TWI410640B - 參考電壓產生偵測器及其電壓偵測電路 - Google Patents

Description

參考電壓產生偵測器及其電壓偵測電路

本發明是有關於一種電壓偵測電路，且特別是有關於偵測帶隙電路所產生之參考電壓的一種電壓偵測電路。

大多數的類比電路都需要參考用的電壓、電流，或是「時間」。參考電壓提供一個可供比較的標準，如穩壓器(Regulator)的輸出電壓準位的高或低、電池充電器的開與關等，都是依據參考電壓源或參考電流源來決定。近年來，由於製程的進步，以及環保的需求，使得系統操作電壓不斷地下降，舊式的各種參考電壓線路逐一失效。

帶隙(Bandgap)參考電壓係由National Semiconductor的Robert Widlar於1971年發表之後，隨即成為積體電路重要的參考電壓來源。帶隙參考電壓具有許多優點，諸如低消耗功率及低輸出電壓。典型的帶隙參考電壓源輸出電壓約為1.2V~1.25V。多數的穩壓IC多以帶隙參考電壓作為內部的參考電壓來源。由於在參考電壓完成準備之前，許多依賴參考電壓的電路都無法正確工作，因此通常會採用電壓偵測電路來偵測參考電壓是否完成準備。

如第1圖所繪示傳統的參考電壓偵測電路之電路圖，傳統上參考電壓偵測電路通常是以一N通道金氧半場效應電晶體107來實現，其係利用金氧半場效應電晶體107本身的臨界電壓(Threshold voltage)，來決定是否觸發下一級的電路。在此第1圖當中，A點上為原始參考電壓，B點上則為經過低通濾波器101濾波的參考電壓，其中低通濾波器101係由電阻103與電容105所組成。當B點上經濾波後的參考電壓的電壓準位達到N通道金氧半場效應電晶體107的臨界電壓時，會觸發下一級的電路。然而，若B點上濾波後參考電壓的上升時間因為低通濾波器101而產生過大延遲，導致過早觸發下一級的電路，則之後的電路都將失誤。

因此需要一種新的電壓偵測電路，能夠正確地偵測參考電壓是否已準備完成，避免因其延遲時間過長而無法正確地判讀濾波後參考電壓的電壓準位，進而消除電路誤動作的狀況。

因此，本發明之一態樣提供一種電壓偵測電路，能夠精準地偵測濾波後參考電壓是否已準備完成，以消除電路誤動作的狀況；更可設定濾波後參考電壓的觸發狀態而不需要額外的參考信號。

依據本發明之一實施例，電壓偵測電路係偵測一原始參考電壓與一濾波後參考電壓兩者之間的差距，此電壓偵測電路含有一差動輸入對與一調變電阻。差動輸入對具有兩輸入端電性連接低通濾波器，以分別接收原始參考電壓與濾波後參考電壓。調變電阻電性連接差動輸入對，其中當調變電阻上的壓降等於原始參考電壓與濾波後參考電壓兩者之間的電位差時，此電壓偵測電路會輸出一電壓備妥信號，代表濾波後參考電壓已穩定。

本發明之另一態樣是在提供一種參考電壓產生偵測器，能夠精準地偵測濾波後參考電壓是否已完成準備，以消除電路誤動作的狀況；更可設定濾波後參考電壓的觸發狀態而不需任何需額外的參考信號。

依據本發明之另一實施例，參考電壓產生偵測器係產生一濾波後參考電壓，並偵測此濾波後參考電壓之電壓準位，此參考電壓產生偵測器含有一參考電壓產生電路、一低通濾波器濾波、一差動輸入對，以及一調變電阻。參考電壓產生電路用以產生一原始參考電壓，低通濾波器濾波原始參考電壓來產生一濾波後參考電壓。差動輸入對具有兩輸入端電性連接低通濾波器，以分別接收參考電壓與濾波後參考電壓。調變電阻電性連接差動輸入對，其中，當調變電阻上的壓降等於原始參考電壓與濾波後參考電壓兩者之間的電位差時，電壓偵測電路會輸出一電壓備妥信號，代表濾波後參考電壓已經穩定。

以上實施例之電壓偵測電路與參考電壓產生偵測器，能夠精準地偵測濾波後參考電壓是否已完成準備，消除電路誤動作的狀況；亦可設定濾波後參考電壓的觸發狀態，而不需要任何額外的參考信號。

請參照第2圖，其係繪示本發明一實施方式參考電壓產生偵測器之電路圖。參考電壓產生偵測器200產生一濾波後參考電壓，並偵測此濾波後參考電壓之電壓準位，此參考電壓產生偵測器200主要含有參考電壓產生電路201、低通濾波器203，以及電壓偵測電路205，其中低通濾波器203與電壓偵測電路205以額外的硬體來單獨製作；亦可直接取自於類比積體電路中的比較器電路，而不需要增加額外的硬體。

參考電壓產生電路201，例如帶隙(Bandgap)參考電壓產生電路，用來產生原始參考電壓。低通濾波器203則濾波原始參考電壓來產生濾波後參考電壓，此低通濾波器203含有濾波電阻215與第一電容217，其中濾波電阻215之第一端接收原始參考電壓，第一電容217的第一端電性連接濾波電阻215之第二端來提供濾波後參考電壓，第一電容217的第二端則電性連接至接地端。

參考電壓產生偵測器200的電壓偵測電路205主要包含調變電阻209與差動輸入對207，其中調變電阻209係電性連接至差動輸入對207。差動輸入對207具有兩輸入端電性連接低通濾波器203，以分別接收原始參考電壓與濾波後參考電壓。更具體地說，差動輸入對207係由P通道的第一電晶體219以及P通道的第二電晶體221所組成；其中，第一電晶體219之閘極接收原始參考電壓，源極則電性連接調變電阻209之第一端；第二電晶體221的閘極電性連接低通濾波器203來接收濾波後參考電壓，其源極則電性連接調變電阻209之第二端。

調變電阻209的電阻值R可依據原始參考電壓與濾波後參考電壓兩者的差距來調整，此電阻值的範圍約略為使得調變電阻209上的壓降範圍落在50mV至100mV。當調變電阻209上的壓降(V=I×R)等於原始參考電壓與濾波後參考電壓兩者之間的電位差時，電壓偵測電路205會輸出一電壓備妥信號，代表濾波後參考電壓已經穩定，可供下級電路來使用。因此，若濾波後參考電壓的電壓準位需要十分接近原始參考電壓的電壓準位，則可選擇電阻值較小、電壓降較小的調變電阻209來產生電壓備妥信號。

更詳細來說，當A點上原始參考電壓與B點上濾波後參考電壓的電壓準位差距小於調變電阻209上的壓降時(IR)，代表濾波後參考電壓與原始參考電壓兩者的電壓準位已十分接近，此時第一電晶體219與第二電晶體221上會流過大小約略相等的電流，而輸出電壓備妥信號。另一方面，若是B點上濾波後參考電壓的電壓準位遠小於A點上原始參考電壓的電壓準位，則大部分的電流僅流過第二電晶體221，因此使得電壓備妥信號之電壓準位拉低，不輸出電壓備妥信號。

除了調變電阻209與差動輸入對207以外，參考電壓產生偵測器200的電壓偵測電路205更含有第一電流鏡電路211與第二電流鏡電路213。

第一電流鏡電路211電性連接差動輸入對207之第二電晶體221，來提供第二電晶體221第一定電流(端點C上的電流I)，此第一電流鏡電路211具有N通道的第三電晶體223與第四電晶體225。第三電晶體223之汲極電性連接第二電晶體221之汲極，第三電晶體223之源極電性連接接地端。第四電晶體225之閘極電性連接第三電晶體223之閘極，第四電晶體225之源極則電性連接至接地端。

第二電流鏡電路213電性連接差動輸入對207之第一電晶體219、調變電阻209以及第一電流鏡電路211，來提供第一電晶體219、調變電阻209以及第一電流鏡電路211第二定電流(E點上流過的電流2I)與第三定電流(D點上流過的電流I)。第二電流鏡電路213主要由兩個電晶體227與一個電晶體229等三顆電晶體所組成，其中電晶體229的面積可為電晶體227面積的兩倍，來提供兩倍於電晶體227的電流(即2I)，此兩倍之電流再由第一電晶體219與第二電晶體221來分配。

以上實施例之電壓偵測電路與參考電壓產生偵測器，能夠精準地偵測濾波後參考電壓是否已完成準備，消除電路誤動作的狀況，而不需任何需加入額外的參考信號；亦可根據所需要的電壓準位的精準度，來調整調變電阻的電阻值，以彈性地設定濾波後參考電壓的觸發狀態。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101．．．低通濾波器

103．．．電阻

105．．．電容

107．．．N通道金氧半場效應電晶體

200．．．參考電壓產生偵測器

201．．．參考電壓產生電路

203．．．低通濾波器

205．．．電壓偵測電路

207．．．差動輸入對

209．．．調變電阻

211．．．第一電流鏡電路

213．．．第二電流鏡電路

215．．．濾波電阻

217．．．第一電容

219．．．第一電晶體

221．．．第二電晶體

223．．．第三電晶體

225．．．第四電晶體

227．．．電晶體

229．．．電晶體

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示傳統的參考電壓偵測電路之電路圖。

第2圖係繪示本發明一實施方式參考電壓產生偵測器之電路圖。

200．．．參考電壓產生偵測器

201．．．參考電壓產生電路

203．．．低通濾波器

205．．．電壓偵測電路

207．．．差動輸入對

209．．．調變電阻

211．．．第一電流鏡電路

213．．．第二電流鏡電路

215．．．濾波電阻

217．．．第一電容

219．．．第一電晶體

221．．．第二電晶體

223．．．第三電晶體

225．．．第四電晶體

227．．．電晶體

229．．．電晶體

Claims (10)

1. 一種電壓偵測電路，以偵測一原始參考電壓與一濾波後參考電壓之差距，該電壓偵測電路包含：一差動輸入對，具有兩輸入端，該些輸入端其中之一電性連接一低通濾波器，該些輸入端其中另一直接連接一參考電壓產生電路，以分別接收該原始參考電壓與該濾波後參考電壓；以及一調變電阻，電性連接該差動輸入對，其中，當該調變電阻上的壓降等於該原始參考電壓與該濾波後參考電壓兩者之間的電位差時，該電壓偵測電路會輸出一電壓備妥信號，代表該濾波後參考電壓已經穩定。
2. 如請求項1所述之電壓偵測電路，其中該差動輸入對包含：一第一電晶體，具有：一閘極，電性連接該低通濾波器，以接收該原始參考電壓；以及一源極，電性連接該調變電阻之一第一端；以及一第二電晶體，具有：一閘極，電性連接該低通濾波器，以接收該濾波後參考電壓；以及一源極，電性連接該調變電阻之一第二端。
3. 如請求項2所述之電壓偵測電路，更包含一第一 電流鏡電路，電性連接該差動輸入對之該第二電晶體，以提供該第二電晶體一第一定電流。
4. 如請求項3所述之電壓偵測電路，其中該第一電流鏡電路包含：一第三電晶體，具有：一汲極，電性連接該第二電晶體之一汲極；一源極，電性連接一接地端；以及一閘極；以及一第四電晶體，具有：一閘極，電性連接該第三電晶體之該閘極；以及一源極，電性連接該接地端。
5. 如請求項4所述之電壓偵測電路，更包含一第二電流鏡電路，電性連接該差動輸入對之該第一電晶體、該調變電阻以及該第一電流鏡電路，以提供該第一電晶體、該調變電阻以及該第一電流鏡電路一第二定電流與一第三定電流。
6. 一種參考電壓產生偵測器，以產生一濾波後參考電壓，並偵測該濾波後參考電壓之電壓準位，該參考電壓產生偵測器包含：一參考電壓產生電路，用以產生一原始參考電壓；一低通濾波器，用以濾波該原始參考電壓來產生該濾 波後參考電壓；以及一電壓偵測電路，該電壓偵測電路包含：一差動輸入對，具有兩輸入端，該些輸入端其中之一電性連接該低通濾波器，該些輸入端其中另一直接連接該參考電壓產生電路，以分別接收該原始參考電壓與該濾波後參考電壓；以及一調變電阻，電性連接該差動輸入對，其中當該調變電阻上的壓降等於該原始參考電壓與該濾波後參考電壓兩者之間的電位差時，該電壓偵測電路輸出一電壓備妥信號，代表該濾波後參考電壓已經穩定。
7. 如請求項6所述之參考電壓產生偵測器，其中該差動輸入對包含：一第一電晶體，具有：一閘極，電性連接該低通濾波器，以接收該原始參考電壓；以及一源極，電性連接該調變電阻之一第一端；以及一第二電晶體，具有：一閘極，電性連接該低通濾波器，以接收該濾波後參考電壓；以及一源極，電性連接該調變電阻之一第二端。
8. 如請求項7所述之參考電壓產生偵測器，更包含一第一電流鏡電路，電性連接該差動輸入對之該第二電晶 體，以提供該第二電晶體一第一定電流。
9. 如請求項8所述之參考電壓產生偵測器，其中該第一電流鏡電路包含：一第三電晶體，具有：一汲極，電性連接該第二電晶體之一汲極；一源極，電性連接一接地端；以及一閘極；以及一第四電晶體，具有：一閘極，電性連接該第三電晶體之該閘極；以及一源極，電性連接至該接地端。
10. 如請求項6所述之參考電壓產生偵測器，其中該低通濾波器包含：一濾波電阻，具有：一第一端以接收該原始參考電壓；以及一第二端；以及一第一電容，具有：一第一端，電性連接該濾波電阻之該第二端來提供該濾波後參考電壓；以及一第二端，電性連接至一接地端。