一種電壓檢測點離散程度和速度可調(diào)的電壓傳感器裝置制造方法
【專利摘要】一種電壓檢測點離散程度和速度可調(diào)的電壓傳感器裝置。電壓傳感器電路是模擬電路中的一種用于檢測電源狀態(tài)的電路，它會跟蹤電源上電壓的抖動和變化，通過輸出端送出的結(jié)果來判斷電源上電壓的大小。電壓傳感器電路中通常會設(shè)置n(n為≥1的自然數(shù))個電壓檢測點，這n個檢測點將整個電源域分成了n+1個區(qū)間，通過測量電壓檢測電路中n條支路的輸出，能夠準確判斷電源所在的區(qū)間。在實際的集成電路制造過程中，這些電壓檢測點會因為一些非理想的效應(yīng)而各自呈現(xiàn)出正態(tài)分布的狀態(tài)，即批量生產(chǎn)的電壓檢測電路的檢測點會一定概率的落在成品率范圍外，從而提高產(chǎn)品成本。電壓傳感器電路的速度是其動態(tài)指標，它用來衡量電源電壓上存在跨過檢測點的脈沖時，電壓傳感器電路能夠做出反應(yīng)的最窄的脈沖寬度。不用應(yīng)用中，電壓傳感器電路的速度存在著差別。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)通過調(diào)整比較器輸入MOS管的尺寸和比較器輸入節(jié)點電容實現(xiàn)了一種電壓檢測點離散程度和速度可調(diào)的電壓傳感器電路。
【專利說明】一種電壓檢測點離散程度和速度可調(diào)的電壓傳感器裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種電壓檢測點離散程度和速度可調(diào)的電壓傳感器裝置，用來檢測電壓 所在的區(qū)域，屬于模擬電路設(shè)計領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 電壓檢測電路（Voltage-Detector)簡稱VD，用來檢測電壓所在區(qū)間的電路，屬于 電壓傳感器中的一類。通常VD會包含n個比較器，每個比較器的一端接基準電壓，另一端 接電阻串分壓以后的電壓值，這n個比較器將整個電壓范圍分成了 n+1個區(qū)間。當待測電 壓從一個區(qū)間跳變到另一個區(qū)間時，VD中n個比較器的輸出會存在變化。
[0003] 電壓傳感器的應(yīng)用很廣，只要是需要對電壓下進行操作時，都會采用電壓傳感器 對電壓進行跟蹤，這其中VD是較為普遍的一種結(jié)構(gòu)。智能卡芯片中的VD，需要對供電電源 進行檢測，判斷出供電電壓屬于A、B或者C中的哪一類，將判斷信息送給控制部分；電壓基 準源會在供電電源較低的時候切換到直通模式，而該控制信號正是VD提供；芯片上的IO往 往需要高驅(qū)動能力，以便驅(qū)動負載，但是低壓和高壓下相同的驅(qū)動電流會浪費功耗，所以用 VD來對電源進行跟蹤，當電壓過低，開啟高功耗模式，保持驅(qū)動能力，當電壓正常，切換回低 功耗模式。
[0004] 衡量VD的第一個指標是電壓檢測點精度。圖1中標出了理想情況下VD電壓檢測 點的計算過程，V_p為電壓檢測點：
[0005] V_P*R2/(R1+R2) = VREF
[0006] V_P = VREF(1+R1/R2)
[0007] 實際的集成電路制造過程中，比較器輸入對管之間總會存在著因失配導(dǎo)致的失調(diào) 電壓。假設(shè)該失調(diào)電壓為V0S，這時電壓檢測點變?yōu)椋?br> [0008] V_P = (VREF土 Vos) (1+R1/R2)
[0009] 由于電阻匹配存在著誤差，R1/R2的值和理想情況有差別；基準電壓VREF也不會 精準的等于理想值，兩者都會使得VD的電壓檢測點存在隨機的誤差。但是這兩項的影響可 以通過版圖設(shè)計和VREF的校準減小到忽略。
[0010] 衡量VD的另外一個重要指標是檢測速度。當待測電壓VCC上存在一個跨區(qū)域的窄 脈沖時，VD能夠檢測出來的最窄脈沖寬度即為VD的檢測速度，如圖2所示。此時VCC有一 個從區(qū)域2跳變到區(qū)域1的上跳脈沖，VD的一個比較器支路VP_H剛好能在輸出端0UTPUT_ H輸出一個窄脈沖，表明VCC上存在上跳脈沖。
[0011] 影響檢測速度t的因素主要有兩個：電阻串分壓節(jié)點RC延時和比較器自身延時。 將VD電路簡化后的示意圖如圖3所示。比較器輸入對管等效為電容，如果保持比較器中流 過的電流大小，改變電阻串分壓節(jié)點電容的大小，可以調(diào)節(jié)VD的速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在特定的工藝下，批量生產(chǎn)的VD的每一個電壓檢測點都會服從正態(tài)分布。為了保 證成品率，希望電壓檢測點的標準差要小于某個值。VD中輸入對管因為失配導(dǎo)致的檢測點 離散是檢測點離散的主要原因，這樣就希望通過電路設(shè)計調(diào)整該范圍，直到達標。由于制造 廠商提供的器件失配模型和實際器件存在差別，甚至有些新工藝下沒有失配的模型，所以 本發(fā)明希望可以通過接通不同數(shù)目的輸入對管，來控制比較器的失調(diào)電壓，從而控制電壓 檢測點的離散程度，因為VD的電壓檢測點正態(tài)分布的標準差是和接入比較器的輸入對管 的面積相關(guān)的。輸入對管的失調(diào)電壓可以用下面的公式來表示：

【權(quán)利要求】
1. 一種電壓檢測點離散程度和速度可調(diào)的電壓傳感器裝置，其特征在于該傳感器裝置 包括電阻串、比較器陣列和比較器輸入對管，電阻串頂端為待測輸入電壓VCC，電阻串分壓 以后電壓值被送入比較器陣列中，比較器陣列將電阻串送來的電壓和基準電壓進行比較， 輸出一個位寬為n的結(jié)果，n為比較器的個數(shù)，比較器輸入對管的端口上存在著電容陣列， 對位寬為n的結(jié)果進行判斷從而確定被檢測電壓VCC所在的范圍。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于電壓VCC從電阻串頂端送入后，首先經(jīng)過一個 開關(guān)管，該開關(guān)管可以用來控制傳感器裝置的工作狀態(tài)，當不需要該裝置工作的時候，開關(guān) 處于開啟狀態(tài)；當希望該裝置監(jiān)測VCC時，開關(guān)處于閉合狀態(tài)，電阻串對VCC進行分壓。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于比較器陣列有n個比較器構(gòu)成，n個比較器中 包括遲滯比較器結(jié)構(gòu)和非遲滯比較器結(jié)構(gòu)；當比較器為遲滯結(jié)構(gòu)的時候，需要從電阻串抽 出兩個節(jié)點來確定遲滯的上升檢測點和下降檢測點；當比較器為非遲滯結(jié)構(gòu)的時候，比較 器需要從電阻串中抽出1個節(jié)點。
4. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于比較器輸入對管中一端為固定的VREF信號， 作為比較的基準，另一端是輸入的位寬為n的結(jié)果，比較器輸入對管由m個MOS管并聯(lián)組 成，接入電路中MOS管的個數(shù)由開關(guān)控制；比較器輸入對管輸入端口中包含了電容陣列。
5. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，電壓VCC經(jīng)過電阻串分壓以后的值可以送入 比較器陣列的正端口，也可以送入比較器陣列的負端口。
6. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，比較器輸入對管可以是NMOS管，也可以是 PMOS 管。
7. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當改變電壓檢測點精度時，分別將比較器輸 入對管中并聯(lián)的第一個MOS管接到比較器陣列中，其余MOS管的源極和漏極與第一個MOS 管接在一起，通過雙向選擇開關(guān)來控制其余MOS管的柵極是接到第一個MOS管的柵極還是 地，通過控制比較器中輸入對管的面積，從而改變電壓檢測點離散程度。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于當改變檢測速度時，電容陣列一端接地，另一 端通過開關(guān)連接到比較器陣列的輸入端，通過控制比較器輸入對管輸入端的到地電容，改 變RC常數(shù)，控制工作速度；接入的比較器輸入對管的輸入端電容越多，工作速度越慢，接入 的比較器輸入對管的輸入端電容越少，工作速度越快。
【文檔編號】G01R19/00GK104407194SQ201410427347
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】孫志剛 申請人:北京中電華大電子設(shè)計有限責任公司