一种电压检测点离散程度和速度可调的电压传感器装置制造方法
【专利摘要】一种电压检测点离散程度和速度可调的电压传感器装置。电压传感器电路是模拟电路中的一种用于检测电源状态的电路，它会跟踪电源上电压的抖动和变化，通过输出端送出的结果来判断电源上电压的大小。电压传感器电路中通常会设置n(n为≥1的自然数)个电压检测点，这n个检测点将整个电源域分成了n+1个区间，通过测量电压检测电路中n条支路的输出，能够准确判断电源所在的区间。在实际的集成电路制造过程中，这些电压检测点会因为一些非理想的效应而各自呈现出正态分布的状态，即批量生产的电压检测电路的检测点会一定概率的落在成品率范围外，从而提高产品成本。电压传感器电路的速度是其动态指标，它用来衡量电源电压上存在跨过检测点的脉冲时，电压传感器电路能够做出反应的最窄的脉冲宽度。不用应用中，电压传感器电路的速度存在着差别。本发明的电路结构通过调整比较器输入MOS管的尺寸和比较器输入节点电容实现了一种电压检测点离散程度和速度可调的电压传感器电路。
【专利说明】一种电压检测点离散程度和速度可调的电压传感器装置
【技术领域】
[0001] 本发明为一种电压检测点离散程度和速度可调的电压传感器装置，用来检测电压 所在的区域，属于模拟电路设计领域。
【背景技术】
[0002] 电压检测电路（Voltage-Detector)简称VD，用来检测电压所在区间的电路，属于 电压传感器中的一类。通常VD会包含n个比较器，每个比较器的一端接基准电压，另一端 接电阻串分压以后的电压值，这n个比较器将整个电压范围分成了 n+1个区间。当待测电 压从一个区间跳变到另一个区间时，VD中n个比较器的输出会存在变化。
[0003] 电压传感器的应用很广，只要是需要对电压下进行操作时，都会采用电压传感器 对电压进行跟踪，这其中VD是较为普遍的一种结构。智能卡芯片中的VD，需要对供电电源 进行检测，判断出供电电压属于A、B或者C中的哪一类，将判断信息送给控制部分；电压基 准源会在供电电源较低的时候切换到直通模式，而该控制信号正是VD提供；芯片上的IO往 往需要高驱动能力，以便驱动负载，但是低压和高压下相同的驱动电流会浪费功耗，所以用 VD来对电源进行跟踪，当电压过低，开启高功耗模式，保持驱动能力，当电压正常，切换回低 功耗模式。
[0004] 衡量VD的第一个指标是电压检测点精度。图1中标出了理想情况下VD电压检测 点的计算过程，V_p为电压检测点：
[0005] V_P*R2/(R1+R2) = VREF
[0006] V_P = VREF(1+R1/R2)
[0007] 实际的集成电路制造过程中，比较器输入对管之间总会存在着因失配导致的失调 电压。假设该失调电压为V0S，这时电压检测点变为：
[0008] V_P = (VREF土 Vos) (1+R1/R2)
[0009] 由于电阻匹配存在着误差，R1/R2的值和理想情况有差别；基准电压VREF也不会 精准的等于理想值，两者都会使得VD的电压检测点存在随机的误差。但是这两项的影响可 以通过版图设计和VREF的校准减小到忽略。
[0010] 衡量VD的另外一个重要指标是检测速度。当待测电压VCC上存在一个跨区域的窄 脉冲时，VD能够检测出来的最窄脉冲宽度即为VD的检测速度，如图2所示。此时VCC有一 个从区域2跳变到区域1的上跳脉冲，VD的一个比较器支路VP_H刚好能在输出端0UTPUT_ H输出一个窄脉冲，表明VCC上存在上跳脉冲。
[0011] 影响检测速度t的因素主要有两个：电阻串分压节点RC延时和比较器自身延时。 将VD电路简化后的示意图如图3所示。比较器输入对管等效为电容，如果保持比较器中流 过的电流大小，改变电阻串分压节点电容的大小，可以调节VD的速度。
【发明内容】
[0012] 在特定的工艺下，批量生产的VD的每一个电压检测点都会服从正态分布。为了保 证成品率，希望电压检测点的标准差要小于某个值。VD中输入对管因为失配导致的检测点 离散是检测点离散的主要原因，这样就希望通过电路设计调整该范围，直到达标。由于制造 厂商提供的器件失配模型和实际器件存在差别，甚至有些新工艺下没有失配的模型，所以 本发明希望可以通过接通不同数目的输入对管，来控制比较器的失调电压，从而控制电压 检测点的离散程度，因为VD的电压检测点正态分布的标准差是和接入比较器的输入对管 的面积相关的。输入对管的失调电压可以用下面的公式来表示：
【权利要求】
1. 一种电压检测点离散程度和速度可调的电压传感器装置，其特征在于该传感器装置 包括电阻串、比较器阵列和比较器输入对管，电阻串顶端为待测输入电压VCC，电阻串分压 以后电压值被送入比较器阵列中，比较器阵列将电阻串送来的电压和基准电压进行比较， 输出一个位宽为n的结果，n为比较器的个数，比较器输入对管的端口上存在着电容阵列， 对位宽为n的结果进行判断从而确定被检测电压VCC所在的范围。
2. 如权利要求1所述的装置，其特征在于电压VCC从电阻串顶端送入后，首先经过一个 开关管，该开关管可以用来控制传感器装置的工作状态，当不需要该装置工作的时候，开关 处于开启状态；当希望该装置监测VCC时，开关处于闭合状态，电阻串对VCC进行分压。
3. 如权利要求1所述的装置，其特征在于比较器阵列有n个比较器构成，n个比较器中 包括迟滞比较器结构和非迟滞比较器结构；当比较器为迟滞结构的时候，需要从电阻串抽 出两个节点来确定迟滞的上升检测点和下降检测点；当比较器为非迟滞结构的时候，比较 器需要从电阻串中抽出1个节点。
4. 如权利要求1所述的装置，其特征在于比较器输入对管中一端为固定的VREF信号， 作为比较的基准，另一端是输入的位宽为n的结果，比较器输入对管由m个MOS管并联组 成，接入电路中MOS管的个数由开关控制；比较器输入对管输入端口中包含了电容阵列。
5. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，电压VCC经过电阻串分压以后的值可以送入 比较器阵列的正端口，也可以送入比较器阵列的负端口。
6. 如权利要求1所述的装置，其特征在于，比较器输入对管可以是NMOS管，也可以是 PMOS 管。
7. 如权利要求1所述的装置，其特征在于当改变电压检测点精度时，分别将比较器输 入对管中并联的第一个MOS管接到比较器阵列中，其余MOS管的源极和漏极与第一个MOS 管接在一起，通过双向选择开关来控制其余MOS管的栅极是接到第一个MOS管的栅极还是 地，通过控制比较器中输入对管的面积，从而改变电压检测点离散程度。
8. 如权利要求1所述的装置，其特征在于当改变检测速度时，电容阵列一端接地，另一 端通过开关连接到比较器阵列的输入端，通过控制比较器输入对管输入端的到地电容，改 变RC常数，控制工作速度；接入的比较器输入对管的输入端电容越多，工作速度越慢，接入 的比较器输入对管的输入端电容越少，工作速度越快。
【文档编号】G01R19/00GK104407194SQ201410427347
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】孙志刚 申请人:北京中电华大电子设计有限责任公司