TW201224467A - Voltage detection circuit - Google Patents

Description

201224467 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本揭示内容是有關於一種電路，且特別是有關於一種偵測電路。 【先前技術】

隨著電子技術的發展以及消費性電子產品的普及，桌上型電腦、 華5己型電腦、手機、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)與 隨身聽等已成為現代人經常使用的電子裝置。這些電子產品除了達成 移動通訊與數據儲存的目的之外，更進一步地滿足消費者對娛樂、工 作、社交、資訊閱讀上的需求。在電子產品的運作時，穩定的電力供 應是絕對必要的條件，一般來說桌上型電腦可能設置有固定式的電源 供應模組’而可攜式電子產品(如手機）多内建有可重複充電的電池供電 模組’用來提供電力來源。 以常見的電子計算機系統(如個人電腦系統、手機内的單晶片系統: 為系統主機板的㈣電壓供應是否穩定義到整㈣統能否正席 穩疋運仃。尤其是’隨著中央處理單元(Ce_l p峨以叩融，cpu 頻率逐漸提高’祕縣電源供紅要求转來愈高。尤其當中 單元進行大量資料運算時’若缺乏穩叙卫作電壓及工作電济 易導致糸統故障。 例如，^手機中的電池供電模組中的雷胃 w 、，止甲的電力存夏下降時，供電電層 便了此逐步哀減，可能導致手機的部 而失靈。 凡件，、，、法传到足夠的電力供鲜 201224467 壓過低時，該電源電壓即被視為不穩定，此狀況需__測，用以 方便執行相對應的保護措施。 【發明内容】 為了解決上述電壓賴電_部可能存在偵測偏差的問題，本發 明實施例提出-種電壓個電路，其具有自動校正模式錢過原有的 比較電路進仃誤差的校正，並將計算出的校正參數财起來。當電壓 積測電路進人仙m式時便可依據校正參數提供更精確的侧效果。 因此本發明内容之一態樣是在提供—種電壓偵測電路，其包含 比較電路彳變增益電路以及切換電路。比較電路具有第—輸入端以 及第二輸人端。可變增益電路耗接於比較電路之第—輸人端與基準信 號之間，可變增益電路具有魏種增益設定，可變增益電路將一増益 設定後的基準㈣導通至該第_輸人端。切換電路滅至第二^入 端，切換電路仙以選擇性地將待測信號或基準信號導通至第二輪入 端0

^中田5玄電壓偵測電路為自動校正模式時，該切換電路將該美 準u導通至該第二輸人端，用以和該增益設定後的基準信號進行^ 較，可變增益電職序套肋等增益奴，直職比較電路 一輸入端與該第二輸入端之電壓準位相等。 X 【實施方式】 味參閱第1圖，其繪示一種電壓偵測電路1〇〇的功能方塊圖。 第1圖所示’電壓偵測電路刚主要包含比較電路102，其兩個輪^ 201224467 端(輸入端in+與輸入端in-)分別耦接到需要測量的待測信號Vin以及作 為比較基準的基準信號Vref，用以比較輸入端in+與輸入端in-的電壓 準位，進而產生比較後的判斷結果（即輸出信號Vout)。 於實際應用中，比較電路102的輸入端in-未必與待測信號Vin直 接連接，於第1圖的例子中，電壓偵測電路100中具有等增益的運算 放大器（unity-gain operational amplifier)l04 以及分壓電路 106，係耦接 於待測信號Vin與比較電路102之間，其中，等增益的運算放大器1〇4 可用作信號隔離，而分壓電路106可用來調整待測信號Vin的取樣比 例。 舉例來說，假設基準信號Vref= 1.25 V，以及分壓電路106的取 樣比例為1時’若待測信號Vin低於1.25V (Vref)時，表示待測信號 Vin電壓過低發生異常，電壓偵測電路1〇〇的比較電路便可設定為具有 輸出邏輯高準位(logic-H)的輸出信號Vout ;反之，若待測信號Vin大 於l_25V(Vref)時，即正常情況下，電壓偵測電路1〇〇的比較電路便可 設定為具有輸出邏輯低準位(l〇gic-L)的輸出信號Vout。 舉例來說’假設基準信號Vref = 1.25 V且分壓電路106的取樣比 例為1/3時’若待測信號vin低於3.75V時(此時輸入端in-的電壓準位 低於1.25V)，表示待測信號Vin電壓過低發生異常，電壓偵測電路1〇〇 的比較電路便可設定為輸出具有邏輯高準位（1〇gic_H)的輸出信號 Vout ;反之，若待測信號vin大於3.75V (Vref)時，即為正常情況。 然而’上述電壓偵測電路在實際的偵測應用中可能存在一定程度 的誤差，例如傳輪線路上的線阻、分壓電路的阻抗或分壓損失、運算 放大器的信號損耗等等各種可能的原因’都可能使得待測信號與基準 信號之間的比對發生誤差。現今的電子元件對電力信號的要求十分精 201224467 細，若電力信號的電壓準位已偏低，但電壓侧電路未群確偵測， 可能造成電子裝置不穩定或損壞。 為了對前述誤差進行校正，本發明另-實施例的電壓偵測電路更 設置-可變增益電路於基準信號與比較電路之間，在自動校正模式 下，利用可變增益電路作校正補償，藉此可計算出校正參數並儲存。 當電壓偵前路進人偵顚柄，便可依據校正參數提供更精確的债 測效果。 請參照第2圖’其繪示根據本發明—實施例之—種用於電壓債測 • 祕300之功能方塊圖。如第2圖所示，電壓制電路300包含比較 電路302、可變增益電路304、切換電路3〇6以及控制電路3〇8。 電壓福測電路3GG主要可用來制待測信號vin是否低於特定的 電壓準位，亦即例如確保中央處理單元可正常運作的安全電壓準位， 其係以基準信號Vref作為判斷標準藉以判斷待測信號Vin是否正常。 當待測信號Vm低於基準信號Vref時，電壓偵測電路便送出代表異常 情況之偵測結果的輸出訊號Vout，例如輸出具有邏輯高準位(1〇gic H) 的輸出信號Vout。其中，本實施例中主要將待測信號Vin與基準信號 ® Vref直接以一比一的比例尺(scale)比較’但本發明並不以此為限，亦 可先對待測信號Vin部份取樣或放大後再與基準信號Vref比較，可擴 大電壓偵測電路300可對應的待測範圍。 如第2圖所示，比較電路302具有兩輸入端，亦即輸入端in+與輸 入端m-，實際應用中，比較電路302可包含差動放大器沖fferentiaI amplifier)302a’用以取出輸入端in+與輸入端in_之間的電壓差加以放 大。 切換電路306耦接至比較電路302之輸入端in_，可選擇性地將待 201224467 測信號Vin或基進_ & # ^ 平虎Vref導通至輸入端in- ’其中，電壓偵測電路 300可包含自動校正模式與偵測模式。 明參閱第3A圖 '第3B圖以及第5圖，第3A圖繪示當電壓偵測 — 300 |於自動校正模式的示意圖第3B圖繪示當電壓制電路 300處於制模式的示意圖。如第3b圖所示，其中，當電壓俄測電路 3〇〇處於偵測模式時，切換電路则將待測信號vin導通至比較電路 302的輸入埏m_ ’而基準信號Vref則耦接至輸入端in+ ;當電壓偵測 電路300處於自動校正模式時，切換電路306將基準信號Vref導通至 _ tt較電路3G2的輸人端in_，以及基準信號Vref亦_接至輸入端心 於自動校正模式中，基準信號Vref同時被送往輸入端in+與輸入 端m•，於理想的情況下比較電路302兩輸入端應當接收到的一樣的信 號，故電壓準位應完全一致，不存在任何電壓差，然而因傳輪線路上 的線阻、分壓電路的阻抗或分壓損失、運算放大器的信號損耗等等各 種可能的原因，兩輸入端仍可能存在一定的偏差，於是本發明實施例 利用可變增益電路304進行偏差校正。 本實施例中，可變增益電路304耦接於比較電路之輸入端in+與基 • 準信號Vref之間，可變增益電路304具有複數種增益設定，實際應用 中，可變增益電路304可採用分壓電路、可變電阻器、可變增益的運 算放大器電路、或其他具相等性的可變增益元件。 於此實施例中，可變增益電路304中可包含計數器3(Ma，用以暫 存有變數X，計數器304a可為各種計數元件(counter)，可暫存—特a 變數並根據控制而變動。可變增益電路304可根據變數X套用相對應 的增益設定。可變增益電路304將經上述增益設定處理後的基準作說 Vref-a導通至輸入端in+(如第3A圖所示）。 201224467 圖’其料㈣本判之—實_中電壓偵 °如第5圖所示’首先電壓偵測電路300於 古準LtTi在控制電路3G8可將重置控制信號RST設定為 同準位降當重置控制信號咖變為高準位(h)時 設糊準位(H)，並且峨路可料數器工: 暫存之變數X設定為0。藉此，使電壓该測電路於時間點 自動校正模式。 ‘‘ ^

於自動校正模式中，比較電路302可判斷輸入端Μ之電壓準位 (Vref-a)與輸入端in-之電壓準位(㈣是否相等。若不相等時，比較電 路302中的差動放大器施針對兩端電壓差進行放大進而觸發控 制電路308。此時’控制電路可使計數_職暫存之變數X ^ 增，例如將變數加卜藉此將可變增益電路3〇4套用另_增益設定。

此處請一併參閱第5 測電路300的信號時序圖 時間點T0啟動。 可變增益電路3G4可依序套用不_增益設定，（如q i倍，〇 2倍, 0.3倍，0.4倍，·…）’直到比較電路302判斷輸入端出+與輸入之= 壓準位相等時，如第5财時間點T2所示，比較電路3〇2可產生高準 位(H)的Vmit，表示此時自動校正已完成。接著，在下一個clk的正 緣(positive edge)時，控制電路308可將校正控制信號Trim—設定 為低準位(L) ’且使計數器304a中變數x停止累加雌存為校正參數， 更具體來說’計數器304a只有在CLK訊號產生時才會進行累加的動 作’因此，在T2到下一個CLK出現的期間，變數乂係維持在同—個 數值。 藉此，控制電路308便可將可變增益電路3〇4目前使用的增益設 定保存下來。於此實施例中’增益設定的保存可透過將暫存器中的變 201224467 數X儲存綠正參㈣加以完成，此處校衫討_存在—儲存媒 體(未料）巾，如記憶體、補或其他可儲存參數的媒介。 接著’電麼侦測電路300便進入偵測模式，請一併參閱第3B圖 以及第5 ffi ’當電壓偵測電路綱處於偵測模式時，控制電路遍將 上述說明得到的校iL參數讀人可變增益電路脱之計數器触中，切 換電路306將待測信E Vin導通至輸入端m·，比較電路3〇2比較輸入 端ΐη+與輸人端in.之電鱗位並產生代耗_杲的輸出信號V⑽。 於此實施例中，比較電路3〇2可進一步包含信號處理單元·，可與 差動放大旨3G2am連接’信魏理單可根據差動放大器搬& 的電壓差，進而產生輸出訊號v〇ut。 於此實她例中，當輸入端in_的電壓準位小於輸入端in+的電壓準 位時，差動放大器302a可將其間的電壓差放大之後，比較電路3〇2中 的L號處理單元302b可據以輸出邏輯高準位(i〇gic_H)的輸出信號

Vcmt ;反之，則信號處理單元3〇2b輸出邏輯低準位(1叩^卩的輪出信 號 Vout。 如第5圖所示’在電子裝置使用過程中，可能因為各種因素(如電 力供應不足、系統異常、操作錯誤)使得待測信號Vin的電壓準位發生 變化，當待測信號Vin等於或小於偵測電壓vdet時，將使得輸入端出_ 的電壓準位便小於輸入端in+的電壓準位，進而使輸出信號v〇m變為 高準位，藉此達到電壓偵測的效果。 上述實施例中（第2圖至第3B圖）的電壓偵測電路300主要將待測 ^號Vm與基準信號Vref直接以一比一的比例尺(scale)比較，但本發 明並不以此為限。請參閱第4A圖，其繪示根據本發明之另一實施例中 一種電壓偵測電路300'的電路示意圖。 201224467 如第4A圖所示，相較於第3A或3B圖，電壓偵測電路300'更包

含等增益(uni-gain)的運算放大器(operational amplifier，OP-AMP)310 以 及分壓電路312。等增益的運算放大器310與分壓電路312可依序耦 接於待測信號Vin之輸入端與切換電路306之間，分別用以對待測信 號Vm進行處理。其中，等增益的運算放大器31〇可用以隔離信號， 避免電壓镇測電路300'對待測信號vin造成干擾。其中，於此實施例 中，等增益的運算放大器31〇本身不對訊號進行放大處理，僅將輸入 端訊號複製到輸出端，但元件本身可在輸入端與輸出端之間形成隔離 的效果。當電壓偵測電路3〇〇’處於偵測模式時，分壓電路312可用以 對待測信號Vin進行分絲樣，例如取出1/3 Vin，取樣後的待測信號 Vin再與經可變增益電路3〇4校正後的基準信號進行比對。藉此，可電 壓偵測電路300對應較大的待測範圍，並有較高的精確性。等增益的 運算放大器31G以及分壓電路312的本身的詳細原理為習知技藝之人 所熟知，在此不另贅述。 前述等增糾運算放大器31〇與分壓電路312本身亦可能對通過 的各種信號造成-定的誤差(bi♦因此於另—實施例中，亦可將本發 明的校正機制的適用範圍—併涵蓋等增益的運算放大器細與分廢電 路312，請參閱第4B圖’其繪示根據本發明之另一實施例中一種電壓 偵測電路300”的電路示意圖。如第4B圖所示，電約貞測電路卿"與 先前實施要柯之處在於，其巾等增益的運算放大器3ig與分壓 電路312依序耦接於切換電路306與比較電路3〇2之間。 来 .....——·虽冤堙價测電路3〇〇·，為自動校正模式時， 透，可變增錢路3G4依縣用隸增益設定的自較錯程，此時 计具出的校正參數可—併涵蓋到等增益的運算放大器训與分麼電路 201224467 312所造成的誤差。 舉例來說，根據第4B圖的實施例，於自動校正模式中電壓偵測電 • 路3〇〇"的基準信號Vref被送往輸入端in+，並可同時產生電塵準位為 基準k號Vref兩倍的k號(如第4B圖中的兩倍基準信號2*vre〇。自動 校正模式中’切換電路306切換至兩倍基準信號2*Vref之輸入端，此 時分壓電路312可相對應地設定為1/2分壓比例。兩倍基準電遲信號 2*Vref經分壓電路312處理後產生一倍的基準信號並送往輸入端 以進行後續的校正。其中，分壓電路312的分壓比例與自動校正模式 籲 中基準k號採用的倍數並不以此實施例中的1/2與兩倍為限，實際應 用中可採用任意具相等性的組合。 如此一來，可變增益電路304進行偏差校正可根據傳輸線路上的 線阻、等增益的運算放大器M0與分壓電路犯的阻抗等等各種原因 的加總，進而計算出校正參數。實_計算細部雜與切實施例大 致雷同’在此不另贅述。 综上所述，本發明的電壓偵測電路在基準信號與比較電路之間設 置有可變増益電路，在自動校正模式下可計算出校正參數，並利用^ _ 變增益電路作校正補，藉此提供更精確_測效果。 然本揭示内容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭 =谷任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示内容之精神和範圍内， :可作各種之更動與卿’因此本揭示内容之保護範ϋ當視後附之申 請專利範圍所界定者為準。 12 201224467 【圖式簡單說明】 為讓本揭不内容之上述和其他目的、χ 特徵、伽與實施例能 更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖繪示習知技術中—種電壓偵測電路的功能方塊圖； 第2圖，其繪示根據本發明之—實施例中—種詩電壓债測 電路之功能方塊圖； 第从圖繪示當電壓偵測電路處於自動校正模式的示意圖；

第3Β圖繪示當電壓偵測電路處於偵測模式的示意圖； 第4Α圖繪示根據本發明之另一實施例中一種電壓偵測電路 的電路示意圖； 第4Β圖綠示根據本發明之另一實施例中一種電壓谓測電路 的電路示意圖；以及 第5圖繪示根據本發明之一實施例中電壓偵測電路的信號時 序圖。 102 :比較電路 106 :分壓電路 in- _輸入細 Vref :基準信號 302 :比較電路 306 :切換電路 302a :差動放大器 【主要元件符號說明】 100 :電壓偵測電路 104 :運算放大器 in+ :輸入端 Vin :待測信號 300 :電壓偵測電路 304 :可變增益電路 308 :控制電路 13 201224467 302b :信號處理單元 Vref-a :經增益的基準信號 310 :運算放大器 RST :重置控制信號 Vdet :偵測電壓 300” ：電壓偵測電路 304a :計數器 300’ ：電壓偵測電路 312 :分壓電路 Trim_finish :校正控制信號 ΤΟ、ΤΙ、T2、T3 :時間點 2*Vref:兩倍基準信號

14

Claims (1)

1. 201224467 七、申請專利範圍： 1.一種電壓偵測電路，包含： 一比較電路，該比較電路異有一第一輪入端以及一第二輸入 端； 一可變增益電路，耦接於该第一輸入端與一基準信號之間，該 可變增益電路具有複數種增益設定’該可變増益電路將一增益設定 後的基準信號導通至該第一輸入端；以及

   一切換電路，耦接至該第二輸入端，係用以選擇性地將一待測 信號或該基準信號導通至該第二輸入端； 其中，當該電壓偵測電路為一自動校正模式時，該切換電路將該 基準信號導通至該第二輸入端，用以和該增益設定後的基準信號進行 比較’該可變增益電路依序套用該等增益設定，直_比較電路判斷 該第一輸入端與該第二輸入端之電壓準位相等。

   2·如申請專利範圍第丨項所述之電壓制電路，更包含—控制電 ^，該控制電路麵接至該比較電路，於該自動校正模式時，當 路判斷該第一輸入端與該帛二輸入端之電壓準位A 路調整該可變增益電路的該等增益設定。 不相等，該控制電 電路Γ人 圍第1項所述之電壓_電路，其中該可變择益 電路包含-計數器，該計數器暫存 變“ 變數套_增益設定之其中之―，其中，該=_路根據該 定。 。變數正比於該等増益設 4·如申請專利範圍第3項所述之電壓偵測電路更包含—控制電

   15 201224467 路，係減至祕較電路與料數器，心於該自動校正模式中時， 當該比較電路判斷該第-輸人端與該第二輸人端之電壓準位不相等， 該控制電路調整該變數。 5.如申請專利範圍第4項所述之電壓彳貞測 路判斷該第一輸入端與該第二輸入端之電壓準 將該變數儲存設定為一校正參數。 電路，其中當該比較電 位相等時，該控制電路

   6.如申請專利顧第5項所述之電壓仙電路，其中當該電㈣ 測電路為-制模式時，該控制電路將該校正參數寫人該可變增益電 路之^計數器中，該切換電路將該待測信號導通至該第二輸入端，該 比較電路用以比較該第-輸人端與該第二輸人.電壓準位，進而產 生一偵測結果

   7.如申請專利範圍第i項所述之電壓 測電路:於一細式時，該切換電路將該待導=壓: :電路比較該第一輪入端與該第二輪入端之電壓準= 入端 生一偵測結果 8.如申請專利範圍第丨項所述之電壓偵測電路 電路包含一分壓電路。 其中該可變增益 9.如申請專利職第丨項所述之電壓偵測電路 電路包含一可變電阻器。 其中該可變增益 16 201224467 ίο.如申請專利範圍第丨項所述之電壓偵測電路，其中該比較電路 包含一差動放大器。 11 .如申咕專利範圍第1項所述之電壓偵測電路，更包含一運算放 大器’其純於該切換電路與該比較電路之間，該運算放All用以隔 離該待測信號。 如申請專利範圍第1項所述之電壓偵測電路，更包含一分壓電 路二其輪於勒換電路與紐較電路之間，該錢電路用以對該待 測信號進行分壓取樣。 d。13·如中請專利範圍第1項所述之電壓 貞測電路，更包含_運算放 大益，其耦接於該待測信號與該切換 間，該運算 離該待顯號。 ^用以隔

   一分壓電 以對該待 •如申睛專利範圍第1項所述之電壓偵測電路，更包含 、耦接於该待測信號與該切換電路之間，該分壓電路用 測信號進行分壓取樣。

   17