电压监控器的制作方法

电压监控器


背景技术：

1.电压监控器在许多应用中可用于监测电力供应电压且检测关于电力供应电压的特定问题。在一些应用中，电压监控器可检测电力供应电压是否下降到低于阈值或升高到高于阈值。响应于所述电压超过阈值，电压监控器断言一信号。所述信号可用于采取动作来确保恰当电力供应操作。


技术实现要素：

2.根据说明的至少一个实例，一种电压监控器包含耦合于第一供应电压与第二供应电压之间的第一晶体管。所述电压监控器包含耦合于所述第一供应电压与所述第二供应电压之间的第二晶体管。所述电压监控器经配置以提供和所述第一晶体管与所述第二晶体管的栅极到源极电压的差成比例的第一电流。所述电压监控器还经配置以提供和所述第一供应电压同所述第一晶体管与所述第二晶体管的栅极到源极电压的所述差的差成比例的第二电流。所述电压监控器经配置以将所述第一电流与所述第二电流进行比较以确定响应于所述第一供应电压超过阈值而改变状态的电压值。
3.根据说明的至少一个实例，一种系统包含参考电流产生器，所述参考电流产生器包含电流镜、第一晶体管、第二晶体管及第一电阻器，其中所述第一晶体管的控制端子耦合到所述第二晶体管的控制端子，且所述第二晶体管的第一电流端子耦合到所述第一电阻器。所述系统包含第三晶体管，所述第三晶体管具有耦合到所述电流镜的控制端子、适于耦合到电力供应器的第一电流端子及耦合到第二电阻器的第二电流端子。所述系统包含第四晶体管，所述第四晶体管具有耦合到所述第三晶体管的所述控制端子的控制端子及适于耦合到所述电力供应器的第一电流端子。所述系统包含第五晶体管，所述第五晶体管具有耦合到所述第四晶体管的第二电流端子的第二电流端子、耦合到所述第二晶体管的所述控制端子的控制端子及耦合到第六晶体管的第一电流端子。
4.根据说明的至少一个实例，一种电压监控器包含参考电流产生器，所述参考电流产生器具有电流镜，所述电流镜经配置以提供和第一晶体管与第二晶体管的栅极到源极电压的差成比例的第一电流。所述电压监控器包含第三晶体管，所述第三晶体管具有耦合到所述电流镜的栅极、适于耦合到电力供应器的源极及耦合到电阻器的漏极，所述第三晶体管经配置以提供和供应电压同所述第一晶体管与所述第二晶体管的栅极到源极电压的所述差的差成比例的第二电流。所述电压监控器包含第四晶体管，所述第四晶体管具有耦合到所述第三晶体管的所述栅极的栅极、适于耦合到所述电力供应器的源极及具有指示所述供应电压高于阈值的漏极电压的漏极。
附图说明
5.图1是根据各种实例的电压监控器。
6.图2是根据各种实例的强反转操作的温度系数的图表。
7.图3是根据各种实例的展示如何达成零温度系数的图表的集合。
8.图4是根据各种实例的用于电压监控的方法的流程图。
具体实施方式
9.电压监控器可用于监测电力供应电压且在达到阈值的情况下断言一信号。节点(称作跳变节点)具有在电力供应电压达到阈值时从高电压翻转到低电压或反之亦然的电压。电力供应器的使跳变节点翻转的此电压称作跳变电压(例如，阈值电压或电压阈值)。常规电压监控器具有众多缺点。举例来说，常规电压监控器通常具有高断开(off-stage)电流(也称为静态电流(iq))，且具有缓慢响应时间。并且，在常规电压监控器中通常难以实现小阈值电压(电力供应器的被监测的阈值电压)。此外，在常规电压监控器中达成电力供应器的被监控的可编程阈值电压是困难的。举例来说，如果被监控的供应电压改变为不同电压，那么通常重新设计电压监控器以处置新供应电压。更进一步地，常规电压监控器通常占据较大硅面积。
10.在本文中的实例中，电压监控器提供低iq、具有快速响应时间、可针对阈值电压范围按比例缩放，且具有较小硅面积。本文中所描述的电压监控器使用具有四个分支的电路拓扑，其中两个不同电流流动穿过所述分支。第一电流与两个场效应晶体管(fet)的栅极到源极电压的差(δv
gs
)成正比。第一电流可用作参考电流，因为此电流不随供应电压变化。第二电流与供应电压成正比，且因此第二电流的量值指示供应电压的量值。将这两个电流进行比较以确定跳变节点的状态。响应于供应电压超出阈值，跳变节点因第二电流超过第一电流而从低电压翻转到高电压。响应于跳变节点翻转，电路被箝位以减少iq的增加。
11.图1是根据本文中的各种实例的电压监控器100。电压监控器100包含启动部分102、参考电流产生器104及电流箝位器106。电压监控器100还可描述为具有在下文的操作中描述的四个垂直分支。启动部分102包含晶体管108及电阻器110。在一个实例中，晶体管108是n型fet。在一个实例中，晶体管108是具有大约-100mv的阈值电压(v
th
)的原生晶体管。在其它实例中，可使用具有不同低v
th
或负值较小的v
th
的原生晶体管。原生晶体管是介于增强模式与耗尽模式中间的各种fet。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。通过使用具有相对低阈值电压v
th
的晶体管，电压监控器100可监测较低供应电压电平。如果晶体管的阈值电压v
th
相对较高，那么电压监控器100中的晶体管将不能在足够低的电压电平下操作以充分监测较低供应电压。晶体管108的源极耦合到电阻器110的第一端子且漏极耦合到节点112。在一实例中，在节点112处提供供应电压v
in
。晶体管108的栅极耦合到电阻器110的第二端子。在本文中的实例中，晶体管的栅极也可称为控制端子。晶体管的源极或漏极也可称为电流端子。在一实例中，启动部分102可用于起动电压监控器100。响应于起动了电压监控器100，启动部分102变得不作用。下文描述启动部分102的操作。
12.电压监控器100包含参考电流产生器104。在此实例中，参考电流产生器104具有两个垂直分支。在其它实例中，不同类型的参考电流产生器可用于提供参考电流。参考电流产生器104的第一分支包含晶体管114、电阻器110及晶体管116。参考电流产生器104的第二分支包含晶体管118、晶体管120及电阻器122。在一实例中，参考电流产生器操作以提供由电压监控器100用作参考以确定供应电压是否已超出预定阈值的电流i1(在下文中描述)。
13.在一个实例中，晶体管114是p型fet。在一个实例中，晶体管114是具有大约400mv到500mv的阈值电压v
th
的低阈值电压晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用
的。晶体管114具有耦合到节点112的源极及耦合到电阻器110的第一端子的漏极。晶体管114还具有耦合到晶体管118的栅极的栅极。在一个实例中，晶体管116是n型fet。晶体管116具有耦合到电阻器110的第二端子的漏极。晶体管116的漏极还耦合到晶体管116的栅极。晶体管116具有耦合到接地124的源极。在其它实例中，接地124处的轨道可耦合到除接地124之外的处于不同于在节点112处提供的第一供应电压v
in
的电压(第二供应电压)的电压轨道。
14.在参考电流产生器104的第二分支中，晶体管118具有耦合到节点112的源极及耦合到晶体管118的栅极的漏极。晶体管118的漏极还耦合到晶体管120的漏极。在一个实例中，晶体管118是p型fet。晶体管120具有耦合到晶体管116的栅极的栅极。晶体管120还具有耦合到电阻器122的第一端子的源极。在一个实例中，晶体管120是n型fet。电阻器122的第二端子耦合到接地124。
15.在一个实例中，晶体管118是具有大约400mv到500mv的阈值电压v
th
的低阈值电压晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。晶体管114及118具有紧挨其的在圆圈中的“1”。此“1”指示晶体管114与118在大小上类似，且由于晶体管114与118是配置为电流镜，因此穿过晶体管114的电流将大约等于流动穿过晶体管118的电流。由于晶体管114与118的栅极相连接且源极相连接，因此晶体管114与118的栅极到源极电压v
gs
是相同的。在一个实例操作中，电流i 127流动穿过晶体管114，且电流i
1 126流动穿过晶体管118。在一实例中，电流i
1 126与i 127是大约相等的。下文描述电流i
1 126及其在电压监控器100中的使用。
16.在一实例中，晶体管116是具有大约400mv到500mv的阈值电压v
th
的低阈值电压晶体管。在一实例中，晶体管120是具有大约-100mv的阈值电压v
th
的原生晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。
17.启动部分102如下操作。最初，当节点112处的供应电压v
in
较低(举例来说，低于两伏)且电压监控器100中尚未形成电流时，节点128处于接地(0v)。并且，因无电流i 127流动穿过电阻器110，电阻器110的第一端子处于接地。继而，晶体管108的v
gs
是0v，这足以使晶体管108导通并开始传导电流。由晶体管108传导的电流充当启动电流且将节点128处的寄生电容充电，借此使节点128处的电压电位增加且使晶体管116导通。使晶体管116导通致使其它装置(晶体管114、118及120)开始在其相应电流镜布置中传导电流，且所传导电流增加直到达成稳定状态。电压监控器100的两个最左侧分支中的正反馈帮助达到稳定状态。在一实例中，启动部分102确保电压监控器100不具有零电流且不保持不可操作。
18.在电流i 127开始流动穿过晶体管114之后，跨越电阻器110的电压降增加，这使晶体管108的源极处的电压充分高于晶体管108的栅极处的电压以便关断晶体管108。这是因为跨越电阻器110的电压降等于晶体管108的-v
gs
。电阻器110经定大小使得跨越电阻器110的电压降足够大以使晶体管108在电压监控器100的正常操作期间保持关断。
19.电压监控器100中的前两个分支提供不随供应电压v
in
的变化而变化的参考电流i1126。晶体管116的v
gs
由v1表示，其是耦合到晶体管116的栅极的节点128与共同电位(在一些实例中，接地)124之间的电压。晶体管120的v
gs
由v2表示。v2是节点128与节点130之间的电压。v1与v2之间的差等于跨越电阻器122的电压，所述电压也是节点130处的电压。节点130处的电压因此称为δv
gs
，因为其是晶体管116与120的栅极到源极电压v
gs
的差。
20.电流i
1 126流动穿过晶体管120及电阻器122(r
bot
)。因跨越电阻器122的电压是已知的，因此在方程式(1)中计算电流i
1 126：
[0021][0022]
如方程式1中所见，电流i
1 126不随供应电压v
in
而变化。电流i
1 126的值是由晶体管116与120的两个栅极到源极电压v
gs
之间的差且由电阻器122的值确定。当供应电压v
in
变化时，这两个v
gs
值之间的差保持不变。当一个v
gs
值升高时，另一v
gs
值也升高类似量。当一个v
gs
值下降时，另一v
gs
值也下降类似量。电流i
1 126与此δv
gs
值成比例，且此δv
gs
值不随供应电压v
in
而变化。因此，电流i
1 126也不随供应电压v
in
而变化。出于此原因，电流i
1 126可用作参考电流来帮助确定供应电压v
in
是否已升高到高于阈值。
[0023]
电压监控器100的第三分支包含晶体管132、134及136。在一个实例中，晶体管132是p型fet。在一个实例中，晶体管132是具有大约400mv到500mv的阈值电压v
th
的低阈值电压晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。在一实例中，晶体管132可大约等同于晶体管114及118。晶体管132具有紧挨其的在圆圈中的“1”，其指示晶体管132与晶体管114及118为大约相同的大小且能够传导与晶体管114及118类似量的电流(归因于晶体管132也是由晶体管114及118形成的电流镜的部分)。晶体管132具有耦合到晶体管118的栅极的栅极及耦合到节点112的源极。晶体管132的漏极耦合到节点138及晶体管134的漏极。由于晶体管132与晶体管114及118一起形成电流镜的部分，因此流动穿过晶体管132的电流i 129大约等于流动穿过晶体管118的电流i
1 126。
[0024]
在一实例中，晶体管134是具有大约-100mv的阈值电压v
th
的n型(fet)原生晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。晶体管134具有在节点138处耦合到晶体管132的漏极的漏极。晶体管134具有耦合到晶体管120的栅极的栅极。晶体管134还具有耦合到节点140且耦合到晶体管136的漏极的源极。在一实例中，晶体管134是等同于晶体管120的晶体管。
[0025]
晶体管136具有耦合到晶体管134的源极的漏极及耦合到接地124的源极。晶体管136还具有耦合到节点138的栅极，所述节点耦合到晶体管134的漏极。
[0026]
压监控器100的第三分支电包含侧分支，所述侧分支具有包含晶体管142的电流箝位器106。所述侧分支还包含电阻器144。晶体管142具有耦合到晶体管132的栅极的栅极及耦合到节点112的源极。晶体管142的漏极耦合到电阻器144的第一端子。电阻器144的第二端子耦合到节点140。
[0027]
在一实例中，晶体管142是具有大约400mv到500mv的阈值电压v
th
的低阈值电压晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。晶体管142具有紧挨其的在圆圈中的“2”，其指示晶体管142是晶体管114、118及132的大小的大约两倍，且因此能够传导是那三个晶体管的大约两倍多的电流。当节点112处的电压处于高于跳变点的充足量时，晶体管142也经配置以与晶体管114、118及132一起充当电流镜。
[0028]
电流i
2 146流动穿过电阻器144。电流i
2 146是随节点112处的供应电压v
in
而变化的电流(如下文方程式2中所展示)，且可用于确定供应电压v
in
是否已超过阈值。在一实例中，v
in
缓慢升高且接近阈值电压。电流i
2 146流动穿过晶体管142。跨越晶体管134的栅极到源极电压v
gs
是v2，其是节点128与130之间的电压，如上文所描述。在一实例中，晶体管120与
134是等同装置，且其栅极相连接，因此晶体管120与134的栅极处于相同电压。流动穿过晶体管120的电流是电流i
1 126，且流动穿过晶体管134的电流是类似于i
1 126(归因于电流镜)的电流i 129。因穿过晶体管120与134的电流是相同的，且晶体管120与134的栅极处于相同电压，因此晶体管120与134的源极也将处于相同电压。晶体管120的源极处的电压是节点130处的电压。如上文所描述，所述电压是δv
gs
。因此，节点140处的电压也是δv
gs
。
[0029]
晶体管136位于电压监控器100的第三分支的底部处。在晶体管136的漏极(例如，节点140)处，电流i 129与电流i
2 146组合以形成流动穿过晶体管136的电流i
3 148。穿过电阻器144的电流是电流i
2 146，且电阻器144的第二端子处的电压是δv
gs
。因此，电阻器144的第一端子处的电压可用于确定跨越电阻器144的电压降及确定电流i
2 146的值。
[0030]
响应于供应电压v
in
低于使跳变节点跳变的阈值电压，电阻器144的第一端子处的电压是大约v
in
，具有微小误差。这是因为晶体管142被导通且跨越其的电压降是可忽略的。晶体管142是晶体管114、118及132的大小的大约两倍，且是由这些晶体管形成的电流镜的部分。因此，晶体管142具有传导大约两倍的电流i
1 126的能力。然而，晶体管142经定大小使得供应电压v
in
与接地124之间的电压差不够大来产生那么多的电流流动穿过晶体管142。晶体管142的漏极处的电压接近于晶体管142的源极处的电压，如上文所描述，这意味着晶体管142未传导其能够传导的足量的电流。因此，在此实例中，穿过晶体管142的电流i
2 146小于电流i
1 126的两倍。直到v
in
达到使跳变节点跳变的电压阈值，晶体管142的漏极电压才接近于晶体管142的源极电压，且所述源极电压处于供应电压v
in
。因此，晶体管142的漏极处的电压也接近于供应电压v
in
。因此，电阻器144(r
top
)的第一端子处的电压接近于供应电压v
in
。方程式(2)指示电流i
2 146的值：
[0031][0032]
在上文所描述的其中v
in
低于使跳变节点跳变的电压阈值的操作条件期间，电流i2146随供应电压v
in
的值直接变化，而不是两倍于i
1 126的值。
[0033]
上文描述流动穿过电压监控器100的前三个分支中的每一者的电流。电压监控器100的第四分支包含晶体管150、152、154及跳变节点156。在一实例中，晶体管150是具有大约400mv到500mv的阈值电压v
th
的低阈值电压晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。晶体管150具有紧挨其的在圆圈中的“k”，其指示晶体管150是晶体管114、118及132的大小的大约“k”倍，且因此能够传导是那些晶体管的大约“k”倍多的电流，因为其是由那些晶体管形成的电流镜的部分。晶体管150的源极耦合到节点112。晶体管150的栅极耦合到晶体管142的栅极。晶体管150的漏极耦合到跳变节点156且耦合到晶体管152的漏极。
[0034]
在一实例中，晶体管152是具有大约-100mv的阈值电压v
th
的n型(fet)原生晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。晶体管152具有耦合到晶体管134的栅极的栅极及耦合到晶体管154的漏极的源极。在一实例中，晶体管152等同于晶体管120及134。
[0035]
在一实例中，晶体管154是具有大约700mv的阈值电压v
th
的标准阈值电压晶体管。在其它实例中，不同类型的晶体管可为可用的。晶体管154具有耦合到接地124的源极及耦合到晶体管136的栅极的栅极。在一个实例中，晶体管136也是具有大约700mv的阈值电压v
th
的标准电压阈值晶体管。晶体管154具有紧挨其的在圆圈中的“1”，而晶体管136具有紧挨其的在圆圈中的“2”。在此实例中，这些数字指示晶体管136是晶体管154的大小的大约两倍。
[0036]
如上文所描述，电流i 129(大约等于i
1 126)与i
2 146组合以形成电流i
3 148，这展示于方程式(3)中：
[0037]
i1 i2＝i3ꢀꢀꢀ
(3)
[0038]
流动穿过晶体管136的电流是电流i
3 148，且晶体管136是晶体管154的大小的两倍。晶体管136与154的栅极耦合在一起，且晶体管136与154的源极也在接地124处耦合在一起。因此，晶体管136与154的栅极到源极电压v
gs
是相同的。因晶体管136是晶体管154的大小的大约两倍，因此晶体管136传导是晶体管154的大约两倍多的电流。穿过晶体管136的电流是电流i
3 148，因此穿过晶体管154的电流是i3/2，在图1中展示为电流158。在一实例中，晶体管136及154操作为电压监控器100中的第二电流镜，其中电流响应于晶体管136与154大小不同而按比例缩放。
[0039]
在第四分支的顶部处，流动穿过晶体管150的电流是电流i
1 126的k倍(例如，ki1)。电流ki1独立于供应电压v
in
，这是因为电流i
1 126独立于供应电压v
in
，如上文关于方程式1所描述。因此，当供应电压v
in
升高时，电流ki1随时间是大约恒定的。然而，当供应电压v
in
升高时，第四分支的底部处的电流158(例如，i3/2)也将升高，这是因为电流i
3 148是电流i 129(大约等于i
1 126)与i
2 146的组合，且电流i
2 146相依于v
in
。响应于在第四分支中电流158上升到高于电流ki1，跳变节点156切换状态。具体来说，响应于供应电压v
in
低于被监测的电压阈值，电流ki1将跳变节点156拉升到高电压。当供应电压v
in
的增加足以使电流158升高到高于电流ki1(这是可能的，因为电流158随供应电压v
in
而变化且电流ki1并不如此)时，跳变节点156被拉动到低电压。跳变节点156处致使所述节点翻转的电压是跳变电压(例如，阈值电压或电压阈值)。
[0040]
可计算电流ki1及158，且也可计算跳变电压。穿过晶体管150的电流ki1展示于方程式(4)中：
[0041][0042]
电流158是电流i
3 148的一半，其计算于方程式(5)中
[0043][0044]
当电流158等于电流ki1时，跳变节点156开始翻转。跳变电压展示于方程式(6)中：
[0045][0046]
方程式(6)展示跳变电压v
trip
与δv
gs
乘以常数成正比。所述常数是电阻器144(r
top
)及电阻器122(r
bot
)的函数。这两个电阻器122及144的值可从其设计值基于在制造电压监控器100时的过程变化而导出。然而，如果其以相同方式变化，那么过程变化可根据方程式(6)抵消。常数k是相对装置大小，其是恒定的且将基本上不随过程或温度而变化。跳变电压v
trip
的主要变化是影响δv
gs
的过程变化。在一实例中，本文中的晶体管可经定大小使得δv
gs
的温度系数是大约零。在所述情形中，跳变电压v
trip
也将不随温度而明显变化。
[0047]
如上文所描述，电压监控器100可针对各种电压阈值编程。电阻器122及144的值可经调整以使跳变电压v
trip
变化。k(相对装置大小)的值也可经调整以使跳变电压v
trip
变化。因此，在本文中的实例中，跳变电压v
trip
可被精细调谐。电压监控器100的拓扑提供此可编
程性，这意味着同一电路可用于提供不同跳变电压v
trip
。在一些实例中可使用可变电阻器来使跳变电压v
trip
变化。在其它实例中，可接入或切断电阻以使电阻变化且调整跳变电压v
trip
。
[0048]
实例中的电压监控器100的另一特征是在达到跳变点之后，限制电流i
2 146。电流i1126独立于供应电压，但电流i
2 146并不如此。电流箝位器106可用于随着供应电压v
in
升高而限制电流i
2 146。电流箝位器106防止电流i
2 146在供应电压v
in
达到特定值之后增加。在供应电压v
in
的所述特定值下，电压供应v
in
与接地124之间存在足够的电压裕度来使晶体管142供应等于电流i
1 126的大约两倍的电流。如果流动穿过晶体管142的电流达到电流i
1 126的两倍，那么所述晶体管饱和。因此，如果供应电压v
in
增加到超出所述特定值，那么无额外电流会流动穿过电压监控器100的所述分支。
[0049]
在制作电压监控器100之后，跳变电压v
trip
无法被改变，除非使用可变电阻。因此，为了防止随温度改变，晶体管116及120应定大小使得δv
gs
的温度系数是大约零。如果晶体管116与120之间的δv
gs
的温度系数是大约零，那么电流i
1 126的值也将更耐受温度改变，这允许电流i
1 126用作参考电流。
[0050]
本文中描述两种方法来达成接近零的温度系数：一种方法涉及在强反转操作中使用晶体管，且另一方法涉及在弱反转操作中使用晶体管。在强反转操作中，晶体管的v
gs
显著高于阈值电压v
th
。过驱动电压v
ov
是栅极到源极电压v
gs
超过阈值电压v
th
。在弱反转操作(例如，亚阈值区域)中，晶体管以低于阈值电压v
th
的栅极到源极电压v
gs
操作。
[0051]
首先，在强反转操作的实例中，v
gs
＝v
th
v
ov
。并且，方程式(7)展示这些电压中的差值：
[0052]
δv
gs
＝δv
th
δv
ov
ꢀꢀꢀ
(7)
[0053]
δv
gs
是晶体管116与120之间的栅极到源极电压的差，如上文关于图1所描述。在一实例中，晶体管116是低电压晶体管(lvt)且以下方程式中与晶体管116相关的变量将具有下标lvt。在所述实例中，晶体管120是原生晶体管(nat)且以下方程式中与晶体管120相关的变量将具有下标nat。方程式(7)中的变量可基于晶体管在其中操作的操作区域而扩展。针对强反转操作，δv
ov
等于晶体管116的v
ov
减去晶体管120的v
ov
。代入δv
ov
的这些项得到方程式(8)：
[0054]
δv
gs
＝δv
th
[v
ov(lvt)
–vov(nat)
]
ꢀꢀꢀ
(8)
[0055]
方程式(9)中定义图1中的电流i
1 126：
[0056][0057]
其中k
′
是过程跨导参数，是取决于用于制作集成电路的过程技术的常数；且w/l是沟道宽度与沟道长度的比率(在此实例中针对晶体管120，尽管方程式9也用于找出穿过其它晶体管的电流)。解出方程式(9)的v
ov
且将所述解v
ov
代入v
ov(lvt)
及v
ov(nat)
两者得出方程式(10)：
[0058]
[0059]
δv
th
是正值，且等于晶体管116的阈值电压v
th
减去晶体管120的阈值电压v
th
。在一实例中，晶体管116的阈值电压v
th
大于零，且晶体管120的阈值电压v
th
是大约零或略小于零。因此，δv
th
大于零。
[0060]
方程式(11)是方程式(10)的重新排列：
[0061][0062]
在此实例中，lvt晶体管与nat晶体管大小相同，因此w/l变量对于每一晶体管是相同的且可移到括号之外，如方程式(11)中所展示。下一步骤是确认δv
th
的温度系数及在方程式(11)中与δv
th
相加的项的温度系数。为达成零温度系数，δv
th
的温度系数应由方程式(11)中的另一项(等于δv
ov
，如方程式(7)中所展示)的温度系数抵消。
[0063]
δv
th
是过程相依的，因此其无法被调整来达成零温度系数。针对δv
ov
项，晶体管的大小可被修改(通过修改w及l项)。w及l变量可经调整以使δv
ov
项的温度系数在适当方向上变化以便抵消δv
th
的温度系数。举例来说，如果δv
th
的温度系数是θ，那么另一项应是-θ，使得所述项相抵消。并且，k
′
等于装置的迁移率(μ)乘以氧化物电容c
ox
(k
′
＝μc
ox
)。
[0064]
图2是根据一实例的强反转操作的温度系数的图表200。图表200描绘(k
′
/2)(w/l)的倒数与温度的关系。(k
′
/2)(w/l)的倒数描绘于y轴上。x轴是温度，以摄氏度为单位。曲线202是lvt装置(例如晶体管116)的(k
′
/2)(w/l)的倒数。曲线204是nat装置(例如晶体管120)的项(k
′
/2)(w/l)的倒数。如图表200中所见，lvt的此项的倒数(曲线202)具有比nat的此项的倒数(曲线204)低的斜率。如果将这两项相减(在方程式(11)的最后一部分中进行)，那么结果是负温度系数。因此，与δv
th
相加的在方程式(11)的右侧上的第二项
[0065][0066]
(根式乘以括号中的项)随温度升高而减小。这意味着上文所展示的第二项具有负温度系数。所述第二项可通过更改(相同大小的lvt晶体管与nat晶体管的)w及l值来调整直到其绝对值等于δv
th
的绝对值。如果那些绝对值相等，那么所述第二项抵消δv
th
且所得温度系数是大约零。
[0067]
针对亚阈值操作或弱反转操作的第二情形，δv
gs
＝δv
th
δv
ov
。针对此类型的操作进行如上文所描述的类似数学代入。然而，针对亚阈值操作，δv
ov
项不同于强反转操作的情况。在一实例中，亚阈值操作由方程式(12)表征：
[0068][0069]
为了抵消δv
th
的温度系数项，调整方程式(12)中的对数项(等于δv
ov
)，如同上文的强反转操作。可通过针对lvt晶体管及nat晶体管中的任一者或两者调整w及l变量来调整对数项。
[0070]
图3是展示亚阈值操作中的温度系数的抵消的图表的集合。图表300是δv
th
(以伏为单位)与温度(以摄氏度为单位)的关系的图表。温度系数展示为曲线302。曲线302具有大约0.13的正斜率，如图表300中所指示。
[0071]
图表304是δv
ov
相对于温度的图表。温度系数展示为曲线306。曲线306具有负斜率，其中曲线306的左边缘上的斜率是大约零，曲线306的中部中的斜率是大约-0.2，且曲线306的右边缘上的斜率是大约-0.3。
[0072]
在一实例中，如果使δv
ov
的斜率的负值与δv
th
斜率的正值相等，那么结果是伞状曲线，如图表308中所展示的曲线310。图表308是δv
gs
相对于温度的图表，且是组合曲线302与306的结果。在曲线310上，初始点(最左侧)与终点(最右侧)处于类似v
gs
值。因此，随着温度增加，曲线310未展现梯度增加或梯度减小；而是，结果是伞状曲线。在一些实例中，曲线310并不是完全水平的，因此存在因温度改变造成的某一效应，但所述曲线是接近于水平的，因此所述效应是小的。
[0073]
图4是根据本文中的各种实例的用于电压监控的方法400的流程图。尽管方法400是联合图1到3来描述，但经配置而以任何适合次序执行所述方法的任何系统属于本说明的范围内。在一个实例中，图1中的组件执行方法400。
[0074]
方法400在步骤410处开始，其中电压监控器100提供第一电流，其中所述第一电流和第一晶体管与第二晶体管的栅极到源极电压v
gs
的差成比例。在一实例中，晶体管114及118的电流镜提供第一电流i
1 126。第一电流i
1 126和晶体管116与120的v
gs
的差成比例。在一实例中，晶体管116是第一晶体管且晶体管120是第二晶体管。
[0075]
方法400在步骤420处继续，其中电压监控器100提供第二电流，其中所述第二电流和供应电压同第一晶体管与第二晶体管的栅极到源极电压v
gs
的差的差成比例。在一实例中，第二电流是电流i
2 146，如上文方程式(2)中所描述。方程式(2)展示电流i
2 146与v
in
–
δv
gs
成比例。在一个实例中，晶体管116及120分别是第一及第二晶体管，而晶体管142是提供第二电流的第三晶体管。
[0076]
方法400在步骤430处继续，其中电压监控器100将第一电流与第二电流进行比较以确定电压节点的状态，其中如果供应电压超过阈值，那么所述电压节点改变状态。如上文关于图1所描述，如果电流158由于供应电压v
in
增加而升高到高于电流ki1，那么跳变节点156改变状态。在一个实例中，晶体管150是第四晶体管且晶体管152是第五晶体管，其传导电流ki1。作为具有晶体管136的第二电流镜的部分，晶体管154是传导电流158的第六晶体管。在其它实例中，任何适合方法可用于将第一电流与第二电流进行比较。
[0077]
本文中所描述的实例可用于大量应用中。受益于准确电压监控电路系统的任何终端设备系统可受益于本文中的实例，这归因于电压监控器100的可缩放且紧凑的设计。电压监控器100独立于晶体管的操作区域而起作用。即，在一个实例中，电压监控器100可通过在强反转中使用晶体管而使用减少的面积。在另一实例中，晶体管可用于低iq操作的亚阈值操作。
[0078]
在电压监控器100中，确定跳变点与δv
gs
之间的正比例关系的常数是可缩放的以及独立于过程的。所述常数可以两种方式缩放(电流镜比率及电阻器比率)。以两种方式进行缩放在不大幅度增加硅面积的情况下允许跳变点以精细方式编程。
[0079]
在电压监控器100中，在已达到跳变点之后，所描述拓扑的iq独立于增加的v
in
。此独立性是通过在电压监控器100的载运相依于v
in
的电流i
2 146的分支中使用电流箝位器106而达成。
[0080]
在一些实例中，电压监控器100在大约1.0伏到大约5.0伏的范围内工作。并且，归
因于启动部分102，电压监控器100是自起动的。与常规系统相比，电压监控器100的响应时间是快速的。
[0081]
遍及本说明书使用术语“耦合”。所述术语可涵盖实现与本说明一致的功能关系的连接、通信或信号路径。举例来说，如果装置a提供信号来控制装置b执行动作，那么在第一实例中，装置a耦合到装置b，或在第二实例中，如果介入组件c基本上不更改装置a与装置b之间的功能关系使得装置b经由装置a提供的控制信号而由装置a控制，那么装置a通过介入组件c耦合到装置b。
[0082]“经配置以”执行任务或功能的装置可在制造时由制造商配置(例如，编程及/或硬连线)以执行所述功能及/或可为可在制造之后由使用者配置的(或为可重新配置的)以执行所述功能及/或其它额外或替代功能。所述配置可通过装置的固件及/或软件编程、通过硬件组件的构造及/或布局以及装置的互连，或其组合。
[0083]
本文中描述为包含特定组件的电路或装置可替代地适于耦合到那些组件以形成所描述的电路系统或装置。举例来说，描述为包含一或多个半导体元件(例如晶体管)、一或多个无源元件(例如电阻器、电容器及/或电感器)及/或一或多个源(例如电压及/或电流源)的结构可替代地仅包含单个物理装置(例如，半导体裸片及/或集成电路(ic)封装)内的半导体元件且可适于在制造时或在制造之后例如由终端用户及/或第三方耦合到所述无源元件及/或源中的至少一些以形成所描述结构。
[0084]
虽然本文中描述特定晶体管的使用，但可替代地使用其它晶体管(或等效装置)。举例来说，代替n型金氧硅fet(“mosfet”)，可在对电路进行很少改变或不进行改变的情况下使用p型mosfet。此外，可使用其它类型的晶体管(例如双极结晶体管(bjt))。
[0085]
本文中所描述的电路可重新配置为包含替换组件以提供与在组件替换之前可用的功能性至少部分地类似的功能性。除非另外陈述，否则展示为电阻器的组件通常表示串联及/或并联耦合以提供由所展示电阻器表示的阻抗量的任一或多个元件。举例来说，本文中展示及描述为单个组件的电阻器或电容器可分别替代地为并联耦合于相同节点之间的多个电阻器或电容器。举例来说，本文中展示及描述为单个组件的电阻器或电容器可分别替代地为串联耦合于与单个电阻器或电容器相同的两个节点之间的多个电阻器或电容器。
[0086]
在前述说明中使用短语“接地”包含机壳接地、地面接地、浮动接地、虚拟接地、数字接地、共同接地，及/或适用于或适合于本说明的教示的任何其它形式的接地连接。除非另外陈述，否则在值前面的“约”、“大约”或“基本上”意指所述值的 /-10％。修改在所描述实例中为可能的，且其它实例在权利要求书的范围内为可能的。