CN116559522A - 一种低温漂的低压检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及低压检测技术领域，公开了一种低温漂的低压检测电路，包括基准电流产生单元、第一电流复制单元、第二电流镜单元、检测电流产生单元、第三电流镜单元和信号整形单元；在实际使用时，本发明通过温度特性相同的第一电阻、第二电阻和第四电阻来产生温度特性相同的基准电流和检测电流进行比较，这样基准电流和检测电流可以随着工艺变化或者温度变化发生对应的变化，可以降低因工艺或者温度不同对检测精度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及低压检测技术领域，具体涉及一种低温漂的低压检测电路。
背景技术
随着电子技术和半导体技术的发展，电路***的工作电压逐步降低，因此电路***中的低电压检测电路的可检测区间也逐渐缩小，导致对低电压检测电路提出了更高的电压精度检测要求。
在电路***中，低电压检测电路是以一种保证电路在低电压下不工作的电路，当检测到电路***的供电电压低于某个电压时，低电压检测电路输出的检测信号使电路***停止工作，处于待机状态，在检测到电路***的供电电压高于待机电压时，低电压检测电路输出的检测信号使电路***进入文档工作状态。其中低电压检测电路输出的信号通常用于电路***的复位，其基本要求是在各种极端工作状态下不会出现太大的波动，同时还要保证电路***在待机状态时功耗很低。
目前低电压检测电路有一下两种结构：
第一种结构的示意图如图1所示，其包括由电阻R1、R2、R3、R4、R5、三极管Q1、三极管Q2和比较器AMP1组成的基准电压电路、由电阻R6和R7组成的分压电路和用于对基准电压和分压电路输出的检测电压进行的比较器AMP2，虽然该结构可以让电压检测点在各种极端工作状态下不会出现太大的波动，但是由于需要产生基准电压则会导致需要较多的功耗和电路结构复杂；
第二种结构是通过MOS管的阈值电压做比较点，虽然该结构较为简单，但是容易受器件制造工艺和温度影响，检测精度不高。
发明内容
鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种结构简单、不需要基准电压、不受工艺影响且低温漂的低压检测电路。
为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种低温漂的低压检测电路，包括基准电流产生单元、第一电流复制单元、第二电流镜单元、检测电流产生单元、第三电流镜单元和信号整形单元；
所述基准电流产生单元用于在第一电阻和第二电阻上产生第一电流和第二电流，并输出基准电流，所述基准电流为第一电流和第二电流之和，所述第一电阻和第二电阻的温度特性相同，所述基准电流的温度特性与第一电阻的温度特性为反比关系；
所述第一电流复制单元用于复制所述基准电流并输出所述第一复制电流和第二复制电流，所述第一复制电流输入到第二电流镜单元；
所述第二电流镜单元基于输入的第一复制电流输出第三复制电流，所述第三复制电流的电流输入端与所述信号整形单元的输入端电连接，所述第三复制电流的电流输出端接地；
所述检测电流产生单元与所述第一电流复制单元输出第二复制电流的支路电连接，在所述第一电流复制单元输出第二复制电流时将输入的检测电压施加到第四电阻并在第四电阻上产生检测电流，所述第四电阻的温度特性与所述第二电阻相同，所述第三电流镜单元用于复制所述检测电流并输出第四复制电流，所述第四复制电流的电流输出端与所述信号整形单元的输入端电连接；
在所述第四复制电流大于所述第三复制电流时，所述信号整形单元的输入端输入高电平信号，在所述第四复制电流小于第三复制电流时，所述信号整形单元的输入端输入低电平信号；所述信号整形单元对输入的信号进行反相。
在某种实施方式中，所述检测电流产生单元在所述检测电压大于高电压阈值时产生的检测电流达到最大值。
在某种实施方式中，所述基准电流产生单元包括电阻R3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5和MOS管M1；
所述电阻R3一端被配置于输入电源电压，所述电阻R3另一端分别与三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的基极和三极管Q3的基极电连接；三极管Q2的集电极分别与三极管Q3的集电极、MOS管M1的漏极和MOS管M1的栅极电连接，MOS管M1的源极被配置于输入电源电压，三极管Q3的发射极通过所述第二电阻接地；三极管Q1的发射极分别与三极管Q4的集电极和三极管Q5的基极电连接；三极管Q2的发射极分别与三极管Q5的集电极和三极管Q4的集电极电连接；三极管Q4的发射极接地，三极管Q5的发射极通过所述第一电阻接地。
在某种实施方式中，所述第一电流复制单元包括MOS管M2和MOS管M3；所述第二电流镜单元包括MOS管M8、MOS管M9和MOS管M11；
所述MOS管M2的源极和MOS管M3的源极被配置于输入电源电压，所述MOS管M1的栅极分别与MOS管M2的栅极和MOS管M3的栅极电连接；
所述MOS管M2的漏极分别与MOS管M8的漏极、MOS管M8的栅极、MOS管M9的栅极和MOS管M11的栅极电连接，所述MOS管M8的源极和MOS管M11的源极接地，所述MOS管M3的漏极分别与所述检测电流产生单元和MOS管M9的漏极电连接，所述MOS管M9的源极与所述检测电流产生单元的检测电压输入端电连接。
在某种实施方式中，所述检测电流产生单元包括三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9和MOS管M10；
所述三极管Q6的集电极分别与所述MOS管M3的漏极、三极管Q6的基极、三极管Q7的基极和MOS管M10的源极电连接，三极管Q6的发射极与三极管Q8的发射极电连接，三极管Q8的基极为所述检测电压输入端，三极管Q8的集电极接地；
所述三极管Q7的发射极与第四电阻一端电连接，第四电阻另一端分别与三极管Q9的发射极和MOS管M10的栅极电连接，三极管Q9基极、MOS管M10的漏极和三极管Q9的集电极均接地。
在某种实施方式中，所述第三电流镜单元包括MOS管M4、MOS管M5和MOS管M6；
所述MOS管M4的源极、MOS管M5的源极和MOS管M6的源极被配置于输入电源电压；所述MOS管M4的栅极分别与MOS管M5的栅极、MOS管M5的漏极和MOS管M6的栅极电连接；所述MOS管M4的漏极与三极管Q6的集电极电连接；所述MOS管M6的漏极与MOS管M11的漏极电连接。
在某种实施方式中，所述信号整形单元包括施密特反相器X1、反相器X2和反相器X3，所述施密特反相器X1的输入端为所述信号整形单元的输入端，所述施密特反相器X1通过反相器X2与反相器X3电连接，所述反相器X3的输出端为所述信号整形单元的输出端。
在某种实施方式中，本发明还包括MOS管M7和MOS管M12，所述MOS管M7的漏极与信号整形单元的输入端电连接，所述MOS管M7的栅极与信号整形单元的输出端电连接，所述MOS管M7的源极与MOS管M12的漏极电连接，MOS管M12的栅极与MOS管M11的栅极电连接，MOS管M12的源极接地。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
首先本发明通过利用三极管特性、第一电阻和第二电阻来产生反比与电阻温度特性的电流，与第四电阻产生的反比与电阻温度特性的电流进行比较；这样基准电流和检测电流可以随着工艺变化或者温度变化发生对应的变化，并且针对于不同工艺，可以通过调节第一电阻和第二电阻比例对其电流进行修调，适用于各种工艺和温度；
其次，本发明不用产生基准电压，降低了电路使用功耗；
最后通过调整不同的电源电压大小和/或设置不同阻值的第二电阻、第三电阻和第四电阻能灵活调整低压检测点，使本发明的适配范围更加广泛。
附图说明
图1为实施例中的本发明的结构示意图；
图2为实施例中本发明的一种实施电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种低温漂的低压检测电路，包括基准电流产生单元1、第一电流复制单元2、第二电流镜单元3、检测电流产生单元4、第三电流镜单元5和信号整形单元6；
基准电流产生单元1用于在第一电阻和第二电阻上产生第一电流和第二电流，并输出基准电流，基准电流为第一电流和第二电流之和，第一电阻和第二电阻的温度特性相同，其中第一电阻和第二电阻为负温度特性，基准电流的温度特性与第一电阻的温度特性为反比关系；
第一电流复制单元2用于复制基准电流并输出第一复制电流和第二复制电流，第一复制电流输入到第二电流镜单元3；其中第一电流负载单元2可以比例复制第一复制电流和第二复制电流；
第二电流镜单元3基于输入的第一复制电流输出第三复制电流，第三复制电流的电流输入端与信号整形单元6的输入端电连接，第三复制电流的电流输出端接地；
检测电流产生单元4与第一电流复制单元2输出第二复制电流的支路电连接，在第一电流复制单元2输出第二复制电流时将输入的检测电压施加到第四电阻并在第四电阻上产生检测电流，第四电阻的温度特性与第二电阻相同，第三电流镜单元5用于复制检测电流并输出第四复制电流，第四复制电流的电流输出端与信号整形单元6的输入端电连接；
在第四复制电流大于第三复制电流时，信号整形单元6的输入端输入高电平信号，在第四复制电流小于第三复制电流时，信号整形单元6的输入端输入低电平信号；信号整形单元对输入的信号进行整形。
在实际使用时，本发明通过温度特性相同的第一电阻、第二电阻和第四电阻来产生温度特性相同的基准电流和检测电流进行比较，这样基准电流和检测电流可以随着工艺变化或者温度变化发生对应的变化，可以降低因工艺或者温度不同对检测精度的影响。
本发明的一种实施电路如图2所示，在图2中，基准电流产生单元1包括电阻R3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5和MOS管M1；
电阻R3一端被配置于输入电源电压，电阻R3另一端分别与三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的基极和三极管Q3的基极电连接；三极管Q2的集电极分别与三极管Q3的集电极、MOS管M1的漏极和MOS管M1的栅极电连接，MOS管M1的源极被配置于输入电源电压，三极管Q3的发射极通过第二电阻R2接地；三极管Q1的发射极分别与三极管Q4的集电极和三极管Q5的基极电连接；三极管Q2的发射极分别与三极管Q5的集电极和三极管Q4的集电极电连接；三极管Q4的发射极接地，三极管Q5的发射极通过第一电阻R1接地。
对图2所示的基准电流产生单元1的电路进行分析：
在电源VDD上电后，三极管Q1和三极管Q2导通，节点A和节点B 的点位上升，从而让三极管Q4和三极管Q5导通，进而拉低节点A和节点B的电压并使其保持稳定，其中
三极管Q2的基极发射极的压差与三极管Q1的基极发射极的压差的差
三极管Q4的基极发射极的压差与三极管Q5的基极发射极的压差的差
；
其中Q1/Q2=Q5/Q4=m；IQ1/IQ2=IQ4/IQ5=n；其中m是三极管Q1与三极管Q2的个数比；
另外节点A的电压;
节点B 的电压；
节点E的电压；
节点GND的电压；
结合以上公式可以得到；
此时在节点E产生了一个正温的第一电流I1，；
另外节点C的电压，此时在第二电阻R2上产生了第二电流；第一电流I1和第二电流I2叠加产生了基准电流IP1，/>；
其中R为电阻方块值，另其分子的对温度的导数为0，即可使基准电流IP1温度特性反比于第一电阻R1得到
而通过调整第一电阻R1和第二电阻R2的比例，以及设置三极管Q1和三极管Q2的比例即可满足上式。
在图2中，第一电流复制单元2包括MOS管M2和MOS管M3；第二电流镜单元3包括MOS管M8、MOS管M9和MOS管M11；
MOS管M1的源极、MOS管M2的源极和MOS管M3的源极被配置于输入电源电压，MOS管M1的栅极分别与MOS管M1的漏极、三极管Q2的集电极、MOS管M2的栅极和MOS管M3的栅极电连接；
MOS管M2的漏极分别与MOS管M8的漏极、MOS管M8的栅极、MOS管M9的栅极和MOS管M11的栅极电连接，MOS管M8的源极和MOS管M11的源极接地，MOS管M3的漏极分别与检测电流产生单元和MOS管M9的漏极电连接，MOS管M9的源极与检测电流产生单元的检测电压输入端电连接。
在图2中，检测电流产生单元4包括三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9和MOS管M10；
三极管Q6的集电极分别与MOS管M3的漏极、三极管Q6的基极、三极管Q7的基极和MOS管M10的源极电连接，三极管Q6的发射极与三极管Q8的发射极电连接，三极管Q8的基极为检测电压输入端，三极管Q8的集电极接地；
三极管Q7的发射极与第四电阻一端电连接，第四电阻另一端分别与三极管Q9的发射极和MOS管M10的栅极电连接，三极管Q9基极、MOS管M10的漏极和三极管Q9的集电极均接地。
在图2中，第三电流镜单元5包括MOS管M4、MOS管M5和MOS管M6；
MOS管M4的源极、MOS管M5的源极和MOS管M6的源极被配置于输入电源电压；MOS管M4的栅极分别与MOS管M5的栅极、MOS管M5的漏极和MOS管M6的栅极电连接；MOS管M4的漏极与三极管Q6的集电极电连接；MOS管M6的漏极与MOS管M11的漏极电连接。
图2中的第一电流复制单元2、第二电流镜单元3、检测电流产生单元4和第三电流镜单元5的工作原理如下：
在电源VDD上电后，MOS管M1产生一个反比于第一电阻R1的温度系数的基准电流IP1，MOS管M2和MOS管M3分别与MOS管M1组成电流镜，用于生成第一复制电流IP2和第二复制电流，通过控制MOS管M1、MOS管M2和MOS管M3可以控制第一复制电流IP2和第二复制电流的复制比例，第二复制电流为流过MOS管M3的电流，在MOS管M3导通后，节点H的电压升高，三极管Q6和三极管Q7开启，节点G和节点J的电压开始升高，此时检测电流产生单元4开始工作；
节点F和检测电压UVLO的输入端口，检测电压UVLO经过三极管Q8提高一个VBE，再经过三极管Q6提高一个VBE，此时节点H的电位为VH=UVLO+2VBE，节点H的电位经过三极管Q7的VBE压降后到达节点L，此时节点L的电压VL=UVLO+VBE。由于三极管Q9的基极电位位0，此时J点的电位VJ=VBE，因此在三极管Q9上产生的电流IU1=UVLO/R4。电流IU1结构由MOS管M5和MOS管M6组成的电流镜复制后得到第四复制电流IU3，IU3=IU1=UVLO/R4，在某种实施方式中，可以调整电流IU1的复制比例。
另外在得到第一复制电流IP2后，第一复制电流IP2通过MOS管M8和MOS管M11组成的电流镜结构得到第三复制电流IP3，第三复制电流IP3与基准电流IP1正相关。
在得到第三复制电流IP3和第四复制电流IU3后，通过比较第三复制电流IP3和第四复制电流IU3的大小可以决定信号整形单元6的输入端的信号的电平状态，从而能依据信号整形单元6的输入端的信号的电平状态来实现低压检测。另外通过调整第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4的阻值大小和调整第一电流复制单元2的复制比例、第二电流镜单元3的复制比例和第三电流镜单元5的复制比例可以调整低压检测阈值，使本发明的适用范围更广。
在实际使用时，由于高电平信号是有范围区间的，为了使本发明的输出信号符合要求，因此通过信号整形单元6对MOS管M6的漏极的信号进行反相，进而输出符合要求的检测信号。具体地，在图2中，信号整形单元6包括施密特反相器X1、反相器X2和反相器X3，施密特反相器X1的输入端为信号整形单元6的输入端，施密特反相器X1通过反相器X2与反相器X3电连接，反相器X3的输出端为信号整形单元6的输出端。
另外在图2中，本发明还包括MOS管M7和MOS管M12，MOS管M7的漏极与信号整形单元的输入端电连接，MOS管M7的栅极与信号整形单元6的输出端电连接，MOS管M7的源极与MOS管M12的漏极电连接，MOS管M12的栅极与MOS管M11的栅极电连接，MOS管M12的源极接地。其中MOS管M12与MOS管M8组成电流镜结构，生成第五复制电流IP4，第五复制电流IP4与基准电流IP1正相关。
在实际使用时，节点K的初始电位为低，此时信号整形单元6输出高电平信号，MOS管M7导通，此时通过比较第四复制电流IU3和第三复制电流IP3+第五复制电流IP4电流的大小来决定节点K的电位，当IU3>IP3+IP4时，节点K点为高电平状态，信号整形单元6输出低电平信号，电路开始工作。当检测电压UVLO电压由高开始下降时，此时MOS管M7截止，比较点为第四复制电流IU3和第三复制电流IP3进行比较，由此经MOS管M12的电流产生一个迟滞比较电压，可以有效防止毛刺信号引起输出的误翻转，保证了电路的性能。
本实施例中，比较第四复制电流IU3和第三复制电流IP3的大小等价于比较是否等于/>，该比较公式可以变换为
UVLO=（VBE/R2+VTlnm2/R1）*R4，其中R2、R1和R4为个数，R是电阻方块值有温度特性，被消除，所以比较点UVLO为0温，这样就可以得到一个与温度无关的UVLO比较点。
当检测电压UVLO超过比较点继续升高时，节点H的电压同步升高，第四电阻R4上压降同步升高，当VR4+VBE>VTHM10时，MOS管M10开启，会把节点H的电位钳位，此时三极管Q6关闭，检测电流IU1达到上限，从而可以避免检测电流IU1跟随检测电压UVLO持续上升，进而可以降低功耗。
当检测电压UVLO在超过比较点开始下降时，节点H的电位不是从VDD开始下降，而是经过钳位点下降，从而使本发明能进行更快的响应。
综上，本发明通过温度特性相同的第一电阻R1、第二电阻R2和第四电阻R4来产生温度特性相同的基准电流IP1和检测电流IU1进行比较，这样基准电流IP1和检测电流IU1可以随着工艺变化或者温度变化发生对应的变化，可以降低因工艺或者温度不同对检测精度的影响；
另外通过MOS管M10一方面可以避免在检测电压UVLO 持续上升时，检测电流IU1持续增加，从而可以降低功耗，另外在检测电压UVLO开始下降时，使节点H的电位从钳位点下降，从而使本发明能进行更快的响应；
最后通过调整不同的电源电压大小和/或设置不同阻值的第一电阻R1、第二电阻R2和第四电阻R4能灵活调整低压检测点，使本发明的适配范围更加广泛。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (8)
1.一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，包括基准电流产生单元、第一电流复制单元、第二电流镜单元、检测电流产生单元、第三电流镜单元和信号整形单元；
所述基准电流产生单元用于在第一电阻和第二电阻上产生第一电流和第二电流，并形成基准电流，所述基准电流为第一电流和第二电流之和，所述第一电阻和第二电阻的温度特性相同，所述基准电流的温度特性与第一电阻的温度特性为反比关系；
所述第一电流复制单元用于复制所述基准电流并输出所述第一复制电流和第二复制电流，所述第一复制电流输入到第二电流镜单元；
所述第二电流镜单元基于输入的第一复制电流输出第三复制电流，所述第三复制电流的电流输入端与所述信号整形单元的输入端电连接，所述第三复制电流的电流输出端接地；
所述检测电流产生单元与所述第一电流复制单元输出第二复制电流的支路电连接，在所述第一电流复制单元输出第二复制电流时将输入的检测电压施加到第四电阻并在第四电阻上产生检测电流，所述第四电阻的温度特性与所述第二电阻相同，所述第三电流镜单元用于复制所述检测电流并输出第四复制电流，所述第四复制电流的电流输出端与所述信号整形单元的输入端电连接；
在所述第四复制电流大于所述第三复制电流时，所述信号整形单元的输入端输入高电平信号，在所述第四复制电流小于第三复制电流时，所述信号整形单元的输入端输入低电平信号；所述信号整形单元对输入的信号进行反相。
2.根据权利要求1所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，所述检测电流产生单元在所述检测电压大于高电压阈值时产生的检测电流达到最大值。
3.根据权利要求2所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，所述基准电流产生单元包括电阻R3、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5和MOS管M1；
所述电阻R3一端被配置于输入电源电压，所述电阻R3另一端分别与三极管Q1的集电极、三极管Q1的基极、三极管Q2的基极和三极管Q3的基极电连接；三极管Q2的集电极分别与三极管Q3的集电极、MOS管M1的漏极和MOS管M1的栅极电连接，MOS管M1的源极被配置于输入电源电压，三极管Q3的发射极通过所述第二电阻接地；三极管Q1的发射极分别与三极管Q4的集电极和三极管Q5的基极电连接；三极管Q2的发射极分别与三极管Q5的集电极和三极管Q4的集电极电连接；三极管Q4的发射极接地，三极管Q5的发射极通过所述第一电阻接地。
4.根据权利要求3所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，所述第一电流复制单元包括MOS管M2和MOS管M3；所述第二电流镜单元包括MOS管M8、MOS管M9和MOS管M11；
所述MOS管M2的源极和MOS管M3的源极被配置于输入电源电压，所述MOS管M1的栅极分别与MOS管M2的栅极和MOS管M3的栅极电连接；
所述MOS管M2的漏极分别与MOS管M8的漏极、MOS管M8的栅极、MOS管M9的栅极和MOS管M11的栅极电连接，所述MOS管M8的源极和MOS管M11的源极接地，所述MOS管M3的漏极分别与所述检测电流产生单元和MOS管M9的漏极电连接，所述MOS管M9的源极与所述检测电流产生单元的检测电压输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，所述检测电流产生单元包括三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、三极管Q9和MOS管M10；
所述三极管Q6的集电极分别与所述MOS管M3的漏极、三极管Q6的基极、三极管Q7的基极和MOS管M10的源极电连接，三极管Q6的发射极与三极管Q8的发射极电连接，三极管Q8的基极为所述检测电压输入端，三极管Q8的集电极接地；
所述三极管Q7的发射极与第四电阻一端电连接，第四电阻另一端分别与三极管Q9的发射极和MOS管M10的栅极电连接，三极管Q9基极、MOS管M10的漏极和三极管Q9的集电极均接地。
6.根据权利要求5所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，所述第三电流镜单元包括MOS管M4、MOS管M5和MOS管M6；
所述MOS管M4的源极、MOS管M5的源极和MOS管M6的源极被配置于输入电源电压；所述MOS管M4的栅极分别与MOS管M5的栅极、MOS管M5的漏极和MOS管M6的栅极电连接；所述MOS管M4的漏极与三极管Q6的集电极电连接；所述MOS管M6的漏极与MOS管M11的漏极电连接。
7.根据权利要求6所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，所述信号整形单元包括施密特反相器X1、反相器X2和反相器X3，所述施密特反相器X1的输入端为所述信号整形单元的输入端，所述施密特反相器X1通过反相器X2与反相器X3电连接，所述反相器X3的输出端为所述信号整形单元的输出端。
8.根据权利要求4-7任一项所述的一种低温漂的低压检测电路，其特征在于，还包括MOS管M7和MOS管M12，所述MOS管M7的漏极与信号整形单元的输入端电连接，所述MOS管M7的栅极与信号整形单元的输出端电连接，所述MOS管M7的源极与MOS管M12的漏极电连接，MOS管M12的栅极与MOS管M11的栅极电连接，MOS管M12的源极接地。
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