专利名称：供电检测装置与方法
技术领域：
本发明涉及一种供电检测装置，且特别涉及一种具有温度豁免(temperature immunity)的供电检测装置。
背景技术：
在许多电子装置和电路上，通常会加装供电检测装置，其目的为了要检测外接电 源是否真正供电，例如当供电电源上升到门限值1伏特(V)时，供电检测装置应判断为 开机。然而在消费性电子装置针对节能与制程的设计要求下，门限值伏特数越来越小， 制程的尺寸也越来越小，此时供电检测装置的电路会受到温度的影响，在判断是否开机 时会误判断。已知的供电检测装置有能隙型(bandgap type)与P/N元件加电阻(P/N device+resistance)两种。图1为已知的能隙型供电检测装置，当输入电压V。。k开始提供 电压时，能隙型供电检测装置100为依据正端电压Vpos2与负端电压Vneg2的差值判断是 否开机。虽然其差值受温度影响较小，惟其差值亦很小，例如13. 99毫伏特(mV)，于是在65 奈米制程下产生的元件变异(device variation)特性，会造成供电检测装置100的误判 断。图2为已知的P/N元件加电阻供电检测装置，当输入电压V。。k开始提供电压给P/ N元件加电阻供电检测装置200时，供电检测装置200为依据正端电压Vpos3与负端电压 Vneg3的差值判断是否开机。正端电压Vpos3与负端电压Vneg3的差值会随着温度而改变， 例如在_40°C时其差值为142. 8毫伏特(mV)，而在125°C时其差值为21. 08毫伏特(mV)，于 是会造成供电检测装置200在不同温度下有很大差异的判断。
发明内容
本发明提供一种供电检测装置，用以检测输入电压并据以判断是否开机，其开机 与否的判断受温度影响很低，且有良好的抗噪声功能，可以在不同温度之下具有稳定的表 现，具有温度豁免的效果。
承接上述，本发明提供一种供电检测装置，包括电压检测单元，电压检测单元用以 接收输入电压，并检测输入电压藉以输出第一输出电压。电压检测单元包括第一晶体管、第 二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、以及比较器。其中第一 晶体管耦接于输入电压，第二晶体管耦接于输入电压，第三晶体管耦接于接地端，第四晶体 管耦接于接地端，第一电阻耦接于第一晶体管与第三晶体管之间，第二电阻耦接于第二晶 体管与第四晶体管之间。第三电阻一端耦接输入电压，而另一端耦接于第一晶体管与第二 晶体管。此外，比较器的输出端输出第一输出电压，比较器的负输入端耦接于第三晶体管与 第一电阻的共同接点，比较器的正输入端耦接于第二晶体管与第二电阻的共同接点。在本发明的一实施例中，上述第一晶体管与第二晶体管为PMOS晶体管 (p-channel metal oxide semiconductor field effect transistor)，第一晶体管白勺源极 耦接于输入电压，第一晶体管的漏极耦接于第一晶体管的栅极与第一电阻，第二晶体管的源极耦接于输入电压，而第二晶体管的漏极耦接于第二晶体管的栅极与第二电阻。在本发明的一实施例中，上述第三晶体管与第四晶体管为NMOS晶体管 (n-channel metal oxide semiconductor field effect transistor)，第三晶体管白勺源极 耦接于接地端，第三晶体管的漏极耦接于第三晶体管的栅极与第一电阻，第四晶体管的源 极耦接于接地端，而第四晶体管的漏极耦接于第四晶体管的栅极与第二电阻。本发明提供另一种供电检测装置，包括电压检测单元、滤波器与触发器。电压检测 单元用以接收输入电压，并检测输入电压藉以输出第一输出电压，且当输入电压的电压值 等于指定电压时，根据电压检测单元内的第一晶体管的第一过载电压、电压检测单元内的 第二晶体管的第二过载电压、第一晶体管的第一热电压及第二晶体管的第二热电压决定指 定电压。滤波器耦接于电压检测单元，用以接收第一输出电压以产生第二输出电压，且当第 一输出电压上升至逻辑高电位时，关闭滤波器内的第三晶体管以使第二输出电压上升至逻 辑高电位。触发器耦接于滤波器，用以接收第二输出电压并进行抗噪声处理，藉以输出第三 输出电压。在本发明的一实施例中，上述当通过第一晶体管的第一电流和通过第二晶体管的 第二电流实质上相等时，指定电压根据第一过载电压、第二过载电压、第一热电压、第二热 电压和正温度系数参数而得。正温度系数参数根据次临界斜率因数、临界电压及比值而得。 比值根据电压检测单元内的第一电阻与电压检测单元内的第二电阻的比例而得。在本发明的一实施例中，上述第一过载电压和第二过载电压具有正温度系数，第 一热电压及第二热电压具有负温度系数，通过控制第一过载电压、第二过载电压、正温度系 数参数、第一热电压及第二热电压以在温度变化时，降低指定电压的变化。在本发明的一实施例中，上述供电检测装置还包括比较器，比较器的第一输入端 耦接于第二晶体管，比较器的第二输入端耦接于第一晶体管，且当第一输入端的接收电压 与第二输入端的接收电压相等时，输入电压的电压值等于指定电压。本发明提供一种供电检测方法，包括接收输入电压，并检测输入电压藉以输出第 一输出电压，且当第一输入端的接收电压与第二输入端的接收电压相等时，输入电压的电 压值等于指定电压，根据第一过载电压、第二过载电压、第一热电压及第二热电压决定指定 电压。接收第一输出电压以产生第二输出电压，且当第一输出电压上升至逻辑高电位时，使 第二输出电压上升至逻辑高电位。接收第二输出电压并进行抗噪声处理，藉以输出第三输 出电压。在本发明的一实施例中，上述供电检测方法当通过第一晶体管的第一电流和通过 第二晶体管的第二电流实质上相等时，由第一过载电压、第二过载电压、第一热电压、第二 热电压和正温度系数参数决定指定电压。正温度系数参数根据次临界斜率因数、临界电压 及比值而得在本发明的一实施例中，上述第一过载电压和第二过载电压具有正温度系数，第 一热电压及第二热电压具有负温度系数，通过控制第一过载电压、第二过载电压、正温度系 数参数、第一热电压及第二热电压以在温度变化时，降低指定电压的变化。 综合上述，本发明所提出的供电检测装置，其开机与否的判断受温度影响很低，且 有良好的抗噪声功能，可以在不同温度之下具有稳定的表现。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1是已知的能隙型供电检测装置。图2是已知的P/N元件加电阻供电检测装置。图3是依照本发明的一实施例的供电检测装置。图4A与图4B是依照本发明的一实施例的供电检测装置与已知技术的比较。图5是依照本发明的一实施例的供电检测方法。主要元件符号说明300:供电检测装置302:电压检测单元304:滤波器SCH:史密兹触发器INV:反相器COMP 比较器RpRyR3:电阻C:电容V。。k:输入电压GND:接地端Idi、Id2 电流VA:比较器正输入端电压Vb 比较器负输入端电压
MPl、MP2、MP3 =PMOS 晶体管MNl、MN2、MN3 匪OS 晶体管Voutl、Vout2、Vout3、Vout4 输出电压100 能隙型供电检测装置200 :P/N元件加电阻供电检测装置Vpos2、Vpos3 正端电压VnegLVneg3 负端电压S500 S506 供电检测步骤
具体实施例方式请参照图3，图3绘示依照本发明的一实施例的供电检测装置300，供电检测装置300包括电压检测单元302、滤波器304、触发器SCH与反相器INV。其中电压检测单元302 接收输入电压v。。k，并检测输入电压V。。k藉以传送输出电压Vout 1。本实施例中，触发器SCH 可采用史密兹触发器(Schmitt trigger)。更进一步而言，电压检测单元302包括两PMOS 晶体管MPl与MP2、两NMOS晶体管丽1与丽2、三电阻R^R2与R3,以及比较器C0MP，其中电 流Idi为流经电阻R1的电流，而电流Id2为流经电阻R2的电流。电阻R3的一端耦接于输入电压V。。k，而另一端则耦接于PMOS晶体管MPl的源极与 PMOS晶体管MP2的源极。此外PMOS晶体管MPl的漏极耦接于PMOS晶体管MPl的栅极与电 阻R1, PMOS晶体管MP2的漏极耦接于PMOS晶体管MP2的栅极、电阻R2与比较器COMP的正 输入端，且PMOS晶体管MP2的漏极的电压即为比较器正输入端电压VA。匪OS晶体管丽1的源极与匪OS晶体管丽2的源极耦接于接地端GND。此外匪OS 晶体管丽2的漏极耦接于NMOS晶体管丽2的栅极与电阻R2, NMOS晶体管丽1的漏极耦接于NMOS晶体管丽1的栅极、电阻R1与比较器COMP的负输入端，且NMOS晶体管丽1的漏极的电压即为比较器负输入端电压Vb。此外，电压检测单元302在晶体管的部分做更进一步设计，PMOS晶体管MPl的尺寸 是PMOS晶体管MP2的尺寸的m倍，且NMOS晶体管丽2的尺寸同样是NMOS晶体管丽1的尺 寸的m倍，其中m是预设常数，且MP1、MP2、丽1、以及丽2都操作于次临界区(sub-threshold region)。比较器COMP接收比较器正输入端电压Va与比较器负输入端电压VB，并传送输出 电压Voutl至滤波器304。当输入电压V。。k开始提供电压给电压检测单元302时，如果比较 器正输入端电压\大于或等于比较器负输入端电压\，则输出电压Voutl会从逻辑低电位 上升至逻辑高电位。在滤波器304的设计部分，滤波器304用以接收输出电压Voutl并进行滤波处理， 藉以传送输出电压Vout2。滤波器304包括PMOS晶体管MP3、NMOS晶体管MN3与电容C。 PMOS晶体管MP3的栅极耦接于接地端GND，PMOS晶体管MP3的源极耦接于输入电压V。。k， PMOS晶体管MP3的漏极耦接于电容C与NMOS晶体管丽3的漏极，而电容C的另一端耦接于 接地端GND。输出电压Vout2由电容C提供。滤波器304中的NMOS晶体管丽3的栅极接收输出电压Voutl，且NMOS晶体管丽3 的源极耦接于接地端GND。据此，当输出电压Voutl上升至逻辑高电位时，则NMOS晶体管 丽3关闭，输出电压Vout2会因为电容C充电而上升至逻辑高电位。为了使供电检测装置 300具有抗噪声的功能，因此输出电压Vout2经由史密兹触发器SCH处理并传送输出电压 Vout3至反相器INV。输出电压Vout3经由反相器INV反相藉以传送输出电压Vout4。为了更清楚了解供电检测装置300受温度的影响，以下定义参数藉以解释电路特 性Vgsni =NMOS晶体管丽1的栅极与源极的电压差；Vgsn2 =NMOS晶体管丽2的栅极与源极的电压差；Vdsni =NMOS晶体管丽1的漏极与源极的电压差；Vdsn2 =NMOS晶体管丽2的漏极与源极的电压差；Vdspi =PMOS晶体管MPl的漏极与源极的电压差；
Vdsp2 =PMOS晶体管MP2的漏极与源极的电压差；Vthp :PM0S 晶体管的热电压(thermal voltage)；Vthn =NMOS晶体管的热电压；VT:临界电压(threshold voltage)；A 晶体管尺寸比例(aspect ratio)，亦即晶体管的宽度除以其长度；μ n =NMOS 晶体管的迁移率(mobility)；ζ 次临界斜率因数(sub-threshold slope factor)；Vovni 匪OS 晶体管 MNl 的过载电压(overdrive voltage)；Vovn2 =NMOS晶体管丽2的过载电压；Vovpi =PMOS晶体管MPl的过载电压； Δ Vovn 匪OS晶体管丽1和丽2的过载电压差额； Vrr 指定电压，也就是输出电压Voutl从逻辑低电位转变为逻辑高电位时的输入
电压v。。k。
跟据以上的定义，因此可以推导出以下公式Vovm = Vcsm -Vthn =ζνΓ(]η{ οι)-\η{Αμηντ2))·,Vovn2 = Vgsn2-Vthn = ζντ^{ 01)-\ν{ηιΑμην^)\AVovn = Vovni-Vovn2 = ζ V1In (mID1/ID2)；Vcck = VdspAIdiRAVdsni+ (ID1+ID2) R3= VDSP2+ID2R2+VDSN2+ (ID1+ID2) R3。当比较器正输入端电压Va与比较器负输入端电压Vb实质上相等时，输入电压V。。k 电压值等于指定电压V ，因此Id2R2 = Vdsni-Vdsn2 = ζ Vt ln(mID1/ID2) = AVovn。同理，IdiR1 = Δ VQVP，于是当供电检测装置300设计在Idi ^ Id2时，指定电压Vct为 相关参数的加总Vrr = Vdsp^IdiR1+Vdsni+ (ID1+ID2) R3= VovpAVthi^IdiRAVovnJVthn+ Δ Vovn+ (ID1+ID2) R3= V0VP1+VTHP+V0VN2+VTHN+2 ζ Vt [lnm] +2R3 ( ζ VT[lnm]) /R2。其中Vovn2, Vovpi、ζ Vt[lnm]与 R3( ζ Vt[lnm])/R2 具有正温度系数(positive temperature coefficient),而 Vthp 与 Vthn 具有负温度系数(negative temperature coefficient)。换句话说，Vqvn2、Vqvpi、ζ Vt [lnm]与 R3 ( ζ Vt [lnm])/R2 为正温度系数参数， 而Vthp与Vthn具为负温度系数参数。更进一步而言，当温度上升时，VWN2、VWP1、ζντ[1ηπι]与 R3 ( ζ Vt [lnm]) /R2会随之增加，而Vthp与Vthn会随之递减。因此在设计供电检测装置300时， 可设计Vqvn2、Vwpi、ζ Vt[lnm]、R3 ( ζ Vt [lnm]) /R2、Vthp与VTHN，藉以降低温度变化对指定电压 Vrr的影响，也就是说，降低温度变化对于供电检测装置300判断开机与否的影响。请参照图4A与图4B，图4A与图4B为依照本发明的一实施例的供电检测装置与已 知技术的比较，其中本实施例代表供电检测装置300的表现，已知1代表已知的能隙型供电 检测装置100的表现，而已知2代表已知的P/N元件加电阻供电检测装置200的表现。更 进一步解释，图4A中的Vrr代表着各种供电检测装置在判断为开机时，其输入电压V。。k的 电压值，显然供电检测装置300在各种温度变化之下，其判断为开机时的输入电压V。。k，相 较于其他供电检测装置更不受温度影响。在图4B中，Δ V代表着各种供电检测装置据以判断是否开机的电压差，在本实施 例部分代表供电检测装置300中比较器正输入端电压Va与比较器负输入端电压Vb的电压 差，在已知1部分代表能隙型供电检测装置100中Vpos2与Vneg2的电压差，而在已知2部 分代表P/N元件加电阻供电检测装置200中Vpos3与Vneg3的电压差。由图4B的比较可 知，显然供电检测装置300在各种温度变化之下，其开机与否的判断比其他供电检测装置 更不受温度影响。根据上述供电检测装置的说明，本发明提出一种供电检测方法。请参照图5，图5 绘示依照本发明的一实施例的供电检测方法。首先电压检测单元302检测输入电压V。。k，藉 以传送输出电压Voutl (步骤S500)。决定指定电压Vrr (步骤S502)，其中
Vrr = V0VP1+VTHP+V0VN2+VTHN+2 ζ Vt [lnm] +2R3 ( ζ Vt [lnm]) /R2。接着，滤波器304接收输出电压Voutl以产生输出电压Vout2，且当输出电压Voutl上升至逻辑高电位时，使所述输出电压Vout2上升至逻辑高电位(步骤S504)。最后，史密兹触发器SCH接收输出电压Vout2并进行抗噪声处理，并输出输出电压Vout3 (步 骤 S506)。综合上述，本发明所提出的供电检测装置，用以检测输入电压并据以判断是否开 机。其开机与否的判断受温度影响很低，且具有良好的抗噪声功能，可以在不同温度之下具 有稳定的表现，具有温度豁免的效果。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在 不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附 权利要求书所界定者为准。
权利要求
一种供电检测装置，包括一电压检测单元，用以接收一输入电压，并检测所述输入电压藉以输出一第一输出电压，所述电压检测单元包括一第一晶体管，所述第一晶体管耦接于所述输入电压；一第二晶体管，所述第二晶体管耦接于所述输入电压；一第三晶体管，所述第三晶体管耦接于一接地端；一第四晶体管，所述第四晶体管耦接于所述接地端；一第一电阻，所述第一电阻耦接于所述第一晶体管与所述第三晶体管之间；一第二电阻，所述第二电阻耦接于所述第二晶体管与所述第四晶体管之间；一第三电阻，所述第三电阻的一端耦接于所述输入电压，所述第三电阻的另一端耦接于所述第一晶体管与所述第二晶体管；以及一比较器，所述比较器的输出端输出所述第一输出电压，所述比较器的负输入端耦接于所述第三晶体管与所述第一电阻的共同接点，所述比较器的正输入端耦接于所述第二晶体管与所述第二电阻的共同接点。
2.如权利要求1所述的供电检测装置，其中所述第一晶体管与所述第二晶体管为PMOS 晶体管，所述第一晶体管的源极耦接于所述输入电压，所述第一晶体管的漏极耦接于所述 第一晶体管的栅极与所述第一电阻，所述第二晶体管的源极耦接于所述输入电压，而所述 第二晶体管的漏极耦接于所述第二晶体管的栅极与所述第二电阻。
3.如权利要求1所述的供电检测装置，其中所述第三晶体管与所述第四晶体管为NMOS 晶体管，所述第三晶体管的源极耦接于所述接地端，所述第三晶体管的漏极耦接于所述第 三晶体管的栅极与所述第一电阻，所述第四晶体管的源极耦接于所述接地端，而所述第四 晶体管的漏极耦接于所述第四晶体管的栅极与所述第二电阻。
4.一种供电检测装置，包括一电压检测单元，用以接收一输入电压，并检测所述输入电压藉以输出一第一输出电 压，且当所述输入电压的电压值等于一指定电压时，根据所述电压检测单元内的一第一晶 体管的一第一过载电压、所述电压检测单元内的一第二晶体管的一第二过载电压、所述第 一晶体管的一第一热电压及所述第二晶体管的一第二热电压决定所述指定电压；一滤波器，耦接于所述电压检测单元，用以接收所述第一输出电压以产生一第二输出 电压，且当所述第一输出电压上升至逻辑高电位时，关闭所述滤波器内的一第三晶体管以 使所述第二输出电压上升至逻辑高电位；以及一触发器，耦接于所述滤波器，用以接收所述第二输出电压并进行抗噪声处理，藉以输 出一第三输出电压。
5.如权利要求4所述的供电检测装置，其中当通过所述第一晶体管的一第一电流和通 过所述第二晶体管的一第二电流相等时，所述指定电压根据所述第一过载电压、所述第二 过载电压、所述第一热电压、所述第二热电压和一正温度系数参数而得，而所述正温度系数 参数根据一次临界斜率因数、一临界电压及一比值而得，而所述比值根据所述电压检测单 元内的一第一电阻与所述电压检测单元内的一第二电阻的比例而得。
6.如权利要求5所述的供电检测装置，其中所述第一过载电压和所述第二过载电压具 有正温度系数，所述第一热电压及所述第二热电压具有负温度系数，通过控制所述第一过载电压、所述第二过载电压、所述正温度系数参数、所述第一热电压及所述第二热电压以在 温度变化时，降低所述指定电压的变化。
7.如权利要求4所述的供电检测装置，其中所述电压检测单元还包括一比较器，所述 比较器的一第一输入端耦接于所述第二晶体管，所述比较器的一第二输入端耦接于所述第 一晶体管，且当所述第一输入端的接收电压与所述第二输入端的接收电压相等时，所述输 入电压的电压值等于所述指定电压。
8.一种供电检测方法，包括接收一输入电压，并检测所述输入电压藉以输出一第一输出电压，且当一第一输入端 的接收电压与一第二输入端的接收电压相等时，所述输入电压的电压值等于一指定电压， 根据一第一过载电压、一第二过载电压、一第一热电压及一第二热电压决定所述指定电 压；接收所述第一输出电压以产生一第二输出电压，且当所述第一输出电压上升至逻辑高 电位时，使所述第二输出电压上升至逻辑高电位；以及接收所述第二输出电压并进行抗噪声处理，藉以输出一第三输出电压。
9.如权利要求8所述的供电检测方法，其中当通过一第一晶体管的一第一电流和通过 一第二晶体管的一第二电流相等时，由所述第一过载电压、所述第二过载电压、所述第一热 电压、所述第二热电压和一正温度系数参数决定所述指定电压，而所述正温度系数参数根 据一次临界斜率因数、一临界电压及一比值而得。
10.如权利要求9所述的供电检测方法，其中所述第一过载电压和所述第二过载电压 具有正温度系数，所述第一热电压及所述第二热电压具有负温度系数，通过控制所述第一 过载电压、所述第二过载电压、所述正温度系数参数、所述第一热电压及所述第二热电压以 在温度变化时，降低所述指定电压的变化。
全文摘要
一种供电检测装置与方法。供电检测装置包括四个晶体管、两个电阻与比较器，用以检测输入电压并据以判断是否开机，其开机与否的判断受温度影响很低，且有良好的抗噪声功能，可以在不同温度之下具有稳定的表现。
文档编号G01R19/00GK101839937SQ20091012821
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者连南钧, 高永信 申请人:智原科技股份有限公司