負電壓檢測電路的制作方法

本發明涉及電壓檢測技術領域，特別涉及一種負電壓檢測電路。

背景技術：

傳統的電壓檢測電路只能檢測正電壓，對于負電壓的檢測，受控于常規的比較器只能比較零伏以上的電平，一般需要經過電平的移位到正電平后才能進行檢測。現有技術中一般通過加壓的方式抬升電壓。圖1為現有技術中常見的一種負電壓檢測電路，通過在檢測端vm與電源端vdd串聯電阻r1與二極管d1，利用正向導通時二極管d1上會產生壓降的原理，將比較器com輸入端vn的電壓抬升，以此完成電位的轉換來實現負電壓檢測。在實現本發明過程中，發明人發現現有技術中至少存在如下問題：這種檢測電路沒有經過溫度補償和修正，因此，檢測精度不高，受溫度影響較大。

技術實現要素：

本發明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。

為此，本發明的目的在于提出一種負電壓檢測電路，該負電壓檢測電路能很好的實現溫度補償，檢測精度高。

為達到上述目的，本發明的實施例提出了一種負電壓檢測電路，該負電壓檢測電路，包括：恒流源支路，用于產生恒定的電流；負電壓采樣支路，所述負電壓采樣支路包括第一電阻，所述第一電阻的一端接待測負電壓；比較基準電壓支路，所述比較基準電壓支路包括第二電阻，所述第二電阻的一端接地；電流鏡，所述電流鏡分別與所述恒流源支路、負電壓采樣支路和所述比較基準電壓支路連接，用于將所述恒流源支路產生的電流鏡像至所述負電壓采樣支路和所述比較基準電壓支路；比較器，所述第一電阻的另一端接所述比較器的正向輸入端，所述第二電阻的另一端接所述比較器的負向輸入端，當所述比較器的正向輸入端的電壓大于或者等于所述比較器的負向輸入端的電壓時，所述比較器輸出翻轉。

根據本發明實施例的負電壓檢測電路，通過將恒流源支路產生的電流鏡像至所述負電壓采樣支路和所述比較基準電壓支路，能很好的實現溫度補償，提高負電壓的檢測精度。

優選地，所述電流鏡包括：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管共柵極和源極，所述第一mos管的柵極和漏極相連且所述第一mos管的源極接電源，所述第一mos管的漏極接所述恒流源支路，所述第二mos管的漏極接所述第一電阻的另一端，所述第三mos管的漏極接所述第二電阻的另一端。

優選地，所述待測負電壓的大小可以用如下公式表示：

vm=i0(r2-r1)

其中，vm為待測負電壓，i0為恒流源支路產生的恒定的電流，r1為第一電阻，r2為第二電阻。

優選地，所述恒流源支路包括恒流源，所述第一mos管的漏極接所述恒流源。

優選地，所述恒流源支路包括：第四mos管、運算放大器和第三電阻，所述第四mos管與所述第三電阻串聯，所述第四mos管的漏極接所述第一mos管的漏極，所述第四mos管的柵極接所述運算放大器的輸出端，所述第四mos管的源極接所述運算放大器的負向輸入端，所述運算放大器的正向輸入端接參考電壓。

優選地，所述第三電阻與所述第一電阻和第二電阻為相同類型的電阻，所述第三電阻與所述第一電阻和第二電阻具有相同的溫度系數。

優選地，所述負電壓采樣支路還包括修調電阻，所述修調電阻的一端與所述第一電阻的另一端連接，所述修調電阻的另一端接所述比較器的正向輸入端。

優選地，所述修調電阻與所述第一電阻和第二電阻為相同類型的電阻，所述修調電阻與所述第一電阻和第二電阻具有相同的溫度系數。

優選地，所述電流鏡包括：

第一mos管，所述第一mos管的柵極和漏極相連且所述第一mos管的源極接電源，所述第一mos管的漏極接所述恒流源支路，

第二mos管組合，所述第二mos管組合包括第二mos管和n個第一支路，每個所述第一支路包括第一支路mos管和熔斷電阻，所述第一支路mos管與所述第二mos管共柵極和源極，所述熔斷電阻的一端接所述第一支路mos管的漏極，所述熔斷電阻的另一端接所述第一電阻的另一端。

第三mos管組合，所述第三mos管組合包括第三mos管和n個第二支路，每個所述第二支路包括第二支路mos管和熔斷電阻，所述第二支路mos管與所述第三mos管共柵極和源極，所述熔斷電阻的一端接所述第二支路mos管的漏極，所述熔斷電阻的另一端接所述第二電阻的另一端。

優選地，所述第一mos管、第二mos管和第三mos管均為p溝道增強型mos管。

本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為現有的負電壓檢測電路的電路圖；

圖2為根據本發明一實施例的負電壓檢測電路的電路圖；

圖3為圖2的仿真結果示意圖；

圖4為根據本發明另一實施例的負電壓檢測電路的電路圖；

圖5為根據本發明又一實施例的負電壓檢測電路的電路圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發明的實施例的原理的一些方式，但是應當理解，本發明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發明的實施例包括落入所附加權利要求書的精神和內涵范圍內的所有變化、修改和等同物。

首先參照附圖來描述根據本發明一實施例提出的一種負電壓檢測電路。

本發明的一實施例提供了一種負電壓檢測電路，如圖2所示，該負電壓檢測電路100包括恒流源支路10、負電壓采樣支路20、比較基準電壓支路30、電流鏡40和比較器50。其中，恒流源支路10用于產生恒定的電流；負電壓采樣支路20用于檢測負電壓，包括第一電阻r1，第一電阻r1的一端接待測負電壓vm，第一電阻r1的另一端接比較器50的正向輸入端；比較基準電壓支路30包括第二電阻r2，第二電阻r2的一端接地，第二電阻r2的另一端接比較器50的負向輸入端，第一電阻r1和第二電阻r2具有相同的溫度系數；電流鏡40分別與恒流源支路10、負電壓采樣支路20和比較基準電壓支路30連接，用于將恒流源支路10產生的電流鏡像至負電壓采樣支路20和比較基準電壓支路30，即流過負電壓采樣支路20的電流與流過比較基準電壓支路30的電流相等；當比較器50的正向輸入端的電壓大于或者等于比較器50的負向輸入端的電壓時，比較器50輸出翻轉，即此時判斷檢測到待測負電壓vm。

根據本實施例的負電壓檢測電路，通過將恒流源支路10產生的電流鏡像至負電壓采樣支路20和比較基準電壓支路30，能很好的實現溫度補償，提高負電壓的檢測精度。

具體地，本實施例中的電流鏡40由第一mos管m0、第二mos管m1和第三mos管m2組成，其中，第一mos管m0、第二mos管m1和第三mos管m2共柵極和源極，第一mos管m0的柵極和漏極相連且第一mos管m0的源極接電源vdd，第一mos管m0的漏極接恒流源支路10，第二mos管m1的漏極接第一電阻r1的另一端，第三mos管m2的漏極接第二電阻r2的另一端。

本發明中的電流鏡40可以是任何結構，不限于上述實施例中描述的結構，只要能實現將恒流源支路10產生的電流鏡像至負電壓采樣支路20和比較基準電壓支路30，均在本發明的保護范圍以內。

同樣地，本實施例中的恒流源支路10可以是恒流源、也可以由其他任何電子元器件組成，只要是能產生恒定的電流，均在本發明的保護范圍以內。

優選地，本實施例中的恒流源支路10包括第四mos管m3、運算放大器op和第三電阻r0，第四mos管m3與第三電阻r0串聯，第四mos管m3的漏極接第一mos管m0的漏極，第四mos管m3的柵極接運算放大器op的輸出端，第四mos管m3的源極接運算放大器op的負向輸入端，運算放大器op的正向輸入端接參考電壓vref2。

下面結合圖2來說明本實施例中負電壓檢測電路100的工作原理。

本發明中mos管的類型可以是任意的，本實施例中僅以第一mos管、第二mos管和第三mos管均為p溝道增強型mos為例來說明。

則恒流源支路10產生恒定的電流i0后，由于負電壓采樣支路20和比較基準電壓支路30為恒流源支路10的電流鏡像電路，則流過負電壓采樣支路20的電流i1和流過比較基準電壓支路30的電流i2相等且均等于i0，進一步地可以認為電流i0、i1和i2的大小以及溫度系數是相同的。

負電壓采樣支路20中，當待測負電壓vm為負時，那么b點的電壓vdet=i1×r1+vm，其中，vdet為第一電阻r1另一端的電壓，i1為流過負電壓采樣支路20的電流，vm為待測電壓。也就是說當i1×r1>vm時，b點的電壓為正值；即可以通過調整i1和第一電阻r1來調整b點的電壓，從而達到負電壓檢測轉換為正電壓檢測的目的。

比較基準電壓支路30中，c點電壓vref1=i2×r2，其中，vref1為第二電阻r2另一端的電壓，i2為流過比較基準電壓支路30的電流；且第二電阻r2與第三電阻r0、第一電阻r1為相同類型的電阻，通常認為相同類型電阻的溫度系數是相同的。

假設待測的負電壓為vm，則有：

vref1=i2×r2（1）

vdet=i1×r1+vm（2）

當vdet大于或等于vref2時，比較器50輸出翻轉，則：vdet=vref1時，即可檢測出待測的負電壓。

又有i1=i2=i0（3）

則有vm=i0(r2-r1)（4）

假設各電阻的溫度系數為x，則增加電阻溫度系數后的計算如下：

r0’=r0(1+x)（5）

r1’=r1(1+x)（6）

r2’=r2(1+x)（7）

i0’=vref2/r0(1+x)=i0/(1+x)（8）

又有i1’=i2’=i0’（9）

則有vref1’=i2’×r2’=i0’×r2’=i0/(1+x)×r2×(1+x)=i0×r2（10）

同理可有

vdet’=i2’×r1’+vm=i0’×r1’+vm=i0/(1+x)×(r1×(1+x))+vm=i0×r1+vm（11）

又有vdet’=vref1’（12）

其中，r0’表示考慮電阻溫度系數后的第三電阻，r1’表示考慮電阻溫度系數后的第一電阻，r2’表示考慮電阻溫度系數后的第二電阻，i0’表示考慮電阻溫度系數后的恒流源支路10產生恒定的電流，i1’表示考慮電阻溫度系數后的流過負電壓采樣支路20的電流，i2’表示考慮電阻溫度系數后的流過比較基準電壓支路30的電流，vref1’表示考慮電阻溫度系數后的第二電阻r2另一端的電壓，vdet’表示考慮電阻溫度系數后的第一電阻r1另一端的電壓。

則有vm=i0(r2-r1)（13）

從上面的公式可知，待測負電壓vm的大小與電阻溫度系數無關，只與r1、r2和i0相關，也就是待測負電壓vm的大小不隨溫度變化而變化。

上述公式的推導是基于鏡像電流完全相等的前提，即i1=i2=i0，但是，實際上有可能鏡像得到的電流i1和i2與i0是有一定誤差的，這個誤差是可能由于制作工藝上的誤差以及mos管ds電壓的不同，從而導致鏡像的電流不一致。使用相同電流鏡所得的i2則可以與i1有相同的鏡像電流誤差，該鏡像電流誤差設為a；

即有：i1’=i2’=ai0（14）

其中，i1’表示考慮鏡像電流誤差后的流過負電壓采樣支路20的電流，i2’表示考慮鏡像電流誤差后的流過比較基準電壓支路30的電流。

基于上述的推導過程也可以推導出：

vm=ai0(r2-r1)（15）

同樣也得到一個與電阻溫度系數無關的公式，也就是待測負電壓vm的大小不隨溫度變化而變化。

圖3是圖2的仿真結果，此時vref2設為0.050v，假設需要檢測-0.050v電壓，那么只需取電阻r1使得i1×r1=0.1v，如此vdet=0.050v。在vm端加-0.050v電壓，如圖3所示的仿真結果顯示：在全溫下，vref2與vdet的變化曲線是基本一致的，且它們之間的差值基本維持在0.0003v左右，即實際通過比較器檢測的負電壓在全溫下是基本沒有變化的，也就保證了良好的負電壓檢測的溫度特性。

圖4為根據本發明另一實施例的負電壓檢測電路的電路圖，如圖4所示，本實施例中的負電壓檢測電路與圖2中的負電壓檢測電路的區別在于，本實施例中負電壓采樣支路20包括修調電阻rs和第一電阻r1，修調電阻rs的一端與第一電阻r1的另一端連接，第一電阻r1的一端接待測負電壓vm，修調電阻rs的另一端接比較器50的正向輸入端。優選地，修調電阻rs與第一電阻r1、第二電阻r2和第三電阻r0是相同類型的電阻，且具有相同的溫度系數。接入修調電阻后的待測負電壓vm的計算公式為vm=ai0(r2-r1-rs)，即可以通過調節修調電阻rs的大小來調節待測負電壓vm的大小，調節更加方便。

圖5為根據本發明又一實施例的負電壓檢測電路的電路圖，如圖5所示，其中，電流鏡40包括：

第一mos管m0，第一mos管m0的柵極和漏極相連且第一mos管m0的源極接電源vdd，第一mos管m0的漏極接恒流源支路10；

第二mos管組合41，第二mos管組合41包括第二mos管m1和n個第一支路，每個所述第一支路包括第一支路mos管m11和熔斷電阻r11，第一支路mos管m11與第二mos管m1共柵極和源極，熔斷電阻r11的一端接第一支路mos管m11的漏極，熔斷電阻r11的另一端接第一電阻r1的另一端；

第三mos管組合42，第三mos管組合42包括第三mos管m2和n個第二支路，每個所述第二支路包括第二支路mos管m21和熔斷電阻r11，第二支路mos管m21與第三mos管m2共柵極和源極，熔斷電阻r11的一端接第二支路mos管m21的漏極，熔斷電阻r11的另一端接第二電阻r2的另一端。

本實施例中，通過對熔斷電阻修調熔斷，可以控制接入的第一支路和第二支路的數量，即控制接入電流鏡40的mos管的數量，進而調整流過負電壓采樣支路20的電流i1和流過比較基準電壓支路30的電流i2的大小。如果接入的第一支路和第二支路的數量均為n，則此時i1=i2=n×i0，則待測負電壓vm的計算公式為：vm=n×i0×(r2-r1)。即可以通過調節接入的第一支路和第二支路的數量和/或r1和r2來調節待測負電壓vm的大小，調節更加方便。

應當理解，本發明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執行系統執行的軟件或固件來實現。例如，如果用硬件來實現，和在另一實施方式中一樣，可用本領域公知的下列技術中的任一項或他們的組合來實現：具有用于對數據信號實現邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列（pga），現場可編程門陣列（fpga）等。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由所附權利要求及其等同限定。