JP4245904B2

JP4245904B2 - 電圧検出回路

Info

Publication number: JP4245904B2
Application number: JP2002330847A
Authority: JP
Inventors: 稔須藤
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2022-11-14
Also published as: CN1510424A; CN100346164C; JP2004163315A; US20040113630A1; US7034581B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低電圧で動作する任意の端子の電圧を検出する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電圧検出回路は、図６の回路ブロック図に示されるような回路が知られていた（例えば、特許文献１参照。）。即ち、端子１１と１０に、検出すべき任意の端子と接続する。図６の場合電池１が接続されているので、電池１の電圧を検出する。端子１１と１０の間には電圧分割抵抗１３、１４が接続されている。コンパレータ１６の入力には、前記電圧分割抵抗の接続点と、基準電圧１５が接続されている。コンパレータ１６の出力には、インバータ回路１７が接続され、出力回路２０の出力が出力端子１２に接続されている。
出力回路２０は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下 P-ch MOS Trと記載する）１８とＮチャネル型ＭＯＳトランジスタ（以下 N-ch MOS Trと記載する）１９からなるインバータ回路で構成されている。
【０００３】
電圧の検出は電圧分割抵抗１３と１４の接続点の電圧Vaと、基準電圧１５の電圧Vbをコンパレータ１６が比較して行う。つまり、コンパレータ１６が反転する電圧は、Ｖａ＝Ｖｂである。ここで、Ｖａは電圧分割抵抗の値によって、電池１の電圧によって変化する。仮に、抵抗１３の抵抗値をＲ１、抵抗１４の抵抗値をＲ２とし、電池１の電圧をV1とすれば、電池１の検出電圧はＶａ＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×V1＝Ｖｂより、（１）式で与えられる。
【０００４】
検出電圧＝（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２×Ｖｂ（１）
つまり、電池１の電圧が（１）式で示される値よりも高いときは、コンパレータ１６の出力はハイ・レベルになり、電池１の電圧が（１）式よりも低いときは、コンパレータ１６の出力はロー・レベルになる。コンパレータ１６の出力は、インバータ回路１７と、インバータを構成する出力回路２０をとおって、出力端子１２に出力される。すなわち、コンパレータ１６の出力が、ハイ・レベルかロー・レベルかによって、電池１の電圧が、検出電圧よりも高いか、低いかを検出する事ができる。
【０００５】
一般に、図６に示すようにインバータを構成する出力回路は、その動作電圧以下の電圧では、出力は不定となる。なぜならば、出力回路２０を構成するP-ch MOS Tr１８とN-ch MOS Tr１９は、共に、エンハンスメント型のトランジスタであるため、そのトランジスタのしきい値電圧以上の電圧をトランジスタのゲート・ソース間にかけないと、トランジスタをONすることができないためである。
【０００６】
すなわち、トランジスタのしきい値電圧以下の電圧では、P-ch MOS Tr１８とN-ch MOS Tr１９は、共に、OFFの状態であるため、出力端子１２の電圧は不定となる。
【０００７】
図６に図５の従来の電圧検出回路の電池電圧１の電圧V1横軸として変化させたときの出力端子１２の電圧V12を縦軸に示す。検出電圧をさかいにして、出力端子１２の電圧は、LレベルとHレベルに分れる。図６のAの領域では、本来検出電圧よりも低い電池電圧なので出力端子１２の出力は、低い電圧レベル（以下 Lレベルと記載する）でなくてはならないが、しきい値電圧以下のため、図５のN-ch MOS Tr１９はONすることができず、Lレベルを出力することができない。
【０００８】
すなわち、電圧検出回路が任意のシステムのリセット信号に使用される時、検出電圧が低い場合、図６のAの領域を電圧検出回路がHを出力しているものとシステム側が判断し、誤動作する可能性がある。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１−２４５１６５（第１−３頁、第２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧検出回路では、動作電圧以下になると、前記電圧検出回路の出力電圧が不定となり、正確な電圧検出出力ができないという課題があった。
【００１１】
そこで、この発明の目的は従来のこのような課題を解決するために、電圧検出回路の動作電圧以下でも正確な電圧検出出力をすることを目的としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
上記問題点を解決するために、この発明では電圧検出回路の出力端子にデプレッション型MOS トランジスタを付加し、電圧検出回路が動作電圧以下であっても、正確に電圧検出出力ができるようにした。
【００１３】
本願発明にかかる電圧検出回路は、電池の正極が接続される第１の端子と、前記電池の負極が接続される第２の端子と、前記電池の電圧を分圧する分圧回路と、
基準電圧を発生させる基準電圧回路と、前記基準電圧回路の出力と前記分圧回路の出力に基づいて信号を出力するコンパレータと、を有する。さらに、前記第１の端子と前記第２の端子の間に接続されており、前記コンパレータの出力信号に基づいて信号を出力する第１の出力回路と、前記第１の出力回路の出力信号を出力する出力端子と、前記第１の端子及び前記第２の端子の信号に基づいて前記出力端子に信号を出力する第２の出力回路と、を有する。そして、前記第２の出力回路は、前記電池の電圧値により出力信号が切り替わることを特徴とする。
【００１４】
また、本願発明にかかる電圧検出回路の前記第２の出力回路は、前記出力端子と前記第１の端子または前記第２の端子の間に直列に接続されたデプレッション型N-ch ＭＯＳトランジスタとデプレッション型P-ch MOSトランジスタとを有する。さらに、前記第１端子の電圧に基づいた信号が、前記デプレッション型P-ch MOSトランジスタのゲート電極に入力され、前記第２端子の電圧に基づいた信号が、前記デプレッション型Ｎ-ch MOSトランジスタのゲート電極に入力されることを特徴とする。
【００１５】
また、本願発明にかかる電圧検出回路の前記１の出力回路は、前記第１の端子と前記第２の端子の間に直列に接続されたエンハンスメント型N-ch MOSトランジスタとエンハンスメント型P-ch MOSトランジスタとを有する。さらに、前記コンパレータの出力に基づいた信号が、前記エンハンスメント型P-ch MOSトランジスタおよび前記エンハンスメント型Ｎ-ch MOSトランジスタのゲート電極に入力されている。さらに、前記デプレッション型N-ch ＭＯＳトランジスタまたは前記デプレッション型P-ch MOSトランジスタのいずれかのしきい値電圧の絶対値が、前記エンハンスメント型N-ch MOSトランジスタまたは前記エンハンスメント型P-ch MOSトランジスタのいずれかのしきい値電圧の絶対値よりも大きいことを特徴とする。
【００１６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一の実施例を示す電圧検出回路図である。図１と図６との相違は、出力端子１２に、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２が接続されている点である。基本的な電圧検出動作は従来と同様である。
【００１７】
電池１の電圧V1がエンハンスメント型MOS Trの１８、１９のしきい値電圧よりも低いときにデプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２は、ともに、ONするので、出力端子１２の電圧はLレベルになる。
【００１８】
ここで、デプレッション型P-ch M OS Tr２２のしきい値電圧の絶対値を、エンハンスメント型N-ch MOS Trの１９のしきい値電圧の絶対値と同じか、若干大きい値にすることで、デプレッション型P-ch MOS Tr２２がOFFする電池V1の電圧の前に、エンハンスメント型N-ch MOS Trの１９がONすることができるので、出力端子１２の電圧レベルはLを保持することができる。
【００１９】
さらに、電池１の電圧V1を上げると、やがて、デプレッションデプレッション型P-ch MOS Tr２２は、OFFするため、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２で出力端子１２をLに下げるパスが、ハイ・インピーダンスとなり、機能しなくなる。この状態では、従来の電圧検出回路と同等になる。
【００２０】
さらに、電池電圧１の電圧V1の電圧を上げると、やがて電圧検出回路の検出電圧になり、その電圧で出力端子１２の電圧がLレベルからHレベルへ切り替わる。
【００２１】
Hレベルへ変化したあとは、デプレッション型N-ch MOS Tr２１がOFFするので、従来の電圧検出回路と同等になる。
【００２２】
図２に本発明の電圧検出回路の電池電圧１の電圧V1を横軸として変化させたときの出力端子１２の電圧V12を縦軸に示す。図２の領域Bでは、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２が共にONしているので、出力端子１２の電圧は、Lレベルのままとなる。
【００２３】
すなわち、本発明によれば、電圧検出回路の消費電流を増加させることなく低電圧時の電圧検出回路の不定領域（不確定出力領域）を排除し、かつ、電圧が高いときには、従来の電圧検出回路と同等の動作をする。
【００２４】
図３は、本発明の第二の実施例を示す電圧検出回路である。図１との相違は、インバータ回路１７が削除され、コンパレータ１６の出力が出力回路２０の入力に接続されていることと、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２の直列に接続されたものがで出力端子１２と端子１１の間、すなわち、電池１のプラス側に接続されている点である。
【００２５】
さらに図３では、インバータ１７がないので、図１の場合と比べて、出力端子１２のLレベルとHレベルが電池１の電圧に対して反転する。すなわち、検出電圧以下では、出力端子１２はHレベルとなり、検出電圧以上では、Lレベルとなる。
【００２６】
電池１の電圧V1がエンハンスメント型MOS Trの１８、１９のしきい値電圧よりも低いときにデプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２は、ともに、ONするので、出力端子１２の電圧はHレベルになる。
【００２７】
ここで、デプレッション型N-ch MOS Tr２１のしきい値電圧の絶対値を、エンハンスメント型P-ch MOS Trの１８のしきい値電圧の絶対値と同じか、若干大きい値にすることで、デプレッション型N-ch MOS Tr２１がOFFする電池V1の電圧の前に、エンハンスメント型P-ch MOS Trの１８がONすることができるので、出力端子１２の電圧レベルはHを保持することができる。
【００２８】
さらに、電池１の電圧V1を上げると、やがて、デプレッションデプレッション型N-ch MOS Tr２１は、OFFするため、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２で出力端子１２をHに上げるパスが、ハイ・インピーダンスとなり、機能しなくなる。この状態では、従来の電圧検出回路と同等になる。
【００２９】
さらに、電池電圧１の電圧V1の電圧を上げると、やがて電圧検出回路の検出電圧になり、その電圧で出力端子１２の電圧がHレベルからLレベルへ切り替わる。
【００３０】
Lレベルへ変化したあとは、デプレッション型P-ch MOS Tr２２がOFFするので、従来の電圧検出回路と同等になる。
【００３１】
図４に本発明の電圧検出回路の電池電圧１の電圧V1横軸として変化させたときの出力端子１２の電圧V12を縦軸に示す。図４の領域Bでは、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２が共にONしているので、出力端子１２の電圧は、Hレベルのままとなる。
【００３２】
すなわち、本発明によれば、電圧検出回路の消費電流を増加させることなく低電圧時の電圧検出回路の不定領域を排除し、かつ、電圧が高いときには、従来の電圧検出回路と同等の動作をする。
【００３３】
図５は、本発明の第三の実施例を示す電圧検出回路図である。図１と図５との相違は、デプレッション型N-ch MOS Tr３１とデプレッション型P-ch MOS Tr３２が、コンパレータ１６の出力に接続されている点である。
【００３４】
電池１の電圧が低く、コンパレータ１６の動作電圧以下では、コンパレータ１６の出力が、必ずしも正確な値となる保証はない。仮に、電池１の電圧が低く、本来は、コンパレータ１６の出力はLレベルでなくてはならないときに、Hレベルを出力していたとすると、その出力を受けて、インバータ回路１７は、Lレベルを出力し出力回路２０はHレベルを出力しようとする。すなわち、エンハンスメント型P-ch MOSトランジスタ１８がONする。
【００３５】
しかし、出力端子１２には、デプレッション型N-ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２が接続されているため、出力端子１２をLレベルに下げる働きがあり、エンハンスメント型P-ch MOSトランジスタ１８とデプレッション型N- ch MOS Tr２１とデプレッション型P-ch MOS Tr２２で、端子１１と１０の間に導通するパスが発生し、無効電流が流れる。端子１２の出力電圧も、エンハンスメント型P-ch MOSトランジスタ１８のON抵抗とデプレッション型N-ch MOS Tr２１のON抵抗とデプレッション型P-ch MOS Tr２２のON抵抗によって決定されるため、Lレベルを保持できなくなる。その対策として、デプレッション型N-ch MOS Tr３１とデプレッション型P-ch MOS Tr３２をコンパレータ１６の出力に挿入することで、コンパレータ１６の動作電圧以下の時に、コンパレータ１６の出力をLレベルに確定することで、電池１の電圧が低い時の出力端子１２を確実にLレベルにすることができる。
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば電圧検出回路の低電圧時の不定領域をなくすことができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の電圧検出回路は、消費電流を増加させることなく、低電圧時の不定領域をなくしたことで、あやまった電圧検出信号（例えば、システムへのリセット信号）での誤動作を防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の電圧検出回路図
【図２】本発明の第一の実勢例の電圧検出回路の動作説明図
【図３】本発明の第二の実施例の電圧検出回路図
【図４】本発明の第二の実施例の電圧検出回路の動作説明図
【図５】本発明の第三の実施例の電圧検出回路図
【図６】従来の電圧検出回路図
【図７】従来の電圧検出回路の動作説明図
【符号の説明】
１電池
１３、１４抵抗
１５基準電圧回路
１６コンパレータ
１７インバータ
２０出力回路
２１デプレッション型N-ch MOSトランジスタ
２２デプレッション型P-ch MOSトランジスタ

Claims

電池の正極が接続される第１の端子と、
前記電池の負極が接続される第２の端子と、
前記電池の電圧を分圧する分圧回路と、
基準電圧を発生させる基準電圧回路と、
前記基準電圧回路の出力と前記分圧回路の出力に基づいて信号を出力するコン
パレータと、
前記第１の端子と前記第２の端子の間に接続されており、前記コンパレータの出力信号に基づいて信号を出力する第１の出力回路と、
前記第１の出力回路の出力信号を出力する出力端子と、
前記第１の端子及び前記第２の端子の信号に基づいて前記出力端子に信号を出力する第２の出力回路と、を有し、
前記第２の出力回路は、
前記出力端子と前記第１の端子または前記第２の端子の間に直列に接続されたデプレッション型 N-ch ＭＯＳトランジスタとデプレッション型 P-ch MOS トランジスタとを有し、
前記第１端子の電圧に基づいた信号が、前記デプレッション型 P-ch MOS トランジスタのゲート電極に入力され、
前記第２端子の電圧に基づいた信号が、前記デプレッション型Ｎ -ch MOS トランジスタのゲート電極に入力され、
前記電池の電圧値により出力信号が切り替わることを特徴とする電圧検出回路。
前記１の出力回路は、
前記第１の端子と前記第２の端子の間に直列に接続されたエンハンスメント型 N-ch MOS トランジスタとエンハンスメント型 P-ch MOS トランジスタとを有し、
前記コンパレータの出力に基づいた信号が、前記エンハンスメント型 P-ch MOS トランジスタおよび前記エンハンスメント型Ｎ -ch MOS トランジスタのゲート電極に入力されており、
前記デプレッション型 N-ch ＭＯＳトランジスタまたは前記デプレッション型 P-ch MOS トランジスタのいずれかのしきい値電圧の絶対値が、前記エンハンスメント型 N-ch MOS トランジスタまたは前記エンハンスメント型 P-ch MOS トランジスタのいずれかのしきい値電圧の絶対値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の電圧検出回路。