CN101588167B - 上电复位和欠压关断电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上电复位和欠压关断电路。上电复位和欠压关断电路，包括分压跟随电路(1)、电压比较器(2)、延迟缓冲电路(3)和清零关断电路(4)，所述的分压跟随电路(1)由两路检测电路产生两路输出给电压比较器(2)作比较，电压比较器(2)的输出经过延迟缓冲电路(3)的延迟和整形产生上电复位信号输出，所述的清零关断电路(4)可以使输入EN来决定复位的时机。本发明结构简单新颖，占用芯片面积小，功耗低。可以在片上系统中提供上电复位和欠压关断功能，可以在各种工艺角和较宽温度范围内可靠工作，并只消耗很小的电流。

Description

上电复位和欠压关断电路

技术领域

本发明属于集成电路领域的技术领域，尤其涉及一种适用但不限定于cmos混合信号电路中的上电复位和欠压关断电路。

背景技术

目前，上电复位电路在混合信号和片上系统中应用广泛。在系统加电时，电源电压会从零上升到正常工作电压。但电路器件要正常工作需要一个最小的电源电压，如果电源尚未上升到足够高的电平，就使电路工作，容易引起数字电路或存储单元的错误动作，造成系统运行错误。

上电复位电路在电源电压升高到设定值时，才送出上电复位信号，使电路开始工作。当电源下降到设定值时，关断电路，避免出现错误的工作状态。

中国专利申请号CN200510072676.2公开了一种名为《提供上电复位信号的装置和方法》，其原理示意图如图1所示，使用两个电阻串联分压来检测电源电压，因此其分压部分会消耗较大电流，电阻面积也会很大。同时MOS管还存在亚阈值导通的现象，即使栅极电压达不到阈值电压，也会有电流流过，这样电路在电源升高到多少时产生复位信号变得难以控制。另外MOS管阈值电压还会随工艺角和温度不同有较大变化，从而电路对工艺角和温度的适应性非常差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低功耗的，可在各种工艺角和较宽温度范围内可靠工作的上电复位和欠压关断电路。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：上电复位和欠压关断电路，包括分压跟随电路、电压比较器、延迟缓冲电路和清零关断电路，所述的分压跟随电路由两路检测电路产生两路输出给电压比较器作比较，电压比较器的输出经过延迟缓冲电路的延迟和整形产生上电复位信号输出，所述的清零关断电路可以使输入EN来决定复位的时机。

所述的两路检测电路一路是电容C1和C2串联分压检测电源电压，另外一路使用二极管D1，N-WELL电阻R1和硅化多晶电阻R2串联分压。

所述的电压比较器使用一个两级运放，其正端输入接二极管D1和电阻R1分压的输出，负端接电容C1和C2分压的输出。

所述的延迟缓冲电路由电阻R3，MOS管电容C3和PMOS管M1组成。

由于采用了上述的结构，本发明在电源电压上升并稳定一段时间后，产生上电信号，使电路开始正常工作。在电源电压不足时，送出低电平信号，关断电路，本发明采用了一种新颖的电源检测方式。用电容分压检测电源电压来节省功耗，用差分对比较的方式，避免MOS管阈值电压随工艺变化很大和亚阈值导电的问题，用二极管产生基准电压避免复杂的基准产生电路，节省功耗和面积。本发明结构简单新颖，占用芯片面积小，功耗低。可以在片上系统中提供上电复位和欠压关断功能，可以在各种工艺角和较宽温度范围内可靠工作，并只消耗很小的电流。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1是一种现有的上电复位电路的电路原理图；

图2是上电复位和欠压关断电路的方框图；

图3是上电复位和欠压关断电路的电路原理图；

图4是电压检测原理图。

具体实施方式

如图2所示，所述的上电复位和欠压关断电路，包括分压跟随电路1、电压比较器2、延迟缓冲电路3和清零关断电路4，所述的分压跟随电路1由两路检测电路产生两路输出给电压比较器2作比较，电压比较器2的输出经过延迟缓冲电路3的延迟和整形产生上电复位(power-on reset)POR信号输出，所述的清零关断电路4可以使输入EN来决定复位的时机。

如图3所示，所述的两路检测电路一路是电容C1和C2串联分压检测电源电压，使用电容分压可以得到精确的分压比例，电容下面还可以放置电路，节省芯片面积，同时没有静态功耗。另外一路使用二极管D1，N-WELL电阻R1和硅化多晶电阻R2串联分压，一方面二极管可以减小落在电阻上的压降，缓解电阻值在面积和消耗电流上的折中。同时N-WELL电阻还可以抵消二极管的温度特性。使电路特性对温度的变化的敏感程度降低。

所述的电压比较器2使用一个两级运放，其正端输入接二极管D1和电阻R1分压的输出，负端接电容C1和C2分压的输出。MOS电容电容密度较大，可节省面积。两级反相用来缓冲整形驱动负载。与门实现外部清零关断的功能，复位可与上电分开，实现更大的灵活性。

所述的延迟缓冲电路3由电阻R3，MOS管电容C3和PMOS管M1组成。

本发明的电压检测原理示意图如图4所示。当电源电压较小时，二极管D1一路并不导通，电压比较器2正端输入为零，电压比较器2负端以较小的斜率随电源上升，此时电压比较器2输出为零，MOS开关管M1打开，电容C3上没有电荷。因为电压比较器2输出为零，输出信号POR也为零。

当电源电压继续上升，电压高过二极管D1的导通电压(约0.7v)时，二极管D1一路输出将比电源低一个固定值，且同电源等速率上升。因为二极管D1一路的上升速度比电容分压一路的上升速度快，因此电源升到某设定值时，电压比较器2正端电压大于负端电压，使电压比较器2输出发生翻转，变为高电平，同时关断开关管M1，开始通过电阻R3给MOS电容C3充电，经过一定延迟后，通过两级反相输出高电平POR信号。

当电源电压下降时，二极管D1一路同样下降的比电容分压一路更快，从而在设定电压处使电压比较器2又翻转到低电平，同时打开与电容C3并联的开关管M1，放掉电容C3上的电荷，使得输出POR信号降到低电平。

设电源电压线性上升，电压值随时间的关系可以表示为

V_dd＝Kt

其中K为电源上升的斜率，设电容C1，C2之比

$\frac{C_2}{C_2}=\mathrm{\α}$

则两电容分压输出，也即电压比较器2负端输入随时间的关系为

$V_p=\frac{\mathrm{\α}}{1+\mathrm{\α}}\mathrm{Kt}$

设Yon为二极管D1正向导通压降，则二极管D1一路输出，也即电压比较器2正端输入随时间的关系为

V_n＝Kt-V_on

电压比较器2两个输入相等是输出翻转的临界点，令Vp＝Vn，得到

$t=\frac{V_{\mathrm{on}}(1+\mathrm{\α})}{K}$

此时电源电压

V_dd＝V_on(1+α)

C1，C2电容比

$\mathrm{\α}=\frac{V_{\mathrm{dd}}}{V_{\mathrm{on}}}-1$

可见输出转换点仅由电容比决定。二极管D1的正向导通电压是一个常数，随工艺变化非常小，根据设定的正常工作电压值，即可确定电容比。电容的绝对值随工艺变化可能会有+-15％的偏差，但是电容比却可以保持相当的精度，因此可以保证转换点电压随工艺变化很小。

但是二极管的正向导通电压会随温度有-2mv/℃的变化，为了减轻温度给电路带来的影响。使用了正温度系数的N-WELL电阻与二极管串联，从而使这个组合随温度的变化很小。使电路随温度变化的可靠性更高。

总之，本发明虽然例举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种上电复位和欠压关断电路，其特征在于：包括分压跟随电路(1)、电压比较器(2)、延迟缓冲电路(3)和清零关断电路(4)，所述的分压跟随电路(1)由两路检测电路产生两路输出给电压比较器(2)作比较，电压比较器(2)的输出经过延迟缓冲电路(3)的延迟和整形产生上电复位信号输出，所述的清零关断电路(4)使用输入EN来决定复位的时机；所述的两路检测电路一路是电容C1和电容C2串联分压检测电源电压，另外一路使用二极管D1、N-WELL电阻R1和硅化多晶电阻R2依次串联分压。

2.按照权利要求1所述的上电复位和欠压关断电路，其特征在于：所述的电压比较器(2)使用一个两级运放，其正端输入接于所述另外一路中N-WELL电阻R1和硅化多晶电阻R2的连接点，负端接电容C1和电容C2分压的输出。

3.按照权利要求1或2所述的上电复位和欠压关断电路，其特征在于：所述的延迟缓冲电路(3)由电阻R3、MOS管电容C3和PMOS管M1组成。

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