathrm{dp}2}=V_{\mathrm{id}}\sqrt{{\mathrm{\&beta;I}}_{\mathrm{SS}}(1-{\mathrm{\&beta;V}}_{\mathrm{id}}^2/{4I}_{\mathrm{SS}})}$

其中，V_id＝inp-inm，I_ss是差分对偏置电流(即，通过晶体管P0的电流)并且是器件迁移率、长宽比和栅极氧化物电容的函数。

将此公式镜像到输出，即通过以晶体管N4、N5、N3、P4和P6的增益因子确定的增益因子进行换算(scale)的相同公式来控制比较器输出i_out。因此，根据该公式，在V_id＝0附近，i_out与V_id近似线性地变化，并在I_SS的较高正值或负值处饱和。因此，在输出电流饱和之前，此电路近似于线性电压到电流转换器。此电流电压分布曲线如图4所示。所述输出还用于产生相应的电压输出V_out及其反相V_outn。

Iddq是掉电信号，其变高以表示将要发生掉电。Pbias由偏置电路(在图3中未示出)产生。

回到图3，积分器3由电阻器R1和两个电容器C1和C2组成。可以得出，对于(从比较器的i_out)施加在输入的单位阶跃输入，反相器INV1的输入处的输出电压V_o遵循以下公式：

V_o＝k(t-τ(1-exp(-t/τ)))u(t)

其中

k＝i_out/(C1+C2)

以及

τ＝R1*C1*C2/(C1+C2)

此外，exp是自然对数指数函数，以及u(t)是单位阶跃函数。基本上，V_o具有与时间的近似线性关系。因此，积分器3执行积分功能，并当达到其断路点时，积分电压使INV1改变其状态，从而产生复位信号。

图3所示的鉴别器4由输入信号en控制，并允许抗假信号干扰(en＝“1”)和假信号敏感(en＝“0”)。在抗假信号干扰的情况下，与门AND2传送反相器INV1的输出，通过或门OR1对其进行传输，并由反相器INV3对其进行反相。因此，当积分器3的输出高于反相器INV1的断路电压Vc时，存在低输出(触发复位装置中的复位的修改复位信号)，反之亦然。在假信号敏感情况下，en为低，并且UVD电路的输出由V_out确定(由于，与门AND0的输出总是零)。具体地，当V_out为高(低)时，R_out为高(低)。

本领域的技术人员将理解图3中其他元件的结构。晶体管P1、电阻器R3、R4和R5提供了电源电压V_supply的换算版本。电容器C4、C5和C6利用标准RC效应，提供了一些有限的快假信号抗干扰性。但是，为了利用这些技术提供更多的假信号抗干扰性，将需要较大数值的RC，其是面积密集的，对于IC实现并不实用。

电阻器R2和电容器C3提供了针对比较器参考信号的低通滤波器，用于去除此信号中的抖动的任何效应。

与门NOR1和INV2一起设置开关S1和S2，用于提供检测中的滞后。根据接通开关S1和S2中的哪一个，对输入inp进行换算。这意味着比较器1所看到的有效电源电压可以根据是否已经触发了复位而更高或更低。

门AND1和晶体管N2用于通过在INV1的输入下降到经过INV1断路点时，将C1与地7相连，对C1进行放电。这使电路准备好用于下一正事件，例如，上电等。

晶体管N1和输入init用于在上电时初始化C1到地的电压。通常，init为低，从而晶体管N1无效，但在UVD电路初始化时，init被设置为高，使C1接地。

图5(a)示意性地示出了两种情况下电路的时间变化，对于这两种情况，UVD电路处于抗假信号干扰状态。在图5(a)所示的情况下，电源电压V_supply下降到V_ref以下较短的时间，以阴影区域5表示。在此时间之前，V_o为高，但在时间段5期间，粗略地与假信号已经持续的时间成比例地下降。但是，在触发反相器INV1之前，V_supply上升到V_ref以上，所以输出R_out保持在逻辑一，并不存在复位。

但是，相反，在如图5(b)所示的情况下，V_supply低于V_ref足够长的时间，从而V_o下降到反相器INV1的断路电压Vc以下，并且R_out下降到零，即存在复位。

图6示出了在慢上电和掉电期间，R_out随时间的变化。

针对图2和图3所示的电路中的典型元件值，图7示出了在UVD电路的抗假信号干扰状态下，使不同大小(即，V_supply与V_ref相比的不足的不同数值)的假信号复位的假信号的最小持续时间。在x轴上给出了假信号的大小，假信号必须持续该时间以便引起如y轴所示的复位。如图7所示，大于大约650mV的假信号将引起与其持续时间无关的复位。对于较宽范围的假信号大小(即250mV到600mV)，只有在假信号的持续时间大于大约7μs，才会引起复位。

尽管只对本发明的单一实施例进行了详细的描述，但正如本领域的技术人员所清楚的那样，在本发明的范围内，多种修改都是可能的。

Claims (5)

1、一种用于监控电源电压的UVD电路，包括：

比较器，用于产生表示电源电压与参考电压相比不足的不足信号；以及

积分器，用于对所述不足信号进行时间积分，以形成积分信号，

其中将所述积分器的输出用于产生复位信号。

2、根据权利要求1所述的UVD电路，其特征在于还包括鉴别器电路，用于接收所述积分信号和所述比较器的至少一个另外的输出，并利用所述积分信号和所述至少一个另外的输出，产生复位信号。

3、根据权利要求2所述的UVD电路，其特征在于设置所述鉴别器电路，以接收控制信号，所述鉴别器电路还包括由所述控制信号控制的开关，用于确定是否根据所述积分信号或所述至少一个另外的输出信号产生所述复位信号。

4、一种包括根据前述权利要求之一所述的UVD电路的微处理器，其特征在于设置复位装置，以接收由所述UVD电路输出的所述复位信号，并根据其数值，启动所述微处理器的复位。

5、一种用于监控电源电压的方法，包括：

产生表示电源电压与参考电压相比不足的不足信号；

对所述不足信号进行时间积分，以形成积分信号；以及

利用所述不足信号，产生复位信号。

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