[发明专利]用作低电压检测电路的带隙电压比较器

说明书

本发明一般涉及具有低电压检测和通电复位(reset)的半导体集成电路，更具体地说，涉及一种利用具有低电压阈值的带隙电压比较器的集成电路，其在很宽的温度范围内具有长期的电压稳定性。

各种电气装置，例如蜂窝式电话、膝上型计算机、无键和无线输入装置以及其它基于集成电路的产品，可以例如利用电池、燃料电池、太阳能电池、发电机等供电，它们需要稳定和精确的电压基准以便有效和可预测工作。重要的是，在这些电池供电的装置中在所有可能的工作条件下采用精确和可靠的方式将电子电路起动和关断。在起动(通电)过程中，在开始其工作之前必须达到一最小电压值，以及在工作过程中，当电压下降低于一临界值时装置必须停止或禁止进一步工作。执行这些功能的典型应用是通电复位(POR)和功率下降(powerlow)复位(突卸载复位(BOR))。

POR和BOR电路通常结合电压比较器电路利用一精确的电压基准，以确定是否达到一装置可以正常工作时的临界电压值。在集成电路中使用的典型的电压基准已置入式(buried)齐纳和带隙基准。置入式齐纳基准是一种十分稳定和精确的电压基准，然而，其通常工作在约5伏或者更高并为实现最佳工作吸取几百微安的电流。新近的由电池供电的电子系统可以在2伏或者更低的电池的电压下工作，因此，置入式齐纳技术不适于作为一必须在这种低电压下工作并且还具有低功率消耗的电压基准。对于这些应用可以利用“带隙基准”。

可以利用半导体电路产生通常为1.2伏的带隙电压基准。这一基准下文称为带隙电压，并可以补偿由于温度改变带来的变化，其通过将一具有负温度系数的电压电路与具有正温度系数的电压电路结合以便形成一具有零温度系数的电压电路，即在很宽的温度范围内基本维持同一带隙电压值。在DavidM.Susak的5900773号美国专利中更完整地介绍了精确的带隙电压基准电路，这里引用可供全面参考。

带隙基准与电压比较器结合可用于检测POR和BOR电路的工作电压电平。可以将带隙基准和比较器结合到一个电路中，例如在Willam Slemmer的名称为“直流求和型带隙电压比较器”(下文称为“Slemmer”)的5781043号美国专利中公开的电路中。Slemmer专利公开了一种用于检测电源的电压变化的直流求和型带隙电压比较器。当检测电源电压电平低于一定值时，Slemmer比较器将使一转换开关将电源转换到待用电池。Slemmer带隙电压比较器利用共同求和的4个电流源，以形成一求和节点电压电平，以及产生一逻辑信号，其指示何时求和节点电压大于、等于或小于预定值。该预定值对应于期望电源电压切换值。

在先技术的电压基准和比较器电路太复杂，吸取太大的电流，需要工作电压电平高于新近由电池供电的电子系统中可得到的电压，并且受温度和电压稳定性变化的影响。因此，需要提供一种改进的电压比较器，其具有低的工作电流、在很宽的工作温度范围内稳定的电压基准，以及能以集成电路简单可靠地实现。

通过提供一种改进的带隙电压比较器，其可以与集成电路装置中的其它电路一起用作为一低电压检测电路，本发明克服了上述问题以及已有技术的其它缺点和缺陷。该集成电路装置例如可以是但不局限于由MicrochipTechnology Ihc.(更完整表述的网址为http:www.microchip.com/)制造的互补金属氧化物半导体(CMOS)PIC微控制器系列，这里引用可供全面参考。本发明可以工作在1伏和1伏以上的电压，并且工作中仅吸取相对少量的电流。以集成电路实现本发明的各实施例是高效的并且仅需要很小面积的模片(die)。在所有的加工过程转变(proess comer)和工业温度范围内精确的各突变(trip)点最好是上或下(plus or minut)50毫伏。在本发明的各实施例中，可以独立地设定通电和断电突变点即可编程的滞后(hysteresis)。这些突变点对于VDD上升和下降次数是不敏感的。本发明的各实施例可以在低电压的条件下即下降的VDD下立即发生POR或BOR。对于在检测上升突变点后的POR信号，延迟(hold-off)时间例如可以是但不局限于1-10微秒(可编程)。本发明的各实施例当处于待用模式(休眠模式)时可以不吸取电流，以及当退出待用模式时可以估计电压电平。如果当由待用模式转为工作模式时存在低电压状态则将产生低电压状态信号。因此，本发明非常适合于通电复位(POR)和功率下降复位(突卸载(brown-out)复位(BOR))模式。这种电路的可预测和高效工作将保证所有的用电池(2伏或者更高)工作的所有应用可靠地工作。