JP2020148464A - ボルテージディテクタ - Google Patents

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Abstract

【課題】消費電流が少ないボルテージディテクタを提供する。【解決手段】ボルテージディテクタ100は、第1の電圧検出回路10、第2の電圧検出回路20及び分圧回路30を備える。分圧回路30は、第1の分圧電圧を取り出し可能な第1のノードN1及び第2の分圧電圧を取り出し可能な第2のノードN2を有する。第2の電圧検出回路20は、第1のノードN1と接続される入力端及び基準電圧が入力される第2の入力端を含むコンパレータ回路21を有する。第1の電圧検出回路10は、第2の分圧電圧が印加されるゲートを含む第1のNMOSトランジスタTr1と、一端が第1のNMOSトランジスタTr1と接続される定電流源11と、を有する。第1のNMOSトランジスタTr1は、第2の分圧電圧が第2の閾値電圧よりも高い状態でオンし、閾値電圧以下でオフするように構成される。【選択図】図1

Description

本発明は、ボルテージディテクタに関する。
一般的にボルテージディテクタは、電源に接続され、電源電圧の変動を監視する。また、ボルテージディテクタは、所定電圧を超えて電源電圧が変動した場合、接続される被駆動回路にリセット信号を出力する。被駆動回路は、リセット信号を受信すると、駆動を停止する。このようなボルテージディテクタは、例えば、特開2006−211297号公報(特許文献1参照)に記載されている。
特許文献1に記載されるボルテージディテクタは、電圧が低い側の基準レベル(VL)を下回る場合にリセット信号を出力する低電圧検出回路と、電圧が高い側の基準レベル(VH)を上回る場合にリセット信号を出力する高電圧検出回路とを備えている。このボルテージディテクタは、電源電圧(Vo)が、電圧が低い側の基準レベル(VL)を下回る場合及び電圧が高い側の基準レベル(VH)を上回る場合にリセット信号を出力して被駆動回路をリセットする。
特開2006−211297号公報
しかしながら、上述したボルテージディテクタは、高電圧検出回路及び低電圧検出回路の各々が、分圧回路と、基準電圧回路と、コンパレータ回路とを含んでおり、回路数が多い。従って、上述したボルテージディテクタでは、消費電流が多いという課題がある。
そこで、本発明は、上記課題を解決するために、消費電流が少ないボルテージディテクタを提供することを目的とする。
本発明に係るボルテージディテクタは、上述した課題を解決するため、第1の閾値電圧よりも低い電圧を検出する低電圧検出回路と第2の閾値電圧よりも高い電圧を検出する高電圧検出回路とを備えるボルテージディテクタであって、監視する電圧を、第1の分圧電圧と第2の分圧電圧とに分圧する分圧回路を備え、前記分圧回路は、前記第1の分圧電圧を取り出し可能な第1のノードと、前記第2の分圧電圧を取り出し可能な第2のノードと、を有し、前記低電圧検出回路及び前記高電圧検出回路の一方は、前記第1のノードと接続される第1の入力端及び基準電圧が入力される第2の入力端を含むコンパレータ回路を有し、前記低電圧検出回路及び前記高電圧検出回路の他方は、前記第2の分圧電圧が印加されるゲートを含むNMOSトランジスタと、一端が前記NMOSトランジスタと接続される定電流源と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、回路数を少なくできるため、消費電流を少なくすることができる。
第1の実施形態に係るボルテージディテクタの回路図。 第1の実施形態に係るボルテージディテクタのタイミングチャート。 第1の実施形態に係るボルテージディテクタにおけるNMOSトランジスタのタイミングチャート。 第2の実施形態に係るボルテージディテクタの回路図。 第2の実施形態に係るボルテージディテクタのタイミングチャート。 第2の実施形態に係るボルテージディテクタにおけるNMOSトランジスタのタイミングチャート。 実施形態に係るボルテージディテクタにおける分圧回路の変形例を示す部分回路図。 第2の実施形態に係るボルテージディテクタの変形例を示す回路図。
以下、本発明の実施形態に係るボルテージディテクタを、図面を参照して説明する。ボルテージディテクタは、例えば電源等の監視対象の電圧を監視しており、監視対象の電圧が、所定範囲にある通常状態、所定範囲よりも低い低電圧状態及び所定範囲よりも高い高電圧状態の何れの状態にあるかを検出する。出力端子に外部回路が接続されている場合、ボルテージディテクタは、低電圧状態又は高電圧状態に遷移すると、例えば、リセット信号等の低電圧状態又は高電圧状態に基づく信号を外部回路に出力する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るボルテージディテクタ100の回路図である。ボルテージディテクタ100は、例えば、高電圧検出回路としての第1の電圧検出回路10と、低電圧検出回路としての第2の電圧検出回路20と、分圧回路30と、インバータ41と、論理回路50と、出力回路60とを備えている。
第1の電圧検出回路10は、定電流を供給する定電流源11と、NMOSトランジスタTr1、Tr2とを有する。定電流源11と、NMOSトランジスタTr1、Tr2とは、電源1と接地ノードとしての大地(以下、「GND」とする)間に接続される。定電流源11は、一端が電源1に、他端が第1のNMOSトランジスタとしてのNMOSトランジスタTr1のドレインと接続される。NMOSトランジスタTr1のソースは、第2のNMOSトランジスタとしてのNMOSトランジスタTr2のドレインと接続される。また、NMOSトランジスタTr2のソースは、GNDに接続される。NMOSトランジスタTr1のドレインには、第1の電圧検出回路10の出力端としてのノードN3が設定されている。
第2の電圧検出回路20は、コンパレータ回路21と、コンパレータ回路21に基準電圧を与える基準電圧回路22とを有する。
コンパレータ回路21は、非反転入力端子及び反転入力端子で構成される2個の入力端と、1個の出力端とを有する。コンパレータ回路21の出力側には、第2の電圧検出回路20の出力端であるノードN4が設定されている。第2の電圧検出回路20の出力端は、ノードN4において、論理回路50の2個の入力端の一方と接続されている。また、ノードN4と第2のNMOSトランジスタとしてのNMOSトランジスタTr2のゲートとは、インバータ41を介して接続されている。
基準電圧回路22は、一端がコンパレータ回路21の非反転入力端子と接続され、他端がGNDに接続されている。
分圧回路30は、複数個の一例である3個の抵抗31、32、33を直列に接続することによって構成される。抵抗31の一端は電源1に接続され、抵抗31の他端は抵抗32の一端に接続され、抵抗32の他端は抵抗33の一端に接続され、抵抗33の他端はGNDに、接続される。抵抗31の他端と抵抗32の一端とを接続した接続点は、ノードN1である。抵抗32の他端と抵抗33の一端とを接続した接続点は、ノードN2である。
上記構成によって、分圧回路30は、電源1とGNDとの間の電圧を、第1の分圧電圧及び第2の分圧電圧に分圧している。すなわち、分圧回路30は、第1の分圧電圧を取り出し可能な第1のノードとしてのノードN1と、第2の分圧電圧を取り出し可能な第2のノードとしてのノードN2と、を有している。ノードN1は、コンパレータ回路21の2個の入力端のうち反転入力端子と接続される。ノードN2は、NMOSトランジスタTr1のゲートと接続される。
論理回路50は、入力信号に基づき所定の論理演算を行い、演算結果をハイ又はローで出力する回路である。論理回路50は、例えば、2個の入力端と、1個の出力端とを有している。論理回路50の2個の入力端のうち、第1の入力端はノードN4と接続され、第2の入力端はノードN3と接続されている。論理回路50の出力端は、出力回路60の入力端に接続されている。論理回路50の構成は、実行したい論理演算に応じて様々な構成から適宜選択可能である。
出力回路60は、入力信号に対し、ボルテージディテクタ100の出力端子OUTに接続される外部回路(図示省略)を考慮した出力信号に調整する回路である。
次に、ボルテージディテクタ100の作用について説明する。図2は、ボルテージディテクタ100(図1)における電圧のタイミングチャートである。図3は、NMOSトランジスタTr1、Tr2のタイミングチャートである。
ここで、図2のタイミングチャートにおいて、縦軸は電圧の相対値、横軸は時間Tである。また、図2には、電源電圧を表すVDD、ノードN1における電圧を表すVDE1、ノードN3における電圧を表すVOVER、ノードN4における電圧を表すVCOMP、基準電圧回路22の出力電圧、すなわち基準電圧を表すVREF、及び出力端子OUTにおける電圧を表すVOUTを記載している。
図3のタイミングチャートにおいて、縦軸は各NMOSトランジスタTr1、Tr2の動作状態であり、横軸は時間Tである。なお、図3の横軸に示されている時間範囲は、図2の横軸に示されている時間範囲と同じである。すなわち、図3の横軸に示されるT=t1、t2、t3は、図2の横軸に示されているT=t1、t2、t3と同じ時間である。
VDDが通常状態にある場合(T<t1)、第2の電圧検出回路20において、コンパレータ回路21は、図2に示されるように、第1の分圧電圧としてのVDE1がVREFよりも高いので、VCOMPはローである。この場合、NMOSトランジスタTr2のゲートには、VCOMPを反転させたハイが印加される。第1の電圧検出回路10において、NMOSトランジスタTr1、Tr2は、図3に示されるように、それぞれ、オフ及びオンである。従って、VOVERは、ハイとなり、VDDに比例した電圧、すなわちVDDと傾き(単位時間当たりの電圧降下)が等しい電圧を出力する。また、VOUTは、ハイとなり、VDDに比例した電圧が、出力端子OUTから出力される。
続いて、電圧が降下してVDDが通常状態から低電圧状態に遷移している場合(t1≦T<t2)、図2に示されるように、VDE1が第1の閾値電圧としてのVREFよりも低くなる。従って、第2の電圧検出回路20では、時間T=t1でVCOMPはローからハイに遷移する。また、第1の電圧検出回路10では、NMOSトランジスタTr2は、図3に示されるように、VCOMPの遷移に従い、時間T=t1で、オフ(OFF)する。一方、NMOSトランジスタTr1はオフ状態を維持する。従って、VOVERは、ハイを維持する。また、VOUTは、VCOMPの遷移に従い、ローに遷移する。ボルテージディテクタ100は、VOUTがローに遷移すると、外部回路にリセット信号を送信する。
続いて、電源電圧が上昇してVDDが低電圧状態から通常状態に復帰している場合(t2≦T<t3)、図2に示されるように、時間T=t2で、VDE1がVREFよりも高くなる。VDE1がVREFよりも高くなると、VCOMPはローに遷移する。NMOSトランジスタTr2は、図3に示されるように、VCOMPの遷移に従い、時間T=t2で、オンする。一方、NMOSトランジスタTr1はオフ状態を維持する。従って、VOVERは、ハイを維持する。VOUTは、VCOMPの遷移に従い、時間T=t2で、ハイに遷移する。ボルテージディテクタ100は、VOUTがハイに遷移すると、外部回路に送信していたリセット信号を解除する。
続いて、電源電圧がさらに上昇してVDDが通常状態から高電圧状態に遷移している場合(T≧t3)、図2に示されるように、時間T=t2以降ではVDE1がVREFよりも高いので、VCOMPはローを維持する。また、NMOSトランジスタTr1は、図3に示されるように、時間T=t3でオンする。すなわち、ゲートに印加されるノードN2の電圧が第2の閾値電圧としてのNMOSトランジスタTr1の閾値電圧を超える。ここで、NMOSトランジスタTr1、Tr2に流れるシンク電流値を、定電流源11の電流値よりも大きく設定することで、VOVERはローに遷移する。VOUTは、VOVERの遷移に従い、時間T=t3で、ローに遷移する。ボルテージディテクタ100は、VOUTがローに遷移すると、外部回路にリセット信号を送信する。
第1の実施形態によれば、第1の電圧検出回路10及び第2の電圧検出回路20で1個の分圧回路30を共用するので、回路構成を簡素化でき、低電圧状態及び高電圧状態の検出機能を損なうことなく消費電流を少なくすることができる。また、第2の電圧検出回路20よりも構成が簡素化された第1の電圧検出回路10を有するので、消費電流を少なくすることができる。すなわち、限られた電力量で動作しなければならない状況下であっても、低電圧状態及び高電圧状態の検出機能を損なうことなく、動作可能な時間を長くすることができる。
[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態に係るボルテージディテクタ200の回路図である。ボルテージディテクタ200は、例えば、高電圧検出回路としての第2の電圧検出回路20と、低電圧検出回路としての第3の電圧検出回路70と、分圧回路30と、インバータ42と、論理回路50と、出力回路60とを備えている。ボルテージディテクタ200は、ボルテージディテクタ100に対して、第1の電圧検出回路10の代わりに第3の電圧検出回路70を備える点と、第3の電圧検出回路70が第2の電圧検出回路20よりも低い電圧を検出する点とで相違するが、その他の点は同様である。そこで、本実施形態では、第3の電圧検出回路70を中心に説明し、ボルテージディテクタ100と重複する説明については省略する。
低電圧検出回路としての第3の電圧検出回路70は、例えば、PMOSトランジスタTr4と、抵抗72と、NMOSトランジスタTr3と、定電流源74とを有する。
PMOSトランジスタTr4は、ソースが電源1に、ドレインが抵抗72の一端と接続される。抵抗72の他端は、NMOSトランジスタTr3のドレインと接続される。
NMOSトランジスタTr3のソースは、定電流源74の一端と接続される。また、定電流源74の他端は、GNDに接続される。また、NMOSトランジスタTr3のドレインには、第3の電圧検出回路70の出力端としてのノードN6が設定されている。第3の電圧検出回路70の出力端は論理回路50における第2の入力端と接続されている。
また、PMOSトランジスタTr4のゲートは、インバータ42を介して、ノードN4と接続されている。NMOSトランジスタTr3のゲートは、分圧回路30のノードN2と接続されている。
次に、ボルテージディテクタ200の作用について説明する。図5は、ボルテージディテクタ200(図4)における電圧のタイミングチャートである。図6は、NMOSトランジスタTr3及びPMOSトランジスタTr4のタイミングチャートである。
ここで、図5のタイミングチャートにおいて、縦軸は電圧の相対値、横軸は時間Tである。また、図5には、図2と同様にVDD、VDE1、VREF、VCOMP及びVOUTと、ノードN6における電圧を表すVOVERと、を記載している。
なお、図5及び図6は、それぞれ、図2及び図3と同様の図である。すなわち、図6の横軸に示されるT=t4、t5、t6は、図5の横軸に示されているT=t4、t5、t6と同じ時間である。
VDDが通常状態にある場合(T<t4)、図5に示されるように、VDE1がVREFよりも低い。従って、VCOMPは、ハイである。この場合、PMOSトランジスタTr4のゲートには、VCOMPを反転させたローが印加される。NMOSトランジスタTr3及びPMOSトランジスタTr4は、図6に示されるように、共にオンである。この場合、抵抗72に定電流源74の電流が流れることで電圧降下が発生するので、VOVERはローである。VOVERがローとなる結果、VOUTは、ハイとなり、VDDに比例した電圧がボルテージディテクタ200から出力される。
続いて、電源電圧がさらに降下してVDDが通常状態から低電圧状態に遷移している場合(t4≦T<t5)、図5に示されるように、VDE1はVREFよりも低いままであり、VCOMPはハイを維持する。また、図6に示されるように、NMOSトランジスタTr3は、時間T=t4で、オンからオフへ遷移する。すなわち、ゲートに印加されるノードN2の電圧が、第2の閾値電圧としてのNMOSトランジスタTr3の閾値電圧よりも低くなる。一方、PMOSトランジスタTr4は、オン状態を維持する。従って、VOVERは、時間T=t4で、ローからハイへ遷移する。VOUTは、VOVERの遷移に従い、ローに遷移する。ボルテージディテクタ200は、VOUTがローに遷移すると、外部回路にリセット信号を送信する。
続いて、電源電圧が上昇してVDDが低電圧状態から通常状態に復帰している場合(t5≦T<t6)、VDE1は依然としてVREFよりも低いので、VCOMPは、ハイを維持する。図6に示されるように、NMOSトランジスタTr3は、時間T=t5で、オフからオンへ遷移する。一方、PMOSトランジスタTr4は、オン状態を維持している。従って、VOVERは、ローに遷移する。VOVERがローに遷移する結果、VOUTは、ハイとなり、VDDに比例した電圧がボルテージディテクタ200から出力される。ボルテージディテクタ200は、VOUTがハイに遷移すると、外部回路に送信していたリセット信号を解除する。
続いて、電源電圧がさらに上昇してVDDが通常状態から高電圧状態に遷移している場合(T≧t6)、図5に示されるように、時間T=t6で、VDE1が第1の閾値電圧としてのVREFよりも高くなる。VDE1がVREFよりも高くなると、VCOMPはローに遷移する。また、PMOSトランジスタTr4は、図6に示されるように、VCOMPの遷移に従い、時間T=t6で、オフする。このとき、VOVERは、ローを維持する。VOUTは、VCOMPの遷移に従い、時間T=t6で、ローに遷移する。ボルテージディテクタ200は、VOUTがローに遷移すると、外部回路にリセット信号を送信する。
第2の実施形態によれば、第3の電圧検出回路70及び第2の電圧検出回路20で1個の分圧回路30を共用するので、回路構成を簡素化でき、低電圧状態及び高電圧状態の検出機能を損なうことなく消費電流を少なくすることができる。また、第2の電圧検出回路20よりも構成が簡素化された第3の電圧検出回路70を有するので、消費電流を少なくすることができる。すなわち、限られた電力量で動作しなければならない状況下であっても、低電圧状態及び高電圧状態の検出機能を損なうことなく、動作可能な時間を長くすることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階では、上述した例以外にも様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更をすることができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、VOUTがVDDの下降時(例えば、図2における時間T=t1)と上昇時(例えば、図2における時間T=t2)とで、反転する電圧に差がある設定としてもよい。すなわち、本実施形態に係るボルテージディテクタは、ヒステリシス特性を有していてもよい。
ボルテージディテクタがヒステリシス特性を有する構成は、例えば、抵抗31、32、33(図1)の少なくとも1個を可変抵抗としたり、分圧回路30(図1)にスイッチを追設したりすればよい。また、スイッチは、図7に例示されるように、NMOSトランジスタ35でもよい。図7に示される分圧回路30Aでは、抵抗33が、抵抗33aと抵抗33bとを直列に接続して構成されており、抵抗33a、33bの接続点であるノードN7とNMOSトランジスタ35のドレインとが接続されている。また、NMOSトランジスタ35のソースがGNDに接続され、ゲートがノードN4と接続されている。
さらに、ボルテージディテクタ200(図4)に対して、PMOSトランジスタTr4(図4)及びインバータ42(図4)を省略してボルテージディテクタを構成してもよい。すなわち、図8に示されるように、ボルテージディテクタ200における第3の電圧検出回路70(図4)の代わりに、低電圧検出回路としての第4の電圧検出回路70Aを備えるボルテージディテクタ200Aを構成してもよい。ボルテージディテクタ200Aは、ボルテージディテクタ200に対して、VOVER(図5)の時間T=t6以降における誤差が電圧の高い方向にやや大きくなるものの、低電圧検出回路の構成を簡素化できる。
なお、ボルテージディテクタ100において、インバータ41は、第2の電圧検出回路20及び論理回路50の何れに対しても独立した構成要素として配設されているが、この限りではない。NMOSトランジスタTr2のゲートに入力される電圧がコンパレータ回路21の出力電圧に対して逆転した電圧となる限り、インバータ41は、第2の電圧検出回路20及び論理回路50の何れかに組み込まれていてもよい。ボルテージディテクタ200におけるインバータ42についても、ボルテージディテクタ100におけるインバータ41と同様である。
なお、コンパレータ回路21は、ヒステリシス特性を有していてもよい。また、ボルテージディテクタ100,200,200Aは、出力回路60を省略して構成してもよい。
1 電源
10 第1の電圧検出回路
11 定電流源
20 第2の電圧検出回路
21 コンパレータ回路
22 基準電圧回路
30、30A 分圧回路
31、32、33、33a、33b 抵抗
35 NMOSトランジスタ
50 論理回路
60 出力回路
70 第3の電圧検出回路
70A 第4の電圧検出回路
72 抵抗
74 定電流源
100、200、200A ボルテージディテクタ
Tr1、Tr2、Tr3 NMOSトランジスタ
Tr4 PMOSトランジスタ
N1〜N4、N6、N7 ノード
OUT 出力端子

Claims (4)

  1. 第1の閾値電圧よりも低い電圧を検出する低電圧検出回路と第2の閾値電圧よりも高い電圧を検出する高電圧検出回路とを備えるボルテージディテクタであって、
    監視する電圧を、第1の分圧電圧と第2の分圧電圧とに分圧する分圧回路を備え、
    前記分圧回路は、前記第1の分圧電圧を取り出し可能な第1のノードと、前記第2の分圧電圧を取り出し可能な第2のノードと、を有し、
    前記低電圧検出回路及び前記高電圧検出回路の一方は、前記第1のノードと接続される第1の入力端及び基準電圧が入力される第2の入力端を含むコンパレータ回路を有し、
    前記低電圧検出回路及び前記高電圧検出回路の他方は、前記第2の分圧電圧が印加されるゲートを含む第1のNMOSトランジスタと、一端が前記第1のNMOSトランジスタと接続される定電流源と、を有することを特徴とするボルテージディテクタ。
  2. 前記低電圧検出回路は、前記コンパレータ回路を有し、前記第1の分圧電圧が前記第1の閾値電圧よりも低いことを検出するように構成され、
    前記高電圧検出回路は、前記第1のNMOSトランジスタと、前記定電流源と、を有し、前記第2の分圧電圧が第2の閾値電圧よりも高いことを検出するように構成され、
    前記定電流源は、前記一端が前記第1のNMOSトランジスタのドレインと接続され、他端が電源に接続され、
    前記高電圧検出回路は、前記第1のNMOSトランジスタのソースと接続されるドレインと、接地ノードと接続されるソースと、前記コンパレータ回路の出力を反転させた電圧が印加されるゲートと、を含む第2のNMOSトランジスタと、前記第1のNMOSトランジスタのドレインに設定される出力端と、をさらに有し、
    前記第1のNMOSトランジスタは、前記第2の分圧電圧が前記第2の閾値電圧よりも高い状態でオンし、前記第2の分圧電圧が第2の閾値電圧以下でオフする請求項1記載のボルテージディテクタ。
  3. 前記第1の分圧電圧が、第1の閾値電圧よりも高いことを検出する高電圧検出回路と、
    前記第2の分圧電圧が、第2の閾値電圧よりも低いことを検出する低電圧検出回路と、
    前記高電圧検出回路は、前記コンパレータ回路を有し、前記第1の分圧電圧が、前記第1の閾値電圧よりも高いことを検出するように構成され、
    前記低電圧検出回路は、前記第1のNMOSトランジスタと、前記定電流源と、を有し、前記第2の分圧電圧が前記第2の閾値電圧よりも低いことを検出するように構成され、
    前記定電流源は、他端が接地ノードに接続され、
    前記第1のNMOSトランジスタは、ドレインが抵抗を介して電源と接続され、ソースが前記定電流源の前記一端と接続され、ゲートが前記第2のノードに接続され、さらに、前記第2の分圧電圧が前記第2の閾値電圧よりも低い状態でオフし、前記第2の分圧電圧が第2の閾値電圧以上でオンし、
    前記低電圧検出回路は、前記第1のNMOSトランジスタのドレインに設定される出力端をさらに有する請求項1記載のボルテージディテクタ。
  4. 前記電源と前記抵抗との間に接続されるPMOSトランジスタをさらに有し、
    前記PMOSトランジスタは、ソースが前記電源に接続され、ドレインが前記抵抗を介して前記第1のNMOSトランジスタのドレインと接続され、ゲートに前記コンパレータ回路の出力を反転させた電圧が印加される請求項3記載のボルテージディテクタ。
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