專利名稱：欠壓檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電路領域，特別是涉及一種欠壓檢測電路。
背景技術：
帶隙電壓基準源(以下簡稱基準源)是幾乎所有電子系統(tǒng)都要用到的一個部件，其能夠提供不隨溫度、電源電壓和工藝的變化而變化的基準電壓。然而，基準源只有在高于一定的電源電壓下才能夠正常工作，才能輸出正確的基準電壓；當?shù)陀谝?guī)定的電源電壓時，其輸出的基準電壓會隨著電源電壓的降低而降低，最后甚至會停止工作。因為基準電壓決定了電子系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)壓電源的輸出和諸多檢測、判斷機制的工作狀態(tài)，因此，過低的基準電壓會使整個電子系統(tǒng)處于不確定狀態(tài)、降低產(chǎn)品的可靠性。因此必須有一個欠壓檢測機制來判斷電源電壓是否能夠使基準源處于正常的工作狀態(tài)，當電源電壓過低時，鎖定除基準源外的所有電路，當電源電壓足夠高時，解除鎖定，提供一個準確的基準電壓。目前常用的欠壓檢測方法是用電阻分壓來對電源電壓進行采樣，然后用各種形式的比較器來判斷電源電壓是否達到閾值電壓。由于閾值電壓通常決定于晶體管或二極管的導通電壓，因此會隨著溫度和工藝的變化產(chǎn)生較大的偏差，很難確保可靠性。此外，美國專利US6842321提出了一種對溫度和工藝變化不敏感的欠壓檢測電路。但是該種電路無法在普通CMOS工藝上應用，而且該電路設定的電源電壓閾值點和保證基準源正常工作所需的電源電壓閾值點并沒有直接的聯(lián)系。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種高可靠性、低功耗的欠壓檢測電路。為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種欠壓檢測電路，其應用于能提供基準電壓的電路，用于基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)，來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。優(yōu)選地，當所述能提供基準電壓的電路連接有啟動電路時，所述欠壓檢測電路連接所述啟動電路輸出端，用于當所述啟動電路啟動所述能提供基準電壓的電路的啟動作業(yè)完成后，基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。優(yōu)選地，所述欠壓檢測電路為具有正反饋的電路。優(yōu)選地，所述能提供基準電壓的電路包括帶隙電壓基準源。如上所述，本發(fā)明的欠壓檢測電路，具有以下有益效果能直接判斷能提供基準電壓的電路所提供的基準電壓是否有效；而且，本發(fā)明不受溫度和工藝變化的影響，具有較高的可靠性；再有，本發(fā)明可以用標準CMOS工藝加以實現(xiàn)，可以整合在各種基準源架構中，并且只需極低的功耗，因而具有廣泛的應用性。


圖1顯示為本發(fā)明的欠壓檢測電路的一種優(yōu)選電路示意圖。元件標號說明1帶隙電壓基準源2啟動電路3欠壓檢測電路
具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式
加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖1。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。本發(fā)明提供的欠壓檢測電路應用于能提供基準電壓的電路，其基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)，來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。優(yōu)選地，所述能提供基準電壓的電路包括帶隙電壓基準源，其用于提供基準電壓VBG。例如，如圖1所示，欠壓檢測電路3基于帶隙電壓基準源1包含的晶體管M1、M4等是否處于飽和區(qū)，來輸出基準電壓VBG是否有效的指示信號UVL0。其中，所述欠壓檢測電路 3 包括 PMOS 管118、] 9、]\110、]\111、]\112、]\113、]\114、]\116、匪OS1=Μ15、Μ17、Μ18、Μ19、Μ20、ΡΝΡ 管 Q3、反相器 INVl 及電容 Cl ；其中，所述帶隙電壓基準源1包括PMOS管Ml、Μ2、M7、NMOS管M3、M4、PNP管Ql、Q2、電阻R1、R2、R3、R4及電容C2 ；其中，PNP管Ql和Q2是標準CMOS工藝中的縱向PNP管，比例關系為1 8。在該帶隙電壓基準源1中，由于流過PMOS管Ml、M2和M7的基準電流不隨電源電壓、溫度和工藝的變化而變化，故該基準電流在電阻R4上所產(chǎn)生的電壓也不隨電源電壓、溫度和工藝的變化而變化，由此，所述帶隙電壓基準源1輸出基準電壓VBG。優(yōu)選地，當所述能提供基準電壓的電路連接有啟動電路時，所述欠壓檢測電路連接所述啟動電路輸出端，當所述啟動電路啟動所述能提供基準電壓的電路的啟動作業(yè)完成后，再基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。例如，如圖1所示，所述帶隙電壓基準源1連接有啟動電路2，該啟動電路2包括NMOS管M5與M6、以及電阻R1，用來在電源上電時確保帶隙電壓基準源1能夠正常啟動并進入正確的穩(wěn)態(tài)。在電源上電的過程中，初始時由于沒有電流從帶隙電壓基準源1流過，故，所述帶隙電壓基準源1輸出的基準電壓VBG為零，NMOS管M6處于截止區(qū)，上拉電阻Rl使NMOS管M5的柵端4上的電壓與電源電壓一致；當電源電壓大于NMOS管M5的閾值電壓時，NMOS管M5導通，使PMOS管Ml和M2的柵端電壓被拉低，因而有電流灌入帶隙電壓基準源1，使基準電壓VBG上升；當基準電壓VBG高于匪OS管M6的閾值電壓時，NMOS管M6導通，將匪OS管M5的柵端4上的電壓拉低，從而使NMOS管M5回到截止區(qū)。自此，該啟動電路2的啟動作業(yè)完成。啟動電路2的元器件、帶隙電壓基準源1的元器件與欠壓檢測電路3的元器件之間的連接關系如下欠壓檢測電路3的PMOS管M14、NM0S管M15的柵端連接至上述啟動電路2的匪OS管M5的柵端4 ；PMOS管M12的柵端和帶隙電壓基準源1中NMOS管M3、M4的柵端相連；PMOS管M14、NM0S管M15的公共端5和電容Cl的一端相連，并且作為具有遲滯功能的反相器INVl的輸入端，反相器INVl輸出指示信號UVL0，反相器INVl輸出端同時連接到作為開關管的PMOS管M16及NMOS管M20的柵端；NMOS管M17 M19是具有一定比例關系的電流鏡，在本實施例中，該比例關系為1 2 1，PNP管Q3的尺寸與PNP管Ql —致，均為縱向VPNP管，PMOS管M8 Mll提供具有一定比例關系的基準電流(即電流ID8 IDl 1)，在本實施例中，ID8 ID9 IDll = 6 1 1，其中，電流IDlO可以設置成和PMOS管Ml的電流一致。圖1所示的電路的工作過程如下在電源上電的過程中，當帶隙電壓基準源1的啟動還沒有完成時，NMOS管M5的柵端4上的電壓與電源電壓一致，使PMOS管M14截止、NMOS管M15導通，從而使端口 5上的電壓為零，反相器INVl輸出的指示信號UVLO為高電平，表示電源電壓處于欠壓狀態(tài)；此時匪OS管M20導通、PMOS管M16截止。當帶隙電壓基準源1的啟動已經(jīng)完成時，NMOS管M5的柵端4上的電壓被拉低，使NMOS管M15截止、PMOS管M14導通。此時如果電源電壓還沒有上升到足夠高，則所述帶隙電壓基準源1中的部分MOS管，如PMOS管Ml、NMOS管M4，還沒有進入飽和區(qū)。當PMOS管Mi的源端和漏端的電壓差VSDi小于PMOS管的閾值電壓IVTPI時，也就是電源電壓到PMOS管M12的柵端的電壓差小于PMOS管的閾值電壓IVTPI時，PMOS管M12處于截止區(qū)。由于PMOS管M16截止，PMOS管MlO提供的電流源會把PMOS管M13的柵端拉高到與電源電壓一致，使PMOS管M13截止。因此此時沒有電流源給電容Cl充電，而NMOS管M18和M19提供的電流源把端口 5上的電壓始終拉低為零，反相器INVl輸出的指示信號UVLO保持高電位，表示電源電壓仍處于欠壓狀態(tài)，表明此時帶隙電壓基準源1輸出的基準電壓無效。隨著電源電壓的繼續(xù)上升，當PMOS管Ml的源端和漏端的電壓差VSDl大于PMOS管的閾值電壓IVTPI時，可以確保PMOS管MI進入飽和區(qū)，因為對于絕大部分的設計而言，PMOS管Ml的過驅動電壓(V0V1 =VSGl-1VTP I)總是遠低于PMOS管的閾值電壓|VTP|。此時，電源電壓到PMOS管M12的柵端的電壓差大于PMOS管的閾值電壓| VTP |，如果PMOS管M8的過驅動電壓(V0V8 = VSG8-|VTP|)足夠低，可以等效為PMOS管M12源端和柵端的電壓差VSG12大于PMOS管的閾值電壓|VTP|，使PMOS管M12導通，PMOS管M8提供的電流源通過PMOS管M12和M14流入端口 5。由于在本實施例中，PMOS管M8提供的電流是匪OS管M18和M19提供的電流之和的2倍，因此表現(xiàn)為恒定電流流入端口 5，對電容Cl進行充電。當端口 5上的電壓超過反相器INVl的翻轉閾值時，反相器INVl輸出的指示信號UVLO變成低電位，表示電源電壓已經(jīng)處于非欠壓狀態(tài)，表明此時輸出的基準電壓有效。與此同時，NMOS管M20截止、PMOS管M16導通，使PMOS管MlO提供的電流源通過PMOS管M16流入PNP管Q3的發(fā)射極。由于PNP管Ql和Q3的尺寸和流過的電流均相同，PNP管Ql和Q3的發(fā)射極電壓也相同，因此PMOS管M13的柵端電壓比NMOS管M3和PMOS管M12的柵端電壓低(相差VGS3)，確保了 PMOS管Ml3的導通，使PMOS管M9提供的電流通過PMOS管Ml3流入端口 5。因此，當反相器INVl的輸出的指示信號UVLO由高到低翻轉的同時，流入端口 5的電流進一步變大，流出端口 5的電流進一步變小，從而使端口 5上的電壓迅速超越反相器INVl的翻轉閾值，通過一個正反饋的遲滯機制來防止電路在電源電壓的閾值點附近振蕩，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在電源電壓進入非欠壓狀態(tài)以后，端口 5上的電壓會被充滿至電源電壓，同時存在一個NMOS管M18提供的恒定漏電流。實際應用中可以把該電流調至極低值，從而實現(xiàn)低功耗。同樣，在電源下電的過程中，當PMOS管Ml的源端和漏端的電壓差VSDl小于PMOS管的閾值電壓IVTPI (即表明PMOS管Mi即將離開飽和區(qū))時，也就是電源電壓到PMOS管M12的柵端的電壓差小于PMOS管的閾值電壓IVTPI時，PMOS管Mi2截止，使流入端口 5的電流僅有PMOS管M9提供的電流源。由于在圖1所示的范例中，NMOS管M18提供的電流是PMOS管M9提供的電流的2倍，因此表現(xiàn)為恒定電流流出端口 5，對電容Cl進行放電。當端口 5上的電壓低于反相器INVl的翻轉閾值時，反相器INVl輸出的指示信號UVLO變成高電位，表示電源電壓進入了欠壓狀態(tài)，此時輸出的基準電壓無效。與此同時，NMOS管M20導通、PMOS管M16截止，PMOS管MlO提供的電流源將PMOS管M13的柵端電壓拉高到與電源電壓一致，使PMOS管M13截止，從而使PMOS管M9提供的電流停止流入端口 5。因此，當反相器INVl的輸出的指示信號UVLO由低到高翻轉的同時，流入端口 5的電流全部截止，流出端口5的電流進一步變大，從而使端口 5上的電壓迅速下降到反相器INVl的翻轉閾值以下，同樣以一個正反饋的遲滯機制防止了電路在電源電壓的閾值點附近的振蕩，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在電源電壓進入欠壓狀態(tài)以后，端口 5上的電壓會被放光至零，此后沒有漏電流。需要說明的是，本領域技術人員應該理解，上述啟動電路、帶隙電壓基準源、欠壓檢測電路均只是一種優(yōu)選電路，事實上，任何基于晶體管的飽和區(qū)來提供不隨電源電壓、溫度和工藝的變化而變化的基準電壓的電路，本發(fā)明的欠壓檢測電路均能基于電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)來確定該電路提供的基準電壓是否有效；而且，本領域的技術人員結合本實施例的描述應該已經(jīng)理解，基于具體的能提供基準電壓的電路來采用相應合適的欠壓檢測電路，故在此不再舉例予以詳述。從以上的工作過程可以看出，本發(fā)明的欠壓檢測電路充分利用了帶隙電壓基準源自身的啟動電路、基準電流等特性來檢測它的工作狀態(tài)，因而更加高效、準確、可靠；而且，本發(fā)明可以用標準CMOS工藝加以實現(xiàn)，可以整合在各種基準源架構中，并且只需極低的功耗，因而具有廣泛的應用性。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
權利要求
1.一種欠壓檢測電路，應用于能提供基準電壓的電路，其特征在于，所述欠壓檢測電路基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)，來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的欠壓檢測電路，其特征在于當所述能提供基準電壓的電路連接有啟動電路時，所述欠壓檢測電路連接所述啟動電路輸出端，用于當所述啟動電路啟動所述能提供基準電壓的電路的啟動作業(yè)完成后，基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的欠壓檢測電路，其特征在于所述欠壓檢測電路為具有正反饋的電路。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的欠壓檢測電路，其特征在于所述晶體管包括NMOS管、PMOS管中的一種或兩種。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的欠壓檢測電路，其特征在于所述能提供基準電壓的電路包括帶隙電壓基準源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種欠壓檢測電路。該欠壓檢測電路應用于能提供基準電壓的電路，用于基于所述能提供基準電壓的電路包含的晶體管是否處于飽和區(qū)，來輸出所述基準電壓是否有效的指示信號。本發(fā)明不受溫度和工藝變化的影響，具有較高的可靠性，而且可以用標準CMOS工藝加以實現(xiàn)，可以整合在各種基準源架構中，并且只需極低的功耗，具有廣泛的應用性。
文檔編號G01R19/165GK102565516SQ20121000813
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權日2012年1月12日
發(fā)明者程晉 申請人:上海山景集成電路技術有限公司