一种用于电源芯片的输出电压状态指示电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于电源芯片的输出电压状态指示电路。该电路双阈值比较器、计数器、振荡器和延时锁存单元；双阈值比较器用于限定开关电源芯片输出电压Ｖ↓［ＯＵＴ］范围；计数器输出始终相反的一对信号；振荡器用于为计数器产生周期方波信号；延时锁存单元检测输出电压处于异常状态的时间，如果在缓冲时间内错误得到纠正，输出电压恢复到正常范围内，那么本电路仍然输出电压正常指示信号。如果在缓冲时间过去后，错误未得到纠正，输出电压仍在规定的范围之外，那么本电路就输出一个输出电压异常指示信号，便于下级芯片采取相应保护措施。该电路可以节省芯片版图面积，降低芯片功耗，并且结构简单，易于实现。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电源芯片领域，具体为一种用于电源芯片的输出电压状态指示电路。
技术介绍
在近几年中，集成电路(Integrated Circuits)行业发展势头迅猛，而其中的数字信号芯片(Digital Signal Process)和数模混合信号芯片(MixedSignal IC)更是推动发展的中坚力量。在这样的背景下，作为为其他芯片提供电源的开关电源芯片也得到了更加广泛的应用。开关电源芯片是采用其他外部供电电源(如锂电池，市电用交流-直流变压器)作为输入电源，经过芯片内部电路和外围储能器件的转化，得到稳定的输出电压。如果输出电压高于输入电压，我们称之为升压芯片；如果输出电压低于输入电压，我们称之为降压芯片。 在为其他芯片供电过程中，会有很多因素导致开关电源芯片的输出电压发生大的波动，例如输出短路，输入电源供电不足，芯片内部电路工作异常等。这些都会使输出电压背离设计者的预先的设置值，造成下级芯片的工作状态的不稳定，甚至于损坏芯片。因此，我们需要为开关电源芯片设计输出电压指示电路，便于下级芯片及时采取保护措施。在开关电源芯片中，还具有其他的保护电路(如输入欠压保护，输出过流保护，过热保护等)，这些保护电路的存在使得开关电源芯片具有一定的解决异常状况的能力，因此，输出电压指示电路应该为这些保护电路解决异常状况的过程预留一定的缓冲时间，若在设定时间内芯片输出电压恢复正常，那么输出电压指示电路仍然输出“正常”信号，如果在设定时间内芯片输出电压仍未恢复正常，那么输出电压指示电路就输出“异常”信号，允许下级芯片采取保护措施。一般这个输出迟滞时间不超过1毫秒。 在以往的输出电压检测电路的设计中，检测电路往往只具有一个阈值，即只对VOUT的一个上限或者下限做出检测。在专利文献《输出电压检测电路》(申请号00N3000)中，其设计的输出电压检测电路只能检测输出电压高于正常值的情况，而对输出电压低于正常值无法检测。在实际应用中，输出电压比正常值低的情况并不少见，在输出短路时输出电压就比正常值要低。 通常一个比较器只能具有一个阈值，若要实现对两个不同电压的检测，就必须使用两个比较器。在专利文献《电压检测电路》(申请号99N6974)中，其设计的电压检测电路可以实现对同一电压高低阈值的检测，即具有窗口检测的功能，但是它仍然是使用了两个比较器。由于使用了两个比较器，芯片的面积不可避免的会增大，器件也增多，偏置电流也增大，芯片的功耗也会升高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于电源芯片的输出电压状态指示电路，该电路可以节省芯片版图面积，降低芯片功耗，并且结构简单，易于实现。 本技术提供的一种用于电源芯片的输出电压状态指示电路，该电路包括双阈值比较器、计数器、振荡器和延时锁存单元；其中，双阈值比较器用于限定开关电源芯片输出电压VOUT范围，当输出电压VOUT处于高低阈值之间时输出高电平信号，否则，输出低电平信号；计数器的输出端子O2、O3分别与延时锁存单元的二个端口IN1、IN2相接，二个输出端子始终为相反的一对信号；振荡器的两个输入端子EN1、EN2分别与双阈值比较器的输出端子O1和延时锁存单元的另一个输出端口O6相连，用于为计数器产生周期方波信号；延时锁存单元的三个输入端口分别与计数器的二个输出端口O2、O3和阈值比较器的输出端口O1相连，其一个输出端接振荡器的使能端口EN2，另一个输出端为输出电压指示信号PG；双阈值比较器将输入的两个输出电压信号通过差分对管转换成电流信号，并为输出电压设定了一个窗口范围；当输出电压跌出窗口范围后，指示电路中的振荡器开始工作，计数器随振荡器产生的时钟信号开始计数，若在一次循环的时间内输出电压回复正常范围，延时锁存单元的输出电压指示信号显示为正常，否则，输出电压指示信号显示为异常。 本技术工作原理是双阈值比较器为输出电压设定了一个窗口范围，当输出电压跌出窗口范围后，指示电路中的振荡器开始工作，计数器随着振荡器产生的时钟信号开始计数，若在一次循环的时间内输出电压回复正常范围，指示电路的输出PG仍然指示“正常”；如果在一次循环时间内输出电压仍未恢复正常范围，指示电路的输出PG指示“异常”。输出电压双阈值比较器是将两个输入信号通过差分对管转换成电流信号，并为输出电压设定一个窗口范围，当输出电压跌出窗口后，指示电路的振荡器开始工作。本电路具有的振荡器和计数器，用于设定迟滞时间。计数器在振荡器产生的周期方波信号下计数，计数满一次循环后计数器的输出信号才发生改变。延时锁存单元也随之改变输出信号PG。若计数未满一次循环，计数器的输出信号将不发生改变，延时锁存单元的输出信号PG也不会发生改变。 同传统的单阈值输出电压检测电路相比，本技术电路具有一个比较器实现双阈值比较的功能，用于检测输出电压的高、低两个阈值，这样便可以检测更多的异常状况。同某些改进型的具有双阈值的输出电压检测电路相比，本技术使用一个比较器实现双阈值的设定，大大节省了芯片版图面积，降低了芯片功耗，而且结构简单，易于实现。附图说明图1为本技术的输出电压指示电路的电路结构原理图； 图2(a)和(b)为双阈值比较器1的二种具体实现电路图，图2(c)为输出波形图； 图3(a)和(b)为延时锁存单元4的两种具体实现电路图； 图4为本技术电路中各主要端子电位的时序波形图。具体实施方式 如图1所示，本技术输出电压指示电路包括双阈值比较器1，计数器2，振荡器3，延时锁存单元4。最终的输出信号PG(Power Good)，用于指示输出电压是否工作在设定的正常范围内。 双阈值比较器1中有3个输入端子，两个负输入端子都接芯片内部产生的基准电压VREF，这两个负端子对应的阈值电压分别是VTH-和VTH+。正输入端子接电源芯片输出电压的反馈信号VFB，O1是比较器输出信号。当输出电压有VTH-＜VOUT＜VTH+时，VO1＝1，否则，VO1＝0。 计数器2为N位且带清零端，具有3个输入端子使能端EN3、清零端CLR和时钟信号端子CLK2。使能端EN3和清零端CLR均与双阈值比较器1的输出端O1相接。时钟信号端子CLK2与振荡器3的输出端CLK1相接。计数器2具有第一、第二输出端子O2和O3，O2同延时锁存单元4的IN1端子相接，O3同延时锁存单元4的IN2相接，它们始终是相反的一对信号。计数器2在每个周期方波的正跳变脉冲沿计数，清零端CLR端在负跳变脉冲沿将计数器2清零，此时VO2＝0、VO3＝1。在计数器2计数期间，如果未完成全位(N位)计数，那么O1和O2保持不变，即MO2＝0、VO3＝1；如果完成了全位(N位)计数，那么VO2＝1、VO3＝0。 计数器2的输入输出真值表如下 振荡器3具有两个输入端子使能信号EN1和使能信号EN2，EN1接双阈值比较器1的输出端子O1，EN2接延时锁存单元4的O6端子。 在电路中的作用是为计数器2产生周期方波信号。在设计中，为了降低芯片成本和版图面积，可以采用结构相对简单的环形振荡器3，振荡器3产生方波，周期为T。结合计数器2的描述可知，本电路设计的输出延时时间为NT。 延时锁存单元4具有三个输入端子IN1、IN2、IN3，第一、第二输出端子O6和Po本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电源芯片的输出电压状态指示电路，该电路包括双阈值比较器（１）、计数器（２）、振荡器（３）和延时锁存单元（４）；其中，双阈值比较器（１）用于限定开关电源芯片输出电压Ｖ↓［ＯＵＴ］范围，当输出电压Ｖ↓［ＯＵＴ］处于高低阈值之间时输出高电平信号，否则，输出低电平信号；计数器（２）的第一、第二输出端子（Ｏ↓［２］、Ｏ↓［３］）分别与延时锁存单元（４）的二个端子（ＩＮ１、ＩＮ２）相接，第一、第二输出端子（Ｏ↓［２］、Ｏ↓［３］）始终输出相反的一对信号；振荡器（３）的两个输入端子分别与双阈值比较器（１）的输出端子和延时锁存单元（４）的第一输出端子（Ｏ↓［６］）相连，用于为计数器（２）产生周期方波信号；延时锁存单元（４）的三个输入端子分别与计数器（２）的第一、第二输出端子（Ｏ↓［２］、Ｏ↓［３］）和双阈值比较器（１）的输出端子（Ｏ↓［１］）相连，其第一输出端（Ｏ↓［６］）接振荡器（３）的使能端子（ＥＮ２），第二输出端为输出电压指示信号（ＰＧ）；双阈值比较器（１）将输入的两个输出电压信号通过差分对管转换成电流信号，并为输出电压设定了一个窗口范围；当输出电压跌出窗口范围后，指示电路中的振荡器（３）开始工作，计数器（２）随振荡器（３）产生的时钟信号开始计数，若在一次循环的时间内输出电压回复到正常范围，延时锁存单元（４）的输出电压指示信号（ＰＧ）显示为正常，否则，输出电压指示信号（ＰＧ）显示为异常。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹雪城，张科峰，邹志革，王潇，田欢，尹璐，骞海荣，韩俊峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]