负电压检测电路

摘要

本发明提供了一种负电压检测电路，包括：恒流源支路、负电压采样支路、比较基准电压支路、电流镜和比较器，其中电流镜用于将所述恒流源支路产生的电流镜像至所述负电压采样支路和所述比较基准电压支路，当所述比较器的正向输入端的电压大于或者等于所述比较器的负向输入端的电压时，所述比较器输出翻转，即此时判断检测到待测负电压。根据本发明实施例的负电压检测电路，通过将恒流源支路产生的电流镜像至所述负电压采样支路和所述比较基准电压支路，能很好的实现温度补偿，提高负电压的检测精度。

权利要求

1.一种负电压检测电路，其特征在于，包括：

恒流源支路，用于产生恒定的电流；

负电压采样支路，所述负电压采样支路包括第一电阻，所述第一电阻的一端接待测负电压；

比较基准电压支路，所述比较基准电压支路包括第二电阻，所述第二电阻的一端接地，所述第一电阻与所述第二电阻具有相同的温度系数；

电流镜，所述电流镜分别与所述恒流源支路、负电压采样支路和所述比较基准电压支路连接，用于将所述恒流源支路产生的电流镜像至所述负电压采样支路和所述比较基准电压支路；

比较器，所述第一电阻的另一端接所述比较器的正向输入端，所述第二电阻的另一端接所述比较器的负向输入端，当所述比较器的正向输入端的电压大于或者等于所述比较器的负向输入端的电压时，所述比较器输出翻转。

2.如权利要求1所述的负电压检测电路，其特征在于，所述电流镜包括：

第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管，所述第一MOS管、所述第二MOS管和所述第三MOS管共栅极和源极，所述第一MOS管的栅极和漏极相连且所述第一MOS管的源极接电源，所述第一MOS管的漏极接所述恒流源支路，所述第二MOS管的漏极接所述第一电阻的另一端，所述第三MOS管的漏极接所述第二电阻的另一端。

3.如权利要求2所述的负电压检测电路，其特征在于，所述待测负电压的大小可以用如下公式表示：VM= I0(R2-R1)

其中，VM为待测负电压，I0为恒流源支路产生的恒定的电流，R1为第一电阻，R2为第二电阻。

4.如权利要求2所述的负电压检测电路，其特征在于，所述恒流源支路包括恒流源，所述第一MOS管的漏极接所述恒流源。

5.如权利要求2所述的负电压检测电路，其特征在于，所述恒流源支路包括：第四MOS管、运算放大器和第三电阻，所述第四MOS管与所述第三电阻串联，所述第四MOS管的漏极接所述第一MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极接所述运算放大器的输出端，所述第四MOS管的源极接所述运算放大器的负向输入端，所述运算放大器的正向输入端接参考电压。

6.如权利要求5所述的负电压检测电路，其特征在于，所述第三电阻与所述第一电阻和第二电阻为相同类型的电阻，所述第三电阻与所述第一电阻和第二电阻具有相同的温度系数。

7.如权利要求2所述的负电压检测电路，其特征在于，所述负电压采样支路还包括修调电阻，所述修调电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述修调电阻的另一端接所述比较器的正向输入端。

8.如权利要求7所述的负电压检测电路，其特征在于，所述修调电阻与所述第一电阻和第二电阻为相同类型的电阻，所述修调电阻与所述第一电阻和第二电阻具有相同的温度系数。

9.如权利要求1所述的负电压检测电路，其特征在于，所述电流镜包括：

第一MOS管，所述第一MOS管的栅极和漏极相连且所述第一MOS管的源极接电源，所述第一MOS管的漏极接所述恒流源支路；

第二MOS管组合，所述第二MOS管组合包括第二MOS管和N个第一支路，每个所述第一支路包括第一支路MOS管和熔断电阻，所述第一支路MOS管与所述第二MOS管共栅极和源极，所述熔断电阻的一端接所述第一支路MOS管的漏极，所述熔断电阻的另一端接所述第一电阻的另一端；

第三MOS管组合，所述第三MOS管组合包括第三MOS管和N个第二支路，每个所述第二支路包括第二支路MOS管和熔断电阻，所述第二支路MOS管与所述第三MOS管共栅极和源极，所述熔断电阻的一端接所述第二支路MOS管的漏极，所述熔断电阻的另一端接所述第二电阻的另一端。

10.如权利要求2-9任一所述的负电压检测电路，其特征在于，所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管均为P沟道增强型MOS管。

说明书

负电压检测电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电压检测技术领域，特别涉及一种负电压检测电路。

背景技术

[0002] 传统的电压检测电路只能检测正电压，对于负电压的检测，受控于常规的比较器只能比较零伏以上的电平，一般需要经过电平的移位到正电平后才能进行检测。现有技术中一般通过加压的方式抬升电压。图1为现有技术中常见的一种负电压检测电路，通过在检测端VM与电源端VDD串联电阻R1与二极管D1，利用正向导通时二极管D1上会产生压降的原理，将比较器COM输入端VN的电压抬升，以此完成电位的转换来实现负电压检测。在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：这种检测电路没有经过温度补偿和修正，因此，检测精度不高，受温度影响较大。

发明内容

[0003] 本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

[0004] 为此，本发明的目的在于提出一种负电压检测电路，该负电压检测电路能很好的实现温度补偿，检测精度高。

[0005] 为达到上述目的，本发明的实施例提出了一种负电压检测电路，该负电压检测电路，包括：恒流源支路，用于产生恒定的电流；负电压采样支路，所述负电压采样支路包括第一电阻，所述第一电阻的一端接待测负电压； 比较基准电压支路，所述比较基准电压支路包括第二电阻，所述第二电阻的一端接地；电流镜，所述电流镜分别与所述恒流源支路、负电压采样支路和所述比较基准电压支路连接，用于将所述恒流源支路产生的电流镜像至所述负电压采样支路和所述比较基准电压支路；比较器，所述第一电阻的另一端接所述比较器的正向输入端，所述第二电阻的另一端接所述比较器的负向输入端，当所述比较器的正向输入端的电压大于或者等于所述比较器的负向输入端的电压时，所述比较器输出翻转。

[0006] 根据本发明实施例的负电压检测电路，通过将恒流源支路产生的电流镜像至所述负电压采样支路和所述比较基准电压支路，能很好的实现温度补偿，提高负电压的检测精度。

[0007] 优选地，所述电流镜包括：第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管，所述第一MOS管、所述第二MOS管和所述第三MOS管共栅极和源极，所述第一MOS管的栅极和漏极相连且所述第一MOS管的源极接电源，所述第一MOS管的漏极接所述恒流源支路，所述第二MOS管的漏极接所述第一电阻的另一端，所述第三MOS管的漏极接所述第二电阻的另一端。

[0008] 优选地，所述待测负电压的大小可以用如下公式表示：

[0009] VM= I0(R2-R1)

[0010] 其中，VM为待测负电压，I0为恒流源支路产生的恒定的电流，R1为第一电阻，R2为第二电阻。

[0011] 优选地，所述恒流源支路包括恒流源，所述第一MOS管的漏极接所述恒流源。

[0012] 优选地，所述恒流源支路包括：第四MOS管、运算放大器和第三电阻，所述第四MOS管与所述第三电阻串联，所述第四MOS管的漏极接所述第一MOS管的漏极，所述第四MOS管的栅极接所述运算放大器的输出端，所述第四MOS管的源极接所述运算放大器的负向输入端，所述运算放大器的正向输入端接参考电压。

[0013] 优选地，所述第三电阻与所述第一电阻和第二电阻为相同类型的电阻，所述第三电阻与所述第一电阻和第二电阻具有相同的温度系数。

[0014] 优选地，所述负电压采样支路还包括修调电阻，所述修调电阻的一端与所述第一电阻的另一端连接，所述修调电阻的另一端接所述比较器的正向输入端。

[0015] 优选地，所述修调电阻与所述第一电阻和第二电阻为相同类型的电阻，所述修调电阻与所述第一电阻和第二电阻具有相同的温度系数。

[0016] 优选地，所述电流镜包括：

[0017] 第一MOS管，所述第一MOS管的栅极和漏极相连且所述第一MOS管的源极接电源，所述第一MOS管的漏极接所述恒流源支路，

[0018] 第二MOS管组合，所述第二MOS管组合包括第二MOS管和N个第一支路，每个所述第一支路包括第一支路MOS管和熔断电阻，所述第一支路MOS管与所述第二MOS管共栅极和源极，所述熔断电阻的一端接所述第一支路MOS管的漏极，所述熔断电阻的另一端接所述第一电阻的另一端。

[0019] 第三MOS管组合，所述第三MOS管组合包括第三MOS管和N个第二支路，每个所述第二支路包括第二支路MOS管和熔断电阻，所述第二支路MOS管与所述第三MOS管共栅极和源极，所述熔断电阻的一端接所述第二支路MOS管的漏极，所述熔断电阻的另一端接所述第二电阻的另一端。

[0020] 优选地，所述第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管均为P沟道增强型MOS管。

[0021] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0022] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

[0023] 图1为现有的负电压检测电路的电路图；

[0024] 图2为根据本发明一实施例的负电压检测电路的电路图；

[0025] 图3为图2的仿真结果示意图；

[0026] 图4为根据本发明另一实施例的负电压检测电路的电路图；

[0027] 图5为根据本发明又一实施例的负电压检测电路的电路图。

具体实施方式

[0028] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

[0029] 下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

[0031] 参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

[0032] 首先参照附图来描述根据本发明一实施例提出的一种负电压检测电路。

[0033] 本发明的一实施例提供了一种负电压检测电路，如图2所示，该负电压检测电路100包括恒流源支路10、负电压采样支路20、比较基准电压支路30、电流镜40和比较器50。其中，恒流源支路10用于产生恒定的电流；负电压采样支路20用于检测负电压，包括第一电阻R1，第一电阻R1的一端接待测负电压VM，第一电阻R1的另一端接比较器50的正向输入端；比较基准电压支路30包括第二电阻R2，第二电阻R2的一端接地，第二电阻R2的另一端接比较器50的负向输入端，第一电阻R1和第二电阻R2具有相同的温度系数；电流镜40分别与恒流源支路10、负电压采样支路20和比较基准电压支路30连接，用于将恒流源支路10产生的电流镜像至负电压采样支路20和比较基准电压支路30，即流过负电压采样支路20的电流与流过比较基准电压支路30的电流相等；当比较器50的正向输入端的电压大于或者等于比较器
50的负向输入端的电压时，比较器50输出翻转，即此时判断检测到待测负电压VM。

[0034] 根据本实施例的负电压检测电路，通过将恒流源支路10产生的电流镜像至负电压采样支路20和比较基准电压支路30，能很好的实现温度补偿，提高负电压的检测精度。

[0035] 具体地，本实施例中的电流镜40由第一MOS管M0、第二MOS管M1和第三MOS管M2组成，其中，第一MOS管M0、第二MOS管M1和第三MOS管M2共栅极和源极，第一MOS管M0的栅极和漏极相连且第一MOS管M0的源极接电源VDD，第一MOS管M0的漏极接恒流源支路10，第二MOS管M1的漏极接第一电阻R1的另一端，第三MOS管M2的漏极接第二电阻R2的另一端。

[0036] 本发明中的电流镜40可以是任何结构，不限于上述实施例中描述的结构，只要能实现将恒流源支路10产生的电流镜像至负电压采样支路20和比较基准电压支路30，均在本发明的保护范围以内。

[0037] 同样地，本实施例中的恒流源支路10可以是恒流源、也可以由其他任何电子元器件组成，只要是能产生恒定的电流，均在本发明的保护范围以内。

[0038] 优选地，本实施例中的恒流源支路10包括第四MOS管M3、运算放大器OP和第三电阻R0，第四MOS管M3与第三电阻R0串联，第四MOS管M3的漏极接第一MOS管M0的漏极，第四MOS管M3的栅极接运算放大器OP的输出端，第四MOS管M3的源极接运算放大器OP的负向输入端，运算放大器OP的正向输入端接参考电压Vref2。

[0039] 下面结合图2来说明本实施例中负电压检测电路100的工作原理。

[0040] 本发明中MOS管的类型可以是任意的，本实施例中仅以第一MOS管、第二MOS管和第三MOS管均为P沟道增强型MOS为例来说明。

[0041] 则恒流源支路10产生恒定的电流I0后，由于负电压采样支路20和比较基准电压支路30为恒流源支路10的电流镜像电路，则流过负电压采样支路20的电流I1和流过比较基准电压支路30的电流I2相等且均等于I0，进一步地可以认为电流I0、I1和I2的大小以及温度系数是相同的。

[0042] 负电压采样支路20中，当待测负电压VM为负时，那么B点的电压Vdet=I1×R1+VM，其中，Vdet为第一电阻R1另一端的电压，I1为流过负电压采样支路20的电流，VM为待测电压。也就是说当 I1×R1>VM时，B点的电压为正值；即可以通过调整I1和第一电阻R1来调整B点的电压，从而达到负电压检测转换为正电压检测的目的。

[0043] 比较基准电压支路30中，C点电压Vref1=I2×R2，其中，Vref1为第二电阻R2另一端的电压，I2为流过比较基准电压支路30的电流；且第二电阻R2与第三电阻R0、第一电阻R1为相同类型的电阻，通常认为相同类型电阻的温度系数是相同的。

[0044] 假设待测的负电压为VM，则有：

[0045] Vref1=I2×R2  （1）

[0046] Vdet=I1×R1+VM  （2）

[0047] 当Vdet大于或等于Vref2时，比较器50输出翻转，则：Vdet=Vref1时，即可检测出待测的负电压。

[0048] 又有  I1=I2=I0  （3）

[0049] 则有  VM=I0(R2-R1)  （4）

[0050] 假设各电阻的温度系数为X，则增加电阻温度系数后的计算如下：

[0051] R0’=R0(1+X)  （5）

[0052] R1’=R1(1+X)  （6）

[0053] R2’=R2(1+X)  （7）

[0054] I0’=Vref2/R0(1+X)=I0/(1+X)  （8）

[0055] 又有  I1’=I2’=I0’  （9）

[0056] 则有  Vref1’=I2’×R2’= I0’×R2’= I0/(1+X)×R2×(1+X)=I0×R2  （10）[0057] 同理可有

[0058] Vdet’= I2’×R1’+VM= I0’×R1’+VM=I0/(1+X)×(R1×(1+X))+VM=I0×R1+VM  （11）

[0059] 又有  Vdet’=Vref1’  （12）

[0060] 其中，R0’表示考虑电阻温度系数后的第三电阻，R1’表示考虑电阻温度系数后的第一电阻，R2’ 表示考虑电阻温度系数后的第二电阻，I0’表示考虑电阻温度系数后的恒流源支路10产生恒定的电流，I1’表示考虑电阻温度系数后的流过负电压采样支路20的电流，I2’ 表示考虑电阻温度系数后的流过比较基准电压支路30的电流，Vref1’表示考虑电阻温度系数后的第二电阻R2另一端的电压，Vdet’表示考虑电阻温度系数后的第一电阻R1另一端的电压。

[0061] 则有  VM=I0(R2-R1)  （13）

[0062] 从上面的公式可知，待测负电压VM的大小与电阻温度系数无关，只与R1、R2和I0相关，也就是待测负电压VM的大小不随温度变化而变化。

[0063] 上述公式的推导是基于镜像电流完全相等的前提，即I1=I2=I0，但是，实际上有可能镜像得到的电流I1和I2与I0是有一定误差的，这个误差是可能由于制作工艺上的误差以及MOS管DS电压的不同，从而导致镜像的电流不一致。使用相同电流镜所得的I2则可以与I1有相同的镜像电流误差，该镜像电流误差设为A；

[0064] 即有：I1’=I2’=AI0  （14）

[0065] 其中，I1’表示考虑镜像电流误差后的流过负电压采样支路20的电流，I2’表示考虑镜像电流误差后的流过比较基准电压支路30的电流。

[0066] 基于上述的推导过程也可以推导出：

[0067] VM=AI0(R2-R1)  （15）

[0068] 同样也得到一个与电阻温度系数无关的公式，也就是待测负电压VM的大小不随温度变化而变化。

[0069] 图3是图2的仿真结果，此时Vref2设为0.050V，假设需要检测-0.050V电压，那么只需取电阻R1使得I1×R1=0.1V，如此Vdet=0.050V。在VM端加-0.050V电压，如图3所示的仿真结果显示：在全温下，Vref2与Vdet的变化曲线是基本一致的，且它们之间的差值基本维持在0.0003V左右，即实际通过比较器检测的负电压在全温下是基本没有变化的，也就保证了良好的负电压检测的温度特性。

[0070] 图4为根据本发明另一实施例的负电压检测电路的电路图，如图4所示，本实施例中的负电压检测电路与图2中的负电压检测电路的区别在于，本实施例中负电压采样支路20包括修调电阻RS和第一电阻R1，修调电阻RS的一端与第一电阻R1的另一端连接，第一电阻R1的一端接待测负电压VM，修调电阻RS的另一端接比较器50的正向输入端。优选地，修调电阻RS与第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R0是相同类型的电阻，且具有相同的温度系数。接入修调电阻后的待测负电压VM的计算公式为VM=AI0(R2-R1-RS)，即可以通过调节修调电阻RS的大小来调节待测负电压VM的大小，调节更加方便。

[0071] 图5为根据本发明又一实施例的负电压检测电路的电路图，如图5所示，其中，电流镜40包括：

[0072] 第一MOS管M0，第一MOS管M0的栅极和漏极相连且第一MOS管M0的源极接电源VDD，第一MOS管M0的漏极接恒流源支路10；

[0073] 第二MOS管组合41，第二MOS管组合41包括第二MOS管M1和N个第一支路，每个所述第一支路包括第一支路MOS管M11和熔断电阻R11，第一支路MOS管M11与第二MOS管M1共栅极和源极，熔断电阻R11的一端接第一支路MOS管M11的漏极，熔断电阻R11的另一端接第一电阻R1的另一端；

[0074] 第三MOS管组合42，第三MOS管组合42包括第三MOS管M2和N个第二支路，每个所述第二支路包括第二支路MOS管M21和熔断电阻R11，第二支路MOS管M21与第三MOS管M2共栅极和源极，熔断电阻R11的一端接第二支路MOS管M21的漏极，熔断电阻R11的另一端接第二电阻R2的另一端。

[0075] 本实施例中，通过对熔断电阻修调熔断，可以控制接入的第一支路和第二支路的数量，即控制接入电流镜40的MOS管的数量，进而调整流过负电压采样支路20的电流I1和流过比较基准电压支路30的电流I2的大小。如果接入的第一支路和第二支路的数量均为N，则此时I1=I2=N×I0，则待测负电压VM的计算公式为：VM=N×I0×(R2-R1)。即可以通过调节接入的第一支路和第二支路的数量和/或R1和R2来调节待测负电压VM的大小，调节更加方便。

[0076] 应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

[0077] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0078] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。