CN108415500A - 低电压锁定电路及其整合参考电压产生电路的装置 - Google Patents

低电压锁定电路及其整合参考电压产生电路的装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种低电压锁定电路及其整合参考电压产生电路的装置，低电压锁定电路的带隙电路产生与带隙相关的第一电流，且具有两个电流流入端，放大器的两输入端连接带隙电路的两个电流流入端，而其输出端输出差值放大信号，控制元件的一端连接电压源，其控制端接收差值放大信号，分压电路连接于带隙电路的流入端以及控制元件的另一端之间，第一电阻元件的一端连接电压源，比较器的第一输入端连接第一电阻元件的另一端，第二输入端接收一锁定电压，以及其输出端输出低电压锁定信号，电流镜射电路连接比较器的第一输入端以及带隙电路，且产生镜射自第一电流的第二电流流经第一电阻元件。

Description

低电压锁定电路及其整合参考电压产生电路的装置
技术领域
本发明有关于一种低电压锁定电路，特别是有关于一种适合温度补偿机制的低电压锁定电路以及将其与参考电压产生电路相整合的装置。
背景技术
低电压锁定电路以及参考电压产生电路都是晶片内常见的电路。晶片内电子电路分别定义有保证其稳定动作的电压，若电压源供给的电压小于或者等于保证稳定动作的电压，则电子电路不会正常地动作。因此，晶片中安装有低电压锁定电路(Under voltagelockout circuit，以下称为UVLO)，低电压锁定电路监视电池电压等，当检测到电压源供给的电压小于一预设电压时，低电压锁定电路必须尽快触发其他保护性电子电路的起动、其他功能性电子电路结束运作或是重要数据储存。参考电压产生电路常用于产生上述预设电压。
发明内容
根据本发明的一实施例，本发明提供一种低电压锁定电路，其包含一带隙电路、一放大器、一控制元件、一分压电路、一第一电阻元件、一比较气以及一电流镜射电路。带隙电路用以产生与带隙相关的第一电流，且带隙电路具有两个电流流入端。放大器的两输入端分别电性连接带隙电路的两个电流流入端，以放大两个电流流入端之间的电压差值。而放大器的输出端输出差值放大信号。控制元件的一端电性连接电压源，其控制端电性连接放大器的输出端以接收差值放大信号。分压电路电性连接于带隙电路的两个电流流入端以及控制元件的另一端之间。第一电阻元件的一端电性连接电压源。比较器的第一输入端电性连接第一电阻元件的另一端，第二输入端电性连接分压电路以接收一锁定电压，以及其输出端输出低电压锁定信号。电流镜射电路电性连接比较器的第一输入端以及带隙电路，且用以产生第二电流流经第一电阻元件。此第二电流镜射自第一电流。
较佳地，该带隙电路包含第一双极接面晶体管、第二双极接面晶体管以及第二电阻元件，该第一双极接面晶体管的基极与集极电性连接，且与该第二双极接面晶体管的基极电性连接，该第一双极接面晶体管的射极接地，该第一双极接面晶体管的集极为该两个电流流入端之一，该第二电阻元件的一端接地而另一端电性连接该第二双极接面晶体管的射极，而该第二双极接面晶体管的集极为该两个电流流入端的另一个。
较佳地，该分压电路包含第三电阻元件、第四电阻元件以及第五电阻元件，该第三电阻元件、该第四电阻元件以及该第五电阻元件的一端彼此电性连接，而该第三电阻元件的另一端电性连接该第一双极接面晶体管的该集极，该第四电阻元件的另一端电性连接该第二双极接面晶体管的该集极，该第五电阻元件的另一端电性连接该控制元件。
较佳地，该第五电阻元件包含相串联的多个电阻，该锁定电压为该多个电阻中的一个电阻的一端上的电压。
较佳地，该电流镜射电路包含第三双极接面晶体管，该第三双极接面晶体管的基极电性连接该第一双极接面晶体管的该基极，该第三双极接面晶体管的射极接地，而该第三双极接面晶体管的集极电性连接该第一电阻元件的该另一端。
较佳地，本发明的低电压锁定电路更包含启动电路，该启动电路电性连接于该分压电路以及该电压源之间。
较佳地，该电流镜射电路、该第一电阻元件以及该比较器的数量分别为多个，用以产生多个不同的低电压锁定信号。
根据一实施例，本发明再提供一种整合低电压锁定电路以及参考电压产生电路的装置，其用以产生一参考电压以及一低电压锁定信号，该装置包含一带隙电路、一放大器、一控制元件、一分压电路、一第一电阻元件、一比较气以及一电流镜射电路。带隙电路用以产生与带隙相关的第一电流，且该带隙电路具有两个电流流入端。放大器的两输入端分别电性连接带隙电路的该两个电流流入端，以放大两个电流流入端之间的电压差值，其输出端输出差值放大信号。控制元件的一端电性连接电压源，其控制端电性连接该放大器的该输出端以接收该差值放大信号。分压电路电性连接于该带隙电路的该两个电流流入端以及该控制元件的另一端之间。分压电路包含输出节点，且输出节点上的电压为该参考电压。第一电阻元件的一端电性连接该电压源。比较器的第一输入端电性连接该第一电阻元件的另一端，其第二输入端电性连接该分压电路以接收锁定电压，以及其输出端输出该低电压锁定信号。电流镜射电路电性连接该比较器的该第一输入端以及该带隙电路，且用以产生第二电流流经该第一电阻元件。第二电流镜射自第一电流。
较佳地，该带隙电路包含第一双极接面晶体管、第二双极接面晶体管以及第二电阻元件，该第一双极接面晶体管的基极与该第二双极接面晶体管的基极电性连接，该第一双极接面晶体管的射极接地，该第一双极接面晶体管的集极为该两个电流流入端之一，该第二电阻元件的一端接地而另一端电性连接该第二双极接面晶体管的射极，而该第二双极接面晶体管的集极为该两个电流流入端的另一个。
较佳地，该电流镜射电路包含第三双极接面晶体管，该第三双极接面晶体管的基极电性连接该第一双极接面晶体管的该基极，该第三双极接面晶体管的射极接地，而该第三双极接面晶体管的集极电性连接该第一电阻元件的该另一端。
本发明的上述及其他特征及优势将通过参照附图详细说明其例示性实施例而变得更显而易知。
附图说明
图1为本发明的一低电压锁定电路的一实施例的电路示意图。
图2A为图1所示的实施例的一信号波形图。
图2B为图1所示的实施例的另一信号波形图。
图3为本发明的低电压锁定电路的另一实施例的电路示意图。
图4为本发明的低电压锁定电路的再一实施例的电路示意图。
附图标号
10：带隙电路
101：第一电流
n1、n2：电流流入端
11：第一双极接面晶体管
12：第二双极接面晶体管
13：第二电阻元件
20：放大器
201：差值放大信号
30：控制元件
40：分压电路
401：锁定电压
41：第三电阻元件
42：第四电阻元件
43：第五电阻元件
49：串联电阻电路
50、70：比较器
501、701：低电压锁定信号
51、71：第一电阻元件
52：电流镜射电路
53、54：第三双极接面晶体管
502：第二电流
60：启动电路
VDD：电压源
VREF：参考电压
P1～P4：期间
VDD’、V1：电压
具体实施方式
于此使用，词汇“与/或”包含一或多个相关条列项目的任何或所有组合。当“至少其一”的叙述前缀于一元件清单前时，修饰整个清单元件而非修饰清单中的个别元件。
请参阅图1、图2A和图2B，其分别绘示本发明的一低电压锁定电路的一实施例的电路示意图以及信号波形图。在此实施例，低电压锁定电路包含一带隙电路10，一放大器20、一控制元件30、一分压电路40、一比较器50、一第一电阻元件51以及一电流镜射电路52。带隙电路10用以产生与带隙(BAND GAP)相关的第一电流101，且带隙电路10具有两个电流流入端n1与n2。
在此实施例中，带隙电路10包含一第一双极接面晶体管11、一第二双极接面晶体管12以及一第二电阻元件13，第一双极接面晶体管11的基极与其集极电性连接以及与第二双极接面晶体管12的基极电性连接，第一双极接面晶体管11的射极接地，第一双极接面晶体管11的集极为电流流入端n1，第二电阻元件13的一端接地而另一端电性连接第二双极接面晶体管12的射极，而第二双极接面晶体管12的集极为电流流入端n2。
由于双极性接面晶体管11及12之间的面积比例被设计为1：K(K为大于1的值)，此面积差会造成两者基射极电压(VBE)的电压差值为VBE11–VBE12，此电压差值施加在阻值为R的第二电阻元件13上，即第二电阻元件13的跨压为VBE11-VBE12，而产生第一电流101，其值为(VBE11-VBE12)/R。
放大器20包含正输入端、负输入端以及一输出端，正、负输入端分别电性连接带隙电路10的两个电流流入端n1与n2，以放大两个电流流入端n1与n2上电压之间的电压差值，而输出端输出一差值放大信号201。控制元件30的一端电性连接电压源VDD，另一端电性连接分压电路40，以及一控制端电性连接放大器20的输出端以接收差值放大信号201。在此实施例中，控制元件30为一场效晶体管，例如，一PMOS晶体管，其源极连接电压源VDD，漏极连接分压电路40，而栅极连接放大器20的输出端。
分压电路40电性连接于带隙电路10的电流流入端n1与n2以及控制元件30的另一端之间。在此实施例中，分压电路40包含一第三电阻元件41、一第四电阻元件42以及一第五电阻元件43。第三电阻元件41、第四电阻元件42以及第五电阻元件43的一端彼此电性连接，而第三电阻元件41的另一端电性连接第一双极接面晶体管11的集极，第四电阻元件42的另一端电性连接第二双极接面晶体管12的集极，第五电阻元件43的另一端电性连接控制元件30。
第一电阻元件51的一端电性连接电压源VDD，而比较器50的正输入端电性连接第一电阻元件51的另一端，负输入端电性连接分压电路40以接收锁定电压401以及其输出端输出低电压锁定信号501。
电流镜射电路52电性连接比较器50的第一输入端以及带隙电路10，由于比较器50的输入端不流入电流，所以电流镜射电路52产生的第二电流502几乎全流经第一电阻元件51，而第二电流502镜射自第一电流101。
以下将搭配图2A说明此实施例的运作过程。
电压源VDD启动后，在期间P1，电压源VDD供应的电压开始上升。因为第一双极接面晶体管11的基极与集极电性连接，所以电流流入端n1上的电压为第一双极接面晶体管11的基射极电压VBE11；因为第二双极接面晶体管12的射极连接第二电阻元件13，所以在期间P1，电流流入端n2上的电压略大于电流流入端n1，放大器20输出负电位的差值放大信号201，则控制元件30进入导通状态，因此锁定电压401在期间P1几乎与VDD相同，如图2A所示，在期间P1两者曲线大致上重叠。
随着电压源VDD的电压继续上升，流入第一双极接面晶体管11以及第二双极接面晶体管12的集极的电流也略为增加，导致基射极电压VBE11以及VBE12也略为增加，但是因为第二双极接面晶体管12的射极连接第二电阻元件13，所以电流流入端n2上的电压增加速率低于电流流入端n1，所以电压源VDD的电压继续上升一段时间后电流流入端n1上的电压会大于电流流入端n2。
当电流流入端n1上的电压大于电流流入端n2，则放大器20改输出正电位的差值放大信号201，则控制元件30进入线性操作状态，使得锁定电压401维持在V1的电压值，而电压源VDD的电压继续上升，因此从期间P1进入期间P2，如图2A所示，在期间P2两者曲线相分离。
在此实施例运作过程中，第二电流502流经第一电阻元件51，产生第一电阻元件51的跨压Voffset，而比较器50的正输入端上的电压VDD’为VDD-Voffset，如图2A所示，曲线VDD与VDD’之间维持一固定的电压差Voffset。当VDD’大于V，则比较器50改变低电压锁定信号501的电位位准，从低电位改变成高电位。
电路设计者可设计控制元件30的元件属性、分压电路40的电阻元件的电阻值或者带隙电路10的晶体管的元件属性，来调整锁定电压V1。如果电压V1设计为晶片内其他元件可稳定操作的电压，此信号可表示其他元件可开始运作。
如果电压源VDD的电压开始下降，如图2A所示的期间P3，当比较器50的正输入端上的电压VDD’低于电压值V1，则比较器50改变低电压锁定信号501的电位位准，从高电位改变成低电位，此信号可用于通知其他元件电压源供应的电压过低，应尽快储存重要数据以及准备停止运作。
由于电流流入端n1与n2上的电压也会随的下降，且电流流入端n1的电压下降速率大于电流流入端n2，如果电流流入端n1的电压低于电流流入端n2，如期间P4，则放大器20输出负电位的差值放大信号201，控制元件30进入导通状态，因此锁定电压401在期间P4几乎与VDD相同，比较器50就不会改变其输出状态。
应注意的是，图2A所绘示的低电压锁定信号501的位准仅为举例，而非为限制本发明，电路设计者可视需要改变低电压锁定信号501的位准，将图2A所示的低位准改为高位准，把图2A所示的高位准改为低位准。另外，为了方便说明，图2A所示的是理想的信号波形图，而本发明非受其限制；如果考虑元件的实际特性，例如考虑比较器的迟滞效应以及控制元件30的实际特性，信号波形图会如图2B所示。
由于第二电流502镜射自第一电流101，且此电路的元件以相同制造工艺所制造，所以第二电流502与第一电流101的温度特性为相同，故在比较器501的输入端所形成的比较电压准位也同样形成温度补偿效果，使得本发明的低电压锁定电路较不受温度影响。此外，本发明的一低电压锁定电路可视需要增加一启动电路、改变分压电路40的型态或是增加对应不同锁定电压的低电压锁定信号501。以下将详细说明其他实施例。
请参阅图3，其绘示本发明的低电压锁定电路的另一实施例的电路示意图。此实施例与上述实施例不同之处在于，分压电路40的第五电阻元件43以一串联电阻电路49来实现，其包含相串联的多个电阻，锁定电压401为多个电阻中的一个电阻的一端上的电压。所以，在此实施例中，锁定电压401为控制元件30的另一端上电压VREF的分压，同样地，当电压源VDD的电压高于电压VREF后，锁定电压401以及电压VREF可维持固定，则电压VREF可作为晶片其他元件所需的参考电压，而锁定电压401可用于低电压检测之用。
电流镜射电路52包含一第三双极接面晶体管53，第三双极接面晶体管53的基极电性连接第一双极接面晶体管11的基极，第三双极接面晶体管53的射极接地，而第三双极接面晶体管53的集极电性连接第一电阻元件51的该另一端。
此实施例更包含一启动电路60电性连接于分压电路40以及电压源VDD之间。由电压源VDD刚开始提供电压时，电压较低而无法确保电路内元件的运作，所以此时启动电路60可用以提供一预设电压以确保电路内元件的运作，直到电压源VDD上升到够高的电压为止。
根据此些实施例，本发明也揭露了一种整合低电压锁定电路以及参考电压产生电路的装置，亦即，本装置可同时实现产生参考电压以及检测低电压的功能。控制元件30的另一端可作为一输出节点，其上的电压VREF可做为其他电路的参考电压。
请参阅图4，其为本发明的低电压锁定电路的再一实施例的电路示意图。图4中，此实施例与上述实施例不同之处在于图4所示的实施例额外包含一第一电阻元件71、一比较器70以及一第三双极接面晶体管54，用以产生多个不同的低电压锁定信号501与701，以供晶片中不同元件以及不同电压检测需求之用。第一电阻元件71一端电性连接电压源VDD，而另一端电性连接比较器70的正输入端。
比较器70的负输入端电性连接串联电阻电路49的一电阻的一端，而比较器50与比较器70的负输入端分别接收不同的电压值。第三双极接面晶体管54的基极电性连接第一双极接面晶体管11的基极，第三双极接面晶体管54的射极接地，而第三双极接面晶体管54的集极电性连接第一电阻元件51的该另一端。低电压锁定信号501与701的产生方式大致相同，只有用于判断位准转换的锁定电压不同，故在此不再赘述。
当各种所绘示及讨论的元件被放置在不同的位置时，可以理解的是，各种元件的相对位置可以改变，且同时此处仍保有上述所提及的功能。可以设想到的是，各种组合、具体特征和实施例的子集合可以被进行，且此子集合仍然落入本说明书的范围之内。各种特征和所公开的实施例可以彼此结合或进行取代，而所有这些修改和改变都将落入本发明的所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种低电压锁定电路，其特征在于，所述低电压锁定电路包含：
一带隙电路，用以产生与带隙相关的一第一电流，且所述带隙电路具有两个电流流入端；
一放大器，其两输入端分别电性连接所述带隙电路的所述两个电流流入端，以放大所述两个电流流入端之间的电压差值，其一输出端输出一差值放大信号；
一控制元件，其一端电性连接一电压源，其一控制端电性连接所述放大器的所述输出端以接收所述差值放大信号；
一分压电路，电性连接于所述带隙电路的所述两个电流流入端以及所述控制元件的另一端之间；
一第一电阻元件，其一端电性连接所述电压源；
一比较器，其一第一输入端电性连接所述第一电阻元件的另一端，其一第二输入端电性连接所述分压电路以接收一锁定电压，以及其一输出端输出一低电压锁定信号；以及
一电流镜射电路，电性连接所述比较器的所述第一输入端以及所述带隙电路，所述电流镜射电路产生一第二电流流经所述第一电阻元件，其中所述第二电流镜射自所述第一电流。
2.根据权利要求1所述的低电压锁定电路，其特征在于，所述带隙电路包含一第一双极接面晶体管、一第二双极接面晶体管以及一第二电阻元件，所述第一双极接面晶体管的基极与集极电性连接，且与所述第二双极接面晶体管的基极电性连接，所述第一双极接面晶体管的射极接地，所述第一双极接面晶体管的集极为所述两个电流流入端之一，所述第二电阻元件的一端接地而另一端电性连接所述第二双极接面晶体管的射极，而所述第二双极接面晶体管的集极为所述两个电流流入端的另一个。
3.根据权利要求2所述的低电压锁定电路，其特征在于，所述分压电路包含一第三电阻元件、一第四电阻元件以及一第五电阻元件，所述第三电阻元件、所述第四电阻元件以及所述第五电阻元件的一端彼此电性连接，而所述第三电阻元件的另一端电性连接所述第一双极接面晶体管的所述集极，所述第四电阻元件的另一端电性连接所述第二双极接面晶体管的所述集极，所述第五电阻元件的另一端电性连接所述控制元件。
4.根据权利要求3所述的低电压锁定电路，其特征在于，所述第五电阻元件包含相串联的多个电阻，所述锁定电压为所述多个电阻中的一个电阻的一端上的电压。
5.根据权利要求2所述的低电压锁定电路，其特征在于，所述电流镜射电路包含一第三双极接面晶体管，所述第三双极接面晶体管的基极电性连接所述第一双极接面晶体管的所述基极，所述第三双极接面晶体管的射极接地，而所述第三双极接面晶体管的集极电性连接所述第一电阻元件的所述另一端。
6.根据权利要求1所述的低电压锁定电路，其特征在于，所述低电压锁定电路更包含一启动电路，所述启动电路电性连接于所述分压电路以及所述电压源之间。
7.根据权利要求1项所述的低电压锁定电路，其特征在于，所述电流镜射电路、所述第一电阻元件以及所述比较器的数量分别为多个，用以产生多个不同的低电压锁定信号。
8.一种整合低电压锁定电路以及参考电压产生电路的装置，用以产生一参考电压以及一低电压锁定信号，其特征在于，所述装置包含：
一带隙电路，用以产生与带隙相关的一第一电流，且所述带隙电路具有两个电流流入端；
一放大器，其两输入端分别电性连接所述带隙电路的所述两个电流流入端，以放大所述两个电流流入端之间的电压差值，其一输出端输出一差值放大信号；
一控制元件，其一端电性连接一电压源，其一控制端电性连接所述放大器的所述输出端以接收所述差值放大信号；
一分压电路，电性连接于所述带隙电路的所述两个电流流入端以及所述控制元件的另一端之间，其中所述分压电路包含一输出节点，所述输出节点上的电压为所述参考电压；
一第一电阻元件，其一端电性连接所述电压源；
一比较器，其一第一输入端电性连接所述第一电阻元件的另一端，其一第二输入端电性连接所述分压电路以接收一锁定电压，以及其一输出端输出所述低电压锁定信号；以及
一电流镜射电路，电性连接所述比较器的所述第一输入端以及所述带隙电路，所述电流镜射电路产生一第二电流流经所述第一电阻元件，其中所述第二电流镜射自所述第一电流。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述带隙电路包含一第一双极接面晶体管、一第二双极接面晶体管以及一第二电阻元件，所述第一双极接面晶体管的基极与所述第二双极接面晶体管的基极电性连接，所述第一双极接面晶体管的射极接地，所述第一双极接面晶体管的集极为所述两个电流流入端之一，所述第二电阻元件的一端接地而另一端电性连接所述第二双极接面晶体管的射极，而所述第二双极接面晶体管的集极为所述两个电流流入端的另一个。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电流镜射电路包含一第三双极接面晶体管，所述第三双极接面晶体管的基极电性连接所述第一双极接面晶体管的所述基极，所述第三双极接面晶体管的射极接地，而所述第三双极接面晶体管的集极电性连接所述第一电阻元件的所述另一端。
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