[发明专利]基于FGD NMOS管的电源低电压监测电路

说明书

本发明提供了一种基于栅极反掺杂NMOS管的电源低电压监测电路，用于监测系统的电源电压VDD是否低于电源电压阈值，其特征在于，包括第一电容器、第二电容器、反相器、第一PMOS管和第一NOMS管；还包括第一电流镜、第二NMOS管、栅极反掺杂NMOS管和第三NMOS管，其中第二NMOS管的栅极用于接收参考电压；第二NMOS管和栅极反掺杂NMOS管的电流密度被调整成使得产生带隙基准电压，从而电源电压阈值为参考电压Vref与带隙基准电压之和，当电源电压低于电源电压阈值时，反相器输出指示信号为低电平。本发明的基于栅极反掺杂NMOS管的电源低电压监测电路具有低功耗、对电源电压下降的响应低延迟而对电源电压上升的响应高延迟的特性，能够方便可靠的方式保证系统中电子器件的稳定工作。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种基于栅极反掺杂NMOS管的电源低电压监测电路。

背景技术

随着信息技术的不断发展，新型的物联网、5G、智能传感等技术对高速高精度集成电路和电路单元(如数/模转换器、模/数转换器、线性稳压器和开关稳压器等)的设计提出了更多的挑战。

为了使系统运行在一个正常、可靠的工作环境，并在一旦出现电源异常的情况下能立即采取相应的措施，使系统及时恢复正常，需要提供各种监测电路。其中，对系统的电源电压进行监控，当电源电压低于用户设定的电压监测低限电压(即，电源电压阈值、参考电压)时发出指示信号的电源低电压监测电路对于某些芯片是必要的设计，并且尤其希望其具有低功耗等特性。

显然，在这种电源低电压监测电路中获得并保持一个精准的阈值或参考电压是必要的。

美国专利US10862469B2公开了一种比较电路，其中通过结合使用翻转栅极(flipped-gate)MOS管和常规栅极MOS管，获得精准的参考电压，以用于电压比较。

翻转栅极MOS管，例如Mohammad Al-Shyoukh等人在IEEE(2014年)的论文“基于反掺杂N沟道MOS场效应管的具有500nA静态电流、无修剪、±1.75％绝对精度、纯CMOS基准电压”(A 500nA Quiescent Current,Trim-Free,±1.75％Absolute Accuracy,CMOS-OnlyVoltage Reference based on Anti-Doped N-Channel MOSFETs)中，描述了这样一种翻转栅极MOS管，具体地为一种栅极反掺杂(flipped-gate(anti-doped))NMOS管，参见图1。

本领域技术人员知道，常规NMOS管的栅极为N+掺杂，而在如图1所示的栅极反掺杂NMOS管(FGD NMOS)中，栅极的两侧的极小区域仍为N+掺杂，而其中间部分却呈P+掺杂。

Mohammad Al-Shyoukh等人发现，这种栅极反掺杂NMOS管和常规NMOS管的阈值电压之差ΔV_th具有负温度系数(参见图2)，因此，可以基于这一特性，通过布置这种栅极反掺杂NMOS管和常规NMOS管并调整两者的设计参数，获得精准的参考电压。

例如上述美国专利US10862469B2，在其公开的可以监测电源电压的UVLO(under-voltage lockout，欠压锁定)电路中，其通过布置栅极反掺杂MOS管(即其翻转栅极MOS管)、常规MOS管和一些电阻，通过选择电阻阻值间的比率，能够补偿栅极反掺杂MOS管非理想工艺及温度系数，从而能够实现精准的电源电压阈值。由此其所公开的UVLO电路可以确定电源电压是否升至电子器件的电路可以完全工作或者是否降至电子器件的电路应当关闭，以及降低对参考电压源的反冲以降低可能引起参考电压漂移的噪声。

但是，美国专利US10862469B2的UVLO电路主要基于MOS管和电阻实现上述这些功能，其在电源电压下降时不能非常迅速响应，而在电源电压上升时又会对上升电压中的毛刺产生不需要的响应。这些特性并不能很理想地适用于对系统的电源电压的低电压监测以确保系统中电子器件的稳定工作。