一种多阈值低电压检测电路的制作方法

本发明涉及电子电路领域，尤其是一种多阈值低电压检测电路。
背景技术：
：集成电路是指采用现代半导体加工技术加工而成的、内部集成了数量较大的晶体管、电阻电容等半导体器件、能完成特定功能且应用在现代电子系统中的一种微型部件。每一颗集成电路都需要有一个外部电压供电装置，并且该装置必须维持在一定的电压范围内(即每一颗集成电路都有一个稳定工作的电源电压范围)才能够正常工作，若超出了集成电路的正常工作电压范围就可能造成工作紊乱。常用的外部电压供电装置包括化学干电池、锂电池等，这些电池在给一颗集成电路供电时需要一定的时间，即集成电路的电源电压从零上升到该电路的电源电压规范值需要有一个过程。另一方面，以上电池在使用一段时间后其电压会慢慢降低，因此集成电路在使用过程中其电源电压是经常变化的，必须确保这种变化的范围保持在该电路的电源电压规范范围内，否则将造成电路内部信号出现不确定或者与预期结果相违背的情况，从而使得电路出现误操作等。为了避免电路出现不正常的工作状态，通常会使用低电压检测电路对电源电压进行实时监测，当电源电压低于低电压检测有效值lvda时，执行报警、复位和启动后备电池等操作。反之，当电源电压从零开始慢慢上升(这时由于电源电压很低，因此低电压检测结构肯定是起作用的)，当超过低电压检测释放值lvdr时，低电压检测被释放，电路进入正常的工作状态。因此对某一个低电压检测结构来说，其低电压检测值实际包括lvda、lvdr两个值来表征其性能指标。目前常见的低电压检测电路如图1所示，通常都采用一种能够体现电源电压变化的分压结构，产生一个分压电压信号，再与参考电压电路产生的参考电压一起输入比较器中进行比较，根据比较结果进行必要的处理，如延迟、整形等，然后输出相应的低电压检测信号，这种低电压检测电路对参考电压要求很高，同时由于其只具有唯一的低电压检测值，因此检测局限性也比较大，在实际应用过程中，可能会选用不同数量的化学干电池为集成电路供电，当化学干电池的数量不同时，低电压检测值(包括lvda和lvdr)也应该不同，显然图1公开的检测电路无法对不同的低电压检测值进行检测，无法适用于不同的应用场景。技术实现要素：本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种多阈值低电压检测电路，本申请可以设置多组低电压检测阈值，从而满足不同集成电路对低电压检测功能的要求。本发明的技术方案如下：一种多阈值低电压检测电路，该电路包括：信号输入端、m个控制信号端、信号输出端、分压模块、带隙基准模块、电阻控制模块、比较模块和触发器，电阻控制模块包括m个输入端和2m个输出端，m为正整数；分压模块的输入端连接信号输入端，分压模块的输出端连接比较模块的第一电压输入端，带隙基准模块的输出端连接比较模块的第二电压输入端，比较模块的输出端连接触发器的输入端，触发器的输出端连接信号输出端；分压模块中包括依次串联的第一可变电阻、第一电阻和第二电阻，该串联电路的一端连接分压模块的输入端、另一端接地，第一电阻和第二电阻的公共端连接分压模块的输出端，第一可变电阻的控制端连接电阻控制模块的输出端，电阻控制模块的每个输入端分别连接一个控制信号端；信号输入端用于连接待检测的电源电压，信号输出端用于输出低电压检测信号，m个控制信号端用于接收至少两个不同的控制信号组，多阈值低电压检测电路在接收到不同的控制信号组时，通过信号输出端输出与控制信号组对应的低电压检测信号。其进一步的技术方案为，第一可变电阻包括n个依次串联的分压电阻，每个分压电阻分别与一个传输门并联，每个传输门的控制端分别连接电阻控制模块的一个输出端，1≤n≤2m且n为整数。其进一步的技术方案为，比较模块包括第一pmos管、第二pmos管、第一nmos管和第二nmos管，第一nmos管的栅极与第二nmos管的栅极相连并连接第一nmos管的漏极，第一nmos管的源极和第二nmos管的源极分别接地，第一nmos管的漏极还连接第一pmos管的源极，第一pmos管的栅极连接比较模块的第一电压输入端，第二nmos管的漏极连接第二pmos管的源极，第二pmos管的栅极连接比较模块的第二电压输入端，第二nmos管和第二pmos管的公共端连接比较模块的输出端；第一pmos管的漏极通过第三电阻和第四电阻连接信号输入端，第二pmos管的漏极通过第五电阻和第六电阻连接信号输入端，第三电阻和第五电阻的阻值相同，第四电阻与第六电阻的阻值相同，第四电阻与一个传输门并联，传输门还与第六电阻并联，传输门的控制端连接电阻控制模块的输出端。其进一步的技术方案为，电路包括2个控制信号端，第一可变电阻包括3个依次串联的分压电阻；则电阻控制电路包括第一输入端、第二输入端、第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端，第一输出端、第二输出端和第三输出端分别用于连接与每个分压电阻并联的传输门的控制端，第四输出端用于连接与第四电阻和第六电阻并联的传输门的控制端；第一输入端分别连接第一或门、第二或门和第四与门的输入端，第一输入端还通过反相端连接第一或门、第二或门和第三与门的输入端，第二输入端分别连接第一与门、第二与门、第三与门和第四与门的输入端，第一或门的输出端连接第一与门的输入端，第二或门的输出端连接第二与门的输入端，第一与门的输出端连接第一输出端，第二与门和第三与门的输出端分别连接第三或门的输入端，第三或门的输出端连接第二输出端，第四与门的输出端连接第三输出端，第一与门、第三或门和第四与门的输出端分别连接第四或门的输入端，第四或门的输出端连接第四输出端。其进一步的技术方案为，带隙基准模块包括第二可变电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一三极管、第二三极管、第十电阻、电容和比较器；第七电阻、第八电阻和第九电阻依次串联，该串联电路的一端连接第一三极管的发射极、另一端连接第二三极管的发射极，第一三极管的基极连接集电极并接地，第二三极管的基极连接集电极并接地，第七电阻与第一三极管的公共端连接比较器的正向输入端，第八电阻与第九电阻的公共端连接比较器的负向输入端，比较器的输出端连接带隙基准模块的输出端；第七电阻和第八电阻的公共端连接第二可变电阻，第二可变电阻的另一端连接比较器的输出端，比较器的输出端还分别连接第十电阻和电容，第十电阻和电容的另一端分别接地。其进一步的技术方案为，第二可变电阻采用熔丝结构，熔丝结构的第二可变电阻包括依次串联的m个熔丝电阻，每个熔丝电阻分别与一根熔丝并联，每个熔丝电阻的两端分别连接一个熔丝压点，m为正整数。其进一步的技术方案为，带隙基准模块中的每个电阻采用温度补偿结构，温度补偿结构的电阻包括若干个依次串联的温度补偿电阻组，每个温度补偿电阻组包括相互串联的两个补偿电阻且两个补偿电阻的电阻温度系数互补。其进一步的技术方案为，每个温度补偿电阻组中的两个补偿电阻分别为具有负电阻温度系数的高阻多晶电阻和具有正电阻温度系数的阱电阻。本发明的有益技术效果是：1、本申请公开的多阈值低电压检测电路可以设置多个低电压检测阈值，也即有多组低电压检测释放值lvdr、低电压检测有效值lvda可用选择，即只需改变控制信号端的控制信号组的值，就可以方便地选择不同的lvdr/lvda值，从而满足不同集成电路对低电压检测功能的要求。2、采用带隙基准模块提供参考电压，用于比较的参考电压非常稳定，几乎不随电源电压和温度而变化；另外带隙基准模块中的电阻都采用了温度补偿结构，因此进一步减小了温度对参考电压的影响。3、当集成电路加工工艺有偏差时，可以采用熔丝结构进行调整，使得参考电压能够适应集成电路加工工艺的偏差，提高了低电压检测值的精度。4、第一可变电阻采用传输门结构进行选择控制，控制方法比较简洁方便；第二可变电阻采用熔丝结构，调整方法更精确，可以精确的调整因工艺偏差导致的一些参数变化。附图说明图1是现有的低电压检测电路的电路图。图2是本申请公开的多阈值低电压检测电路的电路结构图。图3是本申请公开的多阈值低电压检测电路的电路图。图4是本申请中传输门结构的第一可变电阻的电路图。图5是本申请中的电阻控制模块的电路图。图6是本申请中的带隙基准模块的电路图。图7是本申请中熔丝结构的第二可变电阻的电路图。图8是本申请中的带隙基准模块中的电阻采用的温度补偿结构的电路图。图9是本申请中的带隙基准模块输出的参考电压随温度变化的仿真波形。图10是本申请中的带隙基准模块输出的参考电压随电源电压的仿真波形。图11是本申请在一个控制信号组的控制下的仿真结果。图12是本申请在另一个控制信号组的控制下的仿真结果。具体实施方式下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。请参考图2，其示出了本发明公开的多阈值低电压检测电路的电路结构图，该电路包括：信号输入端vin、m个控制信号端、信号输出端vout、分压模块、带隙基准模块、电阻控制模块、比较模块和触发器，触发器可以是施密特触发器(schmitt)，电阻控制模块包括m个输入端和2m个输出端，m为正整数，本发明以m＝2为例，图2以该电路包括两个控制信号端s0和s1为例，且图2未分别示出电阻控制模块的每个输出端。分压模块的输入端连接信号输入端vin，信号输入端vin用于连接待检测的电源电压，分压模块的输出端连接比较模块的第一电压输入端，待检测的电源电压经过分压模块的分压后从第一电压输入端输入比较模块，带隙基准模块的输出端连接比较模块的第二电压输入端，带隙基准模块输出的参考电压从第二电压输入端输入比较模块，比较模块的输出端连接触发器的输入端，触发器的输出端连接信号输出端vout，比较模块用于对第一电压输入端和第二电压输入端的电压进行比较，再经过触发器整形后通过信号输出端vout输出低电压检测信号。分压模块中包括可变电阻，可变电阻的控制端连接电阻控制模块的输出端，电阻控制模块的每个输入端分别连接一个控制信号端。m个控制信号端用于接收至少两个不同的控制信号组，电阻控制模块用于根据接收到的控制信号组改变控制分压模块中的可变电阻的阻值，当分压模块中的可变电阻的阻值发生变化时，待检测的电源电压经过分压模块的分压后输入比较模块的电压值不同，因此该电路输出的低电压检测信号也不同，也即多阈值低电压检测电路在接收到不同的控制信号组时，通过信号输出端输出与控制信号组对应的低电压检测信号，实现了对不同低电压检测信号的选择。涉及到具体的电路结构，本发明可以有多种实施方式，以下用一个典型的实施例来说明本发明的具体电路结构和工作原理。如图3所示，分压模块中包括依次串联的第一可变电阻rv、第一电阻r1和第二电阻r2，该串联电路的一端连接分压模块的输入端，也即连接信号输入端vin，该串联电路的另一端接地，第一电阻r1和第二电阻r2的公共端连接分压模块的输出端，在本申请中，第一电阻r1的阻值为560kω、第二电阻r2的阻值为520kω。第一可变电阻rv采用传输门结构进行阻值调节，其结构如图4所示，第一可变电阻rv包括n个依次串联的分压电阻，每个分压电阻分别与一个传输门并联，每个传输门的控制端分别连接电阻控制模块的一个输出端，1≤n≤2m且n为整数。本发明以n＝3为例，第一可变电阻rv包括依次串联的分压电阻r1、r2和r3，每个分压电阻与一个传输门并联，三个传输门的控制端cp1、cp2和cp3分别连接电阻控制模块的输出端，在本申请中，r1、r2和r3的阻值分别为200kω、240kω和60kω。每个传输门包括pmos管、nmos管和反相器，pmos管和nmos管的漏极相连并连接电阻的一端，pmos管和nmos管的源极相连并连接电阻的另一端，pmos管的栅极连接反相器的输入端并连接该传输门的控制端，反相器的输出端连接nmos管的栅极。第一可变电阻rv中的每个分压电阻是否起作用由与其并联的传输门决定，从图中可以看出，当传输门的控制端的信号为0时，传输门导通，与其并联的分压电阻被短路而不起作用，反之当传输门的控制端的信号为1时，传输门不导通，与其并联的分压电阻起作用。以分压电阻r1为例，当cp1＝0时，200kω的分压电阻r1不起作用，当cp1＝1时，200kω的分压电阻r1接入电路中起作用。比较模块包括第一pmos管p1、第二pmos管p2、第一nmos管n1和第二nmos管n2，第一nmos管n1的栅极与第二nmos管n2的栅极相连并连接第一nmos管n1的漏极，第一nmos管n1的源极和第二nmos管n2的源极分别接地，第一nmos管n1的漏极还连接第一pmos管p1的源极，第一pmos管p1的栅极连接比较模块的第一电压输入端，也即第一pmos管的p1的栅极连接第一电阻r1和第二电阻r2的公共端；第一pmos管p2的漏极连接第二pmos管p2的源极，第二pmos管p2的栅极连接比较模块的第二电压输入端，也即第二pmos管p2的栅极连接带隙基准模块的输出端；第二nmos管n2和第二pmos管p2的公共端连接比较模块的输出端，也即连接触发器的输入端。为了辅助调整输入比较模块的电压值，如图3所示，本发明中的比较模块中的第一pmos管p1的漏极通过第三电阻r3和第四电阻r4连接信号输入端，第二pmos管p2的漏极通过第五电阻r5和第六电阻r6连接信号输入端，第三电阻r3和第五电阻r5的阻值相同，第四电阻r4与第六电阻r6的阻值相同，在本申请中，第三电阻r3、第五电阻r5、第四电阻r4和第六电阻r6的阻值均为50kω，第四电阻r4与一个传输门并联，该传输门还同时与第六电阻r6并联，该传输门的控制端cp4连接电阻控制模块的输出端。同理，第四电阻r4与第六电阻r6是否起作用由与其并联的传输门决定，当cp4＝0时，传输门导通，第四电阻r4与第六电阻r6均被短路而不起作用，这样从第一pmos管p1、第二pmos管p2到信号输入端vin之间的两条支路上只有一个50k电阻；反之当cp4＝1时，传输门不导通，第四电阻r4与第六电阻r6均接入电路而起作用，这样从第一pmos管p1、第二pmos管p2到信号输入端vin之间的两条支路上都有100k电阻。在该实施例中，m＝2，n＝3，则电阻控制电路包括第一输入端s0和第二输入端s1，第一输入端s0和第二输入端s1分别与该电路的2个控制信号端s0和s1相连，电阻控制电路还包括第一输出端cp1、第二输出端cp2、第三输出端cp3和第四输出端cp4，第一输出端cp1用于连接与分压电阻r1并联的传输门的控制端cp1，第二输出端cp2用于连接与分压电阻r2并联的传输门的控制端cp2，第三输出端cp3用于连接与分压电阻r3并联的传输门的控制端cp3，第四输出端cp用于连接与第四电阻r4和第六电阻r6并联的传输门的控制端cp4。电阻控制电路的结构如图5所示，第一输入端s0分别连接第一或门go1、第二或门go2和第四与门ga4的输入端，第一输入端s0还通过反相端连接第一或门go1、第二或门go2和第三与门ga3的输入端，第二输入端s1分别连接第一与门ga1、第二与门ga2、第三与门ga3和第四与门ga4的输入端，第一或门go1的输出端连接第一与门ga1的输入端，第二或门go2的输出端连接第二与门ga2的输入端，第一与门ga1的输出端连接第一输出端cp1，第二与门ga2和第三与门ga3的输出端分别连接第三或门go3的输入端，第三或门go3的输出端连接第二输出端cp2，第四与门ga4的输出端连接第三输出端cp3，第一与门ga1、第三或门go3和第四与门ga4的输出端分别连接第四或门go4的输入端，第四或门go4的输出端连接第四输出端cp4。请参考图6，其示出了本申请中的带隙基准模块的电路图，带隙基准模块是集成电路常见的一个功能模块，它能提供几乎不随温度和电源电压的变化的电压，通常该电压约为1.25v，由于和硅的带隙电压值相近，所以被称为带隙基准电压(bandgapvoltagereference)，由于各个工艺的参数有所差别加上器件尺寸参数也会有差别，实际的带隙基准电压值和1.25v有一些差别。在本申请中，带隙基准模块输出的带隙基准电压即为输入至比较模块的参考电压，带隙基准模块包括第二可变电阻rs、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第一三极管q0、第二三极管q1、第十电阻r10、电容c和比较器io，在本申请中，第一三极管q0为单个三极管，第二三极管q1由8个三极管并联而成；第七电阻r7和第八电阻r8的阻值均为247.5kω，第九电阻r9的阻值为26.5kω，第十电阻r10的阻值为240kω，电容c的容值为3pf。其中，第七电阻r7、第八电阻r8和第九电阻r9依次串联，该串联电路的一端连接第一三极管q0的发射极、另一端连接第二三极管q1的发射极，第一三极管q0的基极连接集电极并接地，第二三极管q1的基极连接集电极并接地，第七电阻r7与第一三极管q0的公共端连接比较器io的正向输入端，第八电阻r8与第九电阻r9的公共端连接比较器io的负向输入端，比较器io的输出端连接带隙基准模块的输出端；第七电阻r7和第八电阻r8的公共端连接第二可变电阻rs，第二可变电阻rs的另一端连接比较器io的输出端，比较器io的输出端还分别连接第十电阻r10和电容c，第十电阻r10和电容c的另一端分别接地。第二可变电阻rs采用熔丝结构，熔丝结构的第二可变电阻rs包括依次串联的m个熔丝电阻，每个熔丝电阻分别与一根熔丝并联，每个熔丝电阻的两端分别连接一个熔丝压点，m为正整数。第二可变电阻rs的结构请参考图7，以m＝4为例，第二可变电阻rs包括依次串联的4个电阻r4、r5、r6和r7，这4个电阻的阻值分别为4.5kω、9kω、18kω和36kω，电阻r4与熔丝fuse1并联，电阻r5与熔丝fuse2并联，电阻r6与熔丝fuse3并联，电阻r7与熔丝fuse4并联。电阻r4的一端连接熔丝压点fpad1，电阻r4与电阻r5的公共端连接熔丝压点fpad2，电阻r5与电阻r6的公共端连接熔丝压点fpad3，电阻r6与电阻r7的公共端连接熔丝压点fpad4，电阻r7的另一端连接熔丝压点fpad5。第二可变电阻rs用于修正工艺参数对带隙基准模块输出的电压的影响，修正的方式是利用fpad1～fpad5五个熔丝压点，根据芯片测试时的电参数对fuse1～fuse4四根熔丝选择性地熔断，从而将输出的参考电压调整到最靠近1.25v。。在熔丝设计过程中，将带隙基准模块输出的参考电压的调整步进精度设计为4mv，经过实验测量得到带隙基准电压输出精度为0.32％。另外，由于集成电路中的电阻都是具有温度特性的，即电阻的阻值会随着温度的变化而变化，阻值发生变化的大小可以用该电阻的温度系数来表征，通常集成电路中的电阻都具有正温度系数，如多晶电阻、阱电阻(nwell)、有源区电阻等等，随着温度的升高，这种类型的电阻的阻值会升高；也有个别类型的电阻具有负温度系数，如高阻多晶电阻(hpoly)，这种类型的电阻的阻值会随着的温度的升高而降低。为了减小温度对电阻阻值的影响，进一步提高带隙基准模块输出的电压的稳定性，因此带隙基准模块中的每个电阻采用温度补偿结构，温度补偿结构的电阻包括若干个依次串联的温度补偿电阻组，每个温度补偿电阻组包括相互串联的两个补偿电阻且两个补偿电阻的电阻温度系数互补，为了使温度补偿的效果更好，每个温度补偿结构的电阻中通常会采用至少两个温度补偿电阻组，请参考图8，其以温度补偿结构的电阻包括2个温度补偿电阻组为例，可选的，每个温度补偿电阻组中的两个补偿电阻分别为具有负电阻温度系数的高阻多晶电阻rhpoly和具有正电阻温度系数的阱电阻rnwell，也即一个温度补偿结构的电阻包括依次串联的阱电阻rnwell、高阻多晶电阻rhpoly、阱电阻rnwell和高阻多晶电阻rhpoly。在图7中，每个补偿电阻的大小(即方块数)可以设计成r/(4*rwnwell)，或者r/(4*rwhpoly)，在版图设计中，以上电阻也是采用图7所示的补偿电阻串联的形式。由于采用了带隙基准模块，因此用于比较的参考电压非常稳定，几乎不随电源电压和温度而变化；另外由于电阻都采用了温度补偿结构，因此进一步减小了温度对电压的影响。本方案中的带隙基准模块输出的参考电压随温度的仿真波形如附图9所示，随电源电压变化的仿真波形如附图10所示；从图中可以看出，1.25v参考电压非常稳定，且温漂在50ppm/℃左右，非常稳定。本申请公开的多阈值低电压检测电路的工作原理为：通过2个控制信号端接收控制信号组，当控制信号组s0和s1的值不同时，本申请中的4个传输门的控制端cp1～cp4的取值不同，则该4个传输门的导通状态不同，因此电源电压分压后输入至比较模块的电压值也不同，比较模块对分压后的电压值与参考电压比较后生成的低电压检测信号也不同，即对应的低电压检测释放时的电源电压lvdr、低电压检测有效时的电源电压lvda值不同，不同的控制信号组对应的控制逻辑以及低电压检测信号如下表所示：控制信号组cp4cp3cp2cp1lvdr值lvda值s0＝0，s1＝000002.4742.218s0＝0，s1＝111002.8592.505s0＝1，s1＝011103.2892.935s0＝1，s1＝111113.913.509s0＝0、s1＝0的情况下低电压检测信号的仿真结果如图11所示，s0＝1、s1＝1的情况下低电压检测信号的仿真结果如图12所示，对比图11和图12也可以看出，本申请公开的多阈值低电压检测电路可以设置多组低电压检测阈值，从而满足不同集成电路对低电压检测功能的要求。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12