电压感测系统和电压阈值感测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及电压感测系统和电压阈值感测系统。电压感测系统的实施方式可包括：耦接到基准电流源的高端电流镜，所述基准电流源耦接到至少一个二极管。至少一个二极管可耦接到电阻器和比较器。电阻器可耦接到接地端。比较器可与基准电压耦接。比较器可被配置为从所述二极管接收比较电压并且输出所述比较电压是高于还是低于基准电压。

Voltage Sensing System and Voltage Threshold Sensing System

The utility model relates to a voltage sensing system and a voltage threshold sensing system. The implementation of a voltage sensing system may include a high-end current mirror coupled to a reference current source, which is coupled to at least one diode. At least one diode can be coupled to a resistor and a comparator. The resistor can be coupled to the ground end. The comparator can be coupled to the reference voltage. The comparator may be configured to receive a comparative voltage from the diode and output the comparative voltage higher or lower than the reference voltage.

【技术实现步骤摘要】
电压感测系统和电压阈值感测系统相关专利申请的交叉引用本文件要求授予Catalin-IonutPetroianu等人的名称为“VoltageThresholdSensingSystemandRelatedMethods(电压阈值感测系统和相关方法)”的美国临时专利申请62/546,701的提交日期的权益，该申请提交于2017年8月17日，该申请的公开内容据此全文以引用方式并入本文。
本文件的各方面整体涉及电压感测系统和电压阈值感测系统，具体涉及用于确定输入电压是高于、低于还是等于基准电压值的系统。
技术介绍
一般来讲，为了将值较高的电压与用作电压阈值的较低基准电压进行比较，使用电阻分压器对该较高电压进行分压，并且使用比较器将当前分压的电压与较低基准电压进行比较。
技术实现思路
电压感测系统的实施方式可包括：耦接到基准电流源的高端电流镜，该基准电流源耦接到至少一个二极管。所述至少一个二极管可耦接到电阻器和比较器。电阻器可耦接到接地端。比较器可与基准电压耦接。比较器可被配置为从二极管接收比较电压并且输出该比较电压是高于还是低于基准电压。电压感测系统的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任一者：所述至少一个二极管可为齐纳二极管。电流镜还可包括耦接在一起的两个p沟道金属氧化物半导体场效应(PMOS)晶体管。这两个PMOS晶体管每一者的栅极可耦接到这两个PMOS晶体管中的一者的漏极。该系统还可包括第二比较器，该第二比较器与第二基准电压耦接，并且被配置为从二极管接收第二比较电压并输出该比较电压是否为高于和低于基准电压中的一种情况。该系统还可包括第二电阻器，该第二电阻器耦接在电流镜与比较器之间。电压感测系统的实施方式可包括：第一高端电流镜，该第一高端电流镜包括第一晶体管和第二晶体管。该第一高端电流镜可耦接到第一基准电流。该系统可包括第二高端电流镜，该第二高端电流镜包括第三晶体管和第四晶体管。该第二高端电流镜可耦接到第二基准电流。该系统可包括至少一个二极管，所述至少一个二极管耦接在第一高端电流镜与第二高端电流镜之间。所述至少一个二极管可耦接到比较器。第一高端电流、第二高端电流和所述至少一个二极管可耦接到接地端。第二晶体管所通过的电流可大于第四晶体管所通过的电流。比较器可与基准电压耦接，并且被配置为从二极管接收比较电压并且输出该比较电压是高于还是低于基准电压。电压感测系统的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任一者：该系统还可包括第五晶体管，该第五晶体管耦接在第二高端电流镜与比较器之间。该第五晶体管可为n沟道金属氧化物半导体场效应(NMOS)晶体管。所述至少一个二极管可为齐纳二极管。第一晶体管的栅极和第二晶体管的栅极可耦接到第一晶体管或第二晶体管的漏极。第三晶体管的栅极和第四晶体管的栅极可耦接到第三晶体管或第四晶体管的漏极。第一电流镜和第二电流镜还可包括耦接在一起的两个PMOS晶体管。第五晶体管的栅极可耦接到第五晶体管的输出。电压感测系统的实施方式可包括：耦接在一起的两个p沟道金属氧化物半导体场效应(PMOS)晶体管。这两个PMOS晶体管的栅极可耦接到这两个PMOS晶体管中的第一者的漏极。这两个PMOS晶体管中的第一者的漏极可与恒定电流源耦接。这两个PMOS晶体管中的第二者的漏极可耦接到二极管。该二极管可与比较器的高阻抗输入耦接，并且耦接到电阻器，该电阻器耦接到接地端。该比较器可被配置为确定耦接到这两个PMOS晶体管中的第二者的电源电压是高于还是低于耦接到该比较器的另一个高阻抗输入的基准电压。电压感测系统的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任一者：该二极管可为齐纳二极管。该系统还可包括第二比较器，该第二比较器与第二基准电压耦接，并且被配置为从二极管接收第二比较电压并输出该比较电压是高于还是低于基准电压。对于本领域的普通技术人员而言，通过具体实施方式以及附图并通过权利要求书，上述以及其他方面、特征和优点将会显而易见。附图说明将在下文中结合附图来描述各实施方式，其中类似标号表示类似元件，并且：图1是电压感测电路的示意图；图2示出了图1中的电阻分压器电路的上升阈值电压的坐标图；图3是电压感测电路的实施方式的示意图；图4是用于测试电压感测电路的实施方式的系统模型电路的示意图；图5是具有多个电压基准和比较器(每个输出各有一个)的电压感测电路的实施方式的示意图；图6是具有两个电流镜的电压感测电路的实施方式的示意图；图7是坐标图，其示出了图4的系统中的图3的电路对电源电压的上升和下降的瞬态响应；图8示出了在图3中的电路的电源电压升高时比较器的输出达到2.8V的情况下电源电压值的直方图；图9是在电源电压下降时电源电压值的图8的对应直方图；图10是在27℃的室温下使用实际硅芯片完成的电压感测电路的实施方式的上升阈值电压的直方图；以及图11是在27℃的室温下使用实际硅芯片时电压感测电路的实施方式的下降阈值电压的直方图，该直方图与图10中的直方图相对应。具体实施方式本公开、其各方面以及实施方式并不限于本文所公开的具体部件、组装工序或方法元素。本领域已知的与预期电压感测系统符合的许多另外的部件、组装工序和/或方法元素将显而易见地能与本公开的特定实施方式一起使用。因此，例如，尽管本技术公开了特定实施方式，但是此类实施方式和实施部件可包括与预期操作和方法符合的本领域已知用于此类电压感测系统以及实施部件和方法的任何形状、尺寸、样式、类型、模型、版本、量度、浓度、材料、数量、方法元素、步骤等。参见图1，示出了对值较高的电压与用作电压阈值的值较低的基准电压进行比较(感测)的系统2。如图所示，系统2的电路使用电阻分压器对该较高电压进行分压，并且使用比较器将当前分压的电压与较低基准电压进行比较。如图1所示，在电源电压4具有比基准电压Vreg6更高的电势(值)的情况下，为了允许准确比较，将电压在两个电阻器8之间分压并馈送到比较器10中。然后比较器电路10输出12适当信号(或无信号)，具体取决于在输入电压4高于或低于基准电压Vreg6时如何设计比较器电路10。使用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺技术中的那些标准电阻器设计和类型实现的该电阻分压器系统2可表现出任何以下特点：在系统的电流消耗需较低时系统的面积尺寸较大；在系统面积尺寸需较低时电流消耗较高；基准电压的内部变化和/或比较器的失调(由于工艺角和/或设备不匹配)可按电阻分压器的增益成倍增加，从而导致系统的电压阈值检测的较高变异性。补偿这些问题可转换为需要使用复杂的内部电路块，这可增加常规系统的电流消耗和/或增大管芯尺寸。此外，为了能够使电压是高于还是低于阈值电压的感测达到限定的精确度水平，系统(诸如对所述系统的工艺和部件变化进行补偿的这些系统)需要经由熔断器等的某种形式的修调。最后，电阻分压器将消耗至少一些电流；系统的电流消耗将随着所感测的输入电压升高而增加。对于与系统2中的那些一样的系统，温度对系统操作的影响可进一步起到妨碍系统精确度的作用。对于图1所示的系统2，来自内部电路部件块的所有变化(电压基准的变化、比较器的失调等)按电阻分压器的增益成倍增加，其中增益被定义为在每种温度下增益＝(R2+R1)/R2。参见图2，示出了置于图4所示系统模型中的电阻分压器电路2的上升阈值电压及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压感测系统，其特征在于，所述电压感测系统包括：耦接到基准电流源的高端电流镜，所述基准电流源耦接到至少一个二极管，所述至少一个二极管耦接到电阻器和比较器；其中所述电阻器耦接到接地端；并且其中所述比较器与基准电压耦接，并且被配置为从所述二极管接收比较电压并输出所述比较电压是否为高于和低于所述基准电压中的一种情况。

【技术特征摘要】
2017.08.17 US 62/546,701;2018.04.24 US 15/961,6981.一种电压感测系统，其特征在于，所述电压感测系统包括：耦接到基准电流源的高端电流镜，所述基准电流源耦接到至少一个二极管，所述至少一个二极管耦接到电阻器和比较器；其中所述电阻器耦接到接地端；并且其中所述比较器与基准电压耦接，并且被配置为从所述二极管接收比较电压并输出所述比较电压是否为高于和低于所述基准电压中的一种情况。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述电流镜还包括耦接在一起的两个p沟道金属氧化物半导体场效应PMOS晶体管。3.根据权利要求1所述的系统，还包括第二比较器，所述第二比较器与第二基准电压耦接，并且被配置为从所述二极管接收第二比较电压并输出所述第二比较电压是否为高于和低于所述基准电压中的一种情况。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个二极管为齐纳二极管。5.一种电压感测系统，其特征在于，所述电压感测系统包括：第一高端电流镜，所述第一高端电流镜包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一高端电流镜耦接到第一基准电流；第二高端电流镜，所述第二高端电流镜包括第三晶体管和第四晶体管，所述第二高端电流镜耦接到第二基准电流；至少一个二极管，所述至少一个二极管耦接在所述第一高端电流镜与所述第二高端电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡塔利娜·艾欧纳特·彼得罗亚农，AO·彼得罗亚农，P·伦达克，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国,US