DE19632120C1

DE19632120C1 - Voltage monitoring circuit

Info

Publication number: DE19632120C1
Application number: DE1996132120
Authority: DE
Inventors: Laszlo Goetz
Original assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Current assignee: Texas Instruments Deutschland GmbH
Priority date: 1996-08-08
Filing date: 1996-08-08
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2016-08-09

Abstract

The circuit uses a comparator (10) supplied with a voltage obtained from an ohmic or parallel capacitive voltage divider (R1,R2 ; C1,C2), corresponding to the actual value of the monitored voltage (Vcc), and a reference voltage A second comparator (50) similarly receives the monitored voltage and a reference voltage, with a respective storage capacitor (C3,C5) coupled to the reference input (14,52) of each comparator. Controlled switches (28,29,30,34,54,70) are operated by a signal (S) obtained from the output of the second comparator, or the warning signal at the output of the first comparator, for activating the voltage divider and the reference voltage source when the supply voltage drops below its required value.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Spannungsüberwachungs schaltung und insbesondere eine Schaltung zur Überwachung der Versorgungsspannung von batteriegespeisten Mikroprozes soren.The invention relates generally to voltage monitoring circuit and in particular a circuit for monitoring the supply voltage of battery-powered microprocesses soren.

Bei digitalen Systemen wie Mikrocomputern und Mikroprozes soren ist es wichtig, daß sie nur dann in einen aktiven Zu stand versetzt werden, wenn ihre Versorgungsspannung sich auf ihrem Sollwert befindet. Ein Absinken oder Zusammenbre chen der Versorgungsspannung kann zu einem fehlerhaften Arbeiten dieser Systeme führen. Daher enthalten sie in der Regel eine Schaltung, die den Wert der Versorgungsspannung überwacht.In digital systems such as microcomputers and microprocesses It is important that the sensors are only in an active state be offset when their supply voltage changes is at its setpoint. A sinking or collapse Chen the supply voltage can lead to a faulty Work on these systems. Therefore they are included in the Usually a circuit that shows the value of the supply voltage supervised.

Eine immer wichtigere Rolle spielen in jüngerer Zeit trag bare Systeme, die von einer Batterie gespeist werden. Bei diesen Geräten überwachen die Spannungsüberwachungsschal tungen die Versorgungsspannung der Mikroprozessoren. Recently, an increasingly important role has been played systems that are powered by a battery. At these devices monitor the voltage monitoring scarf the supply voltage of the microprocessors.

Ein Beispiel für eine solche bisher verwendete Spannungs überwachungsschaltung findet sich in einer von der Firma Texas Instruments herausgegebenen technischen Information vom 28. 4. 1995 mit dem Titel "TLC77XX Series of BiCMOS SUPPLY VOLTAGE SUPERVISORS" auf den Seiten 9ff.An example of such a voltage used so far Monitoring circuit can be found in one of the company Texas Instruments issued technical information dated April 28, 1995 entitled "TLC77XX Series of BiCMOS SUPPLY VOLTAGE SUPERVISORS "on pages 9ff.

Bei dieser Schaltung wird ein Komparator eingesetzt, der an einem Referenzeingang als Sollspannung eine Spannung von einer Referenzspannungsquelle empfängt. Die Referenzspan nungsquelle, die hier aus einer Bandabstands-Referenz be steht, wird zur Erzeugung der Referenzspannung Vref ständig mit Strom versorgt. Die zu überwachende Spannung Vcc wird durch einen aus zwei Widerständen bestehenden ohmschen Span nungsteiler so aufgeteilt, daß an einem der beiden Widerstä nde eine Spannung abfällt, deren Wert dann, wenn sich die zu überwachende Spannung Vcc auf ihrem vollen Pegel befindet, in etwa dem Wert der Referenzspannung entspricht. Tatsäch lich liegt sie bei vollem Pegel der zu überwachenden Span nung Vcc um eine gewisse Sicherheitstoleranzschwelle über der Referenzspannung. Die am Abgriff des Spannungsteilers anliegende Spannung wird dann als Istspannung an den Signal eingang des Komparators angelegt. Wenn die Istspannung klei ner als die Sollspannung wird, gibt der Komparator ein Warn signal ab.A comparator is used in this circuit a reference input as a target voltage a voltage of receives a reference voltage source. The reference chip voltage source, which is here from a bandgap reference stands, is constantly used to generate the reference voltage Vref powered. The voltage to be monitored Vcc by an ohmic chip consisting of two resistors dividers divided so that on one of the two resistors a voltage drops, the value of which drops when the voltage increases monitoring voltage Vcc is at its full level, corresponds approximately to the value of the reference voltage. Indeed It is at the full level of the chip to be monitored Vcc by a certain safety tolerance threshold the reference voltage. The one on the tap of the voltage divider applied voltage is then as actual voltage on the signal input of the comparator. If the actual voltage is small the comparator gives a warning signal off.

Ein Nachteil bei der beschriebenen Spannungsüberwachungs schaltung liegt darin, daß sie durch den ständigen Betrieb der Referenzspannungsquelle und die an den Widerständen des ohmschen Spannungsteilers auftretenden Verluste relativ viel Energie verbraucht.A disadvantage with the voltage monitoring described circuit lies in the fact that it is operated continuously the reference voltage source and the resistors of the ohmic voltage divider losses relatively much Consumes energy.

Aus der US 5 196 833 ist ebenfalls eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Batteriespannung bekannt, die Span nungsteiler und eine Referenzspannungsquelle enthält und Bestandteil einer größeren batteriebetriebenen Schaltungs anordnung sein kann, deren sichere Funktion eine ausreichen de Batteriespannung voraussetzt. Ferner ist in der DE 38 37 821 A1 eine Schaltungsanordnung offenbart, bei der ständig eine Bank aus abgestuften Schwellwertschaltern zur "Grobaus wertung" an die Versorgungsspannung angeschlossen ist. Erst dann, wenn die Grobauswertung einen Spannungsfehler ermit telt hat, wird eine weitere Schaltung, die Spannungsteiler mit entsprechend höherem Stromverbrauch enthält, zur "Fein auswertung" an die Stromversorgung angeschlossen. In einer aus der US 5 440 263 bekannten Schaltung ist eine Abtast schaltung mit Kondensatoren vorgesehen, die immer nur kurzzeitig an die zu messende Spannung bzw. an den Eingang eines Komparators gelegt werden. Auch bei einer aus der JP 03-182921A bekannten Schaltung erfolgt das anschließend an die zu überwachende Batterie immer nur für eine kurze Meß zeit. Maßnahmen zur belastungsarmen ständigen Überwachung der Versorgungsspannung sind jedoch aus diesen Druckschrif ten nicht bekannt.From US 5 196 833 is also a circuit arrangement known to monitor a battery voltage, the Span voltage divider and a reference voltage source contains and Part of a larger battery powered circuit can be an arrangement whose safe function is sufficient de Requires battery voltage. Furthermore, in the DE 38 37 821 A1 discloses a circuit arrangement in which a bank of graduated threshold switches for "rough construction evaluation "is connected to the supply voltage when the rough evaluation detects a voltage error has another circuit, the voltage divider with a correspondingly higher power consumption, for "fine evaluation "connected to the power supply. In a from US 5 440 263 known circuit is a scan circuit provided with capacitors that only ever briefly to the voltage to be measured or to the input of a comparator. Even with one from the JP 03-182921A known circuit that follows the battery to be monitored only for a short measurement time. Measures for low-load constant monitoring the supply voltage are, however, from this document not known.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Span nungsüberwachungsschaltung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die die genannten Energieverluste reduziert und dennoch zuverlässig auf Änderungen der Versorgungsspannung reagiert. The invention is therefore based on the object of a chip voltage monitoring circuit of the type described above create that reduces the aforementioned energy losses and still reacts reliably to changes in the supply voltage.

Diese Aufgabe wird bei der erfindungsgemäßen Spannungsüber wachungsschaltung mit Hilfe der kennzeichnenden Teile des Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is carried out in the voltage transfer according to the invention guard circuit using the characteristic parts of the Features specified claim 1 solved.

In der erfindungsgemäßen Spannungsüberwachungsschaltung sind während Zeitperioden, in denen an den Komparatoren die Ist spannung größer als die Sollspannung ist, die wesentlichen Stromverbraucher von der Versorgungsspannung abgetrennt, so daß sie keine Energie verbrauchen können. Die Komparatoren vergleichen in diesen Zeitperioden an Kondensatoren gespei cherte Spannungen. Damit diese Spannungen stets ein getreues Abbild der tatsächlich zu überwachenden Spannung sind, er zeugt der zweite Komparator durch den absichtlich herbei geführten Leckstrom durch den mit seinem Signaleingang ver bundenen Kondensator ein Steuersignal, das zur Auffrischung der an den Kondensatoren anliegenden Soll- und Istspannungen führt.In the voltage monitoring circuit according to the invention during periods in which the actual at the comparators voltage is greater than the target voltage, the essential Electricity consumers separated from the supply voltage, see above that they cannot consume energy. The comparators compare fed to capacitors in these time periods tensions. So that these tensions are always a true one Image of the voltage to be actually monitored is he the second comparator is deliberately created by the led leakage current through the ver with its signal input tied capacitor a control signal that is used to refresh of the nominal and actual voltages applied to the capacitors leads.

Es entsteht daher eine Spannungsüberwachungsschaltung mit sehr geringem Energieverbrauch, die zuverlässig auf Änderun gen der Versorgungsspannung eines Verbrauchers, z. B. eines Mikroprozessors, reagiert.A voltage monitoring circuit is therefore created with very low energy consumption, which is reliable on changes conditions of the supply voltage of a consumer, for. B. one Microprocessor, responds.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the Un marked claims.

Die Erfindung wird nun anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeich nung zeigt die einzige Figur ein Schaltbild einer Ausfüh rungsform der Spannungsüberwachungsschaltung gemäß der vor liegenden Erfindung.The invention is now based on an embodiment Reference to the drawing explained in more detail. In the drawing The only figure shows a circuit diagram of an embodiment form of the voltage monitoring circuit according to the before lying invention.

Die in der Zeichnung dargestellte Spannungsüberwachungs schaltung enthält einen ersten Komparator 10, der einen Signaleingang 12 und einen Referenzeingang 14 aufweist. Der Ausgang 16 des ersten Komparators 10 ist mit der Ausgangs klemme 18 verbunden. Wie zu erkennen ist, ist der Signalein gang 12 des ersten Komparators 10 mit dem Abgriff 20 eines kapazitiven Spannungsteilers aus einem Kondensator C1 und einem damit in Serie geschalteten Kondensator C2 verbunden, der zwischen der Versorgungsspannungsleitung 22 und der Masseleitung 24 liegt. Parallel zu diesem kapazitiven Spannungsteiler liegt ebenfalls zwischen der Versorgungs spannungsleitung 22 und der Masseleitung 24 ein ohmscher Spannungsteiler aus einem Widerstand R1 und einem damit in Serie geschalteten Widerstand R2. Der Abgriff 26 dieses ohm schen Spannungsteilers ist über einen Schalter 28 mit dem Abgriff 20 des kapazitiven Spannungsteilers und somit auch mit dem Signaleingang 12 des ersten Komparators 10 verbind bar. Ferner ist sowohl mit dem Widerstand R1 als auch mit dem Widerstand R2 jeweils ein Schalter 30 bzw. 32 in Serie geschaltet, so daß durch Öffnen dieser Schalter die Wider stände R1 und R2 von der Versorgungsspannungsleitung 22 bzw. der Masseleitung 24 abgetrennt werden können.The voltage monitoring circuit shown in the drawing contains a first comparator 10 which has a signal input 12 and a reference input 14 . The output 16 of the first comparator 10 is connected to the output terminal 18 . As can be seen, the signal input 12 of the first comparator 10 is connected to the tap 20 of a capacitive voltage divider comprising a capacitor C1 and a capacitor C2 connected in series therewith, which is located between the supply voltage line 22 and the ground line 24 . In parallel to this capacitive voltage divider, there is also an ohmic voltage divider consisting of a resistor R1 and a resistor R2 connected in series therewith between the supply voltage line 22 and the ground line 24 . The tap 26 of this ohmic voltage divider can be connected via a switch 28 to the tap 20 of the capacitive voltage divider and thus also to the signal input 12 of the first comparator 10 . Furthermore, both the resistor R1 and the resistor R2 each have a switch 30 or 32 connected in series, so that the resistors R1 and R2 can be disconnected from the supply voltage line 22 and the ground line 24 by opening these switches.

Der Referenzeingang 14 des ersten Komparators 10 ist über einen Schalter 34 mit dem Ausgang einer Referenzspannungs quelle 36 verbindbar. Ferner liegt zwischen dem Referenz eingang 14 und der Masseleitung 24 ein weiterer Kondensator C3.The reference input 14 of the first comparator 10 can be connected via a switch 34 to the output of a reference voltage source 36 . Furthermore, there is another capacitor C3 between the reference input 14 and the ground line 24 .

Über Versorgungseingänge 38, 40 ist der erste Komparator 10 einerseits mit der Masseleitung 24 und andererseits über eine Stromquelle 42 mit der Versorgungsspannungsleitung 22 verbunden. Durch Schließen eines Schalters 44 kann eine wei tere Stromquelle 46 zur Stromquelle 42 parallelgeschaltet werden, so daß der erste Komparator 10 bedarfsweise mit einem höheren Versorgungsstrom gespeist werden kann. Der Schalter 44 wird vom Ausgangssignal einer ODER-Schaltung 48 gesteuert, die an einem Eingang über einen Kondensator C4 mit der Versorgungsspannungsleitung 22 verbunden ist, wäh rend ihrem zweiten Eingang ein später noch zu erläuterndes Schaltsignal S zugeführt werden kann.The first comparator 10 is connected on the one hand to the ground line 24 via supply inputs 38 , 40 and on the other hand to the supply voltage line 22 via a current source 42 . By closing a switch 44 , a white current source 46 can be connected in parallel with the current source 42 , so that the first comparator 10 can be fed with a higher supply current if necessary. The switch 44 is controlled by the output signal of an OR circuit 48 , which is connected at one input via a capacitor C4 to the supply voltage line 22 , while a switching signal S, which will be explained later, can be supplied to its second input.

Die Spannungsüberwachungsschaltung enthält außerdem einen zweiten Komparator 50, dessen Signaleingang 52 über einen Schalter 54 und eine Stromquelle 56 mit der Versorgungsspan nungsleitung 22 verbindbar ist. Außerdem liegt zwischen dem Signaleingang 52 des zweiten Komparators 50 und der Masse leitung 24 ein weiterer Kondensator C5. Der Referenzeingang 58 des zweiten Komparators 50 ist mit dem Referenzeingang 14 des ersten Komparators 10 verbunden.The voltage monitoring circuit also contains a second comparator 50 , the signal input 52 via a switch 54 and a current source 56 can be connected to the supply voltage supply line 22 . In addition, another capacitor C5 is located between the signal input 52 of the second comparator 50 and the ground line 24 . The reference input 58 of the second comparator 50 is connected to the reference input 14 of the first comparator 10 .

Wie der erste Komparator 10 weist auch der zweite Komparator 50 zwei Versorgungsanschlüsse 60 und 62 auf, die mit der Masseleitung 24 bzw. über eine Stromquelle 64 mit der Ver sorgungsspannungsleitung 22 in Verbindung stehen.Like the first comparator 10 , the second comparator 50 also has two supply connections 60 and 62 which are connected to the ground line 24 or via a current source 64 to the supply voltage line 22 .

Die Referenzspannungsquelle 36 weist zwei Versorgungsan schlüsse 66 und 68 auf, die mit der Masseleitung 24 bzw. über einen Schalter 70 mit der Versorgungsspannungsleitung 22 in Verbindung stehen.The reference voltage source 36 has two supply connections 66 and 68 , which are connected to the ground line 24 or via a switch 70 to the supply voltage line 22 .

An die Versorgungsspannungsleitung 22 wird über einen An schluß 70 die Versorgungsspannung Vcc angelegt. Masse wird über einen Anschluß 72 an die Masseleitung 24 angelegt.The supply voltage Vcc is applied to the supply voltage line 22 via a circuit 70 . Ground is applied to ground line 24 through terminal 72 .

Der Ausgang 74 des zweiten Komparators 50 ist mit einem Ein gang einer ODER-Schaltung 76 verbunden, die einen weiteren, mit dem Ausgang 16 des ersten Komparators 10 verbundenen Eingang sowie einen mit einer Eingangsklemme 78 verbundenen Eingang aufweist. Der Ausgang 80 der ODER-Schaltung 76 ist mit den Steueranschlüssen der Schalter 28, 30, 32, 34, 54 und 70 und mit einem Eingang der ODER-Schaltung 48 verbun den.The output 74 of the second comparator 50 is connected to an input of an OR circuit 76 which has a further input connected to the output 16 of the first comparator 10 and an input connected to an input terminal 78 . The output 80 of the OR circuit 76 is connected to the control terminals of the switches 28 , 30 , 32 , 34 , 54 and 70 and to an input of the OR circuit 48 .

Die beschriebene Spannungsüberwachungsschaltung arbeitet wie folgt:
Es wird angenommen, daß mit Hilfe der bisher beschriebenen Schaltung eine Spannung Vcc von 5 V überwacht werden soll, die von einer Batterie über die Klemme 70 an die Versor gungsspannungsleitung 22 angelegt wird. Wenn die Schaltungen noch nicht in Betrieb sind, sind alle Schalter geöffnet, und alle Kondensatoren sind entladen.The voltage monitoring circuit described works as follows:
It is assumed that a voltage Vcc is to be monitored of 5 V with the aid of the circuit described so far, the supply voltage line from a battery via the terminal 70 to the versor is applied 22nd If the circuits are not yet operating, all switches are open and all capacitors are discharged.

Bei der Inbetriebnahme der Spannungsüberwachungsschaltung wird der Klemme 78 ein Einschaltimpuls angelegt, der zur Folge hat, daß die ODER-Schaltung 76 an ihrem Ausgang 80 diesen Einschaltimpuls in Form des Schaltsignals S an die Schalter anlegt, so daß diese geschlossen werden. Dies hat zur Folge, daß die Referenzspannungsquelle 36 ihren Betrieb aufnimmt und über den geschlossenen Schalter 34 sowohl dem Referenzeingang 14 des ersten Komparators 10 als auch dem Referenzeingang 58 des zweiten Komparators 50 eine Referenz spannung zuführt. Wegen des geschlossenen Zustandes der Schalter 28, 30 und 32 stellt sich am Signaleingang 12 des ersten Komparators 10 eine vom Verhältnis der Widerstände R1 und R2 und vom Verhältnis der Kondensatoren C1 und C2 abhän gige Spannung ein. Die Widerstände R1 und R2 und die Konden satoren C1 und C2 sind jeweils so dimensioniert, daß sich an den Abgriffen der beiden Spannungsteiler jeweils die gleiche Spannung ergibt. Dies setzt voraus, daß die Widerstände und die Kondensatoren die angelegte Versorgungsspannung jeweils im gleichen Verhältnis teilen.When the voltage monitoring circuit is put into operation, a switch-on pulse is applied to the terminal 78 , which has the consequence that the OR circuit 76 applies this switch-on pulse to the switches in the form of the switching signal S at its output 80 , so that these are closed. The result of this is that the reference voltage source 36 starts operating and supplies a reference voltage via the closed switch 34 to both the reference input 14 of the first comparator 10 and the reference input 58 of the second comparator 50 . Because of the closed state of the switches 28 , 30 and 32 , a voltage dependent on the ratio of the resistors R1 and R2 and the ratio of the capacitors C1 and C2 is set at the signal input 12 of the first comparator 10 . The resistors R1 and R2 and the capacitors C1 and C2 are each dimensioned such that the same voltage results at the taps of the two voltage dividers. This presupposes that the resistors and the capacitors each share the applied supply voltage in the same ratio.

Da auch der Schalter 54 geschlossen wird, stellt sich am Signaleingang 52 des zweiten Komparators 50 die an der Ver sorgungsspannungsleitung 22 vorhandene Spannung ein.Since the switch 54 is also closed, the voltage present on the supply voltage line 22 is set at the signal input 52 of the second comparator 50 .

Nach Beendigung des Startimpulses endet auch das Schaltsi gnal S am Ausgang 80 der ODER-Schaltung 76, so daß alle Schalter in der dargestellten Spannungsüberwachungsschaltung in den geöffneten Zustand übergehen. Dies hat zur Folge, daß der Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2 von der Versorgungsspannung abgetrennt wird, während der Abgriff 26 dieses Spannungsteilers vom Signaleingang 12 des ersten Komparators 10 abgetrennt wird. An diesem Signaleingang 12 liegt in diesem Zustand die am Abgriff 20 des kapazitiven Spannungsteilers aus den Kondensatoren C1 und C2 vorhandene Spannung. Wegen des Öffnens des Schalters 34 wird die Refe renzspannungsquelle 36 von den Referenzeingängen der beiden Komparatoren 10 und 50 abgetrennt, so daß an diesen Refe renzeingängen nicht mehr die Ausgangsspannung der Referenz spannungsquelle 36, sondern die am Kondensator C3 gespei cherte Spannung anliegt.After completion of the start pulse, the switching signal S also ends at the output 80 of the OR circuit 76 , so that all switches in the voltage monitoring circuit shown pass into the open state. This has the consequence that the voltage divider from the resistors R1 and R2 is disconnected from the supply voltage, while the tap 26 of this voltage divider is disconnected from the signal input 12 of the first comparator 10 . In this state, the voltage present at the tap 20 of the capacitive voltage divider comprising the capacitors C1 and C2 is connected to this signal input 12 . Because of the opening of the switch 34 , the reference voltage source 36 is separated from the reference inputs of the two comparators 10 and 50 , so that at these reference inputs no longer the output voltage of the reference voltage source 36 , but rather the voltage stored on the capacitor C3 is applied.

Nach Öffnen der erwähnten Schalter vergleicht der erste Komparator 10 die am Abgriff 20 des kapazitiven Spannungs teilers C1, C2 mit der am Referenzeingang 14 anliegenden, am Kondensator C3 gespeicherten Spannung. Der zweite Komparator 50 vergleicht die an seinem Referenzeingang 58 anliegende Spannung mit der am Kondensator C5 gespeicherten Spannung.After opening the switch mentioned, the first comparator 10 compares the tap 20 of the capacitive voltage divider C1, C2 with the voltage applied to the reference input 14 , stored on the capacitor C3. The second comparator 50 compares the voltage present at its reference input 58 with the voltage stored on the capacitor C5.

Sollte die zu überwachende Spannung Vcc nach dem Öffnen der Schalter noch nicht ihren Sollwert erreicht haben, dann stellt der erste Komparator 10 fest, daß die an seinem Signaleingang 12 anliegende Spannung kleiner als die an seinem Referenzeingang 14 anliegende Spannung ist. Dies hat zur Folge, daß am Ausgang 16 des ersten Komparators 10 ein Signal mit dem Wert "1" erscheint, das einerseits der Aus gangsklemme 18 als Warnsignal und andererseits der ODER-Schaltung 76 als Steuersignal zugeführt wird, das die Abgabe des Schaltsignals S am Ausgang 80 dieser ODER-Schaltung zur Folge hat. Das Schaltsignal S bewirkt das erneute Schließen der Schalter, so daß die Spannungen an den Eingängen der zwei Komparatoren 10 und 50 aufgefrischt werden. Das Signal mit dem Wert "1" am Ausgang 16 des ersten Komparators 10 hält solange an, bis der Spannungswert am Signaleingang 12 des ersten Komparators 10 größer als der Spannungswert am Referenzeingang 14 ist. Sobald dies eintritt, nimmt das Steuersignal am Ausgang 16 des ersten Komparators 10 den Wert "0" an, so daß daraufhin das Schaltsignal S nicht mehr am Ausgang 80 der ODER-Schaltung 76 erscheint. Die genannten Schalter gehen dann in den offenen Zustand über.If the voltage Vcc to be monitored has not yet reached its target value after the switches have been opened, then the first comparator 10 determines that the voltage applied to its signal input 12 is less than the voltage applied to its reference input 14 . This has the consequence that a signal with the value "1" appears at the output 16 of the first comparator 10 , which is supplied on the one hand to the output terminal 18 as a warning signal and on the other hand to the OR circuit 76 as a control signal which outputs the switching signal S on Output 80 of this OR circuit results. The switching signal S causes the switches to close again, so that the voltages at the inputs of the two comparators 10 and 50 are refreshed. The signal with the value "1" at the output 16 of the first comparator 10 continues until the voltage value at the signal input 12 of the first comparator 10 is greater than the voltage value at the reference input 14 . As soon as this occurs, the control signal at the output 16 of the first comparator 10 assumes the value "0", so that the switching signal S then no longer appears at the output 80 of the OR circuit 76 . The switches mentioned then go into the open state.

Der Vergleich der am Abgriff 20 und somit am Signaleingang 12 des ersten Komparators 10 anliegenden Spannung mit der Spannung an dessen Referenzeingang 14 ermöglicht nur für einen begrenzten Zeitraum eine tatsächliche Überwachung der Spannung an der Versorgungsspannungsleitung 22. Aufgrund von Leckströmen ändert sich nämlich die Spannung am Abgriff 20, so daß sie nicht mehr in dem durch das Verhältnis der Kon densatoren C1 und C2 und auch der Widerstände R1 und R2 vorgegebenen Verhältnis zur Versorgungsspannung Vcc steht.The comparison of the voltage present at the tap 20 and thus at the signal input 12 of the first comparator 10 with the voltage at its reference input 14 enables the voltage on the supply voltage line 22 to be actually monitored only for a limited period of time. Because of leakage currents, the voltage at the tap 20 changes , so that it is no longer in the ratio to the supply voltage Vcc given by the ratio of the capacitors C1 and C2 and also the resistors R1 and R2.

In der beschriebenen Spannungsüberwachungsschaltung sind Maßnahmen vorgesehen, die gewährleisten, daß die Spannung am Abgriff 20 immer wieder so aufgefrischt wird, daß sie im richtigen Verhältnis zur überwachten Versorgungsspannung Vcc steht. Sie verhält sich dadurch so, als würde sie direkt die Spannung Vcc und nicht eine davon abgeleitete und auf Kon densatoren gespeicherte Spannung überwachen. Das Steuersi gnal zur Erzielung dieses Auffrischvorgangs wird vom zweiten Komparator 50 erzeugt.In the voltage monitoring circuit described, measures are provided which ensure that the voltage at the tap 20 is refreshed again and again so that it is in the correct ratio to the monitored supply voltage Vcc. As a result, it behaves as if it were directly monitoring the voltage Vcc and not a voltage derived therefrom and stored on capacitors. The control signal for achieving this refreshing process is generated by the second comparator 50 .

Der zweite Komparator 50 vergleicht wie der erste Komparator 10 die an seinem Signaleingang 52 anliegende Spannung mit der Spannung an seinem Referenzeingang 58, wobei diese bei den Spannungen am Kondensator C5 bzw. am Kondensator C3 gespeichert sind. Der Kondensator C5 ist ein Kondensator mit einem im Verhältnis zum Kondensator C3 sehr kleinen Wert (1/10 oder auch 1/100 des Kapazitätswerts des Kondensators C3), damit er gegenüber den anderen in der Schaltung verwen deten Kondensatoren schneller durch die äußere Beschaltung ("Leckstrom") entladen wird. Dies hat zur Folge, daß die an ihm gespeicherte und somit am Signalein gang 52 des zweiten Komparators 50 anliegende Spannung auf grund dieses Leckstroms deutlich schneller absinkt als die Spannungen an den anderen Kondensatoren. Sobald die Istspannung am Signaleingang 52 des zweiten Komparators 50 kleiner als die Sollspannung am Referenzeingang 58 wird, gibt der zweite Komparator 50 ein Steuersignal ab, das von der ODER-Schaltung 76 als Schaltsignal S an die Schalter 28, 30, 32, 34, 54, 70 und über die ODER-Schaltung 48 auch an den Schalter 44 angelegt wird, was das Schließen dieser Schalter zur Folge hat. Durch das Schließen der Schalter wird über den ohmschen Spannungsteiler R1, R2 an den Abgriff 20 wieder die gewünschte Sollspannung an den Signaleingang 12 des ersten Komparators 10 angelegt, und die Referenz spannung wird an die Referenzeingänge 14 und 58 der Kompa ratoren 10 bzw. 50 angelegt. Am Kondensator C5 wird ferner wieder die Versorgungsspannung Vcc hergestellt.Like the first comparator 10, the second comparator 50 compares the voltage present at its signal input 52 with the voltage at its reference input 58 , these being stored at the voltages on the capacitor C5 and on the capacitor C3. The capacitor C5 is a capacitor with a very small value in relation to the capacitor C3 (1/10 or even 1/100 of the capacitance value of the capacitor C3), so that it is faster compared to the other capacitors used in the circuit by the external circuit (" Leakage current ") is discharged. The result of this is that the voltage stored on it and thus applied to the signal input 52 of the second comparator 50 drops significantly faster than the voltages on the other capacitors due to this leakage current. As soon as the actual voltage at the signal input 52 of the second comparator 50 becomes lower than the target voltage at the reference input 58 , the second comparator 50 outputs a control signal which is sent from the OR circuit 76 as a switching signal S to the switches 28 , 30 , 32 , 34 , 54 , 70 and is also applied to the switch 44 via the OR circuit 48 , which results in the closing of these switches. By closing the switch, the desired setpoint voltage is again applied to the signal input 12 of the first comparator 10 via the ohmic voltage divider R1, R2 to the tap 20 , and the reference voltage is applied to the reference inputs 14 and 58 of the comparators 10 and 50 , respectively . The supply voltage Vcc is also produced again at the capacitor C5.

Bisher wurde angenommen, daß sich die Versorgungsspannung Vcc nicht geändert hat, sondern immer noch den Sollwert von 5 V hat. Nach dem Auffrischvorgang liegt somit am Signal eingang 52 des zweiten Komparators 50 wieder eine Spannung, die größer als die Referenzspannung am Referenzeingang 58 ist, so daß der zweite Komparator 50 das Steuersignal nicht mehr abgibt. Im beschriebenen Beispiel bedeutet dies, daß das Ausgangssignal des zweiten Komparators 50 wieder den Signalwert "0" annimmt. Demzufolge geht auch das Schaltsi gnal S wieder auf den Wert "0" zurück, so daß die Schalter wieder in den geöffneten Zustand übergehen. Es liegt nunmehr wieder der Zustand vor, in dem die Komparatoren 10 und 50 die an den Kondensatoren C1, C2, bzw. C3, C5 gespeicherten Spannungen miteinander vergleichen. Da in diesem Zustand weder der Spannungsteiler R1, R2 noch die Referenzspannungs quelle 36 mit der Versorgungsspannung Vcc verbunden sind, ist die Stromaufnahme der Spannungsüberwachungsschaltung in dieser Zeitperiode drastisch reduziert. In der Praxis hat sich nämlich gezeigt, daß gerade eine hochgenaue Referenz spannungsquelle im Verhältnis zu den anderen in der Schal tung enthaltenen Komponenten einen relativ hohen Betriebs strom benötigt, so daß die Abschaltung der Referenzspan nungsquelle zu einer deutlichen Verringerung der Stromauf nahme führt. Auch das Abschalten des ohmschen Spannungs teilers R1, R2 trägt zu dieser Stromreduzierung bei.It has previously been assumed that the supply voltage Vcc has not changed, but still has the setpoint of 5 V. After the refresh process is therefore at the signal input 52 of the second comparator 50 again a voltage that is greater than the reference voltage at the reference input 58 , so that the second comparator 50 no longer emits the control signal. In the example described, this means that the output signal of the second comparator 50 again assumes the signal value "0". Accordingly, the Schaltsi signal S goes back to the value "0", so that the switches go back to the open state. The state is now again in which the comparators 10 and 50 compare the voltages stored on the capacitors C1, C2 and C3, C5 with one another. Since neither the voltage divider R1, R2 nor the reference voltage source 36 are connected to the supply voltage Vcc in this state, the current consumption of the voltage monitoring circuit is drastically reduced in this time period. In practice, it has been shown that just a highly accurate reference voltage source in relation to the other components contained in the circuit device requires a relatively high operating current, so that switching off the reference voltage source leads to a significant reduction in current consumption. Switching off the ohmic voltage divider R1, R2 also contributes to this current reduction.

Es wird nun angenommen, daß die Versorgungsspannung Vcc nach dem letztmaligen Erzeugen des Schaltsignals S und dem daraus resultierenden Schließen der Schalter auf einen Wert abge sunken ist, der unterhalb eines noch tolerierbaren Toleranz werts liegt. Dieser Wert der Versorgungsspannung Vcc muß daher zur Abgabe des Alarmsignals am Ausgang 16 des Kompa rators 10 führen. Das Absinken der Versorgungsspannung Vcc führt dazu, daß auch am Abgriff 20 des kapazitiven Span nungsteilers und auch am Signaleingang 12 des Komparators 10 ein niedrigerer Spannungswert auftritt, der angenommenerwei se kleiner als der Referenzspannungswert am Referenzeingang 14 ist. Der erste Komparator 10 gibt somit an seinem Ausgang 16 das Alarmsignal mit dem Wert "1" ab, das über die An schlußklemme 18 dem mit der geschilderten Spannungsüberwa chungsschaltung ausgestatteten Gerät zugeführt werden kann, und es kann dort gewünschte Reaktionen auslösen. Beispiels weise kann einem Benutzer über eine Anzeigevorrichtung mit geteilt werden, daß ein Batteriewechsel im Gerät vorgenommen werden muß. Das Alarmsignal könnte beispielsweise aber auch in dem Gerät das Abspeichern wichtiger Daten auslösen und einen in dem Gerät vorhandenen Mikroprozessor wieder auf einen definierten Anfangszustand zurücksetzen.It is now assumed that after the last generation of the switching signal S and the resulting closing of the switches, the supply voltage Vcc has dropped to a value which is below a still tolerable value. This value of the supply voltage Vcc must therefore lead to the delivery of the alarm signal at the output 16 of the comparator 10 . The drop in the supply voltage Vcc leads to a lower voltage value also occurring at the tap 20 of the capacitive voltage divider and also at the signal input 12 of the comparator 10 , which is assumed to be lower than the reference voltage value at the reference input 14 . The first comparator 10 thus outputs at its output 16 the alarm signal with the value "1", which can be supplied via the terminal 18 to the device equipped with the described voltage monitoring circuit, and it can trigger desired reactions there. For example, a user can be informed via a display device that a battery change must be made in the device. The alarm signal could, for example, also trigger the storage of important data in the device and reset a microprocessor present in the device to a defined initial state.

Das oben geschilderte Verhalten gilt für eine langsame Ände rung der zu überwachenden Spannung Vcc. Damit die Spannungs überwachungsschaltung mit möglichst geringer Verzögerung auch auf schnelle Änderungen der Versorgungsspannung Vcc ansprechen kann, ist eine zusätzliche Stromquelle 46 vorge sehen, die über den Schalter 44 parallel zur Stromquelle 42 geschaltet werden kann. Das Schließen des Schalters wird einerseits vom Schaltsignal S während des Normalbetriebs bewirkt. Der erste Komparator 10 kann dann, wenn er mit einem erhöhten Strom gespeist wird, schneller auf eine Änderung der Spannung an seinem Signaleingang 12 reagieren. Das Steuersignal zum Schließen des Schalters 44 wird aber auch von der ODER-Schaltung 48 dann abgegeben, wenn über den Kondensator C4 ein Impuls zu dieser ODER-Schaltung 48 ge langt, der immer dann auftritt, wenn eine sehr schnelle Änderung der Versorgungsspannung Vcc auftritt. Diese schnel le Spannungsänderung gelangt über den Kondensator C1 auch an den Signaleingang 12 des ersten Komparators 10. Für die Fälle, in denen ein sehr schnelles Reagieren des ersten Komparators 10 erforderlich ist, sorgt das Parallelschalten der Stromquelle 46 zur Stromquelle 42 für eine Erhöhung des Versorgungsstroms des ersten Komparators 10, so daß dieser den Anforderungen entsprechend reagieren kann.The behavior described above applies to a slow change in the voltage Vcc to be monitored. So that the voltage monitoring circuit can respond to rapid changes in the supply voltage Vcc with as little delay as possible, an additional current source 46 is provided which can be connected in parallel with the current source 42 via the switch 44 . The closing of the switch is effected on the one hand by the switching signal S during normal operation. The first comparator 10 can then react more quickly to a change in the voltage at its signal input 12 if it is supplied with an increased current. The control signal for closing the switch 44 is also emitted by the OR circuit 48 when a pulse reaches this OR circuit 48 via the capacitor C4, which occurs whenever a very rapid change in the supply voltage Vcc occurs. This rapid voltage change also reaches the signal input 12 of the first comparator 10 via the capacitor C1. For the cases in which a very quick reaction of the first comparator 10 is required, the parallel connection of the current source 46 to the current source 42 ensures an increase in the supply current of the first comparator 10 , so that the latter can react according to the requirements.

Als Referenzspannungsquelle kann in der beschriebenen Span nungsüberwachungsschaltung vorzugsweise eine Bandabstands-Referenz verwendet werden, die eine hochkonstante Ausgangs spannung von 1,2 V abgibt. In einem konkreten Fall kann an genommen werden, daß die zu überwachende Versorgungsspannung Vcc einen Wert von 5 V hat und ein Absinken bis auf 4,85 V noch nicht zum Ansprechen des ersten Komparators 10 und zur Abgabe des Alarmsignals führen soll. Erst wenn die Spannung unter 4,85 V absinkt, soll das Alarmsignal erzeugt werden. Wenn in diesem Beispiel für den Widerstand R1 ein Widerstand von 3,65 kΩ und für den Widerstand R2 ein Widerstand von 1,2 kΩ verwendet wird, dann stellt sich dann, wenn die Versorgungsspannung Vcc den Wert 5 V hat, am Signaleingang 12 des Komparators 10 eine Spannung von 1,237 V ein. Sobald die Versorgungsspannung Vcc unter 4,85 V absinkt, wird am Signaleingang ein Spannungswert unter 1,2 V erreicht, der kleiner als die Referenzspannung aus der Referenzspannungs quelle 36 von 1,2 V ist. Dies führt zum Ansprechen des ersten Komparators 10 und zur Abgabe des Alarmsignals an dessen Ausgang 16. Die Kondensatoren C1 und C2 teilen, wie bereits oben erwähnt, die Spannung Vcc im gleichen Verhält nis wie die Widerstände R1 und R2, wobei die Kapazitätswerte dieser Kondensatoren je nach den Möglichkeiten und Anfor derungen gewählt werden können.A bandgap reference which emits a highly constant output voltage of 1.2 V can preferably be used as the reference voltage source in the voltage monitoring circuit described. In a specific case, it can be assumed that the supply voltage Vcc to be monitored has a value of 5 V and a drop to 4.85 V should not yet lead to the first comparator 10 responding and to the alarm signal being emitted. The alarm signal should only be generated when the voltage drops below 4.85 V. If in this example a resistor of 3.65 kΩ is used for the resistor R1 and a resistor of 1.2 kΩ for the resistor R2, then when the supply voltage Vcc has the value 5 V, the signal input 12 of the comparator appears 10 a voltage of 1.237 V. As soon as the supply voltage Vcc drops below 4.85 V, a voltage value below 1.2 V is reached at the signal input, which is smaller than the reference voltage from the reference voltage source 36 of 1.2 V. This leads to the first comparator 10 responding and to the alarm signal being output at its output 16 . The capacitors C1 and C2, as already mentioned above, share the voltage Vcc in the same ratio as the resistors R1 and R2, and the capacitance values of these capacitors can be chosen depending on the possibilities and requirements.

Die gesamte Spannungsüberwachungsschaltung kann in Form einer integrierten Schaltung ausgeführt werden, wobei sie mit geringem Platzbedarf direkt auf dem Halbleiter-Chip eines Mikroprozessors zur Überwachung seiner Versorgungs spannung untergebracht werden kann.The entire voltage monitoring circuit can be in the form an integrated circuit, where they with a small footprint directly on the semiconductor chip a microprocessor to monitor its supply voltage can be accommodated.

Claims

1. Voltage monitoring circuit having a first Kompara tor (10) which receives at a reference input (14) as the target voltage is a voltage which is produced by a through-fed to be monitored sponding voltage (Vcc) reference voltage source (36), and at a signal input ( 12 ) as actual voltage from a tap of an ohmic voltage divider (R1, R2) receives a voltage derived from the voltage to be monitored (Vcc), the first comparator ( 10 ) emitting a warning signal (RES) when the actual voltage at its signal input ( 12 ) is smaller than the target voltage at its reference input ( 14 ), characterized by

- A capacitive voltage divider (C1, C2) which is connected in parallel to the ohmic voltage divider (R1, R2) and the voltage to be monitored (Vcc) at one with the signal input of the first comparator ( 10 ) and the tap ( 26 ) of the ohmic Taps ( 20 ) connected to the voltage divider (R1, R2) in the same ratio as the ohmic voltage divider (R1, R2),
- A second comparator ( 50 ) which receives the reference voltage at a reference input ( 58 ) as the target voltage and at a signal input ( 52 ) as the actual voltage the voltage to be monitored (Vcc), the second comparator ( 50 ) emitting a control signal when the actual voltage at its signal input ( 52 ) becomes smaller than the target voltage at its reference input ( 58 ),
- A first storage capacitor (C3) which is connected to the reference input ( 14 ) of the first comparator ( 10 ) and the reference input ( 58 ) of the second comparator ( 50 ),
a second storage capacitor (C5) which is connected to the signal input ( 52 ) of the second comparator ( 50 ) and has a substantially smaller capacitance than the first storage capacitor (C3) and the capacitors (C1, C2) of the capacitive voltage divider, so that a voltage stored on it drops faster through the external wiring than voltages stored on the other capacitors (C1, C2, C3),
- A first controllable switch ( 30 ) and a second controllable switch ( 32 ) for separating the ohmic voltage divider (R1, R2) from the circuit to be monitored (Vcc),
a third controllable switch ( 28 ) for separating the ohmic voltage divider (R1, R2) from the signal input ( 12 ) of the first comparator ( 10 ) and from the tap ( 20 ) of the capacitive voltage divider (C1, C2),
- A fourth controllable switch ( 34 ) and a fifth controllable switch ( 70 ) for disconnecting the reference voltage source ( 36 ) from the reference inputs of the first comparator ( 10 ) and the second comparator ( 50 ) and from the voltage supply (Vcc),
a sixth controllable switch ( 54 ) for separating the second comparator ( 50 ) from the voltage (Vcc) to be monitored,
- Wherein a control signal (S) derived from the control signal from the second comparator ( 50 ) or from the warning signal (RES) from the first comparator ( 10 ) the controllable switches ( 28 , 29 , 30 , 34 , 54 , 70 ) for closing this switch is fed so that the ohmic voltage divider (R1, R2) and the reference voltage source ( 36 ) are activated when the supply voltage (Vcc) drops below its setpoint.

2. Voltage monitoring circuit according to claim 1, characterized in that the reference voltage source ( 36 ) is a bandgap reference.

3. Voltage monitoring circuit according to claim 1 or claim 2, characterized in that via a seventh controllable switch ( 44 ) an additional power source ( 46 ) at the power supply input of the first comparator ( 10 ) can be closed, and that the seventh switch ( 44 ) by the switching signal (S) or by a further control signal generated by a rapid drop in the supply voltage can be set in the closed state.

4. Voltage monitoring circuit according to claim 3, characterized characterized in that the further control signal by a capacitor connected to the supply voltage source (C4) is produced.

5. Voltage monitoring circuit according to one of the previous existing claims, characterized in that it as an inte grated circuit is formed.