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TWI584547B - 電壓調節器過量電壓偵測系統、方法及裝置 - Google Patents

電壓調節器過量電壓偵測系統、方法及裝置 Download PDF

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TWI584547B
TWI584547B TW102102104A TW102102104A TWI584547B TW I584547 B TWI584547 B TW I584547B TW 102102104 A TW102102104 A TW 102102104A TW 102102104 A TW102102104 A TW 102102104A TW I584547 B TWI584547 B TW I584547B
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Description

電壓調節器過量電壓偵測系統、方法及裝置
本揭示內容係關於在可要求第三方安全認證之消費者、商業及工業用具中所使用之積體電路器件，且更特別言之，關於具有過量電壓偵測及故障保護之積體電路器件。
消費者、商業及工業用具要求第三方安全認證，例如UL：美國安全檢測實驗室公司(Underwriters Laboratories Inc.)、CSA：加拿大標準協會(Canadian Standards Association)、ETL：全國公證檢驗股份有限公司(Intertek Testing Services)及/或CE：歐洲合格認證(Conformance European)(Communaut Europ enne或者Conformit Europ enne)等。產品認證程序由美國職業安全與健康署(OSHA)、美國國家標準學會(ANSI)以及加拿大標準委員會(SCC)認可。認證要求偵測及以一安全且可預測之方式因應故障情形。在使用一內部電壓調節器及一外部濾波電容器之一數位器件(例如，一微處理器、一微控制器等)中，存在連接到外部濾波電容器之積體電路封裝接針可與在其上具有一較高電壓之另一相鄰封裝接針接觸(例如，短路)之可能性，從而使該積體電路器件之功能性處於危險。對於由積體電路器件控制的用具之操作而言，此可具有可怕的結果。
可使外部濾波電容器連接(Vcap/Vddcore)接針位於一較高電壓 (Vcc)接針(通常3至3.6伏特)與一接地(Vss)接針之間。如果Vcap/Vddcore接針萬一對接地(Vss)接針短路，則降低電壓重設(BOR)及/或電力開啟重設(POR)電路將偵測到一低電壓情形且迫使積體電路器件至一定義良好的重設狀態中。然而，如果Vcap/Vddcore接針對Vcc接針短路，則積體電路器件之內部邏輯電路可由於對其施加之過高的電壓(一不安全之情形)而降級至未知狀態。通常將該等內部邏輯電路設計成用於從約1.8伏特至約2.5伏特之一操作電壓。
因此，存在對一積體電路器件之Vcap/Vddcore接針上之一過量電壓情形之過量電壓偵測(OVD)之一需要。其中當偵測到一過量電壓情況時，可使用該OVD電路之輸出使積體電路器件進入一可預測且安全的操作模式。
根據一實施例，具有一內部電壓調節器過量電壓偵測電路之一積體電路器件可包括：耦合到一濾波電容器及一供應電壓之外部連接之一內部電壓調節器；具有耦合到該內部電壓調節器之一經調節電壓輸出之一輸入之一過量電壓偵測電路；從該內部電壓調節器之經調節電壓輸出接收操作電壓之核心邏輯電路；以及具有用以將至少一個輸出驅動器維持在一安全操作情形之一失效安全電路之至少一個輸出驅動器；其中當過量電壓偵測電路在內部電壓調節器之經調節電壓輸出處偵測到一高電壓時，使該等核心邏輯電路及至少一個輸出驅動器進入一安全操作模式。
根據又一實施例，一過量電壓警報係耦合到過量電壓偵測電路且當在內部電壓調節器之經調節電壓輸出處發生一高電壓情形之偵測時提供一高電壓警報。根據又一實施例，一保持器單元控制至少一個輸出驅動器之操作，其中當過量電壓偵測電路在內部電壓調節器之經調節電壓輸出處偵測到一高電壓時，藉由該保持器單元將至少一個輸 出驅動器邏輯狀態維持在其一最後的邏輯狀態。
根據又一實施例，一電力切斷連接開關耦合在內部電壓調節器之經調節電壓輸出與該等核心邏輯電路之間，其中當在內部電壓調節器之經調節電壓輸出處偵測到高電壓時，將該等核心邏輯電路與內部電壓調節器之經調節電壓輸出切斷連接。根據又一實施例，電力切斷連接開關係一功率場效應電晶體。
根據又一實施例，該等核心邏輯電路包括一數位處理器及一記憶體。根據又一實施例，該數位處理器係選自由下列各物組成之群組：一微控制器。根據又一實施例，該數位處理器係選自由一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)以及一特定應用積體電路(ASIC)。
根據又一實施例，一降低電壓重設電路耦合到內部電壓調節器之經調節電壓輸出，其中當來自該輸出之一電壓小於某一最小操作電壓時，則使該等核心邏輯電路及至少一個輸出驅動器進入安全操作模式。
根據又一實施例，過量電壓偵測電路包括：一電壓比較器；耦合到該電壓比較器之一負輸入之一電壓參考；以及耦合在內部電壓調節器之經調節電壓輸出與該電壓比較器之一正輸入之間的一分壓器，其中當該內部電壓調節器之經調節電壓輸出大於該電壓參考之一電壓時，該電壓比較器之一輸出處於一第一邏輯位準，否則該電壓比較器之輸出處於一第二邏輯位準。
根據又一實施例，電壓參考係一帶隙電壓參考。根據又一實施例，該第一邏輯位準係一邏輯高且該第二邏輯位準係一邏輯低。根據又一實施例，該第一邏輯位準係一邏輯低且該第二邏輯位準係一邏輯高。
根據又一實施例，一外部電力供應器將供應電壓提供到內部電 壓調節器；及一外部系統監督器耦合到電力供應器之一抑制輸入且具有監視高電壓警報之一輸入；其中如果該高電壓警報指示在內部電壓調節器之經調節電壓輸出處存在高電壓情形，則系統監督器引起該電力供應器減少到內部電壓調節器之供應電壓。根據又一實施例，將該供應電壓大體上減少至零伏特。根據又一實施例，一切斷連接電力開關耦合在該電力供應器與該內部電壓調節器之間，其中如果高電壓警報指示在內部電壓調節器之經調節電壓輸出處存在高電壓情形，則系統監督器引起切斷連接電力開關斷開，從而將供應電壓與內部電壓調節器切斷連接。
根據另一實施例，用於偵測一積體電路器件中之一內部電壓調節器過量電壓情形之一方法可包括以下步驟：量測耦合到一內部電壓調節器之一積體電路器件之一外部連接處之一電壓；判定在該外部連接處之量測電壓是否大於一參考電壓；以及當在該外部連接處之量測電壓大於該參考電壓時使積體電路器件之核心邏輯以及至少一個輸出驅動器進入一安全模式。
根據該方法之又一實施例，當處於安全模式時，當啟動一各自保持器單元時，將至少一個輸出驅動器保持在一最近的邏輯位準。根據該方法之又一實施例，當存在一高電壓情形時發生產生一高電壓警報之步驟，此係因為外部連接耦合到內部電壓調節器之故。根據該方法之又一實施例，當處於安全模式時發生將該積體電路器件之核心邏輯與該內部電壓調節器之一輸出電壓切斷連接之步驟。
根據該方法之又一實施例，從一電力供應器將一供應電壓提供到該內部電壓調節器；使用一系統監督器監視高電壓警報；以及當高電壓警報指示發生高電壓情形時，抑制從電力供應器到內部電壓調節器之供應電壓。根據該方法之又一實施例，大體上將該供應電壓抑制至零伏特。根據該方法之又一實施例，當高電壓警報指示發生高電壓 情形時將供應電壓與內部電壓調節器切斷連接。
102‧‧‧積體電路器件
104‧‧‧內部電壓調節器
106‧‧‧過量電壓偵測電路
108‧‧‧降低電壓重設電路
110‧‧‧電力開啟重設電路
112‧‧‧OR閘
114‧‧‧數位處理器
116‧‧‧記憶體
118‧‧‧保持器單元
120‧‧‧輸出驅動器
122‧‧‧連接
126‧‧‧開關
128‧‧‧高Vdd警報電路
129‧‧‧高Vdd警報輸出連接
230‧‧‧電阻器
232‧‧‧電阻器
234‧‧‧電壓參考
236‧‧‧電壓比較器
440‧‧‧電力開關
442‧‧‧Vcc調節器
444‧‧‧系統監督器
藉由參考以下結合附圖進行的描述可獲得本揭示內容之一更完整的理解，其中：圖1根據此揭示內容之一特定實例實施例繪示具有電壓調節器過量電壓偵測及保護之一積體電路器件之一示意性方塊圖；圖2繪示圖1中所展示之過量電壓偵測電路之一較詳細實施例之一示意圖；圖3根據此揭示內容之教示繪示圖1中所展示的積體電路器件之過量電壓偵測及保護之操作之一示意性流程圖；及圖4根據此揭示內容之另一特定實例實施例繪示圖1中所展示之積體電路器件之一示意性方塊圖，一系統監督器及一電力供應器耦合到圖1之積體電路器件。
雖然本揭示內容易於受到各種修改及替代形式之影響，但其特定實例實施例已展示於圖式中且在本文中詳細描述。然而，應瞭解，本文之特定實例實施例之描述並非傾向於將本揭示內容限制在本文所描述之特別形式，而是相反，此揭示內容係涵蓋如由所附申請專利範圍所定義之全部修改及等效物。
現在參考圖式，示意性繪示特定實例實施例之細節。圖式中之同樣的元件將由同樣的元件符號表示，且類似的元件將由具有一不同的小寫字母後綴之相同的元件符號來表示。
參考圖1，根據此揭示內容之一特定實例實施例描繪具有電壓調節器過量電壓偵測及保護之一積體電路器件之一示意性方塊圖。一積體電路器件102可包括一內部電壓調節器104、一過量電壓偵測(OVD)電路106、一降低電壓重設(BOR)電路108、一電力開啟重設(POR)電 路110、一OR閘112、一數位處理器114、一記憶體116、保持器單元118以及輸出驅動器120。在連接122提供用於驅動器輸出之積體電路器件102之外部連接以及提供用於Vcc(來自例如電池之電源的電壓)、Vdd(至例如數位處理器114及記憶體116之核心邏輯電路之比Vcc低的經調節電壓)及Vss(電源及核心邏輯接地)之連接。可提供其他連接(例如輸入)，但未展示。該數位處理器114可係(舉例來說，但不受限於)一微控制器、一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)或一特定應用積體電路(ASIC)。
如所展示，Vcc、Vdd及Vss連接可彼此相鄰，其中Vdd連接可不經意地變得對Vss或Vcc連接短路，從而引起積體電路器件102之一失靈及/或失效。如果Vdd及Vss連接短路在一起，則BOR及/或POR電路108及110之一者或兩者將分別引起OR閘112之輸出到一邏輯高(「1」)且引起積體電路器件102到一待機「安全模式」情形中，其中由各自保持器單元118將該等輸出驅動器120保留在最近的邏輯位準，使數位處理器114及記憶體116進入一待機、非操作模式，且視需要，藉由斷開一開關126(例如固態場效應電晶體開關)而將Vdd調節器輸出104與該等核心邏輯電路切斷連接(例如，數位處理器114及記憶體116)。
如果Vdd及Vcc連接短路在一起，則OVD電路106將引起OR閘112之輸出到一邏輯高(「1」)且如本文以上所描述引起積體電路器件102到待機「安全模式」情形中。一高Vdd警報電路128可指示一高Vdd警報輸出連接129上之高Vdd情形，以便可採取一系統閉鎖、關閉或恢復行動。積體電路器件102可係(舉例來說，但不受限於)一微控制器、一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)、一特定應用積體電路(ASIC)等。
參考圖2，描繪圖1中所展示之過量電壓偵測電路之一更詳細實施例之一示意圖。OVD電路106可包括一電壓比較器236、包括電阻器 230及232之一分壓器網路以及一電壓參考234。電阻器230與232之間之接點連接到電壓比較器236之正(+)輸入，且電壓參考234連接到電壓比較器236之負(-)輸入。當電阻器230與232之間之接點處的電壓小於或等於來自電壓參考234之電壓時，電壓比較器236之輸出處於一邏輯低(「0」)且(如果不存在來自BOR及POR電路108及110之一者邏輯高信號，則)OR閘112輸出亦處於一邏輯低。如果電阻器230與232之間之接點處的電壓大於來自電壓參考234之電壓，則電壓比較器236之輸出到一邏輯高(「1」)且OR閘112輸出亦將處於一邏輯高(「1」)。電壓參考234可係一帶隙電壓參考等。
參考圖3，根據此揭示內容之教示描繪圖1中所展示之積體電路器件之過量電壓偵測及保護之操作之一示意性流程圖。在步驟340中取樣或量測Vdd。在步驟342中，比較經取樣或經量測之Vdd與一參考電壓，且如果該經取樣或經量測之Vdd大於參考電壓，則在步驟344中使該積體電路器件102進入一安全模式，例如關閉及/或與Vdd切斷連接。在步驟346中，可啟動保持器單元118以在輸出驅動器120處維持現存邏輯位準而在高Vdd電壓事件期間維持系統完整性。在步驟348中，可將從Vdd供電的核心邏輯(例如數位處理器114及記憶體116)與其過量電壓電源切斷連接。在步驟350中，可產生一高Vdd警報以便警告系統已發生一高Vdd電壓故障。
參考圖4，根據此揭示內容之另一特定實例實施例描繪圖1中所展示的積體電路器件之一示意性方塊圖，一系統監督器及一電力供應器耦合到圖1之該積體電路器件。一電力供應器(例如Vcc調節器442)及一系統監督器444連接到一電源。系統監督器444從積體電路器件102接收狀態信號(例如高Vdd警報128)。電力供應器442將Vcc電壓供應到該積體電路器件102。一電力開關440(例如功率電晶體)可適於將Vcc電壓與積體電路器件102切斷連接。系統監督器444可從積體電路 器件102之節點129接收一高Vdd警報信號，且接著可引起電力開關440斷開或透過電力供應器442之一抑制控制輸入而將電力供應器442關閉(或減少至一安全電壓位準)。
雖然已描繪、描述此揭示內容之實施例，且參考本揭示內容之實例實施例予以定義，但此等參考並不意味著對本揭示內容之一限制，且不推斷此限制。如熟悉此項技術者以及從此揭示內容獲益者將想到，所揭示之標的物能夠在形式及功能上進行相當多的修改、變更及等效物。所描繪及描述的此揭示內容之實施例僅係實例，且並非本揭示內容之詳盡範疇。
102‧‧‧積體電路器件
104‧‧‧內部電壓調節器
106‧‧‧過量電壓偵測電路
108‧‧‧降低電壓重設電路
110‧‧‧電力開啟重設電路
112‧‧‧OR閘
114‧‧‧數位處理器
116‧‧‧記憶體
118a‧‧‧保持器單元
118b‧‧‧保持器單元
120a‧‧‧輸出
120b‧‧‧輸出
126‧‧‧開關
128‧‧‧高Vdd警報電路
129‧‧‧高Vdd警報輸出連接

Claims (21)

  1. 一種具有一內部電壓調節器過量電壓偵測電路之積體電路器件，該積體電路器件包括：一內部電壓調節器，其耦合到一濾波電容器及一供應電壓之外部連接；一過量電壓偵測電路，其具有耦合到該內部電壓調節器之一經調節電壓輸出之一輸入且產生一輸出信號；核心邏輯電路，其接收該輸出信號且從該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出接收一操作電壓；至少一個輸出驅動器，其具有用於將該至少一個輸出驅動器維持在一安全操作情形之一失效安全電路；及一保持器單元，其接收該輸出信號並控制該至少一個輸出驅動器之操作，其中當該過量電壓偵測電路在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出處偵測到一高電壓時，該過量電壓偵測電路產生該輸出信號且該核心邏輯電路及該至少一個輸出驅動器進入一安全操作模式，其中由該保持器單元將該至少一個輸出驅動器邏輯狀態維持在其一最後的邏輯狀態。
  2. 如請求項1之積體電路器件，其進一步包括耦合到該過量電壓偵測電路且當在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出處發生一高電壓情形之偵測時提供一高電壓警報之一過量電壓警報。
  3. 如請求項1之積體電路器件，其進一步包括耦合在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出與該等核心邏輯電路之間之一電力切斷連接開關，其中當在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出處偵測到該高電壓時，將該等核心邏輯電路與該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出切斷連接。
  4. 如請求項3之積體電路器件，其中該電力切斷連接開關係一功率場效應電晶體。
  5. 如請求項1之積體電路器件，其中該等核心邏輯電路包括一數位處理器及一記憶體。
  6. 如請求項5之積體電路器件，其中該數位處理器係一微控制器。
  7. 如請求項5之積體電路器件，其中該數位處理器係選自下列各物組成之群組：一微處理器、一數位信號處理器(DSP)、一可程式化邏輯陣列(PLA)以及一特定應用積體電路(ASIC)。
  8. 如請求項1之積體電路器件，其進一步包括耦合到該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出之一降低電壓重設電路，其中當來自該輸出之一電壓小於某一最小操作電壓時，則使該等核心邏輯電路及該至少一個輸出驅動器進入該安全操作模式。
  9. 如請求項1之積體電路器件，其中該過量電壓偵測電路包括：一電壓比較器；一電壓參考，其耦合到該電壓比較器之一負輸入；及一分壓器，其耦合在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出與該電壓比較器之一正輸入之間，其中當該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出大於該電壓參考之一電壓時，該電壓比較器之一輸出處於一第一邏輯位準，否則該電壓比較器之該輸出處於一第二邏輯位準。
  10. 如請求項9之積體電路器件，其中該電壓參考係一帶隙電壓參考。
  11. 如請求項9之積體電路器件，其中該第一邏輯位準係一邏輯高且該第二邏輯位準係一邏輯低。
  12. 如請求項9之積體電路器件，其中該第一邏輯位準係一邏輯低且該第二邏輯位準係一邏輯高。
  13. 一種包括如請求項2-12之任一項之積體電路器件之系統，其進一步包括：一外部電力供應器，其用於將該供應電壓提供到該內部電壓調節器；及一外部系統監督器，其耦合到該電力供應器之一抑制輸入且具有監視該高電壓警報之一輸入；其中如果該高電壓警報指示在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出處存在該高電壓情形，則該系統監督器引起該電力供應器減少到該內部電壓調節器之該供應電壓。
  14. 如請求項13之系統，其中將供應電壓減少至實質上零伏特。
  15. 如請求項13之系統，其進一步包括在該電力供應器與該內部電壓調節器之間之一切斷連接電力開關，其中如果該高電壓警報指示在該內部電壓調節器之該經調節電壓輸出處存在該高電壓情形，則該系統監督器引起該切斷連接電力開關斷開，從而切斷連接該供應電壓與該內部電壓調節器。
  16. 一種用於偵測一積體電路器件中之一內部電壓調節器過量電壓情形之方法，該方法包括以下步驟：量測在與一外部電力供應器耦合之一內部電壓調節器之一輸出處之一電壓；判定在該內部電壓調節器之該輸出處之該量測電壓是否大於一參考電壓；及當在該內部電壓調節器之該輸出處之該量測電壓大於該參考電壓時，使該積體電路器件之核心邏輯及至少一個輸出驅動器進入一安全模式，及當處於該安全模式時，啟動各自之一保持器單元以將該至少一個輸出驅動器保持在一最近的邏輯位準。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包括當發生一高電壓情形時產生 一高電壓警報之步驟。
  18. 如請求項16之方法，其進一步包括當處於該安全模式時將該積體電路器件之核心邏輯與該內部電壓調節器之一輸出電壓切斷連接之步驟。
  19. 如請求項17之方法，其進一步包括以下步驟：使用一系統監督器監視該高電壓警報；及當該高電壓警報指示發生該高電壓情形時抑制從該電力供應器到該內部電壓調節器之一供應電壓。
  20. 如請求項19之方法，其中將該供應電壓抑制至實質上零伏特。
  21. 如請求項19之方法，其進一步包括當該高電壓警報指示發生該高電壓情形時將該供應電壓與該內部電壓調節器切斷連接之步驟。
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