專利名稱：電壓檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于檢查輸入電壓是否等于預定電平的電壓檢測電路。
背景技術：
圖4示出了傳統(tǒng)的電壓檢測電路的配置的實例。在圖4所示的電壓檢測電路中，當向輸入端子5施加的電壓Vcc高于預定電平Vsh時，從端子4所輸出的電壓等于電壓Vcc；當向輸入端子5施加的電壓Vcc低于預定電平Vsh時，從端子4所輸出的電壓等于“0”。此外，在圖4中所示的電壓檢測電路中，由電阻器r1到r3和二極管接法晶體管Tr1組成的分壓電路的分壓因子、晶體管Tr4的基極—發(fā)射極電壓、晶體管Tr5的基極—發(fā)射極電壓、電阻器r4的電阻、以及電阻器r5的電阻按照使預定電平Vsh的溫度系數(shù)等于“0”來設置。順便提及，在日本已登記專利No.3218641中公開了圖4中所示的電壓檢測電路。
如上所述，在圖4中所示的電壓檢測電路中，由電阻器r1到r3和二極管接法晶體管Tr1組成的分壓電路的分壓因子、晶體管Tr4的基極—發(fā)射極電壓、晶體管Tr5的基極—發(fā)射極電壓、電阻器r4的電阻、以及電阻器r5的電阻按照使預定電平Vsh的溫度系數(shù)等于“0”來設置。這表示圖4中所示的電壓檢測電路絕對地必需設置有電阻器r1到r3、晶體管Tr1、晶體管Tr4、晶體管Tr5、電阻器r4、以及電阻器r5。
結果，其中可以使用作電壓檢測的參考電平的預定電平Vsh的溫度系數(shù)等于“0”的圖4所示的電壓檢測電路比其中用于電壓檢測的參考電平隨溫度變化的電壓檢測電路需要更大數(shù)量的電路元件。由于在構成電路的電路元件的數(shù)量方面的增加阻礙了其成本降低和小型化，需要使這樣的在所使用電路元件的數(shù)量的增加減少到最小，然而，在圖4中所示的電壓檢測電路沒有由最少所需的電路元件數(shù)量來構成。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能由最少所需電路元件數(shù)量組成的電壓檢測電路，該電路允許任意地設置用于電壓檢測的參考電平的溫度特性。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的電壓檢測電路設置有第一晶體管和第二晶體管，具有連接在一起的發(fā)射極以構成差分對；分壓電路，用于將輸入電壓分成第一分壓和第二分壓，將該分壓電路與第一晶體管的基極直接相連以將第一分壓施加到第一晶體管的基極，將分壓電路與第二晶體管的基極直接相連以將第二分壓施加到第二晶體管的基極；以及電阻器，具有與第二晶體管的基極相連的一端以及具有與第二晶體管的發(fā)射極相連的另一端。此時，根據(jù)來自差分對的輸出，檢測輸入電壓是否與預定電平相等。
按照上述配置，通過適當設置分壓電路的分壓因子、第一晶體管的基極—發(fā)射極電壓、第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓、以及一端與第二晶體管的基極相連而另一端與第二晶體管的發(fā)射極相連的電阻器的電阻，可以任意地設置預定電平(用于檢測電壓的預定電平)的溫度特性。此外，由于分壓電路直接與第一晶體管的基極和第二晶體管的基極相連，該電壓檢測電路可以由最少所需電路元件數(shù)量組成。


采用參考附圖結合優(yōu)選實施例，從以下描述中本發(fā)明的其它目的和特征將變得更加清晰。
圖1是示出了具體實現(xiàn)本發(fā)明的電壓檢測電路的配置實例圖；圖2是示意性地示出了NPN型晶體管的一部分的結構的透視圖；圖3是示意性地示出了PNP型晶體管的一部分的結構的透視圖；以及圖4是示出了傳統(tǒng)的電壓檢測電路的配置實例圖。
具體實施例方式
圖1示出了具體實現(xiàn)本發(fā)明的電壓檢測電路的配置實例。圖1中所示的電壓檢測電路包括輸入端子1、恒流源2、輸出端子3、PNP型晶體管Q1到Q3、NPN型晶體管Q4到Q6、以及電阻器R1到R4。
將輸入端子1與晶體管Q3的發(fā)射極相連，并還通過恒流源恒流源2與晶體管Q1的發(fā)射極和晶體管Q2的發(fā)射極相連。通過由電阻器R1到R3組成的串聯(lián)電路使晶體管Q3的集電極與“地”相連。使晶體管Q3的集電極和基極短路在一起。
將晶體管Q1的基極與使電阻器R1和R2連接在一起的節(jié)點直接相連，以及將晶體管Q2的基極與使電阻器R2和R3連接在一起的節(jié)點直接相連。將晶體管Q2的發(fā)射極和基極通過電阻器R4連接在一起。
將晶體管Q1的集電極與晶體管Q4的集電極和晶體管Q6的基極相連，將晶體管Q2的集電極與晶體管Q5的集電極相連。使晶體管Q5的集電極和基極一起短路，以及晶體管Q4的基極和晶體管Q5的基極連接在一起。將晶體管Q4的發(fā)射極和晶體管Q5的發(fā)射極連接在一起并與“地”連接。
將晶體管Q6的集電極與輸出端子3相連，將晶體管Q6的發(fā)射極與“地”相連。
按照上述配置，圖1中所示的電壓檢測電路如下進行操作。當施加到輸入端子1的電壓低于閾值電平Vs時，電阻器R2兩端的電位差較低，從而使晶體管Q1保持導通并使晶體管Q2保持截止。這樣使晶體管Q6導通，因此輸出端子3保持在地電位。相反，當施加到輸入端子1的電壓高于閾值電平Vs時，在電阻器R2兩端的電位差較高，從而晶體管Q1和Q2同時保持導通。這樣使晶體管Q6保持截止，因此輸出端子3保持為開路狀況。在圖1中所示的電壓檢測電路的該操作中，閾值電平Vs充當用于電壓檢測的參考電平。
下面，將對閾值電平Vs的溫度特性，即用于電壓檢測的參考電平進行描述。這里，當晶體管Q1和Q2的集電極電流處于平衡狀態(tài)時，讓晶體管Q1的基極—發(fā)射極電壓和晶體管Q2的基極—發(fā)射極電壓之間的差與所觀察那樣等于VBE。通過使晶體管Q1的發(fā)射極電流密度和晶體管Q2的發(fā)射極密度彼此不同來產生電壓VBE。例如，通過向晶體管Q1和Q2提供不同的發(fā)射極區(qū)域，可以使晶體管Q1和Q2的發(fā)射極電流密度不同。
讓晶體管Q3的基極—發(fā)射極電壓等于VF1，并讓晶體管Q2的基極—發(fā)射極電壓等于VF2。讓流過電阻器R2的電流等于I1，讓從使電阻器R4與晶體管Q2的基極連接在一起的節(jié)點流到使電阻器R2和R3連接在一起的節(jié)點的電流等于I2，并讓電阻器R1、R2、R3和R4的電阻分別等于R1、R2、R3、和R4。
如果假定晶體管Q1和Q2的基極電流可以忽略，閾值電平Vs、電流I1、以及電流I2分別由以下等式(1)到(3)給出。
Vs＝VF1+(R1+R2)□I1+R3□(I1+I2)(1)I1＝ΔVBE/R2(2)I2＝VF2/R4(3)當將等式(1)到(3)組合在一起時，閾值電平Vs由以下等式(4)給出。
VS＝VF1+(R1+R2)□ΔVBE/R2+R3□(ΔVBE/R2+VF2/R4)(4)當向晶體管Q2和Q3提供相同的特性，從而使其基極—發(fā)射極電壓VF1和VF2分別相等，則保持了等式VF1＝VF2＝VF。因此，上述等式(4)可以重排為以下等式(5)。
當相對于絕對溫度T對上述等式(5)偏微分時，得到下列等式(6)。
在等式(6)中，右側的第一項具有正值，右側的第二項具有負值。因此，通過適當?shù)卦O置晶體管Q1到Q3的基極—發(fā)射極電壓和電阻R1到R4，可以將閾值電平Vs的溫度系數(shù)Vs/T設置為正任意值、負任意值和零中的任何一個。通常，晶體管Q1到Q3的基極—發(fā)射極電壓和電阻R1到R4都按照使閾值電平Vs的溫度系數(shù)Vs/T等于“0”的方式來設置。在與圖1所示的電壓檢測電路相連的電路具有溫度特性的情況下，晶體管Q1到Q3的基極—發(fā)射極電壓和電阻R1到R4可以按照使閾值電平Vs的溫度系數(shù)Vs/T抵消電路的溫度特性的方式來設置。
下面，將對最好使用PNP型晶體管作為用于電壓檢測的差分對晶體管(即圖1中的晶體管Q1和Q2)和作為在分壓電路中設置的二級管接法晶體管(即圖1中的晶體管Q3)的原因進行描述。當NPN型晶體管在低濃度N型外延層中形成時，它具有其中發(fā)射極層、基極層、和集電極層如圖2所示垂直地排列的垂直結構。相反地，當PNP型晶體管在低濃度N型外延層中構成時，它具有發(fā)射極層、基極層和集電極層如圖3所示水平地排列的水平結構。在圖2和圖3中，使用了下列符號“B”表示基極接點；“C”表示集電極接點；“E”表示發(fā)射極接點；“N+”表示高濃度N型擴散層；“N-”表示低濃度N型外延層；以及“P+”表示高濃度P型擴散層。
在圖2所示的NPN型晶體管中，由于基極層是高濃度P型擴散層，它具有較小的電阻成分。相反，在圖3中所示的PNP型晶體管中，由于基極層是低濃度N型外延層，它具有較大的電阻成分。在基極層中的電阻成分表現(xiàn)出正溫度特性，而基極—發(fā)射極結電位表現(xiàn)出負溫度特性。因此，基極—發(fā)射極電壓的溫度相關變化在基極層電阻成分較大的PNP型晶體管中比在基極層電阻成分較小的NPN型晶體管中要小。為此，與當作為替代使用NPN型晶體管時相比，當PNP晶體管用作用于電壓檢測的差分對晶體管(即，圖1中的Q1和Q2晶體管)和作為在分壓電路中設置的二極管接法晶體管(即，圖1中的Q3晶體管)時，可以更容易地將用于檢測電壓的參考電平的溫度系數(shù)設置得等于“0”。
圖1所示的電壓檢測電路典型地包括在通過組合諸如成膜、光刻、蝕刻和摻雜等多種工藝而構造的半導體集成電路設備中。這里，優(yōu)選地，由相同的工藝同時形成電阻器R1到R4。通過按照相同的工藝形成電阻器R1到R4，即使各個電阻R1到R4偏離了其設計值，也可以使這些電阻器之間的比值(例如R1/R2)上的偏離最小。如從以上提到的等式(6)中非常清楚，這還有助于將閾值電平Vs的溫度系數(shù)Vs/T與其設置值的偏離最小。
在圖1中所示的電壓檢測電路中，在輸入端子1和電阻器R1之間設置了具有短路在一起的基極和集電極的晶體管Q3。然而，也可以將輸入端子1與電阻器R1直接連接并將具有短路在一起的基極和集電極的晶體管Q3連接在電阻器R1和R2之間。也可以將晶體管Q3用作電流鏡像電路的參考源使用。例如，可以將與晶體管Q3一起形成電流鏡像電路的PNP型晶體管用作恒流源2。
權利要求
1.一種電壓檢測電路，包括具有連接在一起的發(fā)射極以形成差分對的第一晶體管和第二晶體管；將輸入電壓分成第一分壓和第二分壓的分壓電路，所述分壓電路與第一晶體管的基極直接相連，以將第一分壓施加到第一晶體管的基極，并將分壓電路與第二晶體管的基極直接相連，以將第二分壓施加到第二晶體管的基極；以及具有與第二晶體管的基極相連的一端以及具有與第二晶體管的發(fā)射極相連的另一端的電阻器，其中，根據(jù)來自差分對的輸出來檢測輸入電壓是否等于預定電平。
2.根據(jù)權利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于所述第一和第二晶體管都是PNP型的。
3.根據(jù)權利要求2所述的電壓檢測電路，其特征在于所述分壓電路包括由整流元件和第一電阻器構成的串聯(lián)電路；第二電阻器；以及第三電阻器；以及其中，將輸入電壓施加到串聯(lián)電路的一端，將串聯(lián)電路的另一端與第二電阻器的一端相連，將第二電阻器的另一端與第三電阻器的一端相連，將第三電阻器的另一端與“地”相連，從串聯(lián)電路和第二電阻器之間的節(jié)點中輸出第一分壓，并且從第二電阻器和第三電阻器之間的節(jié)點中輸出第二分壓。
4.根據(jù)權利要求3所述的電壓檢測電路，其特征在于當輸入電壓等于預定電壓時，在整流元件兩端的電壓等于第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓。
5.根據(jù)權利要求4所述的電壓檢測電路，其特征在于預定電壓等于第一乘積和第二乘積的和，第一乘積是通過將當差分對處于平衡狀態(tài)時所觀察到的第一晶體管的基極—發(fā)射極電壓和第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓之間的差分電壓與用第一、第二和第三電阻器的電阻的和除以第二電阻器的電阻所得到的值相乘所得到的積；第二乘積是通過將第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓與用第三電阻器的電阻和所述電阻器的電阻的和除以所述電阻器的電阻所得到的值相乘所得到的積；
6.根據(jù)權利要求1所述的電壓檢測電路，其特征在于還包括根據(jù)來自差分對的輸出來導通和截止的輸出晶體管，其中，電壓檢測電路作為重置信號輸出輸出晶體管的輸出。
7.一種包括電壓檢測電路的半導體集成電路設備，所述電壓檢測電路包括具有連接在一起的發(fā)射極以形成差分對的第一晶體管和第二晶體管；將輸入電壓分成第一分壓和第二分壓的分壓電路，所述分壓電路與第一晶體管的基極直接相連，以將第一分壓施加到第一晶體管的基極，將分壓電路與第二晶體管的基極直接相連，以將第二分壓施加到第二晶體管的基極；以及具有與第二晶體管的基極相連的一端以及具有與第二晶體管的發(fā)射極相連的另一端的電阻器，其特征在于，根據(jù)來自差分對的輸出來檢測輸入電壓是否等于預定電平。
8.根據(jù)權利要求7所述的半導體集成電路設備，其特征在于所述第一和第二晶體管都是PNP型晶體管。
9.根據(jù)權利要求8所述的半導體集成電路設備，其特征在于所述的分壓電路包括由整流元件和第一電阻器組成的串聯(lián)電路；第二電阻器；以及第三電阻器；以及其中，將輸入電壓施加到串聯(lián)電路的一端，將串聯(lián)電路的另一端與第二電阻器的一端相連，將第二電阻器的另一端與第三電阻器的一端相連，將第三電阻器的另一端與“地”相連，從串聯(lián)電路和第二電阻器之間的節(jié)點中輸出第一分壓，從第二電阻器和第三電阻器之間的節(jié)點中輸出第二分壓。
10.根據(jù)權利要求9所述的半導體集成電路設備，其特征在于當輸入電壓等于預定電壓時，在整流元件兩端的電壓等于第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓。
11.根據(jù)權利要求10所述的半導體集成電路設備，其特征在于預定電壓等于第一乘積和第二乘積的總和，第一乘積是通過將當差分對處于平衡狀態(tài)時所觀察到的第一晶體管的基極—發(fā)射極電壓和第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓之間的差分電壓的差分電壓與用第一、第二和第三電阻器的電阻的和除以第二電阻器的電阻所得到的值相乘所得到的積；第二乘積是通過將第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓與用第三電阻器的電阻和所述電阻器的電阻的和除以所述電阻器的電阻所得到的值相乘所得到的積；
12.根據(jù)權利要求7所述的半導體集成電路設備，其特征在于還包括根據(jù)來自差分對的輸出來導通和截止的輸出晶體管，其中，半導體集成電路設備作為重置信號輸出輸出晶體管的輸出。
13.一種用于構造半導體集成電路設備的方法，所述半導體集成電路設備包括電壓檢測電路，所述電壓檢測電路包括都是PNP型的具有連接在一起的發(fā)射極以形成差分對的第一晶體管和第二晶體管；分壓電路，所述分壓電路包括由整流元件和第一電阻器組成的串聯(lián)電路、第二電阻器、以及第三電阻器，所述分壓電路將輸入電壓分成第一分壓和第二分壓，將所述分壓電路與第一晶體管的基極直接相連，以將第一分壓施加到第一晶體管的基極，將分壓電路與第二晶體管的基極直接相連，以將第二分壓施加到第二晶體管的基極；以及具有與第二晶體管的基極相連的一端以及具有與第二晶體管的發(fā)射極相連的另一端的電阻器，其中，根據(jù)來自差分對的輸出來檢測輸入電壓是否等于預定電平。以及其中，將輸入電壓施加到串聯(lián)電路的一端，將串聯(lián)電路的另一端與第二電阻器的一端相連，將第二電阻器的另一端與第三電阻器的一端相連，將第三電阻器的另一端與“地”相連，從串聯(lián)電路和第二電阻器之間的節(jié)點中輸出第一分壓，從第二電阻器和第三電阻器之間的節(jié)點中輸出第二分壓。所述方法包括按照相同工藝同時形成電阻器、第一電阻器、第二電阻器和第三電阻器的步驟。
14.根據(jù)權利要求13所述的用于構造半導體集成電路設備的方法，其特征在于對所述半導體集成電路設備進行配置，從而當輸入電壓等于預定電壓時，整流元件兩端的電壓等于第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓。
15.根據(jù)權利要求14所述的用于構造半導體集成電路設備的方法，其特征在于對所述半導體集成電路設備進行配置，從而使預定電壓等于第一乘積和第二乘積的和，第一乘積是通過將當差分對處于平衡狀態(tài)時所觀察到的第一晶體管的基極—發(fā)射極電壓和第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓之間的差分電壓與用第一、第二和第三電阻器的電阻的和除以第二電阻器的電阻所得到的值相乘所得到的積；第二乘積是通過將第二晶體管的基極—發(fā)射極電壓與用第三電阻器的電阻和所述電阻器的電阻的和除以所述電阻器的電阻所得到的值相乘所得到的積。
全文摘要
傳統(tǒng)上，按照使用作電壓檢測的參考電平的預定電平的溫度系數(shù)等于“0”的方式配置的電壓檢測電路不是由最少所需電路元件構成的。本發(fā)明的電壓檢測電路是由最少所需電路元件構成，其允許任意地設置用于電壓檢測的參考電平的溫度特性。該電壓檢測電路具有具有連接在一起的發(fā)射極以構成差分對的第一晶體管和第二晶體管；將輸入電壓分成第一分壓和第二分壓的分壓電路，其與第一晶體管的基極直接相連以向其施加第一分壓，并與第二晶體管的基極直接相連以向其施加第二分壓；具有一端與第二晶體管的基極相連以及與第二晶體管的發(fā)射極相連的另一端的電阻器。根據(jù)來自差分對的輸出，檢測輸入電壓是否等于預定電平。
文檔編號H03K5/153GK1534302SQ20041003331
公開日2004年10月6日 申請日期2004年4月2日 優(yōu)先權日2003年4月2日
發(fā)明者平松慶久, 井上晃一, 一 申請人:羅姆股份有限公司