用作低电压检测电路的带隙电压比较器制造技术

一种仅需要两个电流源求和的带隙电压比较器可用于检测在集成电路上的逻辑电路的低电压状态，该集成电路可以利用电池、燃料电池、太阳能电池等供电。在带隙低电压检测系统中可以将独立的高和低电压突变点编程。在认定电压电平正常状态信号之前，可使用通电复位延迟。可以将带隙电压比较器低电压检测系统断电以便节电，可以重新供电以便快速确定是否存在期望的电压电平。（*该技术在2021年保护过期，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.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及具有低电压检测和通电复位(reset)的半导体集成电路，更具体地说，涉及一种利用具有低电压阈值的带隙电压比较器的集成电路，其在很宽的温度范围内具有长期的电压稳定性。各种电气装置，例如蜂窝式电话、膝上型计算机、无键和无线输入装置以及其它基于集成电路的产品，可以例如利用电池、燃料电池、太阳能电池、发电机等供电，它们需要稳定和精确的电压基准以便有效和可预测工作。重要的是，在这些电池供电的装置中在所有可能的工作条件下采用精确和可靠的方式将电子电路起动和关断。在起动(通电)过程中，在开始其工作之前必须达到一最小电压值，以及在工作过程中，当电压下降低于一临界值时装置必须停止或禁止进一步工作。执行这些功能的典型应用是通电复位(POR)和功率下降(powerlow)复位(突卸载复位(BOR))。POR和BOR电路通常结合电压比较器电路利用一精确的电压基准，以确定是否达到一装置可以正常工作时的临界电压值。在集成电路中使用的典型的电压基准已置入式(buried)齐纳和带隙基准。置入式齐纳基准是一种十分稳定和精确的电压基准，然而，其通常工作在约5伏或者更高并为实现最佳工作吸取几百微安的电流。新近的由电池供电的电子系统可以在2伏或者更低的电池的电压下工作，因此，置入式齐纳技术不适于作为一必须在这种低电压下工作并且还具有低功率消耗的电压基准。对于这些应用可以利用“带隙基准”。可以利用半导体电路产生通常为1.2伏的带隙电压基准。这一基准下文称为带隙电压，并可以补偿由于温度改变带来的变化，其通过将一具有负温度系数的电压电路与具有正温度系数的电压电路结合以便形成一具有零温度系数的电压电路，即在很宽的温度范围内基本维持同一带隙电压值。在DavidM.Susak的5900773号美国专利中更完整地介绍了精确的带隙电压基准电路，这里引用可供全面参考。带隙基准与电压比较器结合可用于检测POR和BOR电路的工作电压电平。可以将带隙基准和比较器结合到一个电路中，例如在Willam Slemmer的名称为“直流求和型带隙电压比较器”(下文称为“Slemmer”)的5781043号美国专利中公开的电路中。Slemmer专利公开了一种用于检测电源的电压变化的直流求和型带隙电压比较器。当检测电源电压电平低于一定值时，Slemmer比较器将使一转换开关将电源转换到待用电池。Slemmer带隙电压比较器利用共同求和的4个电流源，以形成一求和节点电压电平，以及产生一逻辑信号，其指示何时求和节点电压大于、等于或小于预定值。该预定值对应于期望电源电压切换值。在先技术的电压基准和比较器电路太复杂，吸取太大的电流，需要工作电压电平高于新近由电池供电的电子系统中可得到的电压，并且受温度和电压稳定性变化的影响。因此，需要提供一种改进的电压比较器，其具有低的工作电流、在很宽的工作温度范围内稳定的电压基准，以及能以集成电路简单可靠地实现。通过提供一种改进的带隙电压比较器，其可以与集成电路装置中的其它电路一起用作为一低电压检测电路，本专利技术克服了上述问题以及已有技术的其它缺点和缺陷。该集成电路装置例如可以是但不局限于由MicrochipTechnology Ihc.(更完整表述的网址为http:www.microchip.com/)制造的互补金属氧化物半导体(CMOS)PIC微控制器系列，这里引用可供全面参考。本专利技术可以工作在1伏和1伏以上的电压，并且工作中仅吸取相对少量的电流。以集成电路实现本专利技术的各实施例是高效的并且仅需要很小面积的模片(die)。在所有的加工过程转变(proess comer)和工业温度范围内精确的各突变(trip)点最好是上或下(plus or minut)50毫伏。在本专利技术的各实施例中，可以独立地设定通电和断电突变点即可编程的滞后(hysteresis)。这些突变点对于VDD上升和下降次数是不敏感的。本专利技术的各实施例可以在低电压的条件下即下降的VDD下立即发生POR或BOR。对于在检测上升突变点后的POR信号，延迟(hold-off)时间例如可以是但不局限于1-10微秒(可编程)。本专利技术的各实施例当处于待用模式(休眠模式)时可以不吸取电流，以及当退出待用模式时可以估计电压电平。如果当由待用模式转为工作模式时存在低电压状态则将产生低电压状态信号。因此，本专利技术非常适合于通电复位(POR)和功率下降复位(突卸载(brown-out)复位(BOR))模式。这种电路的可预测和高效工作将保证所有的用电池(2伏或者更高)工作的所有应用可靠地工作。根据本专利技术的各实施例，可以利用通常的制造方法在一半导体集成电路基片上实现一种改进的带隙电压比较器电路。通常的PNP晶体管例如是但不局限于横向PNP(LPNP)晶体管可以用在仅需要两个电流镜以形成一带隙电压比较器的电路中。仅使用两个电流镜大大简化了带隙电路并提高了突变电压对于温度变化的稳定性。用于第二电流镜电路的PNP晶体管发射极的面积可以是用于第一电流镜电路的PNP晶体管发射极的面积的约4-48倍，其取决于比较器电路所需的增益。在图4A中表示本专利技术的一基本示范性的带隙电压比较器线路图，下面将更详细地介绍。在图4的示意图中表示根据本专利技术的各实施例的具有可调节突变点的带隙比较器电路，下面将更详细地介绍。在附图说明图11中表示图2中所示的带隙比较器低电压检测系统的实施例的工作模拟的曲线。在图5中表示可以与图4中所示的带隙比较器电路结合使用的输出缓冲器电路。在图6中表示可以结合图4中所示的带隙比较器使用的通电复位延迟电路，下面将更详细地介绍。在图7中表示可以结合图4中所示的带隙比较器使用的断电输出锁定电路，下面将更详细地介绍。在由Paul Gday和Robert Meyer所著的由John Wiley&Sons,ISBN按0-471-897493-0出版的“模拟集成电路的分析和设计”(1984，第2版)中更完整地介绍了集成电路装置中的带隙电压工作情况，这里引用可供全面参考。本专利技术的一个特征是带隙电压比较器在1伏和其以上工作。另一个特征是低电流工作。再一个特征是通电和断电突变点可以独立地设定。再一个特征是当检测到电源低电压状态时立即产生通电复位(POR)信号。再一个特征是在检测到电源电压上升超过一期望电压值(突变点)之后将一POR信号OK时间延迟。再一个特征是当处于待用模式时，基本上不利用电源供电。再一个特征是当从待用模式转为工作模式时估计电压电平并且如果出现低电压状态产生POR信号。本专利技术的优点是，利用通常的半导体制造方法在一集成电路上可以实现本专利技术，同时仅需要其上很小的制造面积。另一个优点是低电流工作。再一个优点是突变点对于电压上升和下降次数不敏感。再一个优点是在所有的加工过程转变和工业温度范围内精确的突变点最好为上下约50毫伏。根据如下的对于在附图中所表示的本专利技术的各优选实施例更具体的介绍，将会使本专利技术的上述和其它特征和优点变得更清楚。图1是一具有通电复位的带隙比较器电压检测系统的微控制器集成电路方块示意图。图2是根据本专利技术的一实施例的带隙比较器低电压检测系统的线路方块图。图3是图2中所示的电阻编程部件的线路方块图。图4是图2中所示的带隙比较器部件的线路图。图4A是根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带隙电压比较器包含：第一和第二晶体管，用于形成第一电流镜，其中第二晶体管按二极管连接；第三和第四晶体管，用于形成第二电流镜，其中第三晶体管按连接二极管；第一、第二、第三和第四晶体管都包含发射极、基极和集电极；具有第一和第 二端的第一电阻，其中第一端连接到第二晶体管的基极和集电极以及第一晶体管的基极；第一电阻的第二端连接到第一电压节点；具有第一和第二端的第二电阻，其中第一端连接到第三晶体管的基极和集电极以及第四晶体管的基极；第二电阻的第二端连接到第 一电阻的第一端；以及第一、第二、第三和第四晶体管的发射极连接到第二电压节点。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：莱顿伊格，威廉斯米特，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]