TWI719022B - 低壓偵測器 - Google Patents

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TWI719022B TW105113754A TW105113754A TWI719022B TW I719022 B TWI719022 B TW I719022B TW 105113754 A TW105113754 A TW 105113754A TW 105113754 A TW105113754 A TW 105113754A TW I719022 B TWI719022 B TW I719022B
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Abstract

本文中描述之各種實施方案係關於一種用於低壓偵測之積體電路。該積體電路可包含一第一級，其經組態以接收一輸入電壓，且提供與溫度無關而與該輸入電壓保持相關之一第一電壓。該積體電路可包含一第二級，其經組態以接收該輸入電壓、自該第一級接收該第一電壓，且隨著輸入電壓降低而升頻轉換該第一電壓。該第二級可經組態以提供對應於該輸入電壓與該第一電壓之一差分電壓之一第二電壓。該積體電路可包含一第三級，其經組態以接收該第二電壓，且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓。

Description

低壓偵測器
本段落意欲提供關於理解本文中描述之各種技術之資訊。如段落之標題所暗示，此係對相關技術之一論述，該論述決不應暗示其係先前技術。一般而言，相關技術可或可不被視為先前技術。因此，應瞭解，本段落中之任何陳述應在此意義上閱讀且不作為先前技術之認可。
積體電路包含用以執行監測功能以幫助偵測一電源供應器是否已達到低電力位準之電路。有時，積體電路經受不足可用電力，且可用稱為一低壓偵測器(BOD)之一類型的電路達成保護。
圖1展示一BOD電路之一實例。在此電路中，用一類比比較器電路比較第一參考電壓與第二參考電壓。第一參考電壓Vtr係由供應電壓VDD及電阻器R1與R2之一比率設定之一BOD觸發電壓。第二參考電壓Vz係與供應電壓VDD無關且使用一外部齊納(Zener)二極體設定之一齊納二極體電壓。另一電阻器R3用以提供偏壓電流至齊納二極體。隨著VDD變低，觸發電壓Vtr基於R1與R2之一比率而減低。當觸發電壓Vtr變為等於或小於齊納二極體電壓Vz時，BOD電路輸出變高以指示一錯誤狀況已歸因於不足供應電壓而發生。將此錯誤信號給予一系統電力管理控制器以採取行動且將記憶體及暫存器之內容保存至主記憶體。
不幸的是，習知BOD電路之一些問題包含其中用於比較以監測 供應電壓VDD之參考電壓可消耗高DC電流且自供應器持續汲取電流之情形。此電流可為數百微安培(μA)至數毫安培(mA)。例如，一些習知BOD電路消耗在一100μA至超過1mA範圍內之電流。習知BOD電路之另一問題在於隨著供應電壓繼續按比例調整，齊納二極體參考變得更難以按比例調整。
200‧‧‧低壓偵測器(BOD)電路
202‧‧‧第一匯流排
204‧‧‧第二匯流排
206‧‧‧虛擬電壓軌/匯流排
210‧‧‧第一級
212‧‧‧電流源
220‧‧‧第二級
230‧‧‧第三級
232‧‧‧錯誤信號
300‧‧‧低壓偵測器(BOD)電路
302‧‧‧第一匯流排
304‧‧‧第二匯流排
306‧‧‧虛擬電壓軌/匯流排
310‧‧‧第一級
312‧‧‧電流源
314‧‧‧升頻轉換器/升頻轉換
320‧‧‧第二級
330‧‧‧第三級
enb1‧‧‧第一啟用信號
enb2‧‧‧第二啟用信號
error‧‧‧錯誤信號/輸出信號
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
M1‧‧‧第一電晶體
M2‧‧‧第一級之第一電晶體/第二電晶體
M3‧‧‧第一級之第一電晶體/第三電晶體
M4‧‧‧第一級之第一電晶體/第四電晶體
M5‧‧‧第一級之第一電晶體/第五電晶體
M6‧‧‧第一級之第一電晶體/第六電晶體
M7‧‧‧第一級之第一電晶體/第七電晶體
M8‧‧‧第一級之第一電晶體/第八電晶體
M9‧‧‧第一級之第一電晶體/第九電晶體
M10‧‧‧第一級之第一電晶體/第十電晶體
M11‧‧‧第一級之第一電晶體/第十一電晶體
M12‧‧‧第一級之第一電晶體/第十二電晶體
M13‧‧‧第二級之第二電晶體/第十三電晶體
M14‧‧‧第二級之第二電晶體/第十四電晶體
M15‧‧‧第二級之第二電晶體/第十五電晶體
M16‧‧‧第二級之第二電晶體/第十六電晶體
M17‧‧‧第二級之第二電晶體/第十七電晶體
M18‧‧‧第二級之第二電晶體/第十八電晶體
M19‧‧‧第三級之第三電晶體/第十九電晶體
M20‧‧‧第三級之第三電晶體/第二十電晶體
M21‧‧‧第三級之第三電晶體/第二十一電晶體
M22‧‧‧第三級之第三電晶體/第二十二電晶體
M23‧‧‧第三級之第三電晶體/輸出電晶體/第二十三電晶體
R1‧‧‧第一電阻器
R2‧‧‧第二電阻器
R3‧‧‧電阻器
S1‧‧‧開關
VDD‧‧‧供應電壓/輸入電壓/源電壓/輸入供應電壓
vnm‧‧‧第二電壓
vnp‧‧‧觸發電壓/第一級之輸出電壓/第一電壓
VSS‧‧‧接地電壓
Vtr‧‧‧第一參考電壓/觸發電壓
Vvdd‧‧‧虛擬輸入電壓
Vz‧‧‧第二參考電壓/齊納二極體電壓
△v‧‧‧差分輸出電壓/差分電壓/差分電壓信號
本文中參考隨附圖式描述各種技術之實施方案。然而，應瞭解，隨附圖式僅繪示本文中描述之各種實施方案且並不意謂限制本文中描述之各種技術之實施例。
圖1繪示如此項技術中已知之BOD電路之一圖。
圖2繪示根據本文中描述之各種實施方案之BOD電路之一方塊圖。
圖3繪示根據本文中描述之各種實施方案之一BOD電路之一示意圖。
本文中描述之各種實施方案指代且係關於用於低壓偵測之電路。例如，在一項實施方案中，此電路可指代用於電源供應器電力管理(包含例如電池組供應器電力管理)之一奈米電源低壓偵測器(BOD)。此電路可提供奈米電源BOD電路，與習知方案相比，其具有實質上小面積且消耗顯著更低電力。此外，此電路可係關於經組態以監測且偵測電源供應位準(包含例如電池組電源供應位準)之一記憶體控制器單元(MCU)中之一晶片上電力監測系統。例如，當電源供應位準下降至一預定不足值時，BOD電路可經組態以產生一錯誤信號以通知一計算裝置或系統以電源供應位準正下降為危險過低。因而，此低壓偵測器(BOD)電路對於高度整合計算系統(例如，微控制器)可為一關鍵組件。此外，接收此早期警告錯誤信號可容許計算裝置或系統開 始保存記憶體及程式操作(例如，指令管線、堆疊指標等)之一當前狀態或開始停用一些操作(諸如(舉例而言)韌體更新)。有時，在低電源供應位準之時間期間無一BOD電路監測電源供應位準之情況下，MCU可開始將隨機值寫入至暫存器及記憶體中，藉此損壞記憶體值及程式執行。
現將參考圖2至圖3更詳細描述本文中描述之低壓偵測器(BOD)電路之各種實施方案。
圖2繪示根據本文中描述之各種實施方案之低壓偵測器(BOD)電路200之一方塊圖。BOD電路200可實施為具有多個級之一積體電路且可稱為一BOD電路。在一些實施方案中，多個級可稱為多個細分電路部分，其等具有相依關係。
電路200可包含經組態以提供一輸入電壓VDD之一第一匯流排202，VDD可稱為一供應電壓、一輸入電壓，或一輸入信號。第一匯流排202可稱為用於將電力(即，輸入電壓VDD)自一輸入電壓源(諸如(舉例而言)一電池組電源)供應至BOD電路之一第一電壓軌。電路200可包含經組態以提供一接地電壓GND或VSS之一第二匯流排204。第二匯流排204可稱為用於將接地電壓GND或VSS提供至BOD電路之一第二電壓軌。
電路200可包含經組態以操作為用作一電源閘控元件之一開關S1之一電切換機構。在一些例項中，開關S1可經組態以當開關S1啟動時將輸入電壓VDD提供至電路200，且開關S1可經組態以當開關S1撤銷啟動時保留輸入電壓VDD而不提供至(withhold from)電路200。此外，在一些例項中，開關S1可經組態以當開關S1在一時段內經過交替啟動及撤銷啟動循環時，使至電路200之輸入電壓VDD負載循環。在一些其他例項中，開關S1可用以經由一虛擬電壓軌或匯流排206(其可為第一匯流排202之部分)將一虛擬輸入電壓Vvdd提供至電路200。
BOD電路200可包含一第一級210、一第二級220，及一第三級230。第一級210可被稱為一偏壓產生(biasGEN)級，其經插置於用於連接至供應電壓VDD(或Vvdd)之第一匯流排202與用於連接至接地電壓VSS之第二匯流排204之間。第一級210可經組態以將一觸發電壓(vnp)提供至第二級220。例如，第一級210可經組態以提供用於BOD電路200之觸發電壓(vnp)，以當輸入電壓VDD降低至所要目標跳脫電壓處或低於所要目標跳脫電壓之一位準時，產生一錯誤信號232。在一些實施方案中，所要跳脫電壓可指代在產生錯誤信號之前容許輸入電壓VDD下降至之一電壓。在一些例項中，所要跳脫電壓可高於vnp。在一些其他例項中，所要跳脫電壓可始終高於vnp。
此外，第一級210可經組態以提供與溫度無關之觸發電壓(vnp)。此外，在一些例項中，第一級210可經組態以提供一輸出參考電流，該輸出參考電流與溫度無關，且可被複製為至第二級212之一電流源212。在本文中，於下文參考圖3來更詳細描述第一級210。
第二級220可稱為一單端至差分升頻轉換器(Se2Diff upConv)級，其經插置於用於連接至供應電壓VDD(或Vvdd)之第一匯流排202與用於連接至接地電壓VSS之第二匯流排204之間。第二級220可經組態以使用來自第一級210之一與溫度無關的電流來提供一恆定超低電流，以供電給第二級220。在一些例項中，此可使BOD電路200之電流消耗保持實質上低。因此，在一些例項中，第二級220可經組態以使用一與溫度無關的電壓及/或一與溫度無關的電流，經由用電晶體M7、M10形成的電流鏡來驅動電晶體M13、M16，如下文參考圖3進一步展示與描述。下文亦參考圖3來描述第二級220之各種其他組件。
第三級230可被稱為一增益級，其經插置於用於連接至供應電壓VDD(或Vvdd)之第一匯流排202，與用於連接至接地電壓VSS之第二匯流排204之間。第三級230可經組態以將由第二級220產生之差分電 壓信號放大至一全軌對軌電壓位準，且將輸出信號驅動至一電容負載。在一些例項中，於無第三級230的情況下，BOD電路200可歸因於自第二級220驅動至一數位負載中之輸出(其可非軌對軌)而使用更多電流。在本文中，於下文參考圖3來進一步描述第三級230。
在一些實施方案中，供應電壓VDD可經組態以提供大約1.2V之一輸入電壓。在其他實施方案中，供應電壓VDD可經組態以提供在大約1.0V至3.3V之一範圍內之一輸入電壓。如本文中描述，各級可經組態以利用一或多個電路組件，該一或多個電路組件可經組態以一起操作以執行低壓偵測。在一些實施方案中，當使用一厚閘極電晶體時，供應電壓VDD可不小於約1.0V，此係因為電路可經組態以當源電壓VDD下降至(例如)約0.9V時跳脫。
圖3繪示根據本文中描述之各種實施方案之BOD電路300之一示意圖。如圖3中所示，BOD電路300可被實施為具有多個級之一積體電路，且可稱為BOD電路。此外，多個級可稱為多個細分電路部分，其等具有相依關係。
如上文提及，BOD電路300可經組態為用於電源供應管理(包含例如電池組供應器電力管理)之一奈米電源低壓偵測器。此外，在一些實施方案中，具有BOD電路300之一電池之一佈局大小可為小的，且佔用~975平方微米(sq.um)之一面積。
BOD電路300可包含經組態以提供一第一電壓供應信號(諸如一輸入供應電壓VDD或信號)之一第一匯流排302。電路300可包含經組態以提供一第二電壓供應信號(諸如一接地電壓VSS或信號)之一第二匯流排304。此外，電路300可包含一第一電晶體M1，其經組態以經由提供至第一電晶體M1之一閘極之第一啟用信號(enb1)操作為用作一電源閘控元件之一開關S1。第一電晶體M1可稱為至BOD電路300之一輸入電晶體。開關S1可經組態以具有與關於圖2之開關S1描述之功能性 類似之功能性。例如，第一電晶體M1可組態為一輸入電晶體以當第一電晶體M1啟動時將輸入電壓VDD提供至第一級310，且第一電晶體M1可經組態以當第一電晶體M1撤銷啟動時保留(或停用或切斷)輸入電壓VDD而不提供至第一級310。
在一些實施方案中，第一電晶體M1可包含一p型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體(其低態有效)且可經組態以當第一電晶體M1在一時段內經過交替啟動(接通)及撤銷啟動(關斷)循環時使至第一級310之輸入電壓VDD負載循環(電源開啟及關閉)。輸入電晶體M1可用於電源閘控BOD電路300以使其負載循環或將其置於睡眠模式(例如，斷電模式)。第一電晶體M1之此負載循環可用以減少由BOD電路300自輸入電壓供應汲取之電流。此外，如圖3中所示，第一電晶體M1可經組態以在其之一閘極上接收第一啟用信號(enb1)。在一些例項中，第一電晶體M1可用以經由一虛擬電壓軌或匯流排306(其可為第一匯流排302之部分)將一虛擬輸入電壓Vvdd提供至BOD電路300。
參考圖3，BOD電路300可包含一第一級310、一第二級320，及一第三級330。在一些實施方案中，第一級310可稱為一偏壓產生級。第一級310可包含第一複數個電晶體M2至M12，及複數個電阻器R1至R2，其等經配置以接收輸入電壓VDD，且提供實質上與溫度無關而與輸入電壓VDD保持相關之一第一電壓或觸發電壓(vnp)。
在一些實施方案中，第一級310可經組態為一偏壓產生器，其經組態以藉由使用由輸入電壓VDD驅動(例如，由一~1.2V電壓供應軌驅動)的厚閘極電晶體以次臨限值加偏壓於第一複數個電晶體M2至M12來達成非電力操作。此外，在一些例項中，為減少電流消耗，BOD電路300可使用厚閘極輸入/輸出(I/O)電晶體(例如，代替薄閘極核心電晶體)來縮減BOD電路300中的洩漏電流。即使可使用薄閘極核心電晶體，若使用，則BOD電路300仍可遭受實質上較高洩漏電流以 及更多程序變動。此外，在一些例項中，電阻器R1至R2可包含具有一高片電阻值(例如，~690ohms/sq)之未經自對準矽化的多晶矽電阻器。在其他例項中，電阻器R1至R2可具有正溫度係數以補償第一複數個電晶體M2至M12之第七電晶體M7及第十二電晶體M12之一臨限電壓的負溫度係數。因而，第一級310之輸出電壓(vnp)可近似與溫度無關，而為輸入電壓VDD供應之一函數或至少與輸入電壓VDD供應相關。
在一些實施方案中，可如下給出由偏壓產生器(即，第一級310)提供之與溫度無關的電壓(vnp)：Vnp~Vthn+(VDD-2Vthn-Vdsatp)．R2/R1其中Vthn係一厚閘極n型FET之一臨限電壓，且Vdsatp係跨一p型FET之一飽和電壓。在此例項中，用於第二級320之一次臨限電流可經組態以執行自第一級310之輸出電壓或觸發電壓(vnp)之一升頻轉換。
如圖3中所示，第一級310之第一電晶體M2至M12可包含一或多個n型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體，及/或一或多個p型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體，包含(例如)場效電晶體(FET)。第一電晶體M2至M12可包含一第二電晶體M2(PMOS)、一第三電晶體M3(NMOS)、一第四電晶體M4(NMOS)、一第五電晶體M5(PMOS)、一第六電晶體M6(PMOS)、一第七電晶體M2(PMOS)、一第八電晶體M8(NMOS)、一第九電晶體M9(NMOS)、一第十電晶體M10(PMOS)、一第十一電晶體M11(NMOS)，及一第十二電晶體M12(NMOS)。
在一些實施方案中，第一級210可包含一第一電路部分，該第一電路部分具有電阻器R1至R2之一第一電阻器R1，及第一電晶體M2至M12之第七電晶體M7，其等經配置以提供一第一電流(I1)。第一級310可包含一第二電路部分，該第二電路部分具有電阻器R1至R2之一第 二電阻器R2，及第一電晶體M2至M12之第十二電晶體M12，其等經配置以提供鏡像第一電流(I1)之一第二電流(I2)。此外，在一些例項中，可藉由將第一電阻器R1連接於供應輸入電壓VDD之第一電壓軌Vvdd與第七電晶體M7之間，且進一步藉由將第二電阻器R2連接於供應一接地電壓之一第二電壓軌VSS與第十二電晶體M12之間，來抵銷第一電流(I1)及第二電流(I2)之一臨限電壓變動。在一些例項中，參考電流鏡(I1、I2)，第一級310之電流鏡中之兩個分支中的電流(例如，跨第七電晶體M7之第一電流I1，及跨第十電晶體M10之第二電流I2)可為相等的或至少類似的，其中例如I1(M7)~I2(M10)。
參考圖3，第二級320可稱為一差分升頻轉換器級。在一些實施方案中，第二級320可經組態以提供一單端至差分升頻轉換器電路。第二級320可包含經配置以接收輸入電壓VDD之第二複數個電晶體M13至M18。此外，第二複數個電晶體M13至M18可經配置以(在其之一閘極處)自第一級310接收第一電壓或觸發電壓(vnp)，且隨著輸入電壓VDD降低而升頻轉換第一電壓(vnp)。第二級320可遵循一相反轉換，且兩者一起可形成一差分輸出電壓(△v)，該差分輸出電壓(△v)可用以驅動第三級330(其可稱為一高增益輸出級)以產生錯誤信號(error)。此外，第二級320可經組態以提供對應於輸入電壓VDD與第一電壓(vnp)之差分電壓(△v)之一第二電壓(vnm)。
如圖3中所示，第二級320之第二電晶體M13至M18可包含一或多個NMOS電晶體及/或一或多個PMOS電晶體，包含例如FET。第二電晶體M13至M18可包含一第十三電晶體M13(PMOS)、一第十四電晶體M14(PMOS)、一第十五電晶體M15(NMOS)、一第十六電晶體M16(PMOS)、一第十七電晶體M17(PMOS)，及一第十八電晶體M18(NMOS)。
在一些實施方案中，第二級320可經組態以提供第二電壓(vnm)作 為輸入電壓VDD與一經升頻轉換第一電壓(vnm)之一組合，該組合對應於可用以驅動第三級330且提供對應於錯誤信號(error)之一高增益輸出電壓之差分電壓(△v)。參考圖3，第十四電晶體M14可組態為且用作一升頻轉換器314。例如，如本文中描述，隨著輸入電壓VDD供應降低或被降低，可經由第十四電晶體M14升頻轉換314第一級310之輸出電壓(vnp)。
在一些實施方案中，可經由第十三電晶體M13及第十六電晶體M16提供一電流源312。此外，電流源312可對應於圖2之電流源212。如本文中先前描述，第一級310可經組態以提供用於BOD電路300之一觸發電壓(vnp)以當輸入電壓VDD(或Vvdd)降低至觸發電壓(vnp)處或低於觸發電壓(vnp)之一位準時產生一錯誤信號(error)。歸因於第一電晶體M2至M12之配置，觸發電壓(vnp)實質上與溫度無關。第一級310可經組態以提供一輸出參考電流，該輸出參考電流實質上與溫度無關且在實施為電流源312時可被複製至第二級320。第二級320可組態為一單端至差分升頻轉換器，其使用來自第一級310之一與溫度無關之電流來提供一恆定超低電流以供電給第二級320，藉此使BOD電路300之電流消耗保持實質上低。在此例項中，第二級320可經組態以使用一與溫度無關之電壓(vnp)及一與溫度無關之電流經由用電晶體M7、M10實施之電流鏡來驅動電晶體M13、M16。
參考圖3，第三級330可稱為一增益級，或在一些例項中稱為一高增益級。例如，第三級330可組態為一高增益驅動器，其軌對軌擺動且可不消耗DC電流，或僅消耗低量DC電流。因此，第三級330可提供達成在全軌輸入電壓VDD供應下可消耗僅~275nA(例如，在一近似上邊界處或至少接近該近似上邊界)之奈米電源BOC電路300之一能力。因而，在一些例項中，DC電流在VDD=1.0V(其可高於一預定跳脫電壓)下可以指數方式降低至低於~30nA。例如，跨自大約0° 至100°之一溫度範圍，一BOD跳脫點在室溫下可為~0.9V，且在此例項中，自輸入電源供應器汲取之一上邊界DC電流在~1.2V下可僅為~275nA。
在一些實施方案中，第三級230可包含經配置以接收第二電壓(vnm)且提供對應於一錯誤信號(error)之一高增益輸出電壓之第三複數個電晶體。如本文中先前描述，第三級330可經組態且經使用以將由第二級320產生之差分電壓信號(△v)放大至一全軌對軌位準且將輸出信號(error)驅動至一電容負載。在無第三級330之情況下，BOD電路300可歸因於自第二級320驅動至一數位負載中之輸出電壓(vnp)(其可非軌對軌)而使用更多電流。此外，在一些實施方案中，第三級330可包含可稱為一斷電電晶體之一輸出電晶體M23。例如，輸出電晶體M23可包含經組態以接收一第二啟用信號(enb2)之一NMOS電晶體(其高態有效)。在此配置中，當BOD電路300啟動(接通)時，輸出電晶體M23可撤銷啟動(關斷)。在一些例項中，輸出電晶體M23可用以確保當BOD電路300斷電且當迫使第一啟用信號(enb1)為高(例如，至邏輯一(1))時，輸出信號(error)不浮動。在一些實施方案中，第一啟用信號(enb1)及第二啟用信號(enb2)可為一相同啟用信號(enb)，此係因為其進入至PMOS電晶體(M1)及NMOS電晶體(M23)。因此，在一些實施方案中，當enb=0時，M1接通但M23關斷，且當enb=1時，M1關斷且M23接通。
如圖3中所示，第三級330之第三電晶體M19至M23可包含一或多個NMOS電晶體及/或一或多個PMOS電晶體，包含例如FET。第三電晶體M19至M23可包含一第十九電晶體M19(PMOS)、一第二十電晶體M20(PMOS)、一第二十一電晶體M21(NMOS)、一第二十二電晶體M22(NMOS)及一第二十三電晶體M23(NMOS)。如本文中描述，第二十三電晶體M23可實施為輸出電晶體，其可稱為一斷電電晶體。
在一些實施方案中，如本文中描述，供應電壓VDD可經組態以提供大約1.2V之一輸入電壓。在其他實施方案中，供應電壓VDD可經組態以提供在大約1.0V至3.3V之一範圍內之一輸入電壓。此外，在各種實施方案中，BOD電路300之各級310、320、330可經組態以利用一或多個電路組件，該一或多個電路組件可經組態以一起操作而依如本文中描述之一方式執行低壓偵測。如先前描述，在一些實施方案中，當使用一厚閘極電晶體時，供應電壓VDD可不小於約1.0V，此係因為電路可經組態以當供應電壓VDD下降至例如約0.9V時跳脫。
參考系統考量，如本文中描述，實施BOD電路300中之啟用信號(enb1、enb2)容許負載循環使得可減少能量消耗。取決於所使用之能量源/儲存器(例如，鈕扣電池、超級電容器、直接太陽能電池等)，可相對已知一輸出電壓之一變化率。例如，~3V之鋰鈕扣電池在自一低電力保持模式上升時或在一特定時段內(例如，每小時)可僅使用BOD檢查。在一些例項中，可不期望以一始終開啟檢查模式(例如，針對微秒解析度)執行BOD檢查。有時，一直接太陽能電池源可在其與可快速改變之入射光反應時使用一更頻繁BOD檢查。此負載循環特徵對於其中甚至~275nW係一顯著額外耗用之低電壓應用可為有用的。在一些情形中，邊限跳脫電壓可招致一些成本(例如，能量成本)，此係因為甚至當一電源供應器(例如，一電池組)中仍存在一些有用能量時，一些裝置可由BOD電路停用。為避免靜穩定裕度，可藉由調整偏壓電阻器(其等在測試之後可用於熔絲或非揮發性記憶體(NVM)中)或自動使用晶片上程序監測器而調諧跳脫電壓。
根據本發明之態樣，本文中描述之BOD電路可提供以下優點之一或多者或全部。使用電源閘控來實現負載循環可減少靜態電力消耗。次臨限值操作可容許奈米安培範圍中之超低電力。添加之溫度補償可減少隨溫度之變動。電晶體之一或多者或全部可為厚閘極以幫助 減少程序變動。使用電阻器R1及R2可提供自VDD及GND之雜訊抑制。BOD電路之小佔據面積可節約矽面積。此外，BOD電路可在通電及斷電兩者下(例如，分別在輸入電壓VDD之上升或下降期間)產生一錯誤信號。
本文中描述一積體電路之各種實施方案。在一項實施方案中，積體電路可包含一第一級，其具有經配置以接收一輸入電壓且提供實質上與溫度無關而與輸入電壓保持相關之一第一電壓之第一電晶體及電阻器。積體電路可包含一第二級，其具有經配置以接收輸入電壓且自第一級接收第一電壓且隨著輸入電壓降低而升頻轉換第一電壓之第二電晶體。第二級可經組態以提供對應於輸入電壓與第一電壓之一差分電壓之一第二電壓。積體電路可包含一第三級，其具有經配置以接收第二電壓且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓之第三電晶體。
本文中描述一低壓偵測器之各種實施方案。在一項實施方案中，低壓偵測器可包含一偏壓產生器電路，其經組態以接收一輸入電壓且提供實質上與溫度無關之一內部電壓。低壓偵測器可包含一差分升頻轉換器電路，其經組態以：接收輸入電壓；自第一級接收內部電壓；隨著輸入電壓降低而升頻轉換內部電壓；及提供對應於輸入電壓與內部電壓之一差分之一差分電壓。低壓偵測器可包含一增益電路，其經組態以接收差分電壓且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓。
本文中描述一低壓偵測器之各種實施方案。在一項實施方案中，低壓偵測器可包含第一電晶體及第一電阻器，其等經配置以接收一輸入電壓且提供實質上與溫度無關之一內部電壓。低壓偵測器可包含第二電晶體，其等經配置以接收輸入電壓、接收內部電壓且隨著輸入電壓降低而升頻轉換內部電壓。第二電晶體可經組態以提供對應於 輸入電壓與內部電壓之一差分之一差分電壓。低壓偵測器可包含第三電晶體，其等經配置以接收差分電壓且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓。
本文中提供之論述係關於某些特定實施方案。應瞭解，提供本文中提供之論述以使一般技術者能夠製造且使用在本文中由申請專利範圍之標的物界定之任何標的物。
申請專利範圍之標的物應意欲不限於本文中提供之實施方案及繪示，而是包含該等實施方案之修改形式，包含實施方案之部分及根據申請專利範圍之不同實施方案之元件組合。應瞭解，如在任何工程或設計項目中，在任何此實施方案之研發中，應進行許多實施方案特定決策以達成可隨實施方案而變化之一研發者之特定目標，諸如符合系統相關及業務相關約束。此外，應瞭解，此一研發努力可為複雜的且耗時的，但對於受益於本發明之一般技術者，該研發努力仍將為一常規設計、製作及製造任務。
已詳細參考各種實施方案，在隨附圖式及圖中繪示該等實施方案之實例。在以下詳細描述中，闡述許多具體細節以提供對本文中提供之本發明之一透徹理解。然而，可在無此等具體細節之情況下實踐本文中提供之本發明。在一些其他例項中，未詳細描述熟知方法、程序、組件、電路及網路以免不必要地致使實施例之細節不清楚。
亦應瞭解，儘管在本文中可使用術語第一、第二等來描述各種元件，然此等元件不應受限於此等術語。此等術語僅用以區分一元件與另一元件。例如，一第一元件可稱為一第二元件，且類似地，一第二元件可稱為一第一元件。第一元件及第二元件皆分別為元件，但其等不應視為相同元件。
本文中提供之本發明之描述中使用之術語係出於描述特定實施方案之目的且不意欲限制本文中提供之本發明。如本文中提供之本發 明之描述及隨附申請專利範圍中所使用，單數形式「一(a/an)」及「該」意欲亦包含複數形式，除非上下文另有清楚指示。如本文中使用之術語「及/或」指代且涵蓋相關聯所列品項之一或多者之任何及全部可能組合。當在本說明書中使用時，術語「包含(includes/including)」及/或「包括(comprises/comprising)」指定存在所述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件，但不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。
如本文中所使用，取決於上下文，術語「若」可理解為意謂「當……時」或「在……之後」或「回應於判定」或「回應於偵測」。類似地，取決於上下文，片語「若判定[一所述條件或事件]」或「若偵測[一所述條件或事件]」可理解為意謂「在判定[所述條件或事件]之後」或「回應於判定[所述條件或事件]」或「在偵測[所述條件或事件]之後」或「回應於偵測[所述條件或事件]」。可結合本文中描述之各種技術之一些實施方案使用術語「上升」及「下降」；「上」及「下」；「向上」及「向下」；「下方」及「上方」及指示在一給定點或元件上方或下方之相對位置之其他類似術語。
雖然前述係關於本文中描述之各種技術之實施方案，但可根據本文中之本發明設計其他及進一步實施方案，此可由以下申請專利範圍判定。
儘管以專用於結構特徵及/或方法行為之語言描述標的物，然應瞭解，隨附申請專利範圍中界定之標的物不一定限於上文描述之特定特徵或行為。實情係，上文描述之特定特徵及行為揭示為實施申請專利範圍之實例形式。
200‧‧‧低壓偵測器(BOD)電路
202‧‧‧第一匯流排
204‧‧‧第二匯流排
206‧‧‧虛擬電壓軌/匯流排
210‧‧‧第一級
212‧‧‧電流源
220‧‧‧第二級
230‧‧‧第三級
232‧‧‧錯誤信號
error‧‧‧錯誤信號/輸出信號
S1‧‧‧開關
VDD‧‧‧供應電壓/輸入電壓/源電壓/輸入供應電壓
vnm‧‧‧第二電壓
vnp‧‧‧觸發電壓/第一級之輸出電壓/第一電壓
VSS‧‧‧接地電壓
Vvdd‧‧‧虛擬輸入電壓

Claims (20)

  1. 一種積體電路，其包括：一第一級，其具有經配置以接收一輸入電壓且提供實質上與溫度無關而與該輸入電壓保持相關之一第一電壓之第一電晶體及電阻器；一第二級，其經組態以提供一單端至差分升頻轉換器電路，且具有經配置以接收該輸入電壓且自該第一級接收該第一電壓且隨著該輸入電壓降低而升頻轉換該第一電壓之第二電晶體，其中該第二級經組態以提供對應於該輸入電壓與該第一電壓之一差分電壓之一第二電壓；及一第三級，其具有經配置以接收該第二電壓且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓之第三電晶體。
  2. 如請求項1之積體電路，進一步包括經組態以操作為用作一電源閘控元件之一開關之一輸入電晶體，其中該輸入電晶體經組態以當該輸入電晶體啟動時，將該輸入電壓提供至該第一級，其中該輸入電晶體經組態以當該輸入電晶體撤銷啟動時，保留該輸入電壓以不提供至該第一級。
  3. 如請求項1之積體電路，進一步包括經組態以操作為用作一電源閘控元件之一開關之一輸入電晶體，其中該輸入電晶體經組態以當該輸入電晶體在一時段內經過啟動及撤銷啟動循環時，使至該第一級之該輸入電壓負載循環。
  4. 如請求項1之積體電路，其中該第一級包括經組態以使用由該輸入電壓驅動之厚閘極電晶體以次臨限值加偏壓於該等第一電晶體之一偏壓產生器。
  5. 如請求項1之積體電路，其中該第一級之該等電阻器包括具有一 高片電阻之未經自對準矽化之多晶矽電阻器。
  6. 如請求項1之積體電路，其中該第一級之該等電阻器包括一正溫度係數，以補償該等第一電晶體之一臨限電壓之一負溫度係數。
  7. 如請求項1之積體電路，其中該第一級包括：該等電阻器之一第一電阻器及該等第一電晶體之一第一電晶體，其等經配置以提供一第一電流；及該等電阻器之一第二電阻器及該等第一電晶體之一第二電晶體，其等經配置以提供鏡像該第一電流之一第二電流。
  8. 如請求項7之積體電路，其中藉由將該第一電阻器連接於該第一電晶體與供應該輸入電壓之一第一電壓軌之間且藉由將該第二電阻器連接於該第二電晶體與供應一接地電壓之一第二電壓軌之間而抵銷該第一電流及該第二電流之一臨限電壓變動。
  9. 如請求項1之積體電路，其中該輸出電壓係約1.2伏特。
  10. 一種積體電路，其包括：一第一級，其具有經配置以接收一輸入電壓且提供實質上與溫度無關而與該輸入電壓保持相關之一第一電壓之第一電晶體及電阻器；一第二級，其具有經配置以接收該輸入電壓且自該第一級接收該第一電壓且隨著該輸入電壓降低而升頻轉換該第一電壓之第二電晶體，其中該第二級經組態以提供對應於該輸入電壓與該第一電壓之一差分電壓之一第二電壓；及一第三級，其具有經配置以接收該第二電壓且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓之第三電晶體，其中該第二級經組態以提供一單端至差分升頻轉換器電路，且其中該第二級提供該第二電壓作為該輸入電壓與該經升頻轉 換第一電壓之一組合，該組合對應於用以驅動該第三級且提供對應於該錯誤信號之該高增益輸出電壓之該差分電壓。
  11. 一種低壓偵測器，其包括：一偏壓產生器電路，其經組態以：接收一輸入電壓，及提供實質上與溫度無關之一內部電壓；一差分升頻轉換器電路，其經組態以：接收該輸入電壓，自該偏壓產生器電路接收該內部電壓，隨著該輸入電壓降低而升頻轉換該內部電壓，及提供對應於該輸入電壓與該內部電壓之一差分之一差分電壓，其中該差分升頻轉換器電路經組態以提供一單端至差分升頻轉換器電路；及一增益電路，其經組態以：接收該差分電壓，及提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓。
  12. 如請求項11之低壓偵測器，進一步包括經組態以操作為用作一電源閘控元件之一開關之一輸入電晶體，其中該輸入電晶體經組態以當該輸入電晶體在一時段內經過啟動及撤銷啟動循環時，使至該偏壓產生器電路之該輸入電壓負載循環。
  13. 如請求項11之低壓偵測器，其中該偏壓產生器電路包括多個電晶體，其中該偏壓產生器電路經組態以使用由該輸入電壓驅動之厚閘極電晶體以次臨限值加偏壓於該多個電晶體，且其中該偏壓產生器電路包括經組態以提供一正溫度係數以補償該多個電晶體之一臨限電壓之一負溫度係數的多個電阻器。
  14. 如請求項11之低壓偵測器，其中該偏壓產生器電路包括： 一第一電阻器及一第一電晶體，其等經配置以產生一第一電流；及一第二電阻器及一第二電晶體，其等經配置以提供鏡像該第一電流之一第二電流；及其中藉由將該第一電阻器連接於供應該輸入電壓之一第一電壓軌與該第一電晶體之間，且藉由將該第二電阻器連接於供應一接地電壓之一第二電壓軌與該第二電晶體之間，來抵銷該第一電流及該第二電流之一臨限電壓變動。
  15. 一種低壓偵測器，其包括：一偏壓產生器電路，其經組態以：接收一輸入電壓，及提供實質上與溫度無關之一內部電壓；一差分升頻轉換器電路，其經組態以：接收該輸入電壓，自該偏壓產生器電路接收該內部電壓，隨著該輸入電壓降低而升頻轉換該內部電壓，及提供對應於該輸入電壓與該內部電壓之一差分之一差分電壓；及一增益電路，其經組態以：接收該差分電壓，及提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓，其中該差分升頻轉換器電路經組態以提供一單端至差分升頻轉換器電路，且其中該差分升頻轉換器電路提供該差分電壓作為該輸入電壓與該經升頻轉換內部電壓之一組合，該組合對應於用以驅動該增益電路且提供對應於該錯誤信號之該高增益輸出電壓之該差分電壓。
  16. 一種低壓偵測器，其包括：第一電晶體及第一電阻器，其等經配置以接收一輸入電壓，且提供實質上與溫度無關之一內部電壓；第二電晶體，其等經配置為一單端至差分升頻轉換器以接收該輸入電壓、接收該內部電壓，且隨著該輸入電壓降低而升頻轉換該內部電壓，其中該等第二電晶體經組態以提供對應於該輸入電壓與該內部電壓之一差分之一差分電壓；及第三電晶體，其等經配置以接收該差分電壓，且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓。
  17. 如請求項16之低壓偵測器，進一步包括經組態以操作為用作一電源閘控元件之一開關之一輸入電晶體，其中該輸入電晶體經組態以當該輸入電晶體在一時段內經過啟動及撤銷啟動循環時，使該輸入電壓負載循環。
  18. 如請求項16之低壓偵測器，其中使用由該輸入電壓驅動之厚閘極電晶體以次臨限值加偏壓於該等第一電晶體，且其中該等第一電阻器經配置以提供一正溫度係數，以補償該等第一電晶體之一臨限電壓之一負溫度係數。
  19. 如請求項16之低壓偵測器，其中該等第一電阻器之至少一者及該等第一電晶體之至少一者經配置以提供一第一電流，其中該等第一電阻器之至少另一者及第一電晶體之至少另一者經配置以提供鏡像該第一電流之一第二電流，且其中藉由將第一電阻器之該至少一者連接於供應該輸入電壓之一第一電壓軌與該等第一電晶體之該至少一者之間，且藉由將該等第一電阻器之該至少另一者連接於供應一接地電壓之一第二電壓軌與該等第一電晶體之該至少另一者之間，來抵銷該第一電流及該第二電流之一臨限電壓變動。
  20. 一種低壓偵測器，其包括：第一電晶體及第一電阻器，其等經配置以接收一輸入電壓，且提供實質上與溫度無關之一內部電壓；第二電晶體，其等經配置以接收該輸入電壓、接收該內部電壓，且隨著該輸入電壓降低而升頻轉換該內部電壓，其中該等第二電晶體經組態以提供對應於該輸入電壓與該內部電壓之一差分之一差分電壓；及第三電晶體，其等經配置以接收該差分電壓，且提供對應於一錯誤信號之一高增益輸出電壓，其中第二電晶體經配置為一單端至差分升頻轉換器，其經組態以提供該差分電壓作為該輸入電壓與該經升頻轉換內部電壓之一組合，該組合對應於用以驅動該等第三電晶體且提供對應於該錯誤信號之該高增益輸出電壓之該差分電壓。
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