JP2000217262A - プログラム可能なバッテリ電力低下検出器 - Google Patents

プログラム可能なバッテリ電力低下検出器

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JP2000217262A
JP2000217262A JP2000001780A JP2000001780A JP2000217262A JP 2000217262 A JP2000217262 A JP 2000217262A JP 2000001780 A JP2000001780 A JP 2000001780A JP 2000001780 A JP2000001780 A JP 2000001780A JP 2000217262 A JP2000217262 A JP 2000217262A
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JP2000001780A
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M Hanjani Hassan
エム、ハンジャニ ハッサン
Howard Hou Fungyu
ハワード ホウ フンギュ
Watts Charles Jr
ワッツ、ジュニア チャールズ
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Fairchild Semiconductor Corp
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Fairchild Semiconductor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 各電圧レベルの範囲内でプログラム可能に調
整できる低バッテリしきい値をもたらすプログラム可能
なバッテリ電力低下検出回路を提供する。 【解決手段】 プログラム可能なバッテリ電力低下検出
回路はデジタル的にプログラム可能な検出レベルを有す
ると共に、安定な基準電圧をデジタル的にプログラム可
能な抵抗性分圧回路によって分圧されるバッテリから供
給される電圧と比較する比較器を備えている。分圧回路
の抵抗をプログラム可能に変えることにより、バッテリ
電力低下検出しきい値はアプリケーションの要求に応じ
て変化させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に集積回路に関
し、特にプログラム可能なバッテリ電力低下検出回路に
関する。
【０００２】
【従来の技術】今日のバッテリで動作する消費者の電子
装置のうちの多くのものは、バッテリの充電レベルが或
る一定のしきい値を下回って低下することを検出する内
部回路を提供している。このバッテリ電力低下検出回路
は一般に、バッテリ充電レベルが一旦しきい値レベルを
下回って低下すると或る種のユーザの警報機構をトリガ
するように設定されている。代表的なバッテリ電力低下
検出回路は、所望のしきい値レベルに設定されている内
部基準電圧を使用している。バッテリの電圧レベルは基
準電圧レベルと連続的に比較され、この際、比較回路の
出力はバッテリの状態を信号で知らせるようになってい
る。
【０００３】バッテリの電力低下を検出するしきい値レ
ベルは、使用するバッテリの型式、バッテリが動作する
電圧レベル、及びバッテリが給電するアプリケーション
回路によって決まる。しかしながら、同一の一般のアプ
リケーションの分野においてさえ、バッテリの電力低下
を構成するものは１つの特定のアプリケーションから別
のアプリケーションに変化する。従って、単一の固定し
きい値電圧を用いて設計されたバッテリ電力低下検出回
路は、例えば、次世代の各装置がより低い電源電圧レベ
ルで動作するならば設計し直す必要がある。固定したバ
ッテリ電力低下しきい値レベルは、異なるアプリケーシ
ョンに使用し得る汎用マイクロコントローラの場合に同
様の欠点を有する。或る一定のアプリケーションにおい
ては、装置が第１の電圧レベルにある１つのバッテリで
動作するかまたは第１の電圧レベルの２倍のレベルにあ
る２つのバッテリで動作することは一般的であるから、
或る型式のマイクロコントローラは２つの異なるバッテ
リ電力低下しきい値レベルに対応できるようになってい
る。しかしながら、これらの型式のマイクロプロセッサ
に対するアプリケーション範囲は制限されたままであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】各電圧レベルの範囲内
でプログラム可能に調整することができる低いバッテリ
しきい値レベルを与えるプログラム可能なバッテリ電力
低下検出回路が要求されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明はユーザがプログ
ラム可能な低いバッテリしきい値を有するバッテリ電力
低下検出回路を提供する。広く、本発明は安定した基準
電圧をデジタル式にプログラム可能な抵抗性分圧器チェ
ーンによって分圧されたバッテリから供給された電源電
圧と比較する比較器を利用する。好ましい実施例におい
て、抵抗性分圧器チェーンは、対応する多数の電界効果
トランジスタ（ＦＥＴ：field effect transistor）に
よって抵抗性チェーンの内部または外部にてプログラム
される多数の同一の抵抗要素から構成される。ユーザに
対して細かな増分だけ抵抗性分圧器の分圧比をデジタル
式に調整できるようにすることによって、低いバッテリ
レベルを所定の範囲の間の任意レベルにプログラムする
ことができる。
【０００６】従って、一実施例において、本発明は電源
ノードとアースとの間に接続され、第１の入力、第２の
入力及び出力を有する比較器と、その比較器の第１の入
力に接続された出力を有する基準電圧発生回路と、比較
器の第２の入力に接続されたプログラム可能な抵抗性分
圧回路とを具備し、該プログラム可能な抵抗性分圧回路
が電源ノードとアースとの間に接続された複数の抵抗器
と、その複数の抵抗器のサブセットに接続された複数の
トランジスタと、その複数のトランジスタにそれぞれ接
続された複数の出力を有する制御ロジックとを備えてい
ることを特徴とするバッテリ電力低下検出回路を提供す
る。
【０００７】好ましい実施例において、基準電圧発生回
路はバンド・ギャップ基準回路であり、複数の抵抗器は
抵抗値が同一であり、かつ前記複数のトランジスタは電
界効果型である。前記バッテリ電力低下検出回路は、前
記制御ロジックの各出力に接続されてプログラミング情
報を記憶する記憶回路を更に具備している。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１には、発明によるプログラム
可能なバッテリ電力低下検出回路のブロック図が示され
ている。この回路は比較器１００を備えており、その一
方の入力に、好ましくはバンド・ギャップ回路１０２に
よって発生される基準信号Ｖrefを受信する。比較器１
００の他方の入力は電源ＶＤＤとアースの間に接続した
抵抗回路１０４に接続する。電力はＶＤＤからバッテリ
によって供給され、そのバッテリの充電レベルが検出さ
れるようになっている。抵抗回路１０４は固定抵抗器Ｒ
１及びＲ２と、デジタル的にプログラム可能な切換抵抗
回路ＰＲ３とを備えている。このデジタル的にプログラ
ム可能な切換抵抗回路ＰＲ３は、図２及び図３と関連し
てより詳細に説明する多数の抵抗器及びスイッチから構
成される。プログラム可能なレジスタ１０６は制御装置
１０８からのプログラミングデータをバス１０７を介し
て受信する。このプログラミングデータは、切換抵抗回
路ＰＲ３の各スイッチを駆動するデコーダ１１０によっ
て復号化される。
【０００９】動作時、製造業者は選択した値を制御装置
１０８を介してプログラミング・レジスタ１０６にロー
ドすることができる。このプログラミング値はエンドユ
ーザの要求を反映している。プログラミングデータを変
えることによって、プログラム可能な抵抗回路ＰＲ３に
よって提供される抵抗値が変化する。その結果として抵
抗分割器の分割比が変化され、ノードＮ１に比較電圧を
発生する。バッテリの充電が減少するにつれて、ＶＤＤ
における電圧レベルが低下して、ノードＮ１での電圧レ
ベルが低下する。ノードＮ１における電圧レベルが一旦
Ｖrefより下に低下すると、比較器１００の出力ＤＥＴ
に「バッテリの電力低下」状態を表わす信号が現われ
る。こうして、ＤＥＴに現われるバッテリのレベルをプ
ログラム可能に変更することができる。本発明の一実施
例によれば、特定の応用が要求された場合、適切なプロ
グラミングデータによってノードＮ１の電圧が一旦所望
のレベルに調整されると、そのプログラミングデータを
不揮発性メモリ（図示せず）に永久に記憶するようにし
てもよい。このことによって、本回路に用いられている
装置がパワーアップする毎に、制御装置１０８は不揮発
性メモリからバッテリ電力低下レベルのプログラム値を
読み出すことができると共に、プログラミングデータを
レジスタ１０６にロードすることができる。この種のア
プリケーションに適する種々の型式のメモリを備えた汎
用マイクロコントローラの例として、フェアチャイルド
・セミコンダクタ社製の「低電力安全アプリケーション
用の演算制御装置エンジン（ＡＣＥ）（Arishmeric Con
troller Engine for Low Power Secure Application
s)」（ＦＭ９８ＡＣＥ０１／０２）を見い出すことがで
きる。
【００１０】プログラム可能な抵抗回路ＰＲ３は、例え
ば５Ｖバッテリの場合、０．１Ｖ毎の増分で、例えば
３．１Ｖから２．４Ｖに渡るバッテリ電力低下検出レベ
ルをもたらすように設計することができる。この例は８
つの０．１Ｖ増分を発生するのに３ビットのプログラム
可能なレジスタ１０６を必要とすることとなる。この種
の回路を実施する特定の実施例を図２及び図３に関連し
て以下に説明する。図２は比較器１００を備えた本発明
のバッテリ電力低下検出回路の一部の例示的回路の実施
例を示している。比較器１００は、ｎ型入力トランジス
タ２００及び２０２、Ｐ型負荷トランジスタ２０４及び
２０６、ｎ型電流源トランジスタ２０８、及びｎ型イネ
ーブル・トランジスタ２１０から構成され、これらは図
示のように電源ＶＤＤとアースとの間に接続される。ト
ランジスタ２００のゲートでの比較器１００の正の入力
はＶrefに接続し、トランジスタ２０２のゲートにおけ
る負の入力はノードＮ１に接続される。電流源トランジ
スタ２０８は、バンド・ギャップ回路１０２である基準
電圧発生器からのバイアス電圧Ｖbiasを受信する。イネ
ーブル・トランジスタ２１０は（制御装置１０８から
の）バッテリ電力低下検出可能信号ＬＢＤＥＮを受信す
る。論理的に低い信号が（制御装置１０８によって）Ｌ
ＢＤＥＮに与えられた場合、トランジスタ２１０はオフ
に切り換ってアースから比較器１００を切り離す。この
ことは効果的に比較器及びバッテリ電力低下検出回路を
使用可能にする。この特徴は最適であるので、パワー・
ダウンまたはスリープ・モード等の機能を要求するアプ
リケーションに用いることができる。トランジスタ２１
０を必要としないときは、トランジスタ２０８のソース
端子を直接アースに接続してトランジスタ２１０を除去
してもよい。
【００１１】図２に示す回路例において、抵抗器分圧回
路は、ノードＮ１と電源ＶＤＤとの間に直列に接続され
た固定抵抗器Ｒ２３＝Ｒ２４＝Ｒ２５＝Ｒ、及びノード
Ｎ１とノードＮ２との間に直列に接続された固定抵抗器
Ｒ２２＝Ｒ２１＝Ｒを備えた多数の好ましくは同一の抵
抗器要素から構成される。この例では、抵抗器Ｒ２５は
トリミング目的のための多数のセグメント（Ｒ２４−
１，Ｒ２５−２，Ｒ２５−４及びＲ２５−４）を有する
ものとして示されている。このことは任意なことであっ
て、以下に更に説明する。抵抗器分圧回路のデジタル的
にプログラム可能な部分はノードＮ２とＮ３との間に設
けられ、その例が図３に示されている。
【００１２】ここで図３において、デジタル的にプログ
ラム可能な切換抵抗回路ＰＲ３及びデコーダ１１０（図
１）の例示的実施例が示されている。切換抵抗回路ＰＲ
３は、直列接続の８つの同一の抵抗器Ｒ３１からＲ３８
を備え、その総合抵抗値はＲ２１＝Ｒ２２＝Ｒ２３＝Ｒ
２４＝Ｒに等しいことが好ましい。更に、この回路は全
てのドレイン端子がノードＮ２に接続している８つのｎ
型スイッチ・トランジスタＭＮ１からＭＮ８を備え、一
方、おのおののソース端子は抵抗器タップ、即ちノード
Ｎ３１，Ｎ３２，Ｎ３３，Ｎ３４，Ｎ３５，Ｎ３６，Ｎ
３７及びＮ３にそれぞれ接続している。即ち、第１のｎ
型トランジスタＭＮ１はノードＮ２とＮ３１との間に接
続し、第２のｎ型トランジスタＭＮ２はノードＮ２とＮ
３２との間に接続し、第３のｎ型トランジスタＭＮ３は
ノードＮ２とＮ３３との間に接続し、以下同様に接続さ
れて、最後に、第８のトランジスタＭＮ８はノードＮ２
とＮ３との間に接続している。トランジスタＭＮ１から
ＭＮ８の各ゲート端子はデコーダ１１０の各出力によっ
て駆動される。デコーダ１１０は８つの３入力ＮＯＲゲ
ート３０１から３０８を備え、それらの出力は回路ＰＲ
３の８つのスイッチ・トランジスタの各ゲート端子を駆
動する。ＮＯＲゲートの各入力端子は、３つのバッテリ
・トリムビットbat-trim<2:0>及び３つのインバータ３
１０，３１２及び３１４によって発生されたそれらの反
転（trimb<2:0>）から構成されるバッテリ電力低下検出
プログラムデータを受信する。トランジスタＭＮ１から
ＭＮ８の何れか１つがオンに切り換えられたとき、その
トランジスタの導通チャネルによってノードＮ２がその
ソースに接続している抵抗器タップに短絡されることに
よって、ＰＲ３の抵抗値を低減するようになっている。
同一の抵抗器セグメントＲ３１からＲ３８が使用されて
おれば、ＰＲ３の抵抗値を等しい増分だけ変えることが
できる。
【００１３】動作時、比較器１００の正の入力はバンド
・ギャップ基準回路の出力に接続される。このようにＶ
ｒｅｆでの電圧は例えば１．２５Ｖに設定され、５Ｖバ
ッテリ印加での例えば１．８Ｖから６．６Ｖの中でのＶ
ＤＤ（即ち、バッテリ・レベル）の変化には無関係にそ
の電圧に安定に保持される。比較器１００の他方の入
力、即ち、ノードＮ１の電圧は、ＰＲ３のプログラムさ
れた値及びバッテリ・レベルＶＤＤによって決定され
る。
【数１】 ＰＲ３がその最高値にプログラムされれば（即ち、全て
のスイッチがオフに切り換えられれば）、前記等式はＶ
（Ｎ１）＝（ＶＤＤ）×（３Ｒ／６Ｒ）、即ち１／２・
ＶＤＤに簡略化される。５Ｖの例示的な公称バッテリ・
レベルを仮定すれば、この設定はＶＤＤが２．５Ｖを下
回って低下したとき（即ち、ノードＮ１の電圧が１．２
５ＶまたはＶｒｅｆを下回って低下したとき）、比較器
１００の出力が交互に切り換って、ＤＥＴに対してバッ
テリ電力低下状態を示すことを保証することとなる。し
かしながら、特別のアプリケーションがより低いＶＤＤ
レベルでのバッテリ電力低下の検出を要求する場合、Ｐ
Ｒ３をプログラムして、適切なスイッチ・トランジスタ
をオンに切換えてその抵抗値を低減することができる。
【００１４】抵抗器Ｒ２５をセグメント化することの目
的は、プログラム可能なバッテリ電力低下検出範囲をＶ
ＤＤまでシフトするオプションを設けることである。こ
のことはＲ２５の１つ以上のセグメントを短絡してその
総合抵抗値を低減することによって達成される。Ｒ２５
を変化させることの目的はプログラム可能な範囲を設定
することであるので、このことはそれ自体がデジタル的
にプログラム可能であるという必要はない。こうして、
一旦回路がシリコン上に作り込まれると、その範囲はＲ
２５の値をマスク・トリミングすることによってシフト
させることができる。同様のセグメント化は他の抵抗器
Ｒ２４及びＲ２３に対して行うことができる。例示的な
目的のみのために、抵抗Ｒはおのおのが４．５ｋΩの値
を有する８つの抵抗器セグメントＲ３１からＲ３８を用
いて、例えば３３ｋΩに設定することができる。Ｒ２５
をトリミングしてプログラム可能範囲の開始を例えば
３．１Ｖにシフトすれば、０．１Ｖ減分でプログラム可
能な３．１Ｖから２．４Ｖの範囲の間で任意のバッテリ
電力低下状態を検出するようにプログラムすることがで
きるバッテリ電力低下検出回路を提供する。好ましい実
施例において、各トランジスタＭＮ１からＭＮ８は、最
小の抵抗値を有するように設計されると共に、各抵抗器
タップに対応トランジスタのソース／ドレインを接続す
ることによって付加され得る寄生抵抗を最小化するよう
に配置される。
【００１５】結論的には、本発明はデジタル式にプログ
ラム可能なバッテリ電力低下検出回路を提供する。以
上、本発明の好ましい実施例についてまとまった説明を
行ったが、種々の代替物、変更及び等価物を使用するこ
とは可能である。例えば、本発明の原理に従って動作す
るプログラム可能なバッテリ電力低下検出回路は、ｎ型
からｐ型に変更される電界効果トランジスタの極性を用
いて設計することができる。また、十分に規定された抵
抗特性を有する他の回路要素（例えば、電界効果トラン
ジスタ）は、抵抗性分圧回路を実施するのに使用し得
る。抵抗分圧回路における固定抵抗器の数は、この発明
の範囲から逸脱することなく実施に応じて変化し得る。
従って、本発明の範囲は前述の説明を参照して決定すべ
きではないが、その代わりに、等価物の全範囲の他に、
特許請求の範囲を参照して決定すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるプログラム可能なバッ
テリ電力低下検出回路の簡略したブロック図である。
【図２】比較器を示す本発明のプログラム可能なバッテ
リ電力低下検出を実施する例示的回路図である。
【図３】本発明のバッテリ検出回路に使用するデジタル
的にプログラム可能な可変抵抗分圧回路を実施する回路
図である。
【符号の説明】
１００ 比較器 １０２ バンド・ギャップ回路 １０４ 抵抗回路 １０６ プログラム可能なレジスタ １０７ バス １０８ 制御装置 １１０ デコーダ ＶＤＤ 電源（バッテリ） Ｒ１，Ｒ２ 抵抗器 ＰＲ３ デジタル的にプログラム可能な切換抵抗回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フンギュ ハワード ホウ アメリカ合衆国 カリフォルニア、サニー ベール、マングローブ アベニュー 930、 アパートメント 91 (72)発明者 チャールズ ワッツ、ジュニア アメリカ合衆国 テキサス、クロウリイ、 アリオヨ ウェイ 7309

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アースとバッテリによって供与された電
    源との間に接続され、第１の入力、第２の入力及び出力
    を有する比較器と、 前記比較器の前記第１の入力に接続した出力を有する基
    準電圧発生回路と、 前記電源とアースとの間に接続されると共に、前記比較
    器の前記第２の入力に接続された抵抗性分圧器チェーン
    と、 を備え、前記抵抗性分圧器チェーンは固定抵抗要素及び
    プログラム可能な抵抗要素を備え、しかも、該プログラ
    ム可能な抵抗要素は、 複数の抵抗性セグメントと、 前記複数の抵抗性セグメントに接続された複数のトラン
    ジスタと、 前記複数のトランジスタにそれぞれ接続された複数の出
    力を有するデジタル式にプログラム可能な制御ロジック
    と、 を備えたことを特徴とするプログラム可能なバッテリ電
    力低下検出回路。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記固定抵抗要素が前
    記比較器の第２の入力と前記電源との間を結合し、しか
    も、前記プログラム可能な抵抗要素が前記比較器の前記
    第２の入力とアースとの間を結合したこと、を特徴とす
    る前記プログラム可能なバッテリ電力低下検出回路。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記プログラム可能な
    抵抗性分圧器の前記複数のトランジスタが、第１のノー
    ドと第２のノードとの間に複数のタップを用いて直列に
    接続されていることを特徴とする前記プログラム可能な
    バッテリ電力低下検出回路。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記複数のトランジス
    タが、前記第１のノードに接続した第１のソース／ドレ
    イン端子及び前記複数のタップにそれぞれ接続した第２
    のソース／ドレイン端子をおのおのが有する電界効果ト
    ランジスタ（ＦＥＴ）型式であることを特徴とする前記
    プログラム可能なバッテリ電力低下検出回路。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記デジタル式にプロ
    グラム可能な制御論理が、その入力端子にてプログラミ
    ングデータを受信すると共に、その複数の出力にて各制
    御信号を発生するデコーダを備えたことを特徴とする前
    記プログラム可能なバッテリ電力低下検出回路。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記基準電圧発生回路
    は前記電力のソースとアースとの間に接続されたバンド
    ・ギャップ回路であることを特徴とする前記プログラム
    可能なバッテリ電力低下検出回路。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記抵抗性分圧器チェ
    ーンが前記電源と前記比較器の前記第２の入力との間に
    接続された第１の複数の直列に接続した固定抵抗要素
    と、前記比較器の前記第２の入力と前記第１のノードと
    の間に接続された第２の複数の固定抵抗要素と、を備え
    たことを特徴とする前記プログラム可能なバッテリ電力
    低下検出回路。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記第１の複数の固定
    抵抗要素のおのおの及び前記第２の複数の固定抵抗要素
    のおのおのの抵抗値が、前記プログラム可能な抵抗要素
    の前記複数の抵抗性セグメントの抵抗の総合値と実質的
    に等しいことを特徴とする前記プログラム可能なバッテ
    リ電力低下検出回路。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載のプログラム可能なバッ
    テリ電力低下検出回路において、前記プログラミングデ
    ータを受信し記憶するように構成されると共に、前記デ
    コーダに出力が接続している記憶回路を更に具備したこ
    とを特徴とする前記プログラム可能なバッテリ電力低下
    検出回路。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のプログラム可能なバ
    ッテリ電力低下検出回路において、更に、前記記憶回路
    に接続された制御装置を備え、該制御装置は外部回路と
    インターフェースするように構成された入力／出力端子
    を有する、前記プログラム可能なバッテリ電力低下検出
    回路。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のプログラム可能な
    バッテリ電力低下検出回路において、前記制御装置によ
    ってプログラミングデータを前記記憶回路にロードし
    て、前記複数のトランジスタの状態を選択的に切り換
    え、前記プログラム可能な抵抗要素を所望の抵抗値にす
    るようにして、前記比較器の前記第２の入力における電
    圧レベル及びバッテリの電力低下を検出するレベルを調
    整することを特徴とする前記プログラム可能なバッテリ
    電力低下検出回路。
  12. 【請求項１２】 バッテリの電力低下の状態を検出する
    方法において、 バッテリ電圧をプログラム可能な抵抗性分圧器チェーン
    に供給する段階と、 前記プログラム可能な抵抗性分圧器チェーンの内部ノー
    ド上の前記バッテリ電圧のレベルを測定し、この際、前
    記内部ノードが前記バッテリ電圧レベルの分圧した値を
    有する段階と、 前記抵抗性分圧器チェーンでの各抵抗値をプログラム可
    能に変えることによって前記バッテリ電圧レベルの前記
    分圧値を調整する段階と、 前記バッテリ電圧レベルの前記調整した分圧値を安定し
    た基準電圧と比較する段階と、 を備えていることを特徴とする前記方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の方法において、前
    記調整する段階は、更に、 抵抗器プログラミングデータをプログラム可能レジスタ
    に与える段階と、 前記抵抗器プログラミングデータを復号する段階と、 前記復号した抵抗器プログラミングデータを前記プログ
    ラム可能な抵抗性分圧器チェーンに与える段階と、 を備えていることを特徴とする前記方法。
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