一种MCU电源低压检测电路结构的制作方法

本发明涉及电压检测，特别是涉及一种mcu电源低压检测电路结构。

背景技术：

1、mcu(microcontroller unit)是一种集成了处理器、存储器和输入/输出接口的微型计算机芯片。mcu供电电压必须控制在一定范围内以确保芯片能保持稳定运行的状态。供电电压过高，会损坏晶体管，供电电压过低，系统会出现各种执行错误。

2、mcu低压检测电路能检测供电电压的瞬态变化，当供电电压高于某一阈值电压时，mcu开启正常工作，当供电电压低于该阈值电压时，关断mcu部分电路，这样可以有效防止mcu供电电压过低带来的危害。

3、传统的低压检测电路如图1所示，包括电压采样电路、带隙基准电路和电压比较器，带隙基准电路产生不随温度漂移的基准电压，电压采样电路采用多个电阻r10、r20、r30构成电阻分压网络，对电源电压进行采样，采样电压和基准电压通过电压比较器进行比较来判断电源电压是否处于低压状态。该低压检测电路需要独立的带隙基准电路，导致电路结构复杂，功耗大，且低压检测电路的温漂完全取决于基准电压的温漂系数，温漂特性差；并且，电阻分压为了减小功耗往往阻值会取很大，导致电阻体积大从而占用较大的面积。

4、专利文献cn110501548a公开了一种用于mcu的微功耗低电压检测电路，其相对于传统的低压检测电路而言，去除了带隙基准电路，无需电阻分压，结构简单，功耗很小，并且体积很小故占用面积小。检测电路为了保证检测点的零温漂，需要合理选择镇流电阻的阻值和类型，使整个电路中所有的mos管均工作为亚阈值状态，但由于电阻随工艺偏差大，该电路采样电压随pvt(process voltage temperature)变化大，温漂特性差，导致检测电压的翻转阈值变化大。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种功耗小、占用面积小、翻转阈值随pvt变化小的低压检测电路。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种mcu电源低压检测电路结构，包括电流采样支路、基准电流支路、电流比较支路、第一电流镜结构、第二电流镜结构和恒流源结构，其中：

3、电流采样支路包括串联连接的采样电阻和多个单向导电管，其串联输入端连接mcu电源，串联输出端经第一电流镜结构连接电流比较支路；所述电流采样支路通过采样电阻和多个单向导电管将mcu电源电压采样转化为采样电流，再通过第一电流镜结构将所述采样电流镜像至电流比较支路得到第一镜像电流；

4、基准电流支路输入端经恒流源结构连接电流采样支路，输出端经第二电流镜结构连接电流比较支路；所述基准电流支路通过恒流源结构产生不随mcu电源电压变化的基准电流，再通过第二电流镜结构将所述基准电流镜像至电流比较支路得到第二镜像电流；

5、电流比较支路包括两个反相器，两个反相器串联后，串联输入端连接在第一电流镜结构的输出端与第二电流镜结构的输出端之间；所述电流比较支路将第一镜像电流与第二镜像电流进行比较，根据比较结果进行高电位或低电位的翻转输出，并通过两个反相器对翻转输出进行整形，输出对应的高电平或低电平。

6、进一步地，所述单向导电管是自身的基极与集电极短接的三极管。

7、进一步地，所述第一电流镜结构包括输入级器件和输出级器件，所述输入级器件串接在电流采样支路中，所述输出级器件串接在电流比较支路中。

8、进一步地，所述第一电流镜结构的输入级器件和输出级器件都是npn型三极管；输入级器件集电极连接采样电阻与多个单向导电管的串联输出端，发射极接地，基极短接集电极并与输出级器件的基极连接；输出级器件基极连接输入级器件的基极，集电极接入电流比较支路，发射极接地。

9、进一步地，所述恒流源结构包括输入级器件和输出级器件，所述输入级器件串接在电流采样支路中，所述输出级器件串接在基准电流支路中。

10、进一步地，所述恒流源结构的输入级器件和输出级器件都是npn型三极管；输入级器件集电极连接采样电阻与多个单向导电管的串联输出端，发射极接地，基极短接集电极并与输出级器件的基极连接；输出级器件基极连接输入级器件的基极，发射极经镇流电阻接地，集电极连接第二电流镜结构。

11、进一步地，所述恒流源结构与所述第一电流镜结构共用同一个输入级器件。

12、进一步地，所述第二电流镜结构包括输入级器件和输出级器件，所述输入级器件串接在基准电流支路中，所述输出级器件串接在电流比较支路中。

13、进一步地，所述第二电流镜结构的输入级器件和输出级器件都是p型mos管；输入级器件漏极连接恒流源结构，源极连接mcu电源，栅极短接漏极并与输出级器件的栅极连接；输出级器件栅极连接输入级器件的栅极，漏极接入电流比较支路，源极连接mcu电源。

14、进一步地，电流比较支路还包括用于生成电压翻转迟滞量的两个p型mos管，第一个mos管源极连接mcu电源，栅极连接第二电流镜结构的输出级器件，漏极连接第二个mos管的源极，第二个mos管栅极连接两个反相器之间的接点，漏极连接两个反相器的串联输入端。

15、本发明具有以下有益效果：电流采样支路中，由于单向导电管有一个正向压降，多个单向导电管串联连接可以降低采样电流，使得采样电阻可以选取较小值，则功耗小且占用面积小。由恒流源结构的原理可知，其输入级器件与输出级器件的vbe(基极和发射极)电压差具有正温度系数，而电流镜的输入级器件、输出级器件以及单向导电管等晶体管的vbe电压具有负温度系数，因此可以通过改变电流镜结构的放大比例来改变正温度系数以及改变单向导电管的接入数量来调整负温度系数，使负温度系数与正温度系数能够相互抵消得到零温度系数，从而保证低压检测电路结构在mcu的整个工作温度范围内具备很低的温漂系数，使得翻转阈值随pvt变化小，能够获得精准的翻转输出阈值。

技术特征：

1.一种mcu电源低压检测电路结构，其特征是，包括电流采样支路、基准电流支路、电流比较支路、第一电流镜结构、第二电流镜结构和恒流源结构，其中：

2.根据权利要求1所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述单向导电管是自身的基极与集电极短接的三极管。

3.根据权利要求1所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述第一电流镜结构包括输入级器件和输出级器件，所述输入级器件串接在电流采样支路中，所述输出级器件串接在电流比较支路中。

4.根据权利要求3所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述第一电流镜结构的输入级器件和输出级器件都是npn型三极管；输入级器件集电极连接采样电阻与多个单向导电管的串联输出端，发射极接地，基极短接集电极并与输出级器件的基极连接；输出级器件基极连接输入级器件的基极，集电极接入电流比较支路，发射极接地。

5.根据权利要求1所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述恒流源结构包括输入级器件和输出级器件，所述输入级器件串接在电流采样支路中，所述输出级器件串接在基准电流支路中。

6.根据权利要求5所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述恒流源结构的输入级器件和输出级器件都是npn型三极管；输入级器件集电极连接采样电阻与多个单向导电管的串联输出端，发射极接地，基极短接集电极并与输出级器件的基极连接；输出级器件基极连接输入级器件的基极，发射极经镇流电阻接地，集电极连接第二电流镜结构。

7.根据权利要求4或6所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述恒流源结构与所述第一电流镜结构共用同一个输入级器件。

8.根据权利要求1所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述第二电流镜结构包括输入级器件和输出级器件，所述输入级器件串接在基准电流支路中，所述输出级器件串接在电流比较支路中。

9.根据权利要求8所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，所述第二电流镜结构的输入级器件和输出级器件都是p型mos管；输入级器件漏极连接恒流源结构，源极连接mcu电源，栅极短接漏极并与输出级器件的栅极连接；输出级器件栅极连接输入级器件的栅极，漏极接入电流比较支路，源极连接mcu电源。

10.根据权利要求1所述的mcu电源低压检测电路结构，其特征是，电流比较支路还包括用于生成电压翻转迟滞量的两个p型mos管，第一个mos管源极连接mcu电源，栅极连接第二电流镜结构的输出级器件，漏极连接第二个mos管的源极，第二个mos管栅极连接两个反相器之间的接点，漏极连接两个反相器的串联输入端。

技术总结
本发明提供一种MCU电源低压检测电路结构，包括电流采样支路、基准电流支路、电流比较支路、第一电流镜结构、第二电流镜结构和恒流源结构，电流采样支路通过采样电阻和多个单向导电管将MCU电源电压采样转化为采样电流，再通过第一电流镜结构将采样电流镜像至电流比较支路得到第一镜像电流；基准电流支路通过恒流源结构产生不随MCU电源电压变化的基准电流，再通过第二电流镜结构将基准电流镜像至电流比较支路得到第二镜像电流；电流比较支路将第一镜像电流与第二镜像电流进行比较，根据比较结果进行高电位或低电位的翻转输出，并通过两个反相器对翻转输出进行整形，输出对应的高电平或低电平。

技术研发人员：李冬风,王飞
受保护的技术使用者：广东鸿翼芯汽车电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/2/10