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TW201823904A - 電壓異常檢測電路以及半導體裝置 - Google Patents

電壓異常檢測電路以及半導體裝置 Download PDF

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TW201823904A TW106132861A TW106132861A TW201823904A TW 201823904 A TW201823904 A TW 201823904A TW 106132861 A TW106132861 A TW 106132861A TW 106132861 A TW106132861 A TW 106132861A TW 201823904 A TW201823904 A TW 201823904A
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五十嵐敦史
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Abstract

為了形成為一面具有簡單的電路構成，一面可對半導體裝置的內部電源電壓的電壓異常進行檢測的電壓異常檢測電路以及半導體裝置，電壓異常檢測電路包括：基準電壓電路，輸出高於內部電源電壓的第1基準電壓及低於內部電源電壓的第2基準電壓；第1電壓檢測電路，利用第1基準電壓檢測出內部電源電壓高於所需的電壓值；以及第2電壓檢測電路，利用第2基準電壓檢測出內部電源電壓低於所需的電壓值。

Description

電壓異常檢測電路以及半導體裝置
本發明是有關於一種對電壓調整器（voltage regulator）的輸出電壓的異常進行檢測的電壓異常檢測電路以及半導體裝置。
已知有藉由電壓調整器所輸出的內部電源電壓來驅動內部電路的半導體裝置（專利文獻1）。 電壓調整器包括基準電壓電路、輸出電晶體（output transistor）、分壓電阻及差動放大器，穩定地輸出所需的內部電源電壓。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2001-92544號公報
[發明所欲解決的問題] 但是，在現有的半導體裝置中，當例如基準電壓電路或分壓電阻等電壓調整器的電路中產生有異常時，無法檢測出所述異常。
因此，本發明提供一種對電壓調整器所輸出的內部電源電壓的異常進行檢測的電壓異常檢測電路以及包含電壓異常檢測電路的半導體裝置。 [解決問題的手段]
本發明的電壓異常檢測電路包括： 基準電壓電路，輸出高於所述內部電源電壓的第1基準電壓及低於所述內部電源電壓的第2基準電壓； 第1電壓檢測電路，被輸入所述第1基準電壓，檢測出所述內部電源電壓高於所需的電壓值；以及 第2電壓檢測電路，被輸入所述第2基準電壓，檢測出所述內部電源電壓低於所需的電壓值。 [發明的效果]
根據本發明的電壓異常檢測電路，包括基準電壓電路、第1電壓檢測電路及第2電壓檢測電路，故而可一面具有簡單的電路構成，一面對半導體裝置的內部電源電壓的電壓異常進行檢測。
以下，參照圖式來說明本發明的電壓異常檢測電路。 圖1是表示包含本發明的電壓異常檢測電路的半導體裝置的方塊圖。 本發明的半導體裝置包括電壓調整器110、內部電路200及電壓異常檢測電路300。
電壓調整器110包括基準電壓電路111、差動放大器112、電阻113及電阻114、輸出電晶體115以及輸出端子116，藉由電源端子100與電源端子101之間的電壓而運行，自輸出端子116輸出以電源端子100為基準的定電壓VREG。 內部電路200是藉由定電壓VREG而運行。
電壓異常檢測電路300包括被輸入定電壓VREG的輸入端子301、以及輸出端子302，藉由電源端子100與電源端子101之間的電壓而運行，且自輸出端子302輸出檢測電壓VDET。 本發明的半導體裝置是以如上所述的方式構成，故而對電壓調整器110所輸出的定電壓VREG的異常進行檢測而輸出檢測電壓VDET。
＜第一實施形態＞ 圖2是第一實施形態的電壓異常檢測電路的電路圖。 第一實施形態的電壓異常檢測電路300a包括基準電壓電路310、第1電壓檢測電路321、第2電壓檢測電路322、反相器（inverter）電路371以及或電路（OR circuit）372。基準電壓電路310輸出高於所需的內部電源電壓的第1基準電壓、以及低於所需的內部電源電壓的第2基準電壓。
第1電壓檢測電路321在第1輸入端子被輸入基準電壓電路310的第1基準電壓，在第2輸入端子被輸入輸入端子301的電壓即定電壓VREG。第2電壓檢測電路322在第1輸入端子被輸入基準電壓電路310的第2基準電壓，在第2輸入端子被輸入定電壓VREG。反相器電路371將輸入端子與第1電壓檢測電路321的輸出端子連接。OR電路372將第1輸入端子與反相器電路371的輸出端子連接，將第2輸入端子與第2電壓檢測電路322的輸出端子連接，將輸出端子與輸出端子302連接。 第1電壓檢測電路321包括定電流源341、定電流源342、N通道金氧半導體（N-channel metal oxide semiconductor，NMOS）電晶體351、P通道金氧半導體（P-channel metal oxide semiconductor，PMOS）電晶體361及開關331。
NMOS電晶體351將閘極（gate）與第1電壓檢測電路321的第1輸入端子連接，將源極（source）及主體（bulk）與第1電壓檢測電路321的第2輸入端子連接，將汲極（drain）與開關331的一端連接。開關331的另一端與定電流源341的一端及PMOS電晶體361的閘極連接。定電流源341的另一端與電源端子100連接。PMOS電晶體361將源極與電源端子100連接，將汲極與定電流源342的一端及第1電壓檢測電路321的輸出端子連接。定電流源342的另一端與電源端子101連接。
第2電壓檢測電路322包括定電流源343、定電流源344、NMOS電晶體352、PMOS電晶體362及開關332。第2電壓檢測電路322的該些元件是與第1電壓檢測電路321同樣地進行連接。
其次，說明第一實施形態的電壓異常檢測電路300a的運行。 圖3是表示第一實施形態的電壓異常檢測電路300a的運行的時序圖。將第1電壓檢測電路321的第1輸入端子的電壓設為Vi1，將反相器電路371的輸出端子的電壓設為Vo1，將第2電壓檢測電路322的第1輸入端子的電壓設為Vi2，將輸出端子的電壓設為Vo2。
基準電壓電路310的第1基準電壓被調整成高於內部電源電壓，且內部電路不會錯誤運行的電壓值。又，基準電壓電路310的第2基準電壓被調整成低於內部電源電壓，且內部電路不會發生耐壓擊穿的電壓。又，開關331及開關332均設為導通。
考慮電壓調整器110中無異常的情況。如圖3的時間t0～時間t1所示，若Vi1－VREG＞Vth則第1電壓檢測電路321的NMOS電晶體351導通，PMOS電晶體361導通，藉此使得電壓Vo1成為Lo位準（低位準，low level）。又，由於Vi2－VREG＜Vth，故而第2電壓檢測電路322的NMOS電晶體352斷開，PMOS電晶體362斷開，藉此使電壓Vo2成為Lo位準。由此，輸出端子302的檢測電壓VDET成為Lo位準。
其次，考慮電壓調整器電路中產生有異常，定電壓VREG低於基準電壓電路310的第2基準電壓的情況。如圖3的時間t2～時間t3所示，電壓Vo1仍為Lo位準。但是，若Vi2－VREG＞Vth，則第2電壓檢測電路322的NMOS電晶體352導通，PMOS電晶體362導通，藉此使得電壓Vo2成為Hi位準（高位準，high level）。由此，檢測電壓VDET成為Hi位準，可檢測出電壓調整器110的電壓異常。
其次，考慮電壓調整器電路中產生有異常，定電壓VREG高於基準電壓電路310的第1基準電壓的情況。如圖3的時間t4～時間t5所示，Vi1－VREG＜Vth，故而第1電壓檢測電路321的NMOS電晶體351斷開，PMOS電晶體361斷開，藉此使得電壓Vo1成為Hi位準。另一方面，由於Vi2－VREG＜Vth，故而第2電壓檢測電路322的NMOS電晶體352斷開，PMOS電晶體362斷開，藉此使得電壓Vo2成為Lo位準。由此，檢測電壓VDET成為Hi位準，可檢測出電壓調整器110的電壓異常。
如以上所述，第一實施形態的電壓異常檢測電路300a包括第1電壓檢測電路321及第2電壓檢測電路322，因此可檢測出電壓調整器110中產生有電壓異常而內部電源電壓超出所需的電壓範圍的情況。
再者，開關331、開關332是設為導通來進行說明，但亦可僅在欲監控電壓調整器電路的異常時控制導通。如此一來，可使消耗電流降低。
＜第二實施形態＞ 圖4是第二實施形態的電壓異常檢測電路的電路圖。與第一實施形態的電壓異常檢測電路300a的不同點在於添加有包含開關401、開關402、開關403及開關403的開關電路。
開關401的一端與基準電壓電路310的第1輸出端子連接，另一端與第1電壓檢測電路321的第1輸入端子連接。開關402的一端與基準電壓電路310的第1輸出端子連接，另一端與第2電壓檢測電路322的第1輸入端子連接。開關403的一端與基準電壓電路310的第2輸出端子連接，另一端與第1電壓檢測電路321的第1輸入端子連接。開關404的一端與基準電壓電路310的第2輸出端子連接，另一端與第2電壓檢測電路322的第1輸入端子連接。其他構成與第一實施形態的電壓異常檢測電路300a相同。
其次，說明第二實施形態的電壓異常檢測電路300b的運行。圖5是表示第二實施形態的電壓異常檢測電路300b的運行的時序圖。
φ1是對開關401、開關404進行控制的信號，當信號φ1為Hi位準時開關401、開關404導通。φ2是對開關402、開關403進行控制的信號，當信號φ2為Hi位準時開關402、開關403導通。將電壓異常檢測電路300b的輸入端子301設為VREG，將輸出端子302設為VDET，將第1電壓檢測電路321的第1輸入端子設為Vi1，將輸出端子設為Vo1，將第2電壓檢測電路322的第1輸入端子設為Vi2，將輸出端子設為Vo2。又，開關331及開關332均設為導通。
首先，考慮電壓調整器110中無異常的情況。在圖5的時間t0～時間t1，開關401及開關404導通，開關402及開關403斷開。因此，若Vi1－VREG＞Vth，則第1電壓檢測電路321的NMOS電晶體351導通，PMOS電晶體361導通，藉此使得電壓Vo1成為Lo位準。又，由於Vi2－VREG＜Vth，故而第2電壓檢測電路322的NMOS電晶體352斷開，PMOS電晶體362斷開，藉此使得電壓Vo2成為Lo位準。由此，檢測電壓VDET成為Lo位準。
其次，在圖5的時間t1～時間t2，開關401及開關404斷開，開關402及開關403導通。此時，電壓Vi1成為基準電壓電路310的第2基準電壓，低於定電壓VREG。又，電壓Vi2成為基準電壓電路310的第1基準電壓，高於定電壓VREG。於是，由於Vi1－VREG＜Vth，故而第1電壓檢測電路321的NMOS電晶體351斷開，PMOS電晶體361斷開，藉此使得電壓Vo1成為Hi位準。又，由於Vi2－VREG＞Vth，故而第2電壓檢測電路322的NMOS電晶體352導通，PMOS電晶體362導通，藉此使得電壓Vo2成為Hi位準。由此，檢測電壓VDET成為Hi位準。
如以上所述，第二實施形態的電壓異常檢測電路300b包括開關401、開關402、開關403及開關404，因此即使在電壓調整器110中無電壓異常時，藉由將電壓Vi1與電壓Vi2加以調換，亦可對電壓異常檢測電路300b正常運行進行測試。
再者，開關331、開關332是設為導通來進行說明，但亦可僅在欲監控電壓調整器電路的異常時控制導通。如此一來，可使消耗電流降低。 又，以利用信號φ1及信號φ2同時切換開關401、開關402、開關403、開關404的方式進行了說明，但是亦可設為對開關一個一個地進行切換的方式。
如以上所述，本發明的電壓異常檢測電路包括輸出高於內部電源電壓的第1基準電壓及低於內部電源電壓的第2基準電壓的基準電壓電路、被輸入第1基準電壓而檢測出內部電源電壓高於所需的電壓值的第1電壓檢測電路、以及被輸入第2基準電壓而檢測出內部電源電壓低於所需的電壓值的第2電壓檢測電路，因此可對半導體裝置內的電壓調整器所輸出的內部電源電壓的異常進行檢測。
再者，在實施形態的說明中，關於半導體裝置，是揭示以電源端子100為基準而運行的電路，但即使是以電源端子101為基準而運行的電路，亦可藉由構成與其相對應的電路而獲得同樣的效果。
100、101‧‧‧電源端子
110‧‧‧電壓調整器
111、310‧‧‧基準電壓電路
112‧‧‧差動放大器
113、114‧‧‧電阻
115‧‧‧輸出電晶體
116、302‧‧‧輸出端子
200‧‧‧內部電路
300、300a、300b‧‧‧電壓異常檢測電路
301‧‧‧輸入端子
321、322‧‧‧電壓檢測電路
331、332、401、402、403、404‧‧‧開關
341、342、343、344‧‧‧定電流源
351、352‧‧‧NMOS電晶體
361、362‧‧‧PMOS電晶體
371‧‧‧反相器電路
372‧‧‧OR電路
t0～t5‧‧‧時間
VDET‧‧‧檢測電壓
Vi1‧‧‧第1電壓檢測電路的第1輸入端子的電壓
Vi2‧‧‧第2電壓檢測電路的第1輸入端子的電壓
Vo1‧‧‧反相器電路的輸出端子的電壓
Vo2‧‧‧輸出端子的電壓
VREG‧‧‧定電壓
φ1、φ2‧‧‧信號
圖1是表示包含本發明的電壓異常檢測電路的半導體裝置的方塊圖。 圖2是表示第一實施形態的電壓異常檢測電路的電路圖。 圖3是表示第一實施形態的電壓異常檢測電路的運行的時序圖。 圖4是表示第二實施形態的電壓異常檢測電路的電路圖。 圖5是表示第二實施形態的電壓異常檢測電路的運行的時序圖。

Claims (4)

  1. 一種電壓異常檢測電路，對電壓調整器向內部電路供給的內部電源電壓的電壓異常進行檢測，所述電壓異常檢測電路的特徵在於包括： 基準電壓電路，輸出高於所述內部電源電壓的第1基準電壓及低於所述內部電源電壓的第2基準電壓； 第1電壓檢測電路，被輸入所述第1基準電壓，檢測出所述內部電源電壓高於所需的電壓值；以及 第2電壓檢測電路，被輸入所述第2基準電壓，檢測出所述內部電源電壓低於所需的電壓值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓異常檢測電路，其中 所述第1電壓檢測電路包括： 第1 N通道金氧半導體電晶體，在閘極被輸入所述第1基準電壓，在源極及主體被輸入所述內部電源電壓；以及 第1定電流源，連接於所述第1 N通道金氧半導體電晶體的汲極與電源端子之間；且 當所述第1 N通道金氧半導體電晶體斷開時，檢測出所述內部電源電壓高於所需的電壓值， 所述第2電壓檢測電路包括： 第2 N通道金氧半導體電晶體，在閘極被輸入所述第2基準電壓，在源極及主體被輸入所述內部電源電壓；以及 第2定電流源，連接於所述第2 N通道金氧半導體電晶體的汲極與電源端子之間；且 當所述第2 N通道金氧半導體電晶體導通時，檢測出所述內部電源電壓低於所需的電壓值。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電壓異常檢測電路，其中 所述電壓異常檢測電路在所述基準電壓電路與所述第1電壓檢測電路及所述第2電壓檢測電路之間包含開關電路， 藉由控制所述開關電路，而將所述第2基準電壓輸入至所述第1電壓檢測電路，將所述第1基準電壓輸入至所述第2電壓檢測電路， 可對所述電壓異常檢測電路的運行進行測試。
  4. 一種半導體裝置，其特徵在於包括： 電壓調整器，將內部電源電壓供給至內部電路；以及 如申請專利範圍第1項或第2項所述的電壓異常檢測電路，被輸入所述內部電源電壓，對所述內部電源電壓的電壓異常進行檢測。
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