超低功耗电压检测电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路技术领域，涉及一种超低功耗的电压检测电路，尤其是一种适用于射频识别电子标签、双界面智能卡等要求极低功耗的应用领域。
【背景技术】
[0002]随着半导体工艺的迅速发展和芯片集成度的不断提高，低功耗技术已经成为当前IC设计研究的热点。单个芯片上集成的功能模块越多，对芯片的功耗要求就越高。相反，降低功耗在节省能源、减小设备成本等方面都有着巨大的商业前景。以业界比较熟悉的无线通讯系统(例如:射频识别系统和非接触智能卡系统)为例，低功耗早已成为其设计成败的关键考虑因素。
[0003]电压检测电路是芯片电源管理方面的一个关键模块，它对系统工作电源的健壮性、可靠性都起着至关重要的作用。传统的电压检测电路如图1所示，它主要由电阻分压网络101、参考电压产生电路和电压比较器构成。其基本工作原理是:电阻分压网络对系统电源电压Vdd进行实时检测，并通过电压比较器，与参考电压产生电路的输出基准进行比较，确定电源电压是否满足系统工作的需求。可见，上述基准电压的输出精度直接决定着电压检测点的准确性，电压比较器的转换速率则决定着电压检测电路的瞬态响应特性。此外，传统电压检测电路的每一个组成部分都消耗了不菲的功耗，以电阻分压电路为例，若想得到nA级的工作电流，则电阻总值至少要大于几十ΜΩ级，考虑到寄生电容的影响，几十ΜΩ电阻又会降低响应速率。如果再关注芯片面积，几十MΩ电阻和额外的参考电压产生电路，又会增加不小的面积开支，使得芯片缺乏成本优势。
[0004]综合考虑，传统的电压检测电路，无论在功耗方面、还是在面积方面，都无法胜任当前超低功耗、较高精度的应用场合。
【发明内容】
[0005]针对传统电压检测电路的技术瓶颈，本发明提供了一种超低功耗、较高精度的新型电压检测电路。
[0006]为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现的:
[0007]本发明包括MOS 二极管分压网络、电平检测电路、输出逻辑电路三部分。MOS 二极管分压网络的主要功能是对待检测电压进行持续采样，并为电平检测电路中的NPN三极管提供基极输入电压和基极输入电流；电平检测电路是本发明的核心部分，它借鉴了带隙基准的基本思想，在无需基准电压的条件下即可实现对待检测电压的精确检测，且电压检测点具有良好的温度特性；输出逻辑电路则是对最后的检测输出信号进行整形。
[0008]上述MOS 二极管分压网络包括第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第七NMOS管。其中第五PMOS管至第八PMOS管都是以PMOS 二极管的形式连接，即PMOS的栅极和漏极相连。然后这些PMOS 二极管逐级串联起来，第五PMOS管的源极接电源电压vdd,栅极和漏极接第六PMOS管的源极，依此类推。最后，第八PMOS管的栅极和漏极接第七NMOS管的漏极，第七NMOS管的栅极接使能接控制信号END，第七NMOS管的源极接地。另外，第五PMOS管的栅极和漏极以及第六PMOS管的源极相连，并作为电平检测电路的输入信号。
[0009]上述电平检测电路包括第零PMOS管至第四PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第零NMOS管至第四NMOS管、第一 NPN管、第二 NPN管、第一电阻、第二电阻。第一 NPN管和第二 NPN管的基极相连，并且连至MOS 二极管分压网络中第五PMOS管的栅极和漏极以及第六PMOS管的源极，由分压网络提供基极输入电压和基极输入电流。第一 NPN管的发射极接第一电阻的阳极，第二 NPN管的发射极接第一电阻的阴极和第二电阻的阳极，第二电阻的阴极接第四NMOS管的漏极，第四NMOS管的源极接地，栅极接使能控制信号END。第一 NPN管的集电极接第一 PMOS管的栅极和漏极、第二 PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极、第九PMOS管的漏极、第零PMOS管的源极，第二 NPN管的集电极接第二 PMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极、第十PMOS管的漏极、第零PMOS管的栅极和漏极。另外，第一 PMOS管至第四PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管，它们的源极均接至电源电压vdd ;第零NMOS管至第四NMOS管，它们的源极均接至地。第四PMOS管的漏极接第零NMOS管的栅极和漏极、第三NMOS管的漏极、第一 NMOS管的栅极。第三NMOS管的栅极接使能控制信号ENB。第三PMOS管的漏极接第一 NMOS管的漏极、第二 NMOS管的漏极，同时连接至输出逻辑电路中第i^一 PMOS管的栅极和第五NMOS管的栅极，作为输出逻辑电路的输入信号。第二 NMOS管的栅极接使能控制信号ENB。
[0010]上述输出逻辑电路包括第^^一 PMOS管、第五NMOS管，第二或非门。其中第^^一PMOS管和第五NMOS管组成了一个反相器，即:第十一 PMOS管的源极接电源电压vdd ;第i^一 PMOS管的栅极接第五NMOS管的栅极，并连至电平检测电路中第三PMOS管的漏极、第一NMOS管的漏极和第二 NMOS管的漏极；第^^一 PMOS管的漏极接第五NMOS管的漏极，同时连接第二或非门的一个输入端；第五NMOS管的源极接地。第二或非门的另一个输入端接使能控制信号ENB，第二或非门的输出端即为本发明的电压检测电路的最终输出信号。
[0011]使能控制信号ENB和END反相，其中END是本发明的电压检测电路的输入使能控制信号，ENB则由END经过一级反相器产生。
[0012]本发明与传统技术相比，结构简单新颖，工作原理易于实现，其核心器件均工作在亚阈值区，具有极低的静态功耗，同时可以避免使用ΜΩ级的电阻和参考电压产生电路，在功耗和面积两方面均有质的提升。另外由于借鉴了带隙基准的基本思想，本发明的电压检测点具有良好的精度和温度特性，满足通用电源管理模块的技术指标。
【附图说明】
[0013]图1是传统电压检测电路的结构示意图。
[0014]图2为本发明超低功耗电压检测电路的第一个实施例。
[0015]图3为本发明超低功耗电压检测电路的第二个实施例。
【具体实施方式】
[0016]为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
[0017]如图2所示，本发明具有超低功耗、较高精度的电压检测电路，包括MOS 二极管分压网络201、电平检测电路202、输出逻辑电路203三部分。MOS 二极管分压网络201的主要功能是对电源电压vdd进行持续采样，并为电平检测电路202中的NPN三极管提供基极电压和基极电流；电平检测电路202是本发明的核心部分，它利用了带隙基准的思想，在无需基准电压的条件下即可实现对电源电压vdd的精确检测，且电压检测点具有良好的温度特性；输出逻辑电路203则完成对输出信号的整形。
[0018]MOS 二极管分压网络201包括第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第七NMOS管。其中第五PMOS管至第八PMOS管都是以PMOS 二极管的形式连接，即PMOS的栅极和漏极相连。然后这些PMOS 二极管逐级串联起来，第五PMOS管的源极接电源电压vdd,栅极和漏极接第六PMOS管的源极，依此类推。最后，第八PMOS管的栅极和漏极接第七NMOS管的漏极，第七NMOS管的栅极接使能接控制信号END，第七NMOS管的源极接地。另外，第五PMOS管的栅极和漏极以及第六PMOS管的源极相连，并作为电平检测电路202的输入信号。
[0019]电平检测电路202包括第零PMOS管至第四PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第零NMOS管至第四NMOS管、第一 NPN管、第二 NPN管、第一电阻、第二电阻。第一 NPN管和第二NPN管的基极相连，并且连至MOS 二极管分压网络中第五PMOS管的栅极和漏极以及第六PMOS管的源极，由分压网络提供基极输入电压和基极输入电流。第一 NPN管的发射极接第一电阻的阳极，第二 NPN管的发射极接第一电阻的阴极和第二电阻的阳极，第二电阻的阴极接第四NMOS管的漏极，第四NMOS管的源极接地，栅极接使能控制信号END。第一 NPN管的集电极接第一 PMOS管的栅极和漏极、第二 PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极、第九PMOS管的漏极、第零PMOS管的源极，第二 NPN管的集电极接第二 PMOS管的漏极、第三PMOS管的栅极、第十PMOS管的漏极、第零PMOS管的栅极和漏极。另外，第一 PMOS管至第四PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管，它们的源极均接至电源电压vdd ;第零NMOS管至第四NMOS管，它们的源极均接至地。第四PMO