TWI465739B - 短路偵測電路 - Google Patents

Description

短路偵測電路

本發明係關於積體電路的保護機制，特指一種用於偵測積體電路之輸出級電路之狀態的短路偵測電路。

積體電路透過輸出級電路來提供較高的電壓或電流給負載，因此，輸出級通常會操作在較高的工作溫度下。當輸出級因特定因素在輸出端形成短路時，將會造成積體電路的工作溫度快速上升，可能會導致輸出級電路甚至是積體電路的毀損。因此，習知技術中存在短路偵測電路來偵測這種情形，並且將這樣的狀態傳回給積體電路內部的保護機制，對輸出級進行對應的控制，避免電路毀損。然而，傳統的短路偵測電路僅能偵測出輸出級之輸出端是否短路並提供對應的訊息，但這樣訊息並不充足，使得保護機制無法對輸出級的狀態做出全盤了解，提供更有效的保護。

有鑑於此，本發明提供一種用以偵測是否輸出級短路的短路偵測電路。其中，由於本發明短路偵測電路具備多個輸出端，因此可透過不同輸出端的電壓準位組合來定義輸出級的不同狀態(如：正常或異常，或者是短路至哪個電壓準位)，使得積體電路的短路保護機制能提供更有效的保護效果。

本發明之一實施例提供一種短路偵測電路，其用以偵測一輸出級之一輸出端是否短路，並包含：一第一電流鏡、一第二電流鏡以及 一開關電路。該第一電流鏡耦接於一第一電壓源。該第二電流鏡耦接於該第一電流鏡與一第二電壓源。該開關電路耦接於該輸出級、該第一電流鏡與該第二電流鏡之間，並依據一控制訊號來建立該第一電流鏡與該第二電流鏡至少一者之一偏壓電流。其中，該短路偵測電路根據該第一電流鏡與該第二電流鏡之間的一第一輸出端與一第二輸出端分別的電壓準位來產生指出該輸出級之該輸出端是否短路之一偵測資訊。

100‧‧‧短路偵測電路

110‧‧‧第一電流鏡

120‧‧‧第二電流鏡

112、122‧‧‧偏壓級

114、116、124、126‧‧‧電流輸出級

130‧‧‧開關電路

132、134、140、150‧‧‧開關

200‧‧‧輸出級

210‧‧‧輸出端

第1圖係繪示本發明之一實施例的短路偵測電路。

第2圖係繪示本發明之一實施例的短路偵測電路之第一運作狀態。

第3圖係繪示本發明之一實施例的短路偵測電路之第二運作狀態。

第4圖係繪示本發明之另一實施例的短路偵測電路之一運作狀態。

第5圖係繪示本發明之又一實施例的短路偵測電路之一運作狀態。

第6圖係繪示本發明之一實施例的短路偵測電路之電壓輸出準位與輸出級之運作狀態的關係。

請參考第1圖，其係為本發明之一實施例的短路偵測電路的電路架構圖。如圖所示，短路偵測電路100用以偵測一輸出級200之一輸出端210是否短路。短路偵測電路100包含一第一電流鏡110，一第二電流鏡120以及一開關電路130。第一電流鏡110耦接於第一電壓源VDD，第二電流鏡120耦接於第一電流鏡110與第二電壓源VSS。開關電路130耦接於輸出級200之輸出端210、以及耦接於第一電流鏡110與第二電流鏡120之間，並且依據一控制訊號POR來建立第一電流鏡110與第二電流鏡120至少一者之一偏壓電流I_BIAS 。其中，控制訊號POR指出輸出級200當前是否剛進入運作狀態或者是重新啟動，當輸出級200被重新啟動(可能因積體電路的保護機制得知異常狀態而重啟)，剛進入開 機狀態時(開始運作之初期)，在一段短暫的時間內控制訊號POR會被提升至高準位，之後便會回復到原本的低準位，代表輸出級200已結束重啟，並進入正常運作狀態。

為了辨識出各種不同的短路狀態，短路偵測電路100可在不同短路狀態發生時，改變第一電流鏡110與第二電流鏡120之間的第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2分別的電壓準位，透過由不同的電壓準位組合所形成的偵測資訊，將可令積體電路中的保護機制得知輸出級200之輸出端210是否處於短路狀態。

於一實施例中，開關電路130又包含第一開關132與一第二開關134。第一開關132耦接於第一電流鏡110之偏壓級112與輸出級200之輸出端210之間，用以依據控制訊號POR之一互補訊號PORB而導通或關閉，於此例中當互補訊號PORB為低準位時，第一開關132會導通，以及當互補訊號PORB為高準位時，第一開關132會關閉。第二開關134耦接於第二電流鏡120之偏壓級122與輸出級200之輸出端210之間，依據控制訊號POR而導通或關閉，於此例中，當控制訊號POR為高準位時，第二開關134會導通，以及當控制訊號POR為低準位，第二開關134關閉。

請參考第2圖，其繪示當輸出級200之輸出端210被短路至第二電壓源VSS或者是具有相同準位的端點時，本發明短路偵測電路100的運作狀態。當輸出端210被短路至第二電壓源VSS且控制訊號PORB具有低準位時(也就是輸出級200剛進入開機狀態)時，第一開關132將導通，並且建立第一電流鏡110之偏壓電流I_BIAS 。此時，第一電流鏡110的偏壓級112產生偏壓電流I_BIAS ，並且可令電流輸出級114、116產生等 比例的輸出電流，再加上因為偏壓電流I_BIAS 未流入第二電流鏡120，使得偏壓級122與電流輸出級124與126上不會產生電流，進而致使第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2的電壓準位被提升至與第一電壓源VDD相同的準位。

再者，請參考第3圖，當輸出級200之輸出端210被短路至第一電壓源VDD或者是具有相同準位的端點時，且控制訊號POR具有高準位時(也就是輸出級200剛進入開機狀態)時，第二開關134將導通，並且建立第二電流鏡120之偏壓電流I_BIAS 。此時，第二電流鏡120的偏壓級122將產生偏壓電流I_BIAS ，並且可令電流輸出級124與126產生等比例的輸出電流，再加上因為偏壓電流I_BIAS 未流入第一電流鏡110，使得偏壓級112與電流輸出級114與116上不會產生電流，進而使第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2的電壓準位被降低至與第二電壓源VSS相同的準位。

透過以上的操作，本發明的短路偵測電路100將可偵測出當輸出級200的輸出端210的短路狀態。其中，當輸出端210被短路至一電壓源VSS時(如接地端)且輸出級200剛進入開機狀態，則短路偵測電路100的第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2會具備與電壓源VDD相同的準位，另外，當輸出端210被短路至電壓源VDD時，且輸出級200剛進入開機狀態，則短路偵測電路100的第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2會具備與電壓源VSS(如接地端)相同的準位。

於本發明其他實施例中，本發明的短路偵測電路100另可偵測出輸出級電路200是否剛進入開機狀態且未形成短路。為了達到這樣的效果，於一實施例中，第一電流鏡110之電流輸出級114的電流驅動能 力大於第二電流鏡124之電流輸出級122，以及第一電流鏡110之電流輸出級116的電流驅動能力小於第二電流鏡120之電流輸出級126，這可透過妥善選擇偏壓級與電流輸出級之間的寬長比的關係來達成，例如，假設偏壓級112的寬長比為A，則可將電流輸出級114與116的寬長比設計為2A與A，同時，若偏壓級122的寬長比為B，則可將電流輸出級124與126的寬長比設計為B與2B，但此非本發明之限制，舉凡能達到同樣電流驅動能力的寬長比關係，皆屬本發明之範疇。關於進一步的細節請參考第4圖，當輸出級200之輸出端210未被短路時，且控制訊號POR具有高準位，控制訊號PORB具有低準位時(輸出級200剛進入開機狀態)，開關電路130中的第一開關132與第二開關134將同時導通，並且建立第一電流鏡110與第二電流鏡120之偏壓電流I_BIAS 。此時，偏壓電流I_BIAS 將會流經第一電流鏡110之偏壓級112與第二電流鏡120之偏壓級122。由於之上述的寬長比例關係，會使得電流輸出級114的電流驅動能力大於電流輸出級124，以及電流輸出級126的電流驅動力大於電流輸出級116，如此一來，使得第一輸出端OUT1的電壓準位傾向於第一電壓源VDD的準位以及使得第二輸出端OUT2的電壓準位傾向於第二電壓源VSS的準位，致使第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2分別具有一高(VDD)一低(VSS)的電壓位準組合。然而，本發明另一實施例中，若是採用相反的電流驅動能力大小關係，則可在相同條件下，使第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2分別具有一低(VSS)一高(VDD)的電壓位準組合，這樣的變化亦屬本發明的範疇。

於本發明其他實施例中，本發明的短路偵測電路100另可偵測出輸出級電路200是否已進入正常運作狀態且未短路，為了達到這樣的效果，於一實施例中，短路偵測電路100又包含有第5圖中所示的第三開關140與第四開關150。其中，第三開關140耦接於第一輸出端OUT1 與第二電壓源VSS之間，用以依據互補訊號PORB而導通或關閉，第四開關150耦接於第二輸出端OUT2與第一電壓源VDD之間，用以依據控制訊號POR而導通或關閉。詳細情形請參考第5圖所示的實施例。如前所述，當輸出級電路200已進入正常運作狀態時，控制訊號POR會具有低準位，而互補訊號PORB會具有高準位。如此一來，第三開關140與第四開關150將同時導通，且第一開關132與第二開關134均不導通，形成第一輸出端OUT1與第二電壓源VSS間的一電流路徑，以及形成第二輸出端OUT2與第一電壓源VDD間的一電流路徑，如此致使第一輸出端OUT1具有與第二電壓源VSS相同的準位，以及第二輸出端OUT2具有與第一電壓源VDD相同的準位。最終，第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2分別具有一低一高的電壓位準組合。然而，若是將第三開關140與第四開關150的位置互換，在相同條件下，將可令第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2分別具有一高一低的電壓位準組合，這樣的變化亦屬本發明的範疇。

第6圖繪示了第一輸出端OUT1與第二輸出端OUT2之電壓準位組合與輸出級200實際狀態的關係。然而，此非為本發明之限制，本發明所屬技術領域之技術人士當可由上述說明得知，在本發明的實施變化中，相同的輸出級200狀態可能會對應至不同電壓準位組合。

由上可知，對於以上四種可能發生在輸出級的狀態，本發明短路偵測電路分別用了四種不同的輸出端電壓準位組合來表示，因此，本發明可令積體電路中的保護機制更準確的得知輸出級是否處於何種狀態，採取因應的機制或操作，保持積體電路的正常運作。

100‧‧‧短路偵測電路

110‧‧‧第一電流鏡

120‧‧‧第二電流鏡

112、122‧‧‧偏壓級

114、116、124、126‧‧‧電流輸出級

130‧‧‧開關電路

132、134‧‧‧開關

200‧‧‧輸出級

210‧‧‧輸出端

Claims (10)

1. 一種短路偵測電路，用以偵測一輸出級之一輸出端是否短路，包含：一第一電流鏡，耦接於一第一電壓源；一第二電流鏡，耦接於該第一電流鏡與一第二電壓源；以及一開關電路，耦接於該輸出級、該第一電流鏡與該第二電流鏡之間，依據一控制訊號來建立該第一電流鏡與該第二電流鏡至少一者之一偏壓電流；其中短路偵測電路根據該第一電流鏡與該第二電流鏡之間的一第一輸出端與一第二輸出端分別的電壓準位來產生指出該輸出級之該輸出端是否短路之一偵測資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之短路偵測電路，其中該開關電路包含：一第一開關，耦接於該第一電流鏡之一偏壓級與該輸出級之該輸出端之間，用以依據該控制訊號之一互補訊號而導通或關閉；以及一第二開關，耦接於該第二電流鏡之一偏壓級與該輸出級之該輸出端之間，用以依據該控制訊號而導通或關閉。
3. 如申請專利範圍第2項所述之短路偵測電路，其中當該輸出級之該輸出端短路至該第二電壓源，且該控制訊號具有一第一狀態時，該第一開關導通，且建立該第一電流鏡之一偏壓電流，使得該第一輸出端與該第二輸出端均具有一第一電壓位準。
4. 如申請專利範圍第3項所述之短路偵測電路，其中該第一電流鏡之輸出電流分別流經該第一輸出端與該第二輸出端。
5. 如申請專利範圍第2項所述之短路偵測電路，其中當該輸出級之該輸出端 短路至該第一電壓源，且該控制訊號具有一第一狀態時，該第二開關導通，建立該第二電流鏡之一偏壓電流，使得該第一輸出端與該第二輸出端均具有一第二電壓位準。
6. 如申請專利範圍第5項所述之短路偵測電路，其中該第二電流鏡之輸出電流分別流經該第一輸出端與該第二輸出端。
7. 如申請專利範圍第1項所述之短路偵測電路，其中：該第一電流鏡具有一第一電流輸出級與一第二電流輸出級；以及該第二電流鏡具有一第三電流輸出級與一第四電流輸出級；其中該第一電流輸出級耦接於該第三電流輸出級，且該第一輸出端位於兩者之間；該第二電流輸出級耦接於該第四電流輸出級，且該第二輸出端位於兩者之間；該第一電流輸出級之電流驅動能力大於該第三電流輸出級以及該第二電流輸出級之電流驅動能力小於該第四電流輸出級。
8. 如申請專利範圍第7項所述之短路偵測電路，其中當該輸出級之該輸出端未被短路，且該控制訊號具有一第一狀態時，該開關電路分別建立該第一電流鏡與該第二電流鏡之一偏壓電流，使得該第一輸出端與該第二輸出端分別具有不同電壓位準。
9. 如申請專利範圍第1項所述之短路偵測電路，另包含：一第三開關，耦接於該第一輸出端與該第二電壓源之間，用以依據該控制訊號之一互補訊號而導通或關閉；以及一第四開關，耦接於該第二輸出端與該第一電壓源之間，用以依據該控制訊號而導通或關閉；其中當該控制訊號具有一第二狀態時，該第三開關與該第四開關分別導 通，使得該第一輸出端與該第二輸出端分別具有不同電壓位準。
10. 如申請專利範圍第9項所述之短路偵測電路，其中該第三開關導通形成該第一輸出端與該第二電壓源間的一電流路徑，以及該第四開關導通形成該第二輸出端與該第一電壓源間的一電流路徑。