一种用于检测双阈值使能控制信号的电路系统
技术领域
本实用新型涉及一种用于检测使能控制信号的电路系统，尤其涉及一种用于检测双阈值使能控制信号的电路系统。
背景技术
在电路系统中，使能控制信号是非常重要的控制信号。通过输入不同的使能控制信号，可控制电路系统处于待机或工作状态。常见的使能控制信号控制一般有如下两种应用场景：
第一种应用场景：使能控制信号高于某个阈值Vth1，则电路系统工作，当使能控制信号低于该阈值Vth1时，则系统处于待机状态；上述阈值Vth1可以有迟滞，也可以没有迟滞。
第二种应用场景：使能控制信号高于某个阈值Vth2，则电路系统处于待机状态，当使能控制信号低于该阈值Vth2时，电路系统处于工作状态。上述阈值Vth2可以有迟滞，也可以没有迟滞。
这两种应用场景有相似之处，都是只有一个阈值，且该阈值可以有迟滞，也可以没迟滞，当使能控制信号穿越阈值，系统的状态发生改变。
除了上述两种常见的应用场景，电路系统中还有一些不同的应用场景需求。有一种特殊的应用场景为：
该电路系统中有两个阈值，分别设为V(IN)+Vth3和V(IN)-Vth4，其中，V(IN)表示输入电源电压，Vth3为上浮阈值，Vth4为下浮阈值，并且Vth3和Vth4都大于零。当使能控制信号高于阈值V(IN)+Vth3，或者低于阈值V(IN)-Vth4，系统开启工作。当使能控制信号处于V(IN)+Vth3和V(IN)-Vth4之间，则系统处于待机状态。Vth3可以有迟滞，也可以没有迟滞；Vth4可以有迟滞，也可以没有迟滞。对于上述应用场景，系统存在两个阈值需要检测，所以电路设计将变得复杂。
现有技术中，采用的用于检测双向使能控制信号的电路系统如图1所示，图1所示的电路系统中包含两个比较器102和103，基准模块101产生两个基准电压，分别为V(IN)+Vth3和V(IN)-Vth4，并将这两个基准电压分别送入两个比较器102和103，两个比较器102和103都检测使能控制信号EN。两个比较器102和103的输出逻辑信号ctl1和ctl2进入逻辑模块104，通过特定的逻辑操作产生最终的系统控制信号ctl3。
但本申请发明人在实现本申请实施例中技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
(1)因为使能控制信号EN的较高阈值电压会高于输入电源电压V(IN)，因此，要求电路系统中的比较器的输入范围也要高于输入电源电压V(IN)，这样，比较器的电路设计会比较复杂。
(2)因为使能控制信号EN有两个阈值电压，因此，现有的用于检测双向使能控制信号的电路系统中设计有两个比较器，这无疑会增加电路系统的生产成本。
实用新型内容
本申请实施例通过提供一种用于检测双阈值使能控制信号的电路系统，解决了现有技术中双阈值使能控制信号检测时，电路系统需要设计两个比较器、电路设计复杂、成本高的技术问题，实现了只需要一个比较器就能进行双阈值使能控制信号的检测，大大降低了整个电路系统设计的复杂程度，减少了电路系统的成本。
本申请实施例提供了一种用于检测双阈值使能控制信号的电路系统，包括：
用于将使能控制信号与输入电源的电压差转换成比例电流输出的电流生成模块；
用于将所述比例电流转换成输出电压，并输入到阈值比较器作为输入电压信号的电阻网络模块；
用于产生相对于输入电源电压有固定差值的基准电压信号，并输入到阈值比较器作为参考信号的基准电压模块；
用于比较所述输入电压信号与所述基准电压信号的大小，并输出信号作为电路系统的使能控制信号的阈值比较器；
所述电流生成模块连接输入电源和地极，所述电阻网络模块连接所述电流生成模块和使能控制信号源，所述阈值比较器连接所述基准电压模块和所述电流生成模块。
优选地，所述电流生成模块为由低压晶体管连接成的电流镜电路结构。
优选地，所述电流生成模块为由高压晶体管连接成的cascode共源共栅电路结构。
更优选地，所述电流生成模块包括第一NMOS晶体管、第二NMOS晶体管、第三NMOS晶体管、第一PMOS晶体管和第二PMOS晶体管；所述第一NMOS晶体管、所述第二NMOS晶体管、所述第三NMOS晶体管构成一组电流镜，所述第一PMOS晶体管、所述第二PMOS晶体管构成另一组电流镜。
进一步地，所述输入电源的正极连接所述第一PMOS晶体管的源极，所述第一PMOS晶体管的栅极、漏极电连接；
所述第二PMOS晶体管的源极连接所述电阻网络模块，所述第二PMOS晶体管的栅极连接所述第一PMOS晶体管的栅极；
所述第一NMOS晶体管的漏极连接所述第一PMOS晶体管的漏极，所述第一NMOS晶体管的源极连接地极，所述第一NMOS晶体管的漏极连接所述第二NMOS晶体管的栅极；
所述第二NMOS晶体管的栅极、漏极电连接，所述第二NMOS晶体管的源极连接地极，所述第二NMOS晶体管的漏极连接所述第二PMOS晶体管的漏极；
所述第三NMOS晶体管的栅极连接所述第二NMOS晶体管的栅极，所述第三NMOS晶体管的源极连接地极，所述第三NMOS晶体管的漏极连接所述电阻网络模块。
优选地，所述电阻网络模块包括第一电阻和第二电阻，第一电阻一端连接使能控制信号源，第一电阻另一端连接所述第二PMOS晶体管的漏极；第二电阻一端连接使能控制信号源，第二电阻另一端连接所述第三NMOS晶体管的漏极和所述阈值比较器的输入端。
优选地，所述电阻网络模块包括第一电阻和第二电阻，第一电阻一端连接使能控制信号源，第一电阻另一端连接所述第二PMOS晶体管的漏极和第二电阻一端，第二电阻另一端连接所述第三NMOS晶体管的漏极和所述阈值比较器的输入端。
优选地，所述阈值比较器的输出端为电路系统的使能控制信号输出端。
本申请实施例提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统工作时，电流生成模块将使能控制信号高于输入电源的电压差转换成比例电流，比例电流流过一个与使能控制信号相连的第二电阻，比例电流与第二电阻成反比，比例电流与使能控制信号和电源电压的电压差成正比。如果使能控制信号低于输入电源的电位，则比例电流等于零。
通过基准电压模块，产生一个相对于输入电源电压有固定差值的基准电压信号，该基准电压信号输入到阈值比较器，作为参考信号。通过检测第二电阻另一端的电压来判断使能控制信号是否穿越制定的阈值。第二电阻另一端的电压作为阈值比较器的输入信号。阈值比较器的输出逻辑信号控制整个电路系统处于工作或待机状态。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、采用电流生成模块和电阻网络模块，将使能控制信号高于输入电源的电压差转换成较低的电压，通过检测该较低的电压，来判断使能控制信号是否穿越了设定的阈值，只需要一个比较器就能进行双阈值使能控制信号的检测。
2、缩小了比较器的输入范围，比较器输入的基准电压信号低于输入电源电压，降低了比较器的设计难度。
3、在使能控制信号低于输入电源的情况下，使能控制信号没有输入电流，在某些应用中，这是非常重要的特性。
4、电路系统结构简单，性能可靠，成本低廉。
附图说明
图1为现有的一种用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图；
图2为本申请实施例一中提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图；
图3为本申请实施例二中提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图；
图4为本申请实施例二中使能控制信号EN转换成EN2并进行检测的波形图；
图5为本申请实施例二中阈值比较器的输出逻辑信号的波形图；
图6为本申请实施例三中提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种用于检测双阈值使能控制信号的电路系统，解决了现有技术中双阈值使能控制信号检测时，电路系统需要设计两个比较器、电路设计复杂、成本高的技术问题，实现了只需要一个比较器就能进行双阈值使能控制信号的检测，大大降低了整个电路系统设计的复杂程度，减少了电路系统的成本。
本申请实施例中的技术方案为解决上述串扰的问题，总体思路如下：
通过电流生成模块，将使能控制信号与输入电源的电压差转换成比例电流输出，该输出电流再经过电阻转换成电压，并输入阈值比较器。通过基准电压模块，产生一个相对于输入电源电压有固定差值的基准电压信号，该基准电压信号输入到阈值比较器作为参考信号。阈值比较器的输出信号作为电路系统的使能控制信号。
通过上述技术方案，可以实现只需要一个比较器就能进行双阈值使能控制信号的检测。同时，比较器输入的基准电压信号低于输入电源电压，这样比较器的电路设计也比较简单。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
图1为本申请实施例一中提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图，所述的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统由电流生成模块、电阻网络模块、基准电压模块和阈值比较器等部件组成。
电流生成模块，用于将使能控制信号与输入电源的电压差转换成比例电流输出；
电阻网络模块，用于将所述比例电流转换成输出电压，并输入到阈值比较器作为输入电压信号；
基准电压模块，用于产生相对于输入电源电压有固定差值的基准电压信号，并输入到阈值比较器作为参考信号；
阈值比较器，用于比较所述输入电压信号与所述基准电压信号的大小，并输出信号作为电路系统的使能控制信号。
电流生成模块连接输入电源IN和地极VSS，电阻网络模块连接电流生成模块和使能控制信号源EN，阈值比较器连接基准电压模块和电流生成模块。
使能控制信号源EN发出的使能控制信号经电阻网络模块后输入电流生成模块，输入电源IN的正极也连接电流生成模块，电流生成模块将使能控制信号与输入电源的电压差转换成比例电流输出，该输出电流再经过电阻网络模块转换成输出电压，并输入阈值比较器。
通过基准电压模块，产生一个相对于输入电源电压V(IN)有固定差值Vth的基准电压信号V(IN)-Vth，该基准电压信号V(IN)-Vth输入到阈值比较器作为参考信号。
阈值比较器，比较两个输入信号的高低，并生成逻辑信号ctl，阈值比较器的输出信号作为电路系统的使能控制信号，用以控制系统处于工作状态或待机状态。
实施例二
图2为本申请实施例二中提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图，所述的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统由电流生成模块201、基准电压模块202、阈值比较器203和电阻网络模块204等部件组成。
其中，电流生成模块201由多个PMOS晶体管和NMOS晶体管组成，第一NMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2和第三NMOS晶体管M3构成一组电流镜，第一PMOS晶体管M4和第二PMOS晶体管M5构成另一组电流镜。
具体地，输入电源IN的正极连接第一PMOS晶体管M4的源极，第一PMOS晶体管M4的栅极、漏极电连接；
第二PMOS晶体管M5的源极连接电阻网络模块204，第二PMOS晶体管M5的栅极连接第一PMOS晶体管M4的栅极；
第一NMOS晶体管M1的漏极连接第一PMOS晶体管M4的漏极，第一NMOS晶体管M1的源极连接地极VSS，第一NMOS晶体管M1的漏极连接第二NMOS晶体管M2的栅极；
第二NMOS晶体管M2的栅极、漏极电连接，第二NMOS晶体管M2的源极连接地极VSS，第二NMOS晶体管M2的漏极连接第二PMOS晶体管M5的漏极；
第三NMOS晶体管M3的栅极连接第二NMOS晶体管M2的栅极，第三NMOS晶体管M3的源极连接地极VSS，第三NMOS晶体管M3的漏极连接电阻网络模块204。
电阻网络模块204由第一电阻R1和第二电阻R2组成。第一电阻R1一端连接使能控制信号源EN，第一电阻R1另一端IN2连接第二PMOS晶体管M5的漏极。第二电阻R2一端连接使能控制信号源EN，第二电阻R2另一端EN2连接第三NMOS晶体管M3的漏极和阈值比较器203的输入端。
基准电压模块202的输入端也连接阈值比较器203的输入端，阈值比较器203的输出信号ctl作为电路系统的使能控制信号。
本实施例中，用EN表示使能控制信号，用V(EN)表示使能控制信号的电压值。用IN表示输入电源，用V(IN)表示输入电源电压。用V(EN,IN)表示使能控制信号与输入电源之间的电压差，用V(IN,EN)表示输入电源与使能控制信号之间的电压差，则有：
V(EN,IN)＝V(EN)-V(IN)，V(IN,EN)＝V(IN)-V(EN)。
用I(R1)表示流经第一电阻R1的电流，用I(R2)表示流经第二电阻R2的电流。
在V(EN,IN)>0时，通过第一电阻R1和电流产生模块201产生电流I(R2)，电流I(R2)正比于V(EN,IN)，电流I(R2)同时反比于第二电阻R1，即
I(R2)＝K1*V(EN,IN)/R1，
其中，K1为固定系数，K1由电流产生模块201内部的某些晶体管的宽长比例决定。
电流I(R2)流过与使能控制信号EN相连的第二电阻R2，第二电阻R2的电压降则等于K1*V(EN,IN)*R2/R1。
电阻R2的一端连着使能控制信号EN，电阻R2的另一端用EN2来表示，用V(EN2)表示电阻R2另一端的电压，用V(IN,EN2)表示输入电源与电阻R2另一端之间的电压差，则有
V(EN2)＝V(EN)-K1*V(EN,IN)*R2/R1，
V(IN,EN2)＝V(IN)-V(EN)+K1*V(EN,IN)*R2/R1
＝(K1*R2/R1-1)*V(EN,IN)，
可见，V(IN,EN2)与V(EN,IN)成比例关系。设Vth0为上浮阈值，如果要检测V(EN)高于V(IN)+Vth0，可通过检测V(EN2)低于V(IN)-Vth3*(K1*R2/R1-1)的条件来达到目的，而V(EN2)的检测相比于直接检测V(EN)只需要更简单的电路。
在V(EN,IN)<0时，电流I(R2)等于零，第二电阻R2上的压降也等于零，因为第二电阻R2的一端连接使能控制信号源EN，另一端用EN2来表示，因此V(EN2)＝V(EN)。
电流生成模块201中，电流I(R2)与I(M2)成固定比例关系，该比例系数由相关的晶体管的宽长比例系数决定。在图2的实施例中，I(R2)＝I(R1)*W(M3)/L(M3)/W(M2)/L(M2)。I()表示流过元器件的电流，W()表示元器件的宽度，L()表示元器件的长度。
NMOS电流镜中的输入偏置电流I(M2)＝I(M5)＝I(R1)，I(M1)＝I(M4)，第一PMOS晶体管M4的栅源电压控制第二PMOS晶体管M5的栅电压。因此，第一NMOS晶体管M1、第二NMOS晶体管M2、第一PMOS晶体管M4、第二PMOS晶体管M5和第一电阻R1构成一个负反馈环路，该环路产生一个电流I(R1)，
如果V(EN,IN)>0V，I(M2)＝I(M5)＝I(R1)＝V(EN,IN)/R1；
如果V(EN,IN)<0V，I(M2)＝I(M5)＝I(R1)＝0。
也就是说，电流生成模块201将使能控制信号EN高于输入电源IN的电压差V(EN,IN)转换成电流I(R2)，I(R2)流过一个与使能信号相连的第二电阻R2，I(R2)与第二电阻R1成反比，I(R2)与使能控制信号和电源电压的电压差V(EN,IN)成正比。如果使能控制信号EN低于输入电源IN的电位，则I(R2)等于零。
通过基准电压模块，产生一个相对于输入电源电压V(IN)有固定差值Vth的基准电压信号V(IN)-Vth，该基准电压信号V(IN)-Vth输入到阈值比较器作为参考信号。
阈值比较器的输出信号ctl作为电路系统的使能控制信号。
图4显示了图2中EN2电位与EN电位的关系。当EN电位低于IN电位，则EN2等于EN的电位；当EN电位高于电源IN电位，则V(IN,EN2)与V(EN,IN)保持比例关系，通过检测EN2来判断EN是否穿越制定的阈值。EN2作为阈值比较器203的输入信号，阈值比较器203的输出逻辑信号控制整个电路系统处于工作或待机状态，如图5所示。
本实施例的应用场合是用于检测双阈值使能控制信号控制，即V(EN,IN)>Vth0，或者V(IN,EN)>Vth，通过上述方法，本发明通过间接检测EN2的电位，就可以满足双阈值检测使能控制信号EN的应用需求。
通过采用了上述的技术方案，本实施例对传统的使能控制信号的检测电路进行了改进。本实施例只需要一个比较器来判断EN2的电位，即可完成使能控制信号EN的检测工作，并且该比较器的输入范围不需要高于输入电源IN的电位，因此，比较器的电路设计相对而言是简单易行的，能够降低整个电路系统设计的复杂程度。
实施例三
图6为本申请实施例三中提供的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统的原理图，所述的用于检测双阈值使能控制信号的电路系统与实施例二大体相同，其区别仅在于电阻网络模块204的结构不同。
本实施例中，电阻网络模块204由第一电阻R1和第二电阻R2组成。第一电阻R1一端连接使能控制信号源EN，第一电阻R1另一端IN2连接第二PMOS晶体管M5的漏极。第二电阻R2一端连接第一电阻R1另一端IN2，第二电阻R2另一端EN2连接第三NMOS晶体管M3的漏极和阈值比较器203的输入端。
本实施例中，将第二电阻R2的一端接到第一电阻R1另一端IN2，这样做的目的是为了降第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值，从而降低第一电阻R1和第二电阻R2的组成电阻元件数目与所占用的芯片面积，达到更好的匹配效果和成本优势。
本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值相比实施例二，减小了一半。
此外，值得说明的是，电流生成模块201可以由低压晶体管构成，也可以由高压晶体管以cascode电路结构组成以适应较高的电源电压。所以电流生成模块201的电路可以有多种实现方式，它的主要特征输出电流到第二电阻R2，该电流正比于V(EN,IN)，该电流反比与R1。当V(EN,IN)<0时，该输出电流等于零。
应当理解的是，虽然在这里可能使用量术语“第一”、“第二”等等来描述各个单元，但是这些单元不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了将一个单元与另一个单元进行区分。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一单元可以被称为第二单元，并且类似地第二单元可以被称为第一单元。
以上所述，仅为本申请的较佳实施例，并非对本申请任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本申请方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。譬如为了适应更高电压的需求，电流生成模块中的晶体管，可以为低压晶体管，也可以为高压晶体管，也可以改成级联(cascode)的结构以适应更高的电源电压。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本申请的等效实施例；同时，凡依据本申请的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本申请的技术方案的范围内。
