一种自偏置基准源欠压检测电路
阅读说明：本技术 一种自偏置基准源欠压检测电路 (Under-voltage detection circuit of self-biased reference source ) 是由 周泽坤 张志坚 龚州 王祖傲 王卓 张波 于 2021-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明属于电子电路技术领域,具体涉及一种自偏置基准源欠压检测电路。本发明的电路可以分为两个部分：自补偿电路和比较器电路。自补偿电路用于获取与REF成比例的电压,可实现2种比例,受电路的输出状态影响,OUT为低电平和高电平分别对应其中一种比例。比较器采用常见的核心实现比较器功能。本发明可以实现一个具有迟滞的基准的欠压检测电路,仅仅依赖自补偿电路就可以实现REF的成比例电压转换。(The invention belongs to the technical field of electronic circuits, and particularly relates to a self-biased reference source under-voltage detection circuit. The circuit of the invention can be divided into two parts: a self-compensation circuit and a comparator circuit. The self-compensating circuit is used for acquiring voltage proportional to REF, 2 proportions can be realized, and OUT is low level and high level which respectively correspond to one proportion under the influence of the output state of the circuit. The comparator adopts a common core to realize the function of the comparator. The invention can realize an undervoltage detection circuit with a hysteresis reference, and can realize proportional voltage conversion of REF only by depending on a self-compensation circuit.)
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，具体涉及一种自偏置基准源欠压检测电路。
背景技术
在集成电路中，基准源的欠压检测电路是一种十分重要的电路，它对系统的基准电压值进行检测和判断，为后续电路提供基准是否处于合适状态的信息，基准的欠压信息通常是整体系统是否使能有效的一个先决条件，决定了后续电路是否可以开始工作，避免了由于基准电压值不足而导致的系统错误。以电源管理芯片为例，基准电压通常是内部LDO的参考电压，如果基准电压处于欠压状态，将导致LDO的输出电压不足，引发后续电路的供电电压不足的问题，影响整个芯片的正常工作；此外，基准电压也常常是内部很多关键比较器的输入，决定了一些信号的逻辑判断，基准电压的不足将会严重影响系的逻辑判断，从而影响整个系统架构的预期效果和功能。因此研究出一种合适的基准的欠压检测电路具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决芯片内部由于基准电压不足影响芯片正常工作以及导致芯片无法实现预期功能的问题，提出了一种自偏置基准的欠压检测电路。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种自偏置基准源欠压检测电路，包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一三极管、第二三极管、第一反相器、第二反相器、第三反相器和电容；第一PMOS管的源极接电源，其栅极和漏极互连，其漏极和第八PMOS管的漏极和第一NMOS管的漏极；第八PMOS管的源极接电源，其栅极接使能信号；第一NMOS管的栅极接第二PMOS管的漏极，其源极通过第一电阻后接地；第二PMOS管的源极接电源，其栅极接第一PMOS管的漏极，第二PMOS管的漏极接第二NMOS管的漏极；第二NMOS管的栅极和漏极互连，其源极接基准电压；第三PMOS管的源极接电源，其栅极接第一PMOS管的漏极，第三PMOS管的漏极接第五PMOS管的源极，第五PMOS管的栅极接第二反相器的输出端，其漏极通过第二电阻后接基准电压；第四PMOS管的源极接电源，其栅极接第一PMOS管的漏极，第四PMOS管的漏极通过第二电阻后接基准电压；第五PMOS管的源极接电源，其栅极和漏极互连，其漏极接第九PMOS管的漏极；第九PMOS管的源极接电源，其栅极接使能信号；第一三极管的集电极接第五PMOS管的漏极，第一三极管的基极接第四PMOS管漏极与第五PMOS管漏极的连接点，第一三极管的发射极依次通过第三电阻和第四电阻后接地；第六PMOS管的源极接电源，其栅极接第五PMOS管的漏极，第六PMOS管的漏极接第二三极管的集电极、第十PMOS管漏极、电容的一端和第七PMOS管的栅极；第二三极管的基极接第一三极管的基极，第二三极管的发射极通过第四电阻后接地；第十PMOS管的源极接电源，其栅极接使能信号；电容的另一端接电源；第七PMOS管的源极接电源，其漏极接第二反相器的输入端和第五电阻的一端；第五电阻的另一端接地；第三NMOS管的栅极接第一反相器的输出端，其漏极接第一反相器的输入端，第三NMOS管的源极接地，第一反相器的输入端接使能信号；第二反相器的输出端接第三反相器的输入端，第三反相器的输出端为检测电路的输出端。
本发明的有益效果为，本发明可以实现一个具有迟滞的基准的欠压检测电路，仅仅依赖自补偿电路就可以实现REF的成比例电压转换。
附图说明
图1为基准的欠压检测电路时序图；
图2为基准的电压检测电路图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明技术方案进行详细描述：
图1为基准的欠压检测电路的时序图，当基准电压REF从低电压开始增加，当REF增加至达到VREF_ON的电压值后，输出逻辑OUT才会由低电平翻转至高电平；当REF从较高电压开始降低，当REF降低至小于VREF_OFF的电压值后，输出逻辑OUT才由高电平翻转至低电平。对于REF从低到高变化和从高到低变化的欠压检测点存在一个迟滞窗口，VREF_ON比VREF_OFF要高。
图2为基准的电压检测电路图，包含了5个电阻、1个电容、2个npn双极型晶体管、3个N型MOSFET、10个P型MOSFET以及3个反相器。N型MOSFET和P型MOSFET均为5V低压器件，三极管Q1和Q2的尺寸比例为8∶1。电路的输入信号包含两个输入：基准电压REF、使能信号EN，电路的输出信号为OUT，电路的电源轨为VCC-GND，电源轨之间的差值为5V。
电路中N3、P8、P9、P10晶体管均为使能管，在使能信号EN为高电平1时，电路使能有效，使能管均处于截止状态；当使能信号EN为低电平0时，电路使能无效，使能管均处于开启状态，将电路的关键节点的电压拉至相应的电源轨电压。
除了使能管外，电路大致可以分为两个部分：自补偿电路和比较器电路。自补偿电路用于获取与REF成比例的电压，可实现2种比例，受电路的输出状态影响，OUT为低电平和高电平分别对应其中一种比例。比较器采用常见的核心实现比较器功能，其中Q1和Q2之间的比例关系为8∶1。
自补偿电路中N1、N2的尺寸比例和P1、P2的尺寸比例均为4∶1，R1、R2采用匹配的电阻，P1和P3、P4的尺寸比例均为4∶2。该电路主要是采用电压转电流以及电流转电压的方式实现一个和REF成比例的比较电压VCMP，REF电压值通过N1、N2管后使作用在R1两端的电压为：
VR1＝REF+Vgs.N2-Vgs.N1
由于电路电流镜N1、N2和P1、P2的比例一致，因此N1、N2的VGS相等，实现了VGS的自补偿，从而实现一个由REF决定的电流I1。
电流I1再经过电流镜像后作用在R2上实现电流转电压的功能，最后可以得到和REF成比例的VCMP，当OUT为高时，A节点为高电平，P5管处于关断状态，流过R2的电流为0.5倍的R1的电流；当OUT为低时，A节点为低电平，P5管处于开启状态，，流过R2的电流为1倍的R1的电流。
OUT为高电平
OUT为低电平
比较器为常规的比较器结构，比较器的翻转点为常规的电压值1.2V，主要由核心实现，Q1、Q2的比例为8∶1，在临界翻转点时，流过Q1和Q2的电流值相等，均等于此时流过R3上的电流。
比较器实现的输入电压的翻转点VTriggle为：
当比较器的输入电压低于VTriggle时，流过Q1的电流将会大于流过Q2的电流，比较器的输出为低电平；当比较器的输入电压高于VTriggle时，流过Q1的电流将会小于流过Q2的电流，比较器的输出为高电平；
下面对输入信号REF的两种变化趋势对电路的具体工作状态进行阐述说明。
1、REF从低电压开始增加
当RFF较低时，VCMP的电压值也较低，低于VTrigggle，此时OUT为低电平，A节点也为高电平，P5管处于截止状态，此时的VCMP和REF之间的比例关系为：
当RFF逐渐升高后，VCMP的电压值也逐渐升高，达到VTrigggle后，流过Q1的电流将会小于流过Q2的电流，从而使OUT的状态从低电平翻转至高电平，因此可以对REF实现如下的比较点：
此时虽然OUT变为高电平，A节点电位变为低电平了，导致P5管从关断状态变为开启状态，这意味着R2上的压降变得更大了，比较器的输出将保持在低电平，不会影响比较器的输出。
2、REF从高电压开始降低
当RFF较高时，VCMP的电压值也较高，高于VTrigggle，此时流过Q1的电流将会小于流过Q2的电流，因此OUT为高电平，A节点为低电平，P5管处于开启状态，此时的VCMP和REF之间的比例关系为：
当RFF逐渐降低后，VCMP的电压值也逐渐降低，低于VTrigggle后，流过Q1的电流将会大于流过Q2的电流，从而使OUT的状态从低电平翻转至高电平，因此可以对REF实现如下的比较点：
此时虽然OUT变为低电平，A节点电位变为高电平了，导致P5管从开启状态变为关断状态，这意味着R2上的压降变得更小了，比较器的输出将保持在高电平，不会影响比较器的输出。
综上所述，本发明可以实现一个具有迟滞的基准的欠压检测电路，仅仅依赖自补偿电路就可以实现REF的成比例电压转换。
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