用作低電壓檢測電路的帶隙電壓比較器制造技術

一種僅需要兩個電流源求和的帶隙電壓比較器可用于檢測在集成電路上的邏輯電路的低電壓狀態，該集成電路可以利用電池、燃料電池、太陽能電池等供電。在帶隙低電壓檢測系統中可以將獨立的高和低電壓突變點編程。在認定電壓電平正常狀態信號之前，可使用通電復位延遲。可以將帶隙電壓比較器低電壓檢測系統斷電以便節電，可以重新供電以便快速確定是否存在期望的電壓電平。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

Band gap voltage comparator used as low voltage detection circuit

One need only two and the current source for the bandgap voltage comparator can be used to detect low voltage state logic circuit in the integrated circuit, the integrated circuit can use the battery, fuel battery, solar battery power supply. In the band gap low voltage detection system, independent high and low voltage abrupt points can be programmed. Prior to determining the voltage level normal state signal, the power on reset delay may be used. A bandgap voltage comparator low voltage detection system may be powered down to power saving and can be re powered so as to rapidly determine whether a desired voltage level is present.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術一般涉及具有低電壓檢測和通電復位(reset)的半導體集成電路，更具體地說，涉及一種利用具有低電壓閾值的帶隙電壓比較器的集成電路，其在很寬的溫度范圍內具有長期的電壓穩定性。各種電氣裝置，例如蜂窩式電話、膝上型計算機、無鍵和無線輸入裝置以及其它基于集成電路的產品，可以例如利用電池、燃料電池、太陽能電池、發電機等供電，它們需要穩定和精確的電壓基準以便有效和可預測工作。重要的是，在這些電池供電的裝置中在所有可能的工作條件下采用精確和可靠的方式將電子電路起動和關斷。在起動(通電)過程中，在開始其工作之前必須達到一最小電壓值，以及在工作過程中，當電壓下降低于一臨界值時裝置必須停止或禁止進一步工作。執行這些功能的典型應用是通電復位(POR)和功率下降(powerlow)復位(突卸載復位(BOR))。POR和BOR電路通常結合電壓比較器電路利用一精確的電壓基準，以確定是否達到一裝置可以正常工作時的臨界電壓值。在集成電路中使用的典型的電壓基準已置入式(buried)齊納和帶隙基準。置入式齊納基準是一種十分穩定和精確的電壓基準，然而，其通常工作在約5伏或者更高并為實現最佳工作吸取幾百微安的電流。新近的由電池供電的電子系統可以在2伏或者更低的電池的電壓下工作，因此，置入式齊納技術不適于作為一必須在這種低電壓下工作并且還具有低功率消耗的電壓基準。對于這些應用可以利用“帶隙基準”。可以利用半導體電路產生通常為1.2伏的帶隙電壓基準。這一基準下文稱為帶隙電壓，并可以補償由于溫度改變帶來的變化，其通過將一具有負溫度系數的電壓電路與具有正溫度系數的電壓電路結合以便形成一具有零溫度系數的電壓電路，即在很寬的溫度范圍內基本維持同一帶隙電壓值。在DavidM.Susak的5900773號美國專利中更完整地介紹了精確的帶隙電壓基準電路，這里引用可供全面參考。帶隙基準與電壓比較器結合可用于檢測POR和BOR電路的工作電壓電平。可以將帶隙基準和比較器結合到一個電路中，例如在Willam Slemmer的名稱為“直流求和型帶隙電壓比較器”(下文稱為“Slemmer”)的5781043號美國專利中公開的電路中。Slemmer專利公開了一種用于檢測電源的電壓變化的直流求和型帶隙電壓比較器。當檢測電源電壓電平低于一定值時，Slemmer比較器將使一轉換開關將電源轉換到待用電池。Slemmer帶隙電壓比較器利用共同求和的4個電流源，以形成一求和節點電壓電平，以及產生一邏輯信號，其指示何時求和節點電壓大于、等于或小于預定值。該預定值對應于期望電源電壓切換值。在先技術的電壓基準和比較器電路太復雜，吸取太大的電流，需要工作電壓電平高于新近由電池供電的電子系統中可得到的電壓，并且受溫度和電壓穩定性變化的影響。因此，需要提供一種改進的電壓比較器，其具有低的工作電流、在很寬的工作溫度范圍內穩定的電壓基準，以及能以集成電路簡單可靠地實現。通過提供一種改進的帶隙電壓比較器，其可以與集成電路裝置中的其它電路一起用作為一低電壓檢測電路，本專利技術克服了上述問題以及已有技術的其它缺點和缺陷。該集成電路裝置例如可以是但不局限于由MicrochipTechnology Ihc.(更完整表述的網址為http:www.microchip.com/)制造的互補金屬氧化物半導體(CMOS)PIC微控制器系列，這里引用可供全面參考。本專利技術可以工作在1伏和1伏以上的電壓，并且工作中僅吸取相對少量的電流。以集成電路實現本專利技術的各實施例是高效的并且僅需要很小面積的模片(die)。在所有的加工過程轉變(proess comer)和工業溫度范圍內精確的各突變(trip)點最好是上或下(plus or minut)50毫伏。在本專利技術的各實施例中，可以獨立地設定通電和斷電突變點即可編程的滯后(hysteresis)。這些突變點對于VDD上升和下降次數是不敏感的。本專利技術的各實施例可以在低電壓的條件下即下降的VDD下立即發生POR或BOR。對于在檢測上升突變點后的POR信號，延遲(hold-off)時間例如可以是但不局限于1-10微秒(可編程)。本專利技術的各實施例當處于待用模式(休眠模式)時可以不吸取電流，以及當退出待用模式時可以估計電壓電平。如果當由待用模式轉為工作模式時存在低電壓狀態則將產生低電壓狀態信號。因此，本專利技術非常適合于通電復位(POR)和功率下降復位(突卸載(brown-out)復位(BOR))模式。這種電路的可預測和高效工作將保證所有的用電池(2伏或者更高)工作的所有應用可靠地工作。根據本專利技術的各實施例，可以利用通常的制造方法在一半導體集成電路基片上實現一種改進的帶隙電壓比較器電路。通常的PNP晶體管例如是但不局限于橫向PNP(LPNP)晶體管可以用在僅需要兩個電流鏡以形成一帶隙電壓比較器的電路中。僅使用兩個電流鏡大大簡化了帶隙電路并提高了突變電壓對于溫度變化的穩定性。用于第二電流鏡電路的PNP晶體管發射極的面積可以是用于第一電流鏡電路的PNP晶體管發射極的面積的約4-48倍，其取決于比較器電路所需的增益。在圖4A中表示本專利技術的一基本示范性的帶隙電壓比較器線路圖，下面將更詳細地介紹。在圖4的示意圖中表示根據本專利技術的各實施例的具有可調節突變點的帶隙比較器電路，下面將更詳細地介紹。在附圖說明圖11中表示圖2中所示的帶隙比較器低電壓檢測系統的實施例的工作模擬的曲線。在圖5中表示可以與圖4中所示的帶隙比較器電路結合使用的輸出緩沖器電路。在圖6中表示可以結合圖4中所示的帶隙比較器使用的通電復位延遲電路，下面將更詳細地介紹。在圖7中表示可以結合圖4中所示的帶隙比較器使用的斷電輸出鎖定電路，下面將更詳細地介紹。在由Paul Gday和Robert Meyer所著的由John Wiley&Sons,ISBN按0-471-897493-0出版的“模擬集成電路的分析和設計”(1984，第2版)中更完整地介紹了集成電路裝置中的帶隙電壓工作情況，這里引用可供全面參考。本專利技術的一個特征是帶隙電壓比較器在1伏和其以上工作。另一個特征是低電流工作。再一個特征是通電和斷電突變點可以獨立地設定。再一個特征是當檢測到電源低電壓狀態時立即產生通電復位(POR)信號。再一個特征是在檢測到電源電壓上升超過一期望電壓值(突變點)之后將一POR信號OK時間延遲。再一個特征是當處于待用模式時，基本上不利用電源供電。再一個特征是當從待用模式轉為工作模式時估計電壓電平并且如果出現低電壓狀態產生POR信號。本專利技術的優點是，利用通常的半導體制造方法在一集成電路上可以實現本專利技術，同時僅需要其上很小的制造面積。另一個優點是低電流工作。再一個優點是突變點對于電壓上升和下降次數不敏感。再一個優點是在所有的加工過程轉變和工業溫度范圍內精確的突變點最好為上下約50毫伏。根據如下的對于在附圖中所表示的本專利技術的各優選實施例更具體的介紹，將會使本專利技術的上述和其它特征和優點變得更清楚。圖1是一具有通電復位的帶隙比較器電壓檢測系統的微控制器集成電路方塊示意圖。圖2是根據本專利技術的一實施例的帶隙比較器低電壓檢測系統的線路方塊圖。圖3是圖2中所示的電阻編程部件的線路方塊圖。圖4是圖2中所示的帶隙比較器部件的線路圖。圖4A是根據本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶隙電壓比較器包含：第一和第二晶體管，用于形成第一電流鏡，其中第二晶體管按二極管連接；第三和第四晶體管，用于形成第二電流鏡，其中第三晶體管按連接二極管；第一、第二、第三和第四晶體管都包含發射極、基極和集電極；具有第一和第 二端的第一電阻，其中第一端連接到第二晶體管的基極和集電極以及第一晶體管的基極；第一電阻的第二端連接到第一電壓節點；具有第一和第二端的第二電阻，其中第一端連接到第三晶體管的基極和集電極以及第四晶體管的基極；第二電阻的第二端連接到第 一電阻的第一端；以及第一、第二、第三和第四晶體管的發射極連接到第二電壓節點。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：萊頓伊格，威廉斯米特，
申請(專利權)人：密克羅奇普技術公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]