CN100561818C - 一种抗击电源电压突变的保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种抗击电源电压突变的保护电路，包括保护电压生成电路、电源突变检测电路和逻辑电路，其中：电源突变检测电路用于对电源电压进行检测，在电源电压发生突变时，输出有效的检测信号；保护电压生成电路用于在该检测信号有效时，输出位于电路正常工作时的最高电压和最低电压之间的保护电压到需保护的敏感器件；逻辑电路用于接收该检测信号及外部控制信号，在检测信号有效时，输出有效的控制信号到保护电压生成电路，使其输出保护电压，在检测信号无效时，由外部控制信号决定逻辑电路输出的控制信号是否有效。本发明的保护电路，在电源电压上冲时，可以在一段时间内保护电路中的器件，使其两端电压保持在一个合理的范围内，从而避免电路可靠性问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于抗击电源电压突变的保护电路。
背景技术
集成电路器件有一定的耐压范围，当加在它上面的电压超过一定范围之后，器件将会损坏或者对可靠性造成很大的伤害。该耐压范围由工艺决定，通常设计的稍高于电源电压。在电路实际使用过程中，当刚加电，或者电源电压进行切换时，或者电源异常波动较大时，如果电源设计不合理或者使用不当，电源的输出电压会上冲，超过正常工作电压较大范围并维持一段时间。
现有技术中通过采用ESD(静电放电)器件或二极管钳位电路来防止电源电压变化对器件造成伤害。但是，ESD器件用于静电保护，对于这种电压不是非常高，持续时间较长的电源突变通常无法做出反应，从而不能达到相应的保护功能。二极管钳位电路通常需要设置合理的阈值从而避免正常工作时影响电路工作。但是二极管的阈值通常是固定的，且在集成电路中很难实现集成，采用mosfet(金属氧化物场效应型晶体管)构成的类似二极管电路其阈值的偏移较大，I-V曲线也不够陡峭，从而增加了功耗和设计难度。
因此需要一种电路，在电源电压上冲时能够保护电路中敏感的器件，使其两端的电压不超过一定范围。同时这种电路又不会影响电路的正常工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抗击电源电压突变的保护电路，在电源电压上冲时，可以在一段时间内保护电路中的器件，使其两端电压保持在一个合理的范围内，从而避免电路可靠性问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗击电源电压突变的保护电路，其特征在于，包括一个保护电压生成电路、一个电源突变检测电路和一个逻辑电路，其中：
所述电源突变检测电路用于对电源电压进行检测，在电源电压发生突变时，输出有效的检测信号；
所述保护电压生成电路用于在该检测信号有效时，输出一个位于电路正常工作时的最高电压和最低电压之间的保护电压到需保护的敏感器件；
所诉逻辑电路用于接收所述检测信号以及一个外部控制信号，在检测信号有效时，所述逻辑电路输出有效的控制信号到所述保护电压生成电路，使其输出保护电压，在检测信号无效时，由所述外部控制信号决定所述逻辑电路输出的控制信号是否有效。
进一步地，上述保护电路还可具有以下特点：所述保护电压生成电路包括连接在电源和地之间的串联的一个开关和一个分压电路，所述开关在所述逻辑电路输出的控制信号有效时导通，无效时打开，在该开关导通时，从所述分压电路的输出节点输出所述保护电压。
进一步地，上述保护电路还可具有以下特点：所述电源突变检测电路包括连接在电源和地之间的一个RC电路和一个整形电路，该RC电路的中间节点输出连接到该整形电路以作为该整形电路的输入信号，该整形电路对该输入信号整形后输出检测信号，以作为所述电源突变检测电路输出的检测信号。
进一步地，上述保护电路还可具有以下特点：所述整形电路为一个反相器，当该RC电路中间节点输出电压高于该反相器的阈值时，该反相器输出的方波信号表示所述检测信号有效，当RC电路中间节点输出电压低于该反相器的所述阈值时，该反相器输出的方波信号表示所述检测信号无效。
进一步地，上述保护电路还可具有以下特点：所述电源突变检测电路输出的检测信号为低电平时，该检测信号为有效的检测信号，所述逻辑电路由一个反相器和一个与非门组成，所述外部控制信号经所述反相器反相后与所述电源突变检测电路输出的检测信号一起输入到所述与非门，当所述检测信号为低电平时，所述与非门输出为高电平，控制所述保护电压生成电路输出保护电压。
进一步地，上述保护电路还可具有以下特点：所述分压电路为一个电阻分压电路或金属氧化物场效应型晶体管分压电路。
进一步地，上述保护电路还可具有以下特点：还包括一个连接在所述保护电压生成电路输出保护电压的输出端与地电压或最低电压之间的开关，该开关的控制端通过一个反相器连接到所述逻辑电路输出控制信号的输出端，该开关在该逻辑电路输出的控制信号有效时断开，在该逻辑电路输出的控制信号无效时导通。
由上可知，本发明提供的抗击电源电压突变的保护电路在电源电压上冲时，可以在一段时间内保护电路中的器件，使其两端电压保持在一个合理的范围内，从而避免电路可靠性问题。并可通过引入其它模块的控制信号，来降低电路的功耗。
附图说明
图1是本发明实施例的电路图。
图2是本发明另一实施例的电路图。
具体实施方式
为了在电源电压上冲时，在一段时间内保护电路中的器件，使其两端电压保持在一个合理的范围内，本发明设计了一种保护电路，图1是本发明保护电路的一个实施例。如图所示，该电路包括保护电压生成电路1、电源突变检测电路2和逻辑电路3。其中：
保护电压生成电路1用于产生一个中间电平(指位于电路正常工作时最高电压和最低电压之间的电压)的输出电压，即保护电压，本实施例取1/2Vdd，其中Vdd为电源电压。在本实施例采用电阻分压电路来实现，该电路包括连接在电源和地之间的相互串连的开关K1、电阻R1和电阻R2，其输出节点U1为电阻R1和R2之间的节点，即分压电路的中间节点，与要保护的敏感器件的一端连接，该敏感器件的另一端与电源或地连接。在这种情况下，可以使敏感器件上的电压始终不会超过保护电压，即1/2Vdd。和无保护电路时有可能承受Vdd的情况相比，敏感器件上承受的源漏电压减小了一半。在另一个实施例中，也可以不用电阻分压，用mosfet分压也可，另外，如果有一个固定的中间电平可以直接用作保护电压，就不需再设置上述分压电路。
该电路中串连的开关K1在图中设置在R1的上端，但也可以设置在其它位置，比如R1和R2之间、R2下端，由逻辑电路3输出信号加以控制，当逻辑电路3输出有效时，开关K1导通，无效时，开关K1打开。只有在开关K1导通时，保护电路才产生一个中间电平的输出电压作为保护电压到敏感节点。
电源突变检测电路2在本实施例中由一个RC电路和一反相器I1组成。电源与电容C一端连接，电容C的另一端与电阻R3连接，R3的另一端与地连接，R3和电容C都可以使用mosfet来构成，从而减小面积。
在正常工作状态下，电阻R3和电容C相连的节点为低电位。当电源向上突变时，由于电容C的特性使得该节点电压同样要向上突变，然后再通过电阻R3的放电作用缓慢降低到低电位。将该节点电压通过反相器I1进行整形，可以输出一个方波作为检测信号，方波电平为高时，表明电源正常工作，该检测信号无效，方波电平为低时，表明电源发生了突变，该检测信号有效。反相器I1具有一个阈值，当输入电压低于该阈值时输出高电平，当输入电压高于该阈值时输出低电平，通过调整反相器I1的阈值，可以控制使得输出方波电平为低时的节点电压大小，避免电压波动时引起误触发。调整电阻R和电容C的值，则可以控制方波为低的持续时间。在RC电路放电结束后，RC中间节点电压低于反相器阈值，输出为高电平，检测电压为无效。
为了避免整个电路在***powerdown状态(停机模式或省电模式)时继续消耗功耗，可以从其它模块引入一个控制信号pd。***powerdown状态下信号pd有效，控制开关K1打开。但在***刚上电时，有可能各个控制信号并非预期的值，因此有可能导致该保护电路工作不能正确设置节点的电压。因此，本实施例设置了一个逻辑电路3。该逻辑电路完成以下工作：当电源突变检测电路输出信号有效(电源发生突变)时，逻辑电路输出信号使开关K1导通，保护电压生成电路输出保护电压，实现对敏感器件的保护。此时，应屏蔽控制信号pd对开关K1的影响，从而使得整个保护电路处于工作状态。当电源突变检测电路的输出无效时，则逻辑电路的输出由外部控制信号pd来决定，从而可以根据整个***的需要合理设置该部分的工作状态，如实现省电的功能，或其它功能。
如图所示，逻辑电路3是由一个反相器I2和一个与非门组成，外部控制信号pd经反相器I2反相后，和电源突变检测电路的输出一起输入与非门。因为电源突变检测电路的检测信号是在低电平有效，因此，当该检测信号有效时，无论pd信号是高是低，与非门的输出一定为高电平，可以控制开关K1导通，而当该检测信号为高电平，即无效时，则pd信号可能控制开关K1的导通或打开。当然这个逻辑电路的元件和具体结构与信号是高电平有效还是低电平有效相关，譬如不一定要设置反相器I2。另外，如果电源突变检测电路中不设置一个反相器，而只是一个缓冲器，使得检测信号输出为高电平有效，则该逻辑电路也可以采用一个或门，这种变换对本领域人员的技术人员是显尔易见的。
在上述实施例的基础上，本发明还可以有各种变换。例如，在另一实施例中，如果无powerdown状态，则不引进外部控制信号pd，该保护电路中可以不要逻辑电路，直接用检测信号来控制开关K1的导通和打开。
在另一实施例中，由于在某些***中，在powerdown状态下，需要将保护电压生成电路1设置为另一个固定电平，通常为vss，即最低电压或者地电压，则需要在图1电路的基础上增加一个下拉的mosfet构成的开关K2，该开关连接在地和分压电阻电路的中间节点之间。如图2所示。该开关K2的控制端通过一反相器I3连接到逻辑电路3的输出信号来控制，在该逻辑电路输出有效时，开关K1导通，K2断开，输出保护电压，而在该逻辑电路输出无效时，开关K1断开，K2导通，可以将节点电源下拉到vss。该电路有三个状态：电源正常且省电模式，电源正常且正常工作，电源不正常，这样在电源正常时，是否被拉低取决于外部pd信号。
Claims (7)
1、一种抗击电源电压突变的保护电路，其特征在于，包括一个保护电压生成电路、一个电源突变检测电路和一个逻辑电路，其中：
所述电源突变检测电路用于对电源电压进行检测，在电源电压发生突变时，输出一个有效的检测信号；
所述保护电压生成电路用于在该检测信号有效时，输出一个位于电路正常工作时的最高电压和最低电压之间的保护电压到需保护的敏感器件；
所述逻辑电路用于接收所述检测信号以及一个外部控制信号，在检测信号有效时，所述逻辑电路输出有效的控制信号到所述保护电压生成电路，使其输出保护电压，在检测信号无效时，由所述外部控制信号决定所述逻辑电路输出的控制信号是否有效。
2、如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电压生成电路包括连接在电源和地之间的串联的一个开关和一个分压电路，所述开关在所述逻辑电路输出的控制信号有效时导通，无效时打开，在该开关导通时，从所述分压电路的输出节点输出所述保护电压。
3、如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电源突变检测电路包括连接在电源和地之间的一个RC电路和一个整形电路，该RC电路的中间节点输出连接到该整形电路以作为该整形电路的输入信号，该整形电路对该输入信号整形后输出检测信号，以作为所述电源突变检测电路输出的检测信号。
4、如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述整形电路为一个反相器，当该RC电路中间节点输出电压高于该反相器的阈值时，该反相器输出的方波信号表示所述检测信号有效，当RC电路中间节点输出电压低于该反相器的所述阈值时，该反相器输出的方波信号表示所述检测信号无效。
5、如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电源突变检测电路输出的检测信号为低电平时，该检测信号为有效的检测信号，所述逻辑电路由一个反相器和一个与非门组成，所述外部控制信号经所述反相器反相后与所述电源突变检测电路输出的检测信号一起输入到所述与非门，当所述检测信号为低电平时，所述与非门输出为高电平，控制所述保护电压生成电路输出保护电压。
6、如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述分压电路为一个电阻分压电路或金属氧化物场效应型晶体管分压电路。
7、如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，还包括一个连接在所述保护电压生成电路输出保护电压的输出端与地电压或最低电压之间的开关，该开关的控制端通过一个反相器连接到所述逻辑电路输出控制信号的输出端，该开关在该逻辑电路输出的控制信号有效时断开，在该逻辑电路输出的控制信号无效时导通。
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