JP6319668B2 - Voltage detection circuit - Google Patents
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Description
本発明は、低消費電力で所定の電圧を検出する電圧検出回路に関する。 The present invention relates to a voltage detection circuit that detects a predetermined voltage with low power consumption.
例えば、周りの環境から微小なエネルギーを収穫(ハーベスト)して電力に変換するエネルギーハーベスティングの分野において、太陽電池や熱電素子等から給電を受ける場合、それらの発電素子が発電しているのか否かを見極める必要がある。発電の有無を検出するためには、電圧検出回路が用いられる。 For example, in the field of energy harvesting that harvests minute energy from the surrounding environment (harvest) and converts it into electric power, when receiving power from solar cells, thermoelectric elements, etc., whether or not those power generation elements are generating electricity It is necessary to find out. In order to detect the presence or absence of power generation, a voltage detection circuit is used.
例えばゼーベック効果を応用した熱電素子では、2℃の温度差で得られる出力電圧は約100mVである。また、出力電力は微小である。よって、その発電の有無を検出する電圧検出回路の消費電力は、なるべく低消費電力なものが望まれる。 For example, in a thermoelectric element using the Seebeck effect, the output voltage obtained with a temperature difference of 2 ° C. is about 100 mV. The output power is very small. Therefore, the power consumption of the voltage detection circuit that detects the presence or absence of power generation is desired to be as low as possible.
低消費電力な電圧検出回路としては、例えば非特許文献1に開示されたものが知られている。その電圧検出回路は、ダイオードチェーンによる電圧分割器、1nA以下で動作するラッチ部分を有する電流検出回路、及びヒステリシスコンパレータから構成される。
As a low power consumption voltage detection circuit, for example, one disclosed in Non-Patent
しかしながら、従来の電圧検出回路は、電流検出回路のラッチ部分の温度依存性が大きいため、検出電圧の温度変化が大きくなるという課題がある。 However, the conventional voltage detection circuit has a problem that the temperature change of the detection voltage increases because the temperature dependency of the latch portion of the current detection circuit is large.
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、低消費電力で且つ検出電圧の温度変化の小さい電圧検出回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a voltage detection circuit with low power consumption and small temperature change of the detection voltage.
本発明の電圧検出回路は、ソース電極とゲート電極とバックゲート電極とが出力端子に接続され、ドレイン電極が接地電極に接続される第1PMOSトランジスタと、ソース電極とバックゲート電極とが電圧入力端子に接続され、ドレイン電極が前記出力端子に接続され、ゲート電極が接地電極に接続される第2PMOSトランジスタとを具備し、前記第2PMOSトランジスタの閾値電圧は、前記第1PMOSトランジスタの閾値電圧よりも大きいことを要旨とする。 The voltage detection circuit of the present invention includes a first PMOS transistor having a source electrode, a gate electrode, and a back gate electrode connected to an output terminal, and a drain electrode connected to a ground electrode, and a source electrode and a back gate electrode connected to a voltage input terminal. A second PMOS transistor having a drain electrode connected to the output terminal and a gate electrode connected to a ground electrode, wherein the threshold voltage of the second PMOS transistor is greater than the threshold voltage of the first PMOS transistor This is the gist.
本発明の電圧検出回路によれば、電圧検出に要する消費電流を小さくすることが出来る。また、温度依存性の大きいラッチ部分を具備せず、閾値電圧の差を検出するので、低消費電力で且つ検出電圧の温度変化の小さい電圧検出回路を提供することができる。 According to the voltage detection circuit of the present invention, current consumption required for voltage detection can be reduced. Further, since a difference in threshold voltage is detected without including a latch portion having a large temperature dependence, a voltage detection circuit with low power consumption and small temperature change of the detection voltage can be provided.
以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。複数の図面中同一のものには
同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same components in a plurality of drawings, and the description will not be repeated.
〔第1実施形態〕
図1に、第1実施形態の電圧検出回路1の機能構成例を示す。本実施形態の電圧検出回路1は、第1PMOSトランジスタ10と、第2PMOSトランジスタ20とを具備する。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a functional configuration example of the
第1PMOSトランジスタ10は、ソース電極とゲート電極とバックゲート電極とが出力端子βに接続され、ドレイン電極が接地電極γに接続される。第2PMOSトランジスタ20は、ソース電極とバックゲート電極とが電圧入力端子αに接続され、ドレイン電極が前記出力端子βに接続され、ゲート電極が前記接地電極γに接続される。電圧入力端子αは、外部の例えば熱電素子等のエネルギーハーベストデバイスから給電を受ける端子である。第2PMOSトランジスタ20の閾値電圧VTH2は、第1PMOSトランジスタ10の閾値電圧VTH1よりも大きい。
The
電圧入力端子αの電圧Vαが低い場合、第1PMOSトランジスタ10のリーク電流の大きさが、第2PMOSトランジスタ20のリーク電流よりも大きい。そのため、出力端子βの電圧Vβは、接地電極γの電圧と同電位である。以降、各端子の電圧は、単にVα,Vβ,Vγ等と表記する場合がある。他の電圧の表記も同様である。
When the voltage V α at the voltage input terminal α is low, the leakage current of the
Vαがある電圧まで高くなると第2PMOSトランジスタ20のゲート−ソース間に十分な電圧がかかり、第2PMOSトランジスタ20のリーク電流の大きさが、第1PMOSトランジスタ10のリーク電流を上回る。その結果、Vα=Vβとなる。つまり、電圧検出回路1の出力信号が反転し、電圧入力端子αに入力されるVαが所定の電圧以上になったことを検出できる。
The gate of the high becomes the
第1PMOSトランジスタ10のリーク電流I1を式(1)、第2PMOSトランジスタ20のリーク電流I2を式(2)で表す。ここで、添え字の1は第1PMOSトランジスタのパラメータであることを意味する。添え字の2は第2PMOSトランジスタ20のパラメータであることを意味する。
The leakage current I 1 of the
第2PMOSトランジスタ20のリーク電流I2が、第1PMOSトランジスタ10のリーク電流I1よりも大きくなるVαを、反転閾値電圧VSとする。VSは、式(1)と式(2)とを連立して求めると次式で表せる。
V α at which the leakage current I 2 of the
図2に、反転閾値電圧VSの温度特性の例を示す。図2の横軸は温度[℃]、縦軸は反転閾値電圧VS[mV]である。 FIG. 2 shows an example of the temperature characteristic of the inversion threshold voltage V S. The horizontal axis in FIG. 2 is temperature [° C.], and the vertical axis is the inversion threshold voltage V S [mV].
−20℃の反転閾値電圧VSは522mV、80℃の反転閾値電圧VSは524.7mVであるので、おおよそ27μV/℃の温度係数である。この値は、従来の電圧検出回路(2.19mV/℃)の約百分の一である。
Since the inversion threshold voltage V S at −20 ° C. is 522 mV and the inversion
図3に、電圧検出回路1のVαの変化に対する消費電力の特性を示す。横軸は電圧入力端子αの電圧Vα[V]、縦軸は消費電力[pW]である。Vαが上昇し、第2PMOSトランジスタ20のゲート−ソース間に十分な電圧がかかると電圧検出回路1の消費電力がステップ状に増加し、以降Vαの増加に伴って直線的に消費電力が増加する特性を示す。Vα=1V時の電圧検出回路1の消費電力は、約18pWである。
Figure 3 shows the power consumption characteristics to changes in the V alpha
このように電圧検出回路1は、低消費電力であり、反転閾値電圧VSの温度依存性も小さい。したがって、電圧検出回路1は、エネルギーハーベストデバイス等の電力の小さな電源の電圧を検出する電圧検出回路として好適である。
Thus, the
〔第2実施形態〕
図4に、第2実施形態の電圧検出回路2の機能構成例を示す。本実施形態の電圧検出回路2は、電圧検出回路1の構成に、第1多段ダイオード30、第1マルチプレクサ40、及びインバータ50の構成を付加したものである。電圧検出回路2は、反転閾値電圧VSのばらつきを調整できるようにしたものである。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows a functional configuration example of the
第1多段ダイオード30は、電圧入力端子αと接地電極γとの間に直列に接続されるダイオード接続された複数のPMOSトランジスタで構成される。ここでダイオード接続とは、PMOSトランジスタのバックゲート電極をソース電極に接続し、ゲート電極をドレイン電極に接続することである。
The first
ダイオード接続されたPMOSトランジスタのサイズを全て同じにすると、電圧入力端子αと接地電極γとの間の電圧Vαを、温度の影響を受けずに等分割できる。図4は、16個のダイオード接続されたPMOSトランジスタによって、Vαを等分割する例である。 If all the diode-connected PMOS transistors have the same size, the voltage V α between the voltage input terminal α and the ground electrode γ can be equally divided without being affected by the temperature. FIG. 4 is an example in which Vα is equally divided by 16 diode-connected PMOS transistors.
電圧入力端子αに一番近いPMOSトランジスタ301のドレイン電極には、最も高い分圧電圧Vd1、電圧入力端子αに二番目に近いPMOSトランジスタ302のドレイン電極には、次に高い分圧電圧Vd2が出力される。
The closest drain electrode of the
電圧入力端子αに一番近いPMOSトランジスタ301から数えて15個目のPMOSトランジスタ3015のドレイン電極には、Vαを分割した最も低い分圧電圧Vd15が出力される。このように、第1多段ダイオード30の各々のノード(ドレイン電極)から、Vαを等分割した分圧電圧Vd1〜Vd15を得ることができる。分圧電圧Vd1〜Vd15は、ダイオード接続された同じサイズのPMOSトランジスタで分割した電圧なので温度の影響を受け難い。
The drain electrode of the fifteenth PMOS transistor 30 15 counted from the
第1多段ダイオード30の分圧電圧Vd1〜Vd15は、第1マルチプレクサ(以降第1MUX)40に入力される。第1MUX40は、分圧電圧Vd1〜Vd15の中から選択信号Sに対応する1個の分圧電圧を選択する。
The divided voltages V d1 to V d15 of the first
選択信号Sは、例えば4bitの信号である。第1MUX40は、選択信号Sの例えば1(0001)で分割d1を、選択信号Sの例えば15(1111)で分割d15を選択する。選択された分割dXの分圧電圧VdXは、電圧検出回路1(図1)の第2PMOSトランジスタ20のソース電極に入力される。以降、電圧検出回路1をコア部分7と称する。
The selection signal S is, for example, a 4-bit signal. The
電圧電出回路2は、電圧入力端子αに入力されるVαを第1多段ダイオード30で分割した分圧電圧VdXから反転閾値電圧VSを検出するものである。つまり、電圧電出回路2は、第1マルチプレクサ40で選択する分圧電圧VdXを変えることで反転閾値電圧VSを調整することができる。
The
コア部分7に入力される分圧電圧VdXは、電圧入力端子αの電圧Vαを分圧した電圧である。したがって、Vαの傾きを第1MUX40によって可変することができる。例えば、第1MUX40が分割d5を選択するように選択信号Sを5(0101)とした場合、反転閾値電圧VSを高くすることができる。
The divided voltage V dX input to the
図5に、反転閾値電圧VSを変化させた例を示す。図5の横軸は、電圧入力端子αの電圧Vα[V]であり、縦軸は電圧[V]である。縦軸上のVSの表記は、電圧検出回路1の反転閾値電圧VSを示す。縦軸上のVSの表記が電圧検出回路1の当該電圧であることは、図2の25℃のVSが524.3mVで一致していることから分かる。
FIG. 5 shows an example in which the inversion threshold voltage V S is changed. The horizontal axis of FIG. 5 is the voltage V α [V] of the voltage input terminal α, and the vertical axis is the voltage [V]. The notation of V S on the vertical axis indicates the inversion threshold voltage V S of the
第1MUX40で分割d5を選択すると、コア部分7の第2PMOSトランジスタ20のソース電極と第1PMOSトランジスタ10のドレイン電極との間の電圧は、分圧電圧Vd5になる。分圧電圧Vd5は、電圧入力端子αに入力される電圧Vαを分圧した電圧であるため、Vαよりも小さい電圧である。
Selecting a split d5 at the 1MUX40, voltage between the drain electrode of the source electrode and the
よって、電圧検出回路2のコア部分7の反転閾値電圧VSは、電圧検出回路1の反転閾値電圧VS=524.3mVよりも高くなる。つまり、コア部分7の反転閾値電圧VS=524.3mVになる電圧入力端子αの電圧Vαは、約0.77Vである(図5の横軸のVS)。
Therefore, the inversion threshold voltage V S of the
Vα≒0.77Vでコア部分7の出力端子βの電圧Vβは、0Vから分圧電圧Vd5に反転する。すると、出力端子βに接続されたインバータ50の出力信号であるVDETECTは、Vαから0Vに反転する。このように、第1MUX40で選択する分圧電圧を変更することで電圧検出回路2の反転閾値電圧VSの値を調整することができる。
The voltage V beta of the output terminals of the
図6に、分割と反転閾値電圧VSとの関係を示す。図6の横軸は第1MUX40が選択する分割番号であり、縦軸は反転閾値電圧VS[V]である。
FIG. 6 shows the relationship between the division and the inversion threshold voltage V S. The horizontal axis in FIG. 6 is the division number selected by the
分割番号dXを大きくするとVSが高くなる。これは分割番号dXを大きくするとVINの変化に対する分圧電圧VdXの傾きが小さくなるからである。 V S is increased and a larger division number dX. This is because when the division number dX is increased, the gradient of the divided voltage V dX with respect to the change in VIN is reduced.
分割番号d6とd7ではVSが92mV変化する。第1MUX40の選択信号Sを操作することで、電圧検出回路2の反転閾値電圧VSの値が、目標値の範囲に入るように調整することができる。つまり、電圧検出回路2によれば、閾値電圧VTH1,VTH2のばらつきを吸収して所望のVSを得ることができる。
Division number d6 and d7 in V S changes 92mV. By operating the selection signal S of the
第1MUX40は、選択信号Sに対応して分圧電圧VdXを選択するトランスファーゲートによって構成される。トランスファーゲートは、一般的にはPMOSトランジスタとNMOSトランジスタのソース電極同士とドレイン電極同士とが接続され、ソース−ドレイン電極間で電流を導通するものである。
The
このトランスファーゲートを構成する極性の異なるトランジスタの製造バラツキ等を含むグローバルばらつきによるリーク電流の増減が、第1多段ダイオード30から取り出される分圧電圧VdXの温度特性に影響を与える場合がある。つまり、PMOSトランジスタとNMOSトランジスタのばらつきは、独立に生じる。そのため、第1多段ダイオード30のPMOSトランジスタのリーク電流と、第1MUX40のトランスファーゲートのNMOSトランジスタのリーク電流とは同方向に変化しない。
An increase or decrease in leakage current due to global variation including manufacturing variations of transistors having different polarities constituting the transfer gate may affect the temperature characteristics of the divided voltage V dX extracted from the first
図7に、PMOSトランジスタのみで構成したトランファーゲートの構成図を示す。図7は、第1多段ダイオード30の中の1個の分圧電圧VdXを伝達する第1MUX30の1個のトランスファーゲート40Xを示す。
FIG. 7 shows a configuration diagram of a transfer gate composed of only PMOS transistors. FIG. 7 shows one
トランスファーゲート40Xは、3個のPMOSトランジスタ41X,42X,43X(以降トランジスタの表記は省略)で構成される。PMOS41Xのソース電極は分圧電圧VdXに接続され、そのドレイン電極がコア部分7の電圧入力端子αに接続される。PMOS41Xのソース−ドレイン間に、PMOS42Xと43Xとが電極の向きをPMOS41Xと同じ向きに直列に接続される。つまり、PMOS42Xのソース電極がPMOS41Xのソース電極に接続される。PMOS42Xのドレイン電極とPMOS43Xのソース電極とが接続される。
The
そして、PMOS41Xのゲート電極には選択信号S(実際は選択信号Sをデコードした信号)が接続され、PMOS42Xのゲート電極はPMOS43Xのドレイン電極に接続され、PMOS43Xのゲート電極はPMOS42Xのソース電極に接続される。 Then, PMOS 41 is the gate electrode of the X selection signal S (actually signal obtained by decoding a selection signal S) is connected, PMOS 42 gate electrode of the X is connected to the drain electrode of the PMOS 43 X, the gate electrode of the PMOS 43 X of PMOS 42 X Connected to source electrode.
このように全てPMOSでトランスファーゲートを構成することができる。上記の例では、第1多段ダイオード30もPMOSをダイオード接続した構成なので、全てのトランジスタをPMOSで構成することができる。すると、第1MUX40のリーク電流が増減しても、第1多段ダイオード30のリーク電流も同方向に増減する。したがって、リーク電流が自己整合的に調整される。
In this way, the transfer gate can be configured by all PMOS. In the above example, the first
以上説明したように電圧検出回路2は、反転閾値電圧VSの調整を可能にする作用効果を奏する。なお、電圧検出回路2の第1多段ダイオード30は、PMOSトランジスタで構成する例で説明を行ったが、複数のNMOSトランジスタの直列接続で構成してもよい。
As described above, the
〔第3実施形態〕
図8に、第3実施形態の電圧検出回路3の機能構成例を示す。本実施形態の電圧検出回路3は、電圧検出回路2のインバータ50を、2入力否定論理積ゲート(以降NAND)70と第2コア部分60とに置き替えたものであり、電圧検出回路の出力信号が不定になることを防止したものである。
[Third Embodiment]
FIG. 8 shows a functional configuration example of the
上記の電圧検出回路2(図4)の出力信号は、インバータ50の出力である。インバータ50の電源も、外部の例えばエネルギーハーベストデバイスから供給されるVαであるので、Vαが低い場合、インバータ50がインバータとして作用しない。したがって、インバータ50の出力信号が、0VとVαとの間で変動して定まらない(不定)場合がある。この変動は、誤検出を意味するので防止する必要がある。
The output signal of the voltage detection circuit 2 (FIG. 4) is the output of the
第2コア部分60は、2個のPMOSトランジスタ61,62で構成され、上記の電圧検出回路1(図1)と同じものである。第2コア部分60の出力端子は、NAND70の一方の入力端子である入力Bに接続される。NAND70の他方の入力端子である入力Aには、コア部分7の出力端子が接続される。
The
NAND70は、周知のように入力の数と同じ数の並列に接続されるPMOS71,72と、PMOSと同じ数の直列に接続されるNMOS73,74とで構成される。ここで、NAND70の一方の入力Bを構成するPMOS72の閾値電圧を、PMOS71の閾値電圧より低く設定しておく。
As is well known, the
第2コア部分60は、上記のように電圧検出回路1(図1)と同じ構成である。よって、第2コア部分60の出力は、コア部分7よりも低いVαで0VからVαに反転する。つまり、NAND70の入力Bは、入力Aよりも早く0VからVαに反転する。
The
NAND70の入力Bが0Vの間は、低い閾値電圧に設定されたPMOS72によって、電圧検出回路3の出力はVαにプルアップされている。要するに、インバータだと動作が不安定になるVαが低電圧の電圧範囲においては、1個のPMOS72で出力VDETECTをVαにプルアップする。そして、Vαが有る程度の高い電圧になりNAND70が論理ゲートとして動作できる電圧になってからNANDとして機能させる。
During the input B of the NAND70 is 0V, depending PMOS72 which is set to a low threshold voltage, the output of the
このように電圧検出回路の出力をNANDで構成することで、Vαが低電圧の電圧範囲において電圧検出回路の出力信号が不安定になることを防止できる。図9に、電圧検出回路3の出力するVDETECTを示す。図9の横軸はVα、縦軸はVDETECTである。
Thus, by configuring the output of the voltage detection circuit with NAND, it is possible to prevent the output signal of the voltage detection circuit from becoming unstable in a voltage range where V α is a low voltage. FIG. 9 shows V DETECT output from the
Vα=0〜0.5Vの低い電圧範囲において、VDETECT=Vαの状態が保たれている。そして、Vα≒0.84Vで出力が反転する。このように電圧検出回路3においては、VDETECTが不安定になることがない。
In the low voltage range of V α = 0 to 0.5 V, the state of V DETECT = Vα is maintained. Then, the output is inverted when V α ≈0.84V. Thus, in the
なお、電圧検出回路の出力をNAND以外のゲートで構成してもよい。図10に示す様に2入力論理積ゲート(AND)80で構成しても同様の作用効果を奏する。図10の動作説明は、上記の説明から明らかであるので省略する。 Note that the output of the voltage detection circuit may be configured by a gate other than NAND. As shown in FIG. 10, even if it is constituted by a two-input AND gate (AND) 80, the same effect can be obtained. The description of the operation in FIG. 10 is omitted because it is clear from the above description.
〔第4実施形態〕
図11に、第4実施形態の電圧検出回路5の機能構成例を示す。本実施形態の電圧検出回路5は、電圧検出回路3(図8)を低消費電力化したものである。
[Fourth Embodiment]
FIG. 11 shows a functional configuration example of the
電圧検出回路4は、電圧検出回路3のコア部分7を、基準電圧部90とコンパレータ100とに置き換えたものである。電圧検出回路3のコア部分7は、第1MUX40から供給される分圧電圧VdXを電源として動作する。コア部分7の入力インピーダンスは、十分に高くないので、コア部分7に電流を供給する第1多段ダイオード30に流す電流を、ある程度大きくしなければならない。
The
第1多段ダイオード30とコア部分7を正しく動作させるためには、コア部分7に流れる電流の10倍程度の電流を、第1多段ダイオード30に流す必要がある。そのため、電圧検出回路3の消費電力が大きくなってしまう。そこで、電圧検出回路4は、第1多段ダイオード30からコア部分7に流れる電流を減らす目的で、コア部分7の換わりに基準電圧部90とコンパレータ100とを具備する。
In order for the first
コンパレータ100の入力インピーダンスは無限大であるので、第1多段ダイオード30からコンパレータ100を見たインピーダンスは開放状態と見なすことができる。したがって、第1多段ダイオード30に流す電流を絞る(最小化する)ことができる。
Since the input impedance of the
コンパレータ100は、基準電圧部90が生成する基準電圧VREFと、第1多段ダイオード30の分圧電圧VdXとを比較して、基準電圧VREFより分圧電圧VdXが大きくなると出力電圧をVαに反転させる。このコンパレータ100の出力端子は、コア部分7(図4)の出力端子βに対応する。
The
図12に、基準電圧部90の構成例を示す。基準電圧部90は2個のPMOSトランジスタ91,92で構成される。
FIG. 12 shows a configuration example of the
PMOSトランジスタ91の閾値電圧VTH91は、PMOSトランジスタ92の閾値電圧VTH92より高い。PMOSトランジスタ91とPMOSトランジスタ92のサイズを適切に設計することで、基準電圧VREFの温度依存性をキャンセルすることができる。その場合の基準電圧VREFは次式で近似することができる。
Threshold voltage V TH91 of the
ただし、定電流の電流値を決定するPMOSトランジスタ101のゲート電極が、同トランジスタのソース電極に接続されている点が一般的なコンパレータと異なる。定電流トランジスタのゲート電極をソース電極に接続することで、定電流を小さくすることができる。このように構成したコンパレータ100は、低消費電力の用途に好適である。
However, it differs from a general comparator in that the gate electrode of the
以上説明した電圧検出回路5によれば、電圧検出回路3(図8)の第1多段ダイオード30に流す電流を低減できるので、電圧検出回路を低消費電力化することができる。なお、電圧検出回路5の低消費電力化する構成は、電圧検出回路2(図4)と組み合わせてもよい。
According to the
〔第5実施形態〕
図14に、第5実施形態の電圧検出回路6の機能構成例を示す。本実施形態の電圧検出回路5は、反転閾値電圧VSの調整精度を向上させたものである。
[Fifth Embodiment]
FIG. 14 shows a functional configuration example of the voltage detection circuit 6 of the fifth embodiment. The
電圧検出回路6は、電圧検出回路5(図11)に第2多段ダイオード110と第2マルチプレクサ120とを付加したものである。第2多段ダイオード110は、基準電圧部90の出力端子と接地電極との間に直列に接続されるダイオード接続された複数のPMOSトランジスタで構成される。
The voltage detection circuit 6 is obtained by adding a second
第2マルチプレクサ120は、第2多段ダイオード110の各々の分圧電圧を選択する。第2マルチプレクサ120で選択された分圧電圧は、コンパレータ100の非反転入力端子(−)に接続される。
The
ここでの第2多段ダイオード110と第2マルチプレクサ120との構成は、上記の第1多段ダイオード30と第1マルチプレクサ40と同じ例で示している。コンパレータ100に入力される基準電圧VREFが固定されていた電圧検出回路5に対して、電圧検出回路6は基準電圧VREFを分割した分圧電圧を、コンパレータ100の非反転入力端子(−)に入力する。したがって、反転閾値電圧VSの調整精度を向上させることができる。
The configuration of the second
以上説明したように、実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。 As described above, according to the embodiment, the following operational effects can be obtained.
第1実施形態の電圧検出回路1(図1)によれば、低消費電力で、且つ、反転閾値電圧VSの温度依存性も小さい電圧検出回路を提供できる。この電圧検出回路1は、エネルギーハーベストデバイス等の電力の小さな電源の電圧を検出する電圧検出回路として好適である。
According to the voltage detection circuit 1 (FIG. 1) of the first embodiment, it is possible to provide a voltage detection circuit with low power consumption and low temperature dependence of the inversion threshold voltage V S. This
また、第2実施形態の電圧検出回路2(図4)によれば、電圧検出回路1の効果に加えて反転閾値電圧VSの調整を可能にする作用効果を奏する。また、第3実施形態の電圧検出回路3(図8)によれば、電圧検出回路2の効果に加えて電圧検出回路の出力を安定化させる作用効果を奏する。
Further, according to the
また、第4実施形態の電圧検出回路5によれば、反転閾値電圧VSの調整を可能にした上で低消費電力化する作用効果を奏する。また、第5実施形態の電圧検出回路6によれば、反転閾値電圧VSの調整精度を高める効果を奏する。
In addition, according to the
以上、実施形態に沿って本発明の内容を説明したが、本発明はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。例えば、第1多段ダイオード30と第2多段ダイオード110の分割数は同じ例で説明したが、異なる分割数でも構わない。また、電圧検出回路2(図4)のコア部分7を、電圧検出回路5の基準電圧部90とコンパレータ100とに置き換えてもよい。
Although the contents of the present invention have been described according to the embodiments, the present invention is not limited to these descriptions, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made. For example, the number of divisions of the first
以上説明した本発明の実施形態は、例えばエネルギーハーベストデバイス等の電力の小さな電源の電圧を検出する電圧検出回路として広く利用することが可能である。 The embodiment of the present invention described above can be widely used as a voltage detection circuit that detects the voltage of a power source having a small power, such as an energy harvesting device.
1,2,3,4,5,6 :電圧検出回路
7 :コア部分
10 :第1PMOSトランジスタ
20 :第2PMOSトランジスタ
30 :第1多段ダイオード
40 :第1マルチプレクサ
50 :インバータ
60 :第2コア部分
70 :NAND
80 :AND
90 :基準電圧部
100 :コンパレータ
110 :第2多段ダイオード
120 :第2マルチプレクサ
1, 2, 3, 4, 5, 6: voltage detection circuit 7: core portion 10: first PMOS transistor 20: second PMOS transistor 30: first multistage diode 40: first multiplexer 50: inverter 60: second core portion 70 : NAND
80: AND
90: Reference voltage unit 100: Comparator 110: Second multistage diode 120: Second multiplexer
Claims (5)
ソース電極とバックゲート電極とが電圧入力端子に接続され、ドレイン電極が前記出力端子に接続され、ゲート電極が接地電極に接続される第2PMOSトランジスタとを具備し、
前記第2PMOSトランジスタの閾値電圧は、前記第1PMOSトランジスタの閾値電圧よりも大きいことを特徴とする電圧検出回路。 A first PMOS transistor having a source electrode, a gate electrode, and a back gate electrode connected to the output terminal, and a drain electrode connected to the ground electrode;
A second PMOS transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to a voltage input terminal, a drain electrode connected to the output terminal, and a gate electrode connected to a ground electrode;
The voltage detection circuit according to claim 1, wherein a threshold voltage of the second PMOS transistor is larger than a threshold voltage of the first PMOS transistor.
前記電圧入力端子と接地電極との間に直列に接続されるダイオード接続された複数のMOSトランジスタで構成される第1多段ダイオードと、
前記第1多段ダイオードの各々の分圧電圧を選択する第1マルチプレクサとを具備し、
前記第2MOSトランジスタのソース電極が接続される電圧入力端子が、前記第1マルチプレクサの出力端子であることを特徴とする電圧検出回路。 The voltage detection circuit according to claim 1,
A first multi-stage diode composed of a plurality of diode-connected MOS transistors connected in series between the voltage input terminal and the ground electrode;
A first multiplexer for selecting a divided voltage of each of the first multistage diodes;
The voltage detection circuit, wherein a voltage input terminal to which a source electrode of the second MOS transistor is connected is an output terminal of the first multiplexer.
論理積ゲートと、
ソース電極とゲート電極とバックゲート電極とが前記論理積ゲートの一方の入力端子に接続され、ドレイン電極が接地電極に接続される第3PMOSトランジスタと、
ソース電極とバックゲート電極とが前記電圧入力端子に接続され、ドレイン電極が前記論理積ゲートの一方のゲートに接続され、ゲート電極が接地電極に接続される第4PMOSトランジスタとを具備し、
前記論理積ゲートの他方のゲートに前記第1PMOSトランジスタのドレイン電極と前記第2PMOSトランジスタのソース電極とが接続され、当該論理積ゲートの一方のゲートを構成する並列に接続されたPMOSトランジスタの閾値電圧が、当該論理積ゲートの並列に接続された他のPMOSトランジスタの閾値電圧よりも低いことを特徴とする電圧検出回路。 The voltage detection circuit according to claim 2,
AND gate,
A third PMOS transistor having a source electrode, a gate electrode, and a back gate electrode connected to one input terminal of the AND gate, and a drain electrode connected to a ground electrode;
A fourth PMOS transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to the voltage input terminal, a drain electrode connected to one gate of the AND gate, and a gate electrode connected to a ground electrode;
A drain electrode of the first PMOS transistor and a source electrode of the second PMOS transistor are connected to the other gate of the AND gate, and the threshold voltage of the PMOS transistors connected in parallel constituting one gate of the AND gate Is lower than the threshold voltage of another PMOS transistor connected in parallel with the AND gate.
前記電圧入力端子と接地電極との間に直列に接続されるダイオード接続された複数のPMOSトランジスタで構成される第1多段ダイオードと、
前記第1多段ダイオードの各々の分圧電圧を選択する第1マルチプレクサと、
前記電圧入力端子と接地電極との間の電圧から基準電圧を生成する基準電圧部と、
前記第1マルチプレクサの出力する前記分圧電圧と前記基準電圧とを比較するコンパレータと、
論理積ゲートと、
ソース電極とゲート電極とバックゲート電極とが前記論理積ゲートの一方の入力端子に接続され、ドレイン電極が接地電極に接続される第3PMOSトランジスタと、
ソース電極とバックゲート電極とが前記電圧入力端子に接続され、ドレイン電極が前記論理積ゲートの一方のゲートに接続され、ゲート電極が前記接地電極に接続される第4PMOSトランジスタとを具備し、
前記論理積ゲートの一方のゲートに前記コンパレータの出力が接続され他方のゲートに前記前記第3PMOSトランジスタのソース電極が接続され、当該論理積ゲートの他方のゲートを構成する並列に接続されたPMOSトランジスタの閾値電圧が、当該論理積ゲートの並列に接続された他のPMOSトランジスタの閾値電圧よりも低いことを特徴とする電圧検出回路。 The voltage detection circuit according to claim 1,
A first multi-stage diode composed of a plurality of diode-connected PMOS transistors connected in series between the voltage input terminal and the ground electrode;
A first multiplexer for selecting a divided voltage of each of the first multistage diodes;
A reference voltage unit for generating a reference voltage from a voltage between the voltage input terminal and the ground electrode;
A comparator for comparing the divided voltage output from the first multiplexer with the reference voltage;
AND gate,
A third PMOS transistor having a source electrode, a gate electrode, and a back gate electrode connected to one input terminal of the AND gate, and a drain electrode connected to a ground electrode;
A fourth PMOS transistor having a source electrode and a back gate electrode connected to the voltage input terminal, a drain electrode connected to one gate of the AND gate, and a gate electrode connected to the ground electrode;
The output of the comparator is connected to one gate of the AND gate, the source electrode of the third PMOS transistor is connected to the other gate, and the PMOS transistors connected in parallel constituting the other gate of the AND gate The voltage detection circuit is characterized in that the threshold voltage is lower than the threshold voltage of another PMOS transistor connected in parallel with the AND gate.
前記基準電圧部の出力と接地電極との間に直列に接続されるダイオード接続された複数のPMOSトランジスタで構成される第2多段ダイオードと、
前記第2多段ダイオードの各々の分圧電圧を選択する第2マルチプレクサとを具備し、
前記第2マルチプレクサの出力が前記コンパレータに接続されることを特徴とする電圧検出回路。 The voltage detection circuit according to claim 4,
A second multi-stage diode composed of a plurality of diode-connected PMOS transistors connected in series between the output of the reference voltage unit and the ground electrode;
A second multiplexer for selecting a divided voltage of each of the second multistage diodes;
An output of the second multiplexer is connected to the comparator.
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