JP2005165792A - Low-input-voltage malfunction prevention circuit with overvoltage protection function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体集積回路において、入力電圧が低入力時および高入力時の誤動作防止および周辺部品の保護のための回路に関するものである。 The present invention relates to a circuit for preventing malfunction and protecting peripheral components when a input voltage is low or high in a semiconductor integrated circuit.
以下、上記回路として、図5に従来の入力電圧の低入力電圧検出回路と過電圧検出回路を示し、これについて説明する。
図4において、1は入力電圧、14はこの入力電圧1による制御信号発生回路、29は入力電圧1の低入力電圧検出回路、30は入力電圧1の過電圧検出回路であり、前記制御信号発生回路14に、電流を供給する電流源12がスイッチ13を介して接続されている。
Hereinafter, as the above circuit, FIG. 5 shows a conventional low input voltage detection circuit and overvoltage detection circuit for an input voltage, which will be described.
In FIG. 4, 1 is an input voltage, 14 is a control signal generation circuit based on this
前記低入力電圧検出回路29では、入力電圧1を抵抗21,22によって抵抗分割した電圧Vaと定電圧23の電圧VLをコンパレータ24で比較して、図6に示すように、入力電圧1が低入力電圧検出閾値VLより低い時、および高い時でそれぞれ、ロウ、ハイレベルの信号を出力信号cとして出力している。
In the low input
また前記過電圧検出回路30では、入力電圧1を抵抗25,26によって抵抗分割した電圧dと定電圧27の電圧VHをコンパレータ28で比較して、図6に示すように、入力電圧1が過電圧検出閾値VHより低い時、および高い時でそれぞれ、ハイ、ロウレベルの信号を出力信号fとして出力している。
Further, in the
上記低入力電圧検出回路29の出力信号cと過電圧検出回路30の出力信号fを、図5に示すようにAND回路31に入力して、図6に示すように、検出信号VCOUTを出力している。そして、この検出信号VCOUTによりスイッチ13をオフとして電流源12の電流I2を遮断して制御信号発生回路14の動作制御を行い、また検出信号VCOUTをAND回路15に入力して制御信号発生回路14の出力信号のオン/オフを行い、誤動作防止および周辺部品の保護のためのオン/オフの制御を行っている。VOUTはAND回路15の出力信号である。
The output signal c of the low input
このように、従来、低入力電圧誤動作防止および過電圧保護を実現するためには、図5に示すように、低入力電圧検出回路29及び過電圧検出回路30を別々に構成する必要があった。
Thus, conventionally, in order to realize low input voltage malfunction prevention and overvoltage protection, it is necessary to separately configure the low input
しかしながら、従来の構成では、低入力電圧検出回路29及び過電圧検出回路30を別々に構成するために、構成素子数が多くなり、チップ面積が大きくなるという問題があった。
However, in the conventional configuration, since the low input
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、低入力電圧検出回路と過電圧検出回路を同一回路で実現して付加機能を高めると共に、半導体集積回路素子数を削減し、チップ面積を縮小することができる過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路を提供することを目的としたものである。 The present invention solves the above-described conventional problems, and realizes a low input voltage detection circuit and an overvoltage detection circuit in the same circuit to enhance additional functions, reduce the number of semiconductor integrated circuit elements, and reduce the chip area. It is an object of the present invention to provide a low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection function.
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項1に記載の発明は、入力電圧に、一極性の第一のトランジスタにより構成され前記入力電圧に対して依存性を有する第一の電流源を接続し、この第一の電流源に、逆極性の第二、第三のトランジスタからなるカレントミラー回路の一端を接続し、前記カレントミラー回路の他端に、抵抗の一端を接続し、前記抵抗の他端に、ドレインを前記入力電圧と接続した逆極性の第四のトランジスタのソースを接続し、前記逆極性の第四のトランジスタのゲートと前記入力電圧の間に第二の電流源を接続し、前記第二の電流源とグラウンドとの間にツェナーダイオードを接続し、前記カレントミラー回路の他端を、一方の入力側電圧としてコンパレータに接続し、前記コンパレータの他方の入力側電圧として、低入力電圧検出閾値と過電圧検出閾値に相当する定電圧を与え、前記コンパレータの出力を検出信号として使用すること特徴とするものである。この構成によれば、低入力電圧検出回路と過電圧検出回路を同一回路で実現することができ、低入力電圧誤動作防止と過電圧保護を、半導体集積回路素子数を削減し、チップ面積を縮小して実現できる。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
また請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明であって、前記第一の電流源を、ソースに前記入力電圧が接続され、ゲート・ソース間に所定電圧が与えられた一極性の第一のトランジスタによって構成し、前記入力電圧の変動をこの第一のトランジスタの出力電流の変動として捕えることを特徴とするものである。
The invention according to
また請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の発明であって、前記コンパレータ出力の検出信号を使用して、制御信号発生回路の動作制御を行うことを特徴とするものである。
The invention according to claim 3 is the invention according to
また請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明であって、前記コンパレータ出力の検出信号を使用して、制御信号発生回路の出力信号の制御を行うことを特徴とするものである。
The invention according to
また請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の発明であって、前記第一〜第四のトランジスタに、それぞれ同一極性のMOSトランジスタまたはバイポーラトランジスタを使用することを特徴とするものである。
The invention according to
本発明は、上記構成を有し、入力電圧に対する依存性を有する電流源を使用して、低入力電圧誤動作防止回路のコンパレータの入力側電圧を制御することによって、過電圧保護回路機能も併せ持たせた、過電圧保護回路機能つき低入力電圧誤動作防止回路を構成することができ、半導体集積回路素子数を削減し、チップ面積を縮小することができる。 The present invention has an overvoltage protection circuit function by controlling the input side voltage of the comparator of the low input voltage malfunction prevention circuit using the current source having the above-described configuration and dependency on the input voltage. In addition, a low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection circuit function can be configured, the number of semiconductor integrated circuit elements can be reduced, and the chip area can be reduced.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、従来の図5に示す構成と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
[実施の形態1]
図1は本発明の実施の形態1における過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路の回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the structure shown in the conventional FIG. 5, and description is abbreviate | omitted.
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit diagram of a low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection function according to
図1において、CFは入力電圧1に対する依存性を有する第一の電流源であり、この第一の電流源CFは、ソースが入力電圧1が接続され、ゲート・ソース間に所定電圧2が与えられるPchのC−MOSトランジスタからなる一極性の第一のトランジスタ3によって構成されている。この第一の電流源CFの出力端である、一極性の第一のトランジスタ3のドレインに、カレントミラー回路CMの一端が接続されている。
In FIG. 1, CF is a first current source having a dependency on an
カレントミラー回路CMは、NchのC−MOSトランジスタからなる逆極性の第二、第三のトランジスタ4,5からなり、第一の電流源3の出力端に、カレントミラー回路CMの一端として第二のトランジスタ4のドレインおよびゲートと第三のトランジスタ5のゲートが接続され、第二、第三のトランジスタ4,5のソースがグラウンドに接続されている。このカレントミラー回路CMの他端、すなわち第三のトランジスタ5のドレインに抵抗6の一端が接続されている。
The current mirror circuit CM is composed of second and
この抵抗6の他端に、ドレインを入力電圧1と接続したNchのC−MOSトランジスタからなる逆極性の第四のトランジスタ7のソースが接続され、この逆極性の第四のトランジスタ7のゲートと入力電圧1の間に第二の電流源8が接続され、またこの第二の電流源8とグラウンドとの間にツェナーダイオード9が接続されている。
The other end of the
また前記カレントミラー回路CMの他端である第三のトランジスタ5のドレインを、一方の入力側電圧としてコンパレータ11の一方の入力に接続し、このコンパレータ11の他方の入力側電圧として定電圧10の電圧VB を与えている。この定電圧10の電圧VB は、低入力電圧検出閾値VLと過電圧検出閾値VHに相当する。
Further, the drain of the
そして、前記コンパレータ11の出力として、低入力電圧および過電圧の検出信号VCOUTを得ている。
またこの検出信号VCOUTを、従来と同様に、スイッチ13の駆動信号、AND回路15の入力信号としている。
As an output of the
The detection signal VCOUT is used as a drive signal for the
以上のように構成された過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路の動作を、図1と併せて図3、図4の動作説明図に基づいて説明する。
一極性のトランジスタ3によって構成される第一の電流源CFにはゲート・ソース間に電圧2が与えられており、第一の電流源CFは、入力電圧1(電圧値をV1とする)が変動すると、一極性のトランジスタ3のゲート・ドレイン間電圧が変動するので、チャネル変調効果により、入力電圧1に依存性を持つ、すなわち入力電圧1の電圧値V1が上昇すると出力電流I3が上昇する電流源となる。そして、逆極性の第二、第三のトランジスタ4,5によって構成されるカレントミラー回路CMによって、逆極性の第四のトランジスタ7にも電流I3が流れる。
The operation of the low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection function configured as described above will be described based on the operation explanatory diagrams of FIGS. 3 and 4 together with FIG.
A
ここで、逆極性の第四のトランジスタ7のゲート電圧をV(M7/G)、ツェナーダイオード9の順方向電圧をVZDとすると、
V1<VZDの時 V(M7/G)=V1 …(1)
V1≧VZDの時 V(M7/G)=VZD …(2)
となる。ただし、ここではV1<VZDの時は、第二の電流源8は両端で電圧の降下を生じない理想電流源としている。ここで、逆極性の第四のトランジスタ7のゲート・ソース間電圧をVGS、抵抗6の抵抗値をR6とすると、式(1)(2)より、第三のトランジスタ5のドレインの電圧、すなわちコンパレータ11の一方の入力の電圧VAは、
V1<VZDの時 VA =V1 −VGS−I3・R6 …(3)
V1≧VZDの時 VA =VZD−VGS−I3・R6 …(4)
となる。このため、式(3)より、低電圧時(V1<VZD)には、図3に示すように、VAはV1上昇に伴い上昇する。これにより、V1が低入力電圧誤動作回路閾値VL(図3)より低い時、高い時にそれぞれ検出信号VCOUTはロウレベル、ハイレベルを出力する。また、式(4)より、過電圧時(V1≧VZD)には、図3に示すように、I3はV1上昇に伴い上昇するので、VAはV1上昇に伴い下降する。これにより、V1が過電圧保護回路閾値VH(図3)より低い時、高い時に検出信号VCOUTはハイレベル、ロウレベルを出力する。したがって、コンパレータ11に入力される電圧VA,VBと入力電圧V1の関係、そしてコンパレータ11の出力、すなわちVCOUTとV1の関係は図3に示すものとなる。図3に示すように、電圧VB は、上述した如く、低入力電圧検出閾値VLと過電圧検出閾値VHに相当し、コンパレータ11の出力として、低入力電圧および過電圧の検出信号VCOUTが得られる。
Here, if the gate voltage of the fourth transistor 7 of reverse polarity is V (M7 / G) and the forward voltage of the
When V1 <VZD V (M7 / G) = V1 (1)
When V1 ≧ VZD V (M7 / G) = VZD (2)
It becomes. However, here, when V1 <VZD, the second
When V1 <VZD VA = V1-VGS-I3 · R6 (3)
When V1 ≥ VZD VA = VZD-VGS-I3 · R6 (4)
It becomes. Therefore, from the equation (3), when the voltage is low (V1 <VZD), as shown in FIG. 3, VA rises as V1 rises. Thereby, when V1 is lower than the low input voltage malfunction circuit threshold VL (FIG. 3), the detection signal VCOUT outputs a low level and a high level, respectively, when it is high. Further, from the equation (4), at the time of overvoltage (V1 ≧ VZD), as shown in FIG. 3, I3 increases as V1 increases, so VA decreases as V1 increases. Thus, when V1 is lower than the overvoltage protection circuit threshold value VH (FIG. 3), the detection signal VCOUT outputs a high level and a low level when it is high. Therefore, the relationship between the voltages VA and VB input to the
そして、この検出信号VCOUTを使用して、制御信号発生回路14に電流I2を供給するスイッチ13をオン/オフすることで、制御信号発生回路14をオン/オフし、すなわち制御信号発生回路14の動作制御を行い、また検出信号VCOUTを、制御信号発生回路14の出力信号と共にAND回路15に入力することでも出力信号をオン/オフし、制御信号発生回路14の出力信号の制御を行っている。
Then, by using this detection signal VCOUT, the control
以上のように、本実施の形態1によれば、入力電圧1に対する依存性を有する第一の電流源CFを使用して、コンパレータ11の入力側電圧を制御することによって、過電圧保護回路機能も併せ持たせた、過電圧保護回路機能つき低入力電圧誤動作防止回路を構成することができ、このように低入力電圧検出回路と過電圧検出回路を同一回路で実現することにより、半導体集積回路素子数を削減し、チップ面積を縮小することができる。
[実施の形態2]
実施の形態1に記載した回路の一部または全てのMOSトランジスタを同一極性のバイポーラトランジスタに置き換えても同じ機能と作用効果を得ることができる。実施の形態2では、図2に一例として示すように、すべてのMOSトランジスタを同一極性のバイポーラトランジスタに置き換えている。
As described above, according to the first embodiment, by using the first current source CF having dependency on the
[Embodiment 2]
Even if a part or all of the MOS transistors in the circuit described in the first embodiment are replaced with bipolar transistors having the same polarity, the same functions and effects can be obtained. In the second embodiment, as shown as an example in FIG. 2, all MOS transistors are replaced with bipolar transistors having the same polarity.
図2においては、PchのC−MOSトランジスタからなる一極性の第一のトランジスタ3に代えて、P型のバイポーラトランジスタからなる一極性の第一のトランジスタ17を設け、NchのC−MOSトランジスタからなる逆極性の第二、第三のトランジスタ4,5に代えて、N型のバイポーラトランジスタからなる逆極性の第二、第三のトランジスタ18,19を設け、さらにNchのC−MOSトランジスタからなる逆極性の第四のトランジスタ7に代えて、N型のバイポーラトランジスタからなる逆極性の第四のトランジスタ20を設けている。
In FIG. 2, a unipolar
また一極性のトランジスタ16によって構成される第一の電流源CFは、一極性のトランジスタ16のベース・エミッタ間に電圧16が与えられており、入力電圧1により、実施の形態1と同様、アーリー効果で入力電圧1に依存性を持つ、すなわち入力電圧1が上昇すると出力電流が上昇する電流源となる。以下、実施の形態1に記載した同様の動作で過電圧保護回路機能つき低入力電圧誤動作防止回路として動作する。
Further, the first current source CF constituted by the
本発明にかかる過電圧保護回路機能つき低入力電圧誤動作防止回路は、低入力電圧検出回路と過電圧検出回路を同一回路で実現することにより、半導体集積回路素子数を削減し、チップ面積を縮小することができるという効果を有し、半導体集積回路において、電源電圧が低入力時および高入力時の誤動作や周辺部品への保護に関する技術として有用である。 The low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection circuit function according to the present invention reduces the number of semiconductor integrated circuit elements and the chip area by realizing the low input voltage detection circuit and the overvoltage detection circuit in the same circuit. In a semiconductor integrated circuit, the semiconductor integrated circuit is useful as a technique related to malfunction and protection of peripheral components when the power supply voltage is low and high.
1 入力電圧
2,16 所定電圧
3,17 一極性の第一のトランジスタ
4,5,18,19 逆極性の第二、第三のトランジスタ
6 抵抗
7,20 逆極性の第四のトランジスタ
8 第二の電流源
9 ツェナーダイオード
10 定電圧
11 コンパレータ
12 制御信号発生回路の電流源
13 制御信号発生回路の動作を制御するスイッチ
14 制御信号発生回路
15 AND回路
CF 第一の電流源
CM カレントミラー回路
VA,VB コンパレータの入力側入力電圧
VZD ツェナーダイオードによる順方向電圧
VL 低入力電圧検出閾値
VH 過電圧検出閾値
VCOUT 検出信号
VOUT 出力信号
DESCRIPTION OF
Claims (5)
この第一の電流源に、逆極性の第二、第三のトランジスタからなるカレントミラー回路の一端を接続し、
前記カレントミラー回路の他端に、抵抗の一端を接続し、
前記抵抗の他端に、ドレインを前記入力電圧と接続した逆極性の第四のトランジスタのソースを接続し、
前記逆極性の第四のトランジスタのゲートと前記入力電圧の間に第二の電流源を接続し、
前記第二の電流源とグラウンドとの間にツェナーダイオードを接続し、
前記カレントミラー回路の他端を、一方の入力側電圧としてコンパレータに接続し、
前記コンパレータの他方の入力側電圧として、低入力電圧検出閾値と過電圧検出閾値に相当する定電圧を与え、前記コンパレータの出力を検出信号として使用すること
を特徴とする過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路。 A first current source configured by a unipolar first transistor having dependency on the input voltage is connected to the input voltage;
One end of a current mirror circuit composed of second and third transistors of opposite polarity is connected to the first current source,
One end of a resistor is connected to the other end of the current mirror circuit,
The other end of the resistor is connected to the source of a fourth transistor of reverse polarity with the drain connected to the input voltage,
A second current source is connected between the gate of the fourth transistor of reverse polarity and the input voltage;
A zener diode is connected between the second current source and ground;
The other end of the current mirror circuit is connected to the comparator as one input side voltage,
A low input voltage malfunction with an overvoltage protection function, wherein a constant voltage corresponding to a low input voltage detection threshold and an overvoltage detection threshold is given as the other input side voltage of the comparator, and the output of the comparator is used as a detection signal Prevention circuit.
を特徴とする請求項1に記載の過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路。 The first current source is constituted by a first transistor having one polarity, the input voltage of which is connected to the source and a predetermined voltage is applied between the gate and the source, and the fluctuation of the input voltage is detected by the first transistor. The low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein the low input voltage malfunction prevention circuit according to claim 1 is captured.
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路。 3. The low input voltage malfunction prevention circuit with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein operation control of the control signal generation circuit is performed using the detection signal of the comparator output.
を特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路。 The low input voltage malfunction with an overvoltage protection function according to any one of claims 1 to 3, wherein the output signal of the control signal generation circuit is controlled using the detection signal of the comparator output. Prevention circuit.
を特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の過電圧保護機能付き低入力電圧誤動作防止回路。
5. The low input voltage malfunction with an overvoltage protection function according to claim 1, wherein a MOS transistor or a bipolar transistor having the same polarity is used for each of the first to fourth transistors. Prevention circuit.
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JP2015176229A (en) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | セイコーインスツル株式会社 | voltage detection circuit |
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2003
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