CN111812388B - 一种固定电压差检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定电压差检测电路,包括:偏置电路、固定电压产生电路、迟滞比较器电路、高压信号分压网络及低压信号分压网络;所述偏置电路输入端接电源电压,输出端接所述固定电压产生电路,用于产生偏置电压信号;所述低压信号分压网络输入端接待检测的低压信号,输出端接所述固定电压产生电路;所述固定电压产生电路输出端接所述迟滞比较器电路的输入端;所述高压信号分压网络输入端接待检测的高压信号,输出端接所述迟滞比较器电路的输入端;所述迟滞比较器用于对两个电压信号进行检测,从而输出检测结果。本发明可以准确的检测两个电压之间的差值是否大于设定的电压,同时具有抗噪声能力强、整体结构简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于模拟集成电路技术领域,具体涉及一种固定电压差检测电路。
背景技术
电源管理技术领域有时需要检测两个电压的压差是否大于一个设定的电压,当压差高于或者低于预设值时,输出一个逻辑信号,进而切换电路的状态。例如,在电源管理芯片中有时需要根据输入和输出电压之间的压差来切换电路的状态。
图1所示为一种常见的固定电压差检测电路,包括四个电阻R1、R2、R3、R4,一个运算放大器,一个迟滞比较器,一个带隙基准源。其中R1、R2、R3和R4以及运算放大器构成一个减法器,得到VH和VL信号的差值VD,并与带隙基准电路产生的基准VREF比较,得到一个逻辑信号;但运放的性能受到电源和温度的影响,输入失调电压的存在也会影响压差VD的精度,且由于运放的存在也会增加芯片的面积。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求,本发明提供了一种固定电压差检测电路,其目的在于解决现有的固定电压差检测电路受运放性能影响较大的问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种固定电压差检测电路,包括:偏置电路、固定电压产生电路、迟滞比较器电路、高压信号分压网络及低压信号分压网络;
所述偏置电路输入端接电源电压,输出端接所述固定电压产生电路,用于产生偏置电压信号;
所述低压信号分压网络输入端接待检测的低压信号,输出端接所述固定电压产生电路;
所述固定电压产生电路输出端接所述迟滞比较器电路的输入端;所述固定电压产生电路利用带隙基准原理,输出电压为所述待检测的低压信号的分压与基准电压之和;
所述高压信号分压网络输入端接待检测的高压信号,输出端接所述迟滞比较器电路的输入端,输出电压为所述待检测的高压信号的分压;
所述迟滞比较器用于对所述高压信号分压网络输出的电压信号和所述固定电压产生电路输出的电压信号进行比较,从而输出检测结果。
进一步地,所述低压信号分压网络包括第四电阻和第五电阻,所述第四电阻的正端接所述待检测的低压信号,负端接所述固定电压产生电路;所述第五电阻的正端接所述第四电阻的负端,负端接地;
所述高压信号分压网络包括第六电阻和第七电阻,所述第六电阻的正端接所述待检测的高压信号,负端接所述迟滞比较器电路;所述第七电阻的正端接所述第六电阻的负端,负端接地;
所述第四电阻和所述第五电阻的比值与所述第六电阻和所述第七电阻的比值相等。
进一步地,通过调节所述第四电阻和所述第五电阻的比值,实现对不同预设电压差的检测。
进一步地,所述迟滞比较器电路采用内部正反馈结构。
进一步地,所述高压信号分压网络输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的反相输入端,所述固定电压产生电路输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的正相输入端;
当所述待检测的高压信号与所述待检测的低压信号之间的压差大于预设值时,所述迟滞比较器电路输出低电平信号;小于预设值时,输出高电平信号。
进一步地,所述高压信号分压网络输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的正相输入端,所述固定电压产生电路输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的反相输入端;
当所述待检测的高压信号与所述待检测的低压信号之间的压差大于预设值时,所述迟滞比较器电路输出高电平信号;小于预设值时,输出低电平信号。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案,能够取得以下有益效果:
(1)本发明利用带隙基准原理产生一个固定电压差,并将待检测的低压信号通过固定电压产生电路,再接入迟滞比较器电路的输入端,使得本发明无需运算放大器即可准确检测两个电压之间的差值是否大于预设的电压;整体结构简单,功耗低,对工艺没有较高要求。
(2)本发明采用内部正反馈的迟滞比较器电路,内部正反馈的迟滞比较器结构简单,无需电阻,节省了芯片面积,同时,由于迟滞的存在可以降低噪声的影响,提高电路抗干扰能力。
(3)本发明通过调节第四电阻和第五电阻的比值,就可以实现对不同预设电压差的检测,具有较高的实用性。
附图说明
图1是现有技术的一种常见固定电压差检测电路的结构示意图;
图2是本发明提供的一种固定电压差检测电路的结构框图;
图3是本发明实例提供的固定电压差检测电路的结构示意图;
附图标记说明:
100、200、300:固定电压差检测电路,201、301:电源电压VDD,202、302:偏置电路,203、303:固定电压产生电路,204、304:迟滞比较器电路,205、305:偏置电压信号,206、306:固定压差信号,207、307:低压信号分压网络,208、308:高压信号分压网络,209、309:待检测的低压信号VL,210、310:待检测的高压信号VH,211、311:输出信号Vout,312:偏置电路的启动电路,313:迟滞比较器电路的正反馈通路,314:低压VL的分压信号,315:高压VH的分压信号。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图2为本发明提供的一种固定电压差检测电路200的结构框图,包括偏置电路202、固定电压产生电路203、迟滞比较器电路204、高压信号分压网络207、低压信号分压网络208。
具体的,偏置电路202的输入端接电源电压VDD,输出端与固定电压产生电路203相连,产生一个不随输入电压变化,与温度成正比的电压VPTAT。需要进行检测的低压信号209经过分压网络后输入到固定电压产生电路,最终输出低压信号的分压与一个基准电压之和206,迟滞比较器比较需要进行检测的高压信号210的分压与信号206的大小。以信号210的分压接迟滞比较器电路的反相输入端,信号206接迟滞比较器电路的正相输入端为例,当高压信号210和低压信号209之间的压差大于设定的电压时,输出信号为低电平,反之输出高电平。
图3示出一种具体的固定电压差检测电路的结构示意图,应注意,图3所示的电路图为固定电压差检测电路200的各种实施例中的一种。在图3中,固定电压差检测电路300的偏置电路302包括:第一PMOS管P1,第一、第二、第三、第四NMOS管N1、N2、N3、N4,第一、第二BJT管Q1、Q2,第一电阻R1。其中,第一PMOS管P1的源极接电源VDD,栅极接使能信号EN,第一NMOS管N1的漏极接第一PMOS管的漏极,栅极接偏置电压205,第二NMOS管N2的漏极接第一电阻R1的负端,栅极接第一NMOS管N1的漏极,第三NMOS管N3的漏极接第一BJT管Q1的集电极,栅极与第四NMOS管的栅极相连,第四NMOS管N4的栅极与漏极相连,接第二BJT管Q2的集电极,第一、二、三、四NMOS管N1、N2、N3、N4的源极接地,第一BJT管Q1的发射极接电源VDD,基极与集电极相连,第二BJT管Q2的发射极接第二电阻R2的负端,基极接第一BJT管Q1的基极,第一电阻R1正端接第一BJT管Q1的集电极,第二电阻R2的正端接电源VDD。
更进一步,对于图3示出的偏置电路302,第一PMOS管P1、第一、第二NMOS管N1、N2和第一电阻R1组成启动电路,电路正常工作时使能信号EN为低电平,第一PMOS管P1导通,电路刚上电时,偏置电压305为低电平,因此第一NMOS管N1关断,其漏极为高电平,第二NMOS管N2导通,电流通过第一BJT管Q1、第一电阻R1、第二NMOS管N2通路流到地,电路摆脱简并态,偏置电压305缓慢上升,直到正常工作以后,拉低第一NMOS管N1漏极电压,第二NMOS管N2关断,启动电路不再对核心电路造成影响。同时,由于第一、第二BJT管Q1、Q2为同种类型的lpnp管,其发射结面积比为1/8,且第三、第四NMOS管N3、N4组成电流镜,其尺寸相同,因此有IQ1=IQ2,可以推出:
VBEQ1=VBEQ2+R2IQ2
其中,VBEQ1为第一BJT管Q1的基极-发射极电压,VBEQ2为第二BJT管Q2的基极-发射极电压,IQ2为流过第二BJT管Q2的电流。
又因为VBE=VTln(IC/IS),代入上式可得:
其中,VT为BJT管的热电压,由于VT具有正温系数,因此电流IQ2与电源电压无关,与温度成正比,且IQ2通过镜像为其他电路提供PTAT电流。
在图3中,固定电压差检测电路300的固定电压产生电路303包括第二、第三PMOS管P2、P3,第五NMOS管N5,第三BJT管Q3,第三、第四、第五电阻R3、R4、R5。第二PMOS管P2的栅极与漏极相连,第三PMOS管P3的栅极接第二PMOS管的栅极,漏极接第三电阻R3的正端,第二、第三PMOS管P2、P3的源极接电源VDD,第五NMOS管N5的漏极接第二PMOS管P2的漏极,栅极接偏置电压305,源极接地,第三BJT管Q3的发射极接第三电阻R3的负端,基极与集电极相连,第四电阻R4的正端接检测的低压信号VL,负端接第三BJT管Q3的集电极,第五电阻R5的正端接第四电阻R4的负端,负端接地。
更进一步,固定电压产生电路303中,第五NMOS管N5为第四NMOS管N4的电流镜,第三PMOS管P3为第二PMOS管P2的电流镜,因此可以推出流过第三BJT管Q3的电流IQ3:
其中,(W/L)N4、(W/L)N5分别是第四、第五NMOS管N4、N5的宽长比,(W/L)P3、(W/L)P2分别是第三、第二PMOS管P3、P2的宽长比。
接着可以推出信号306的表达式:
其中,VEBQ3为第三BJT管Q3的发射极-基极电压。
从上式可知306信号为检测的低压信号的分压与一不随电源电压、温度变化的电压之和,令基准压差VREF=VEBQ3+R3IQ3,可以将306变为下式:
需要说明的是,第四电阻R4、第五电阻R5不宜过大,否则会因为电流IQ3流过第五电阻R5影响分压网络精度。
在图3中,固定电压差检测电路300的迟滞比较器电路304包括:第四、第五、第六、第七、第八PMOS管P4、P5、P6、P7、P8,第六、第七、第八、第九、第十、第十一NMOS管N6、N7、N8、N9、N10、N11,第六、第七电阻R6、R7,其中第四PMOS管P4源极接电源,栅极接偏置电压VBIAS,第五PMOS管P5源极接第四PMOS管P4的漏极,栅极接电压206,第六PMOS管P6源极接第四PMOS管P4的漏极,栅极接第六电阻R6的负端,第七PMOS管P7的源极接电源,栅极接偏置电压VBIAS,第八PMOS管P8的源极接电源,栅极接第七PMOS管P7的漏极,第六NMOS管N6的栅极与漏极相连,接第五PMOS管的漏极,第七NMOS管N7的漏极接第六PMOS管P6的漏极,栅极接第六NMOS管N6的栅极,第八NMOS管N8的漏极接第五PMOS管P5的漏极,栅极接第九NMOS管N9的栅极,第九NMOS管N9的栅极和漏极相连,接第六PMOS管P6的漏极,第十NMOS管的漏极接第七PMOS管P7的漏极,栅极接第九NMOS管N9的栅极,第十一NMOS管N11的漏极接第八PMOS管P8的漏极,栅极接第十NMOS管N10的漏极,第六到第十一NMOS管N6-N11的源极均接地,第六电阻R6的正端接检测的高压信号310,第七电阻R7的正端接第六电阻R6的负端,负端接地。
需要说明的是,迟滞比较器电路304中的电阻分压网络308,其电阻比值R6/R7与固定电压产生电路303中的电阻分压网络307的电阻比值R4/R5相等,因此当满足下式时,比较器输出信号311为低电平:
化简后为:
通过调节R4/R5=R6/R7的值,便可以实现对不同预设电压差的检测,反之,当VH与VL差值小于设定的电压时,输出信号311为高电平。
此外,在迟滞比较器电路304中,313构成正负反馈通路,其中第五、第六PMOS管P5、P6形成源极负反馈,而第七NMOS管N7和第八NMOS管N8提供了正反馈通路,当正反馈系数大于负反馈系数时,比较器将表现出迟滞效果,因此需要满足(W/L)N7>(W/L)N6、(W/L)N8>(W/L)N9。
综上所述,本发明可以准确的检测两个电压之间的差值是否大于设定的电压。同时,本发明具有检测精度高、抗噪声能力强、整体结构简单等优点。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种固定电压差检测电路,其特征在于,包括:偏置电路、固定电压产生电路、迟滞比较器电路、高压信号分压网络及低压信号分压网络;
所述偏置电路输入端接电源电压,输出端接所述固定电压产生电路,用于产生偏置电压信号;
所述低压信号分压网络输入端接待检测的低压信号,输出端接所述固定电压产生电路;所述低压信号分压网络包括第四电阻和第五电阻,所述第四电阻的正端接所述待检测的低压信号,负端接所述固定电压产生电路;所述第五电阻的正端接所述第四电阻的负端,负端接地;
所述固定电压产生电路输出端接所述迟滞比较器电路的输入端;所述固定电压产生电路利用带隙基准原理,输出电压为所述待检测的低压信号的分压与基准电压之和;
所述高压信号分压网络输入端接待检测的高压信号,输出端接所述迟滞比较器电路的输入端,输出电压为所述待检测的高压信号的分压;所述高压信号分压网络包括第六电阻和第七电阻,所述第六电阻的正端接所述待检测的高压信号,负端接所述迟滞比较器电路;所述第七电阻的正端接所述第六电阻的负端,负端接地;所述第四电阻和所述第五电阻的比值与所述第六电阻和所述第七电阻的比值相等;
所述迟滞比较器用于对所述高压信号分压网络输出的电压信号和所述固定电压产生电路输出的电压信号进行比较,从而输出检测结果。
2.如权利要求1所述的固定电压差检测电路,其特征在于,通过调节所述第四电阻和所述第五电阻的比值,实现对不同预设电压差的检测。
3.如权利要求1所述的固定电压差检测电路,其特征在于,所述迟滞比较器电路采用内部正反馈结构。
4.如权利要求2所述的固定电压差检测电路,其特征在于,所述高压信号分压网络输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的反相输入端,所述固定电压产生电路输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的正相输入端;
当所述待检测的高压信号与所述待检测的低压信号之间的压差大于预设值时,所述迟滞比较器电路输出低电平信号;小于预设值时,输出高电平信号。
5.如权利要求2所述的固定电压差检测电路,其特征在于,所述高压信号分压网络输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的正相输入端,所述固定电压产生电路输出的电压信号接所述迟滞比较器电路的反相输入端;
当所述待检测的高压信号与所述待检测的低压信号之间的压差大于预设值时,所述迟滞比较器电路输出高电平信号;小于预设值时,输出低电平信号。
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