CN118409130B - 一种电压监控器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电压监控器，包括被监控单元和监控器单元；被监控单元包括电压检测装置，用于实时检测被监控单元的电压，产生电压信号；监控器单元，接收电压信号，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果。本发明能够仅检测被监控单元的电压就能实现工作状态和过温故障状态监控，简化了监控结构。
Description
技术领域
本申请涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电压监控器。
背景技术
随着集成电路的不断进步，人们对集成电路的性能、稳定性和可靠性提出了越来越高的要求。
常规提高集成电路可靠性的方法有很多，除了提高集成电路的技术含量、改进生产工艺外，也需要对集成电路的各项工作参数—电压、电流、温度等进行实时监控，防止集成电路由于长时间处于非正常工作状态或因超出正常工作电压而失效，从而提高集成电路的工作稳定性和可靠性，延长集成电路使用寿命。
现有的监控器如图1所示，监控器单元通过实时检测被监控单元的电压，产生电压信号来判断被监控单元处于待机还是满载状态，实时检测被监控单元的温度，产生温度信号来判断被监控单元处于过温还是正常温度状态。现有的监控器为了监控被监控单元的工作状态和故障状态，需要同时检测被监控单元的电压和温度，监控结构复杂。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请，以便提供一种电压监控器，仅检测被监控单元的电压就能实现工作状态和过温故障状态监控，简化了监控结构。
为了达到上述目的，本申请提供了一种电压监控器，包括被监控单元和监控器单元；被监控单元包括电压检测装置，用于实时检测被监控单元的电压，产生电压信号；监控器单元，接收电压信号，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果；监控器单元包括滤波器、比较器COM、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、误差放大器EA和后级分析模块；
其中，滤波器的输入端作为监控器单元的输入端，接收电压信号，滤波器的输出端连接比较器COM的反相输入端，滤波器的输入端还同时连接比较器COM的同相输入端，比较器COM的输出端连接第一电容C1的第一端和第二电容C2的第一端，第一电容C1的第二端连接第一电阻R1的第一端和误差放大器EA的反相输入端，第一电阻R1的第二端连接参考地，第二电容C2的第二端连接第二电阻R2的第一端和误差放大器EA的同相输入端，第二电阻R2的第二端连接参考地，误差放大器EA的控制端连接滤波器的输出端，误差放大器EA的输出端连接后级分析模块的输入端，后级分析模块产生监控结果。
进一步的，监控器单元，将电压信号的电平和频率进行分析，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果。
进一步的，误差放大器EA包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6和第三电阻R3；
其中，第一开关管M1的源极连接电源电压VDD，第一开关管M1的栅极连接偏置电压Vbias，第一开关管M1的漏极连接第二开关管M2的源极和第三开关管M3的源极，第二开关管M2的栅极作为误差放大器EA的同相输入端，第三开关管M3的栅极作为误差放大器EA的反相输入端，第二开关管M2的衬底、第三开关管M3的衬底连接滤波器的输出端，第二开关管M2的漏极连接第四开关管M4的漏极、第四开关管M4的栅极和第五开关管M5的栅极，第四开关管M4的源极和第五开关管M5的源极连接参考地，第三开关管M3的漏极连接第五开关管M5的漏极和第六开关管M6的栅极，第六开关管M6的漏极连接电源电压VDD，第六开关管M6的源极连接第三电阻R3的第一端，并作为误差放大器EA的输出端，第三电阻R3的第二端连接参考地。
进一步的，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3为PMOS管，第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6为NMOS管。
进一步的，当误差放大信号Vout持续为高电平，其电压电平在VDD-1.1V以上时，被监控单元为待机状态且温度正常。
进一步的，当误差放大信号Vout为PWM波形，其高电平在VDD-1.1V以上时，被监控单元为待机状态但过温故障。
进一步的，当误差放大信号Vout为PWM波形，其高电平低于VDD-1.1V时，被监控单元为满载状态但过温故障。
进一步的，当误差放大信号Vout持续为高电平，其电压电平低于VDD-1.1V时，被监控单元为满载状态且温度正常。
进一步的，被监控单元还包括供电模块和CPU，供电模块产生供电电压到CPU，为CPU供电。
进一步的，电压检测装置用于实时检测CPU的供电电压，产生电压信号。
本申请的有益效果是：
（1）、本申请中电压监控器仅检测被监控单元的电压就能实现工作状态和过温故障状态监控，简化了监控结构。
（2）、本申请中误差放大器EA采用六个开关管和衬底控制，实现了四种状态下的误差放大，结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有的监控器的结构框图；
图2为本申请提供的电压监控器的结构框图；
图3为本申请提供的被监控单元的电压信号波形图；
图4为本申请提供的监控器单元的具体电路结构图；
图5为本申请提供的误差放大器EA的具体电路结构图；
图6为本申请提供的误差放大器EA的四种情况示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明。
如图2所示，本申请提供了一种电压监控器。该电压监控器包括被监控单元和监控器单元。
被监控单元包括电压检测装置，用于实时检测被监控单元的电压，产生电压信号。
监控器单元，接收电压信号，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果。
优选的，被监控单元还包括供电模块和CPU，供电模块产生供电电压到CPU，为CPU供电。
具体的，被监控单元包括电压检测装置，用于实时检测被监控单元的电压，产生电压信号，包括：
电压检测装置用于实时检测CPU的供电电压，产生电压信号。
如图3所示，当被监控单元处于待机状态时，此时无负载，电压信号电平较高，当被监控单元处于满载状态时，此时负载满载，电压信号电平降低；当被监控单元处于正常温度范围内时，供电模块中振荡器频率较低，供电模块产生的电压频率也较低，导致了电压信号频率较低，反之，当被监控单元处于过温时，供电模块中振荡器频率变高，供电模块产生的电压频率随之变高，导致了电压信号频率升高，因此可以通过监控电压信号的电平和频率以实现被监控单元的工作状态和过温故障状态监控。
具体的，监控器单元，接收电压信号，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果，包括：
监控器单元，接收电压信号，将电压信号的电平和频率进行分析，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果。
优选的，监控器单元的具体电路结构如图4所示，该监控器单元包括滤波器、比较器COM、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、误差放大器EA和后级分析模块。
其中，滤波器的输入端作为监控器单元的输入端，接收电压信号，滤波器的输出端连接比较器COM的反相输入端，滤波器的输入端还同时连接比较器COM的同相输入端，比较器COM的输出端连接第一电容C1的第一端和第二电容C2的第一端，第一电容C1的第二端连接第一电阻R1的第一端和误差放大器EA的反相输入端，第一电阻R1的第二端连接参考地，第二电容C2的第二端连接第二电阻R2的第一端和误差放大器EA的同相输入端，第二电阻R2的第二端连接参考地，误差放大器EA的控制端连接滤波器的输出端，误差放大器EA的输出端连接后级分析模块的输入端，后级分析模块产生监控结果。
具体的，滤波器对电压信号A进行滤波，产生电压信号直流分量A2，通过比较器COM将电压信号A与电压信号直流分量A2进行比较，产生指示比较结果的PWM波B，即当被监控单元待机状态时，PWM波为低频信号，当被监控单元满载状态时，PWM波为高频信号。
同时由于第一电容C1、第二电容C2通高频阻低频的特性，会将高频的PWM波耦合到第一电阻R1、第二电阻R2支路上，而阻止低频PWM波耦合到第一电阻R1、第二电阻R2支路上，通过预设不同阻值的第一电阻R1、第二电阻R2，产生不同电压电平的第一PWM波Vinn和第二PWM波Vinp，最后利用误差放大器EA将第一PWM波Vinn和第二PWM波Vinp的差值进行放大，产生误差放大信号Vout，以用于后级分析模块进行监控分析，产生监控结果。
优选的，误差放大器EA的具体电路结构如图5所示，该误差放大器EA包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6和第三电阻R3。
其中，第一开关管M1的源极连接电源电压VDD，第一开关管M1的栅极连接偏置电压Vbias，第一开关管M1的漏极连接第二开关管M2的源极和第三开关管M3的源极，第二开关管M2的栅极作为误差放大器EA的同相输入端，第三开关管M3的栅极作为误差放大器EA的反相输入端，第二开关管M2的衬底、第三开关管M3的衬底连接滤波器的输出端，第二开关管M2的漏极连接第四开关管M4的漏极、第四开关管M4的栅极和第五开关管M5的栅极，第四开关管M4的源极和第五开关管M5的源极连接参考地，第三开关管M3的漏极连接第五开关管M5的漏极和第六开关管M6的栅极，第六开关管M6的漏极连接电源电压VDD，第六开关管M6的源极连接第三电阻R3的第一端，并作为误差放大器EA的输出端，第三电阻R3的第二端连接参考地。
进一步的，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3为PMOS管，第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6为NMOS管。
具体的，误差放大器EA将第一PWM波Vinn和第二PWM波Vinp的差值进行放大，产生误差放大信号Vout，同时第二开关管M2的衬底、第三开关管M3的衬底连接滤波器的输出端，根据电压信号直流分量A2进行控制，当电压信号直流分量A2较高时，第二开关管M2、第三开关管M3无衬偏效应，容易打开，漏源压降较低，小于0.2V；反之，当电压信号直流分量A2较低时，第二开关管M2、第三开关管M3呈现衬偏效应，难打开，漏源压降较高，大于0.2V。
如图6所示，误差放大信号Vout可表示为四种情况：当电压信号为高压低频时，第一电容C1、第二电容C2阻止低频PWM波耦合到第一电阻R1、第二电阻R2支路上，第一PWM波Vinn和第二PWM波Vinp为零，电压信号直流分量A2为高，误差放大器EA中电源电压VDD通过第一开关管M1、第三开关管M3、第六开关管M6产生误差放大信号Vout，由于第一开关管M1的漏源压降为0.2V，第三开关管M3的漏源压降小于0.2V，第六开关管M6的栅源压降为0.7V，因此误差放大信号Vout的电压电平在VDD-1.1V以上。
当电压信号为高压高频时，第一电容C1、第二电容C2将高频PWM波耦合到第一电阻R1、第二电阻R2支路上，电压信号直流分量A2为高，误差放大器EA产生相应的误差放大信号Vout，误差放大器EA中电源电压VDD通过第一开关管M1、第三开关管M3、第六开关管M6可以产生误差放大信号Vout的高电平，由于第一开关管M1的漏源压降为0.2V，第三开关管M3的漏源压降小于0.2V，第六开关管M6的栅源压降为0.7V，因此误差放大信号Vout的高电平在VDD-1.1V以上。
当电压信号为低压高频时，第一电容C1、第二电容C2将高频PWM波耦合到第一电阻R1、第二电阻R2支路上，电压信号直流分量A2为低，误差放大器EA产生相应的误差放大信号Vout，误差放大器EA中电源电压VDD通过第一开关管M1、第三开关管M3、第六开关管M6可以产生误差放大信号Vout的高电平，由于第一开关管M1的漏源压降为0.2V，第三开关管M3的漏源压降大于0.2V，第六开关管M6的栅源压降为0.7V，因此误差放大信号Vout的高电平低于VDD-1.1V。
当电压信号为低压低频时，第一电容C1、第二电容C2阻止低频PWM波耦合到第一电阻R1、第二电阻R2支路上，第一PWM波Vinn和第二PWM波Vinp为零，电压信号直流分量A2为低，误差放大器EA中电源电压VDD通过第一开关管M1、第三开关管M3、第六开关管M6产生误差放大信号Vout，由于第一开关管M1的漏源压降为0.2V，第三开关管M3的漏源压降大于0.2V，第六开关管M6的栅源压降为0.7V，因此误差放大信号Vout的电压电平低于VDD-1.1V。
后级分析模块接收误差放大信号Vout，根据误差放大信号Vout的四种情况进行分析，产生对应的监控结果。当误差放大信号Vout为PWM波形且高电平在VDD-1.1V以上，判断电压信号为高压高频，此时被监控单元为待机状态但过温故障；当误差放大信号Vout为PWM波形且高电平低于VDD-1.1V，判断电压信号为低压高频，此时被监控单元为满载状态但过温故障；当误差放大信号Vout持续为高电平，且在VDD-1.1V以上，判断电压信号为高压低频，此时被监控单元为待机状态且温度正常；当误差放大信号Vout持续为高电平，且低于VDD-1.1V，判断电压信号为低压低频，此时被监控单元为满载状态且温度正常。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种电压监控器，包括被监控单元和监控器单元；被监控单元包括电压检测装置，用于实时检测被监控单元的电压，产生电压信号；监控器单元，接收电压信号，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果；其特征在于，监控器单元，将电压信号的电平和频率进行分析，对被监控单元的工作状态和过温故障状态进行监控，产生监控结果；监控器单元包括滤波器、比较器、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、误差放大器和后级分析模块；
其中，滤波器的输入端作为监控器单元的输入端，接收电压信号，滤波器的输出端连接比较器的反相输入端，滤波器的输入端还同时连接比较器的同相输入端，比较器的输出端连接第一电容C1的第一端和第二电容C2的第一端，第一电容C1的第二端连接第一电阻R1的第一端和误差放大器的反相输入端，第一电阻R1的第二端连接参考地，第二电容C2的第二端连接第二电阻R2的第一端和误差放大器的同相输入端，第二电阻R2的第二端连接参考地，误差放大器的控制端连接滤波器的输出端，误差放大器的输出端连接后级分析模块的输入端，后级分析模块产生监控结果；
误差放大器包括第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3、第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6和第三电阻R3；
其中，第一开关管M1的源极连接电源电压VDD，第一开关管M1的栅极连接偏置电压Vbias，第一开关管M1的漏极连接第二开关管M2的源极和第三开关管M3的源极，第二开关管M2的栅极作为误差放大器的同相输入端，第三开关管M3的栅极作为误差放大器的反相输入端，第二开关管M2的衬底、第三开关管M3的衬底连接滤波器的输出端，第二开关管M2的漏极连接第四开关管M4的漏极、第四开关管M4的栅极和第五开关管M5的栅极，第四开关管M4的源极和第五开关管M5的源极连接参考地，第三开关管M3的漏极连接第五开关管M5的漏极和第六开关管M6的栅极，第六开关管M6的漏极连接电源电压VDD，第六开关管M6的源极连接第三电阻R3的第一端，并作为误差放大器的输出端，第三电阻R3的第二端连接参考地。
2.根据权利要求1所述的电压监控器，其特征在于，第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3为PMOS管，第四开关管M4、第五开关管M5、第六开关管M6为NMOS管。
3.根据权利要求2所述的电压监控器，其特征在于，当误差放大信号Vout持续为高电平，其电压电平在VDD-1.1V以上时，被监控单元为待机状态且温度正常。
4.根据权利要求3所述的电压监控器，其特征在于，当误差放大信号Vout为PWM波形，其高电平在VDD-1.1V以上时，被监控单元为待机状态但过温故障。
5.根据权利要求4所述的电压监控器，其特征在于，当误差放大信号Vout为PWM波形，其高电平低于VDD-1.1V时，被监控单元为满载状态但过温故障。
6.根据权利要求5所述的电压监控器，其特征在于，当误差放大信号Vout持续为高电平，其电压电平低于VDD-1.1V时，被监控单元为满载状态且温度正常。
7.根据权利要求1所述的电压监控器，其特征在于，被监控单元还包括供电模块和CPU，供电模块产生供电电压到CPU，为CPU供电。
8.根据权利要求7所述的电压监控器，其特征在于，电压检测装置用于实时检测CPU的供电电压，产生电压信号。
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