CN102811041B - 一种长延时电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长延时电路，本发明是针对现有的RC延时电路在处理长延时时间问题过程中结构复杂的问题而提出的，具体包括：一恒流源、一可控开关、一电容元件、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器。本发明的延时电路利用了晶体管的电流放大能力，使得用小的电容就可以实现较长时间的电路延时，从而提高了集成度，降低了成本；另外利用具有正温度系数的PTAT电流源实现了对晶体管电流放大倍数随温度变化的补偿，可以实现延时时间基本不随温度变化。

Description

一种长延时电路
技术领域
本发明属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种长延时电路的设计。
背景技术
延时电路在半导体集成电路中的应用很广泛，精确的延时电路可以改善集成电路的性能，提高晶圆片的成品率。延时电路可以大致分为启动信号的延时电路和保护延时电路。在保护延时电路中，一般是为了防止芯片收到干扰而误动作，延时一定时间后，芯片进入正常工作状态。对于功能复杂的集成电路芯片，一般要求较长的延时时间。
目前，在集成电路中要实现较长时间的延时一般可用两种方案实现，一种是用恒流源为电容充放电，另一种是用RC延时电路。恒流源给电容充放电，可以使延时时间较为精确，但是集成在芯片内部的恒流源一般为PTAT（ProporationalToAbsoluteTemperature）电流，所以延时时间随温度变化较大。RC延时电路一般利用电容上电压随充电时间的变化，当电压达到预先的设定值后，输出延时后的信号。这种传统的RC电路结构产生的延时时间，随温度变化较大；另外若用该结构实现较长时间的延时，则要求较大的电容或者较大的电阻，这样不仅不利于提高芯片集成度，而且增加了成本。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的RC延时电路在处理长延时时间问题过程中结构复杂的问题，提出了一种长延时电路。
本发明的技术方案是：一种长延时电路，具体包括：一恒流源、一可控开关、一电容元件、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器；
其中，
所述恒流源第一端接直流电源，所述恒流源第二端同时接所述第二开关元件的第一端和第二端以及所述第三开关元件的第二端，所述第二开关元件的第三端接地，所述第三开关元件的第三端接地，所述第三开关元件的第一端接所述第一开关元件的第三端，所述第一开关元件的第一端接直流电源，所述第一开关元件的第二端同时接所述电容元件的第二端、所述可控开关的第二端以及所述触发器的输入端，所述可控开关的第一端接直流电源，所述电容元件的第一端接直流电源，所述触发器的电源端接直流电源，所述触发器的接地端接地，所述触发器的输出端作为所述延时电路的输出端。
为了解决上述问题，本发明还提出了一种长延时电路，具体包括：一恒流源、一可控开关、一电容元件、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器；
其中，
所述恒流源第一端同时接所述第二开关元件的第一端和第二端以及所述第三开关元件的第二端，所述恒流源的第二端接地，所述第二开关元件的第三端接直流电源，所述第三开关元件的第三端接直流电源，所述第三开关元件的第一端接所述第一开关元件的第三端，所述第一开关元件的第一端接地，所述第一开关元件的第二端同时接所述可控开关的第一端、所述电容元件的第一端以及所述触发器的输入端，所述可控开关的第二端接地，所述电容元件的第二端接地，所述触发器的电源端接直流电源，所述触发器的接地端接地，所述触发器的输出端作为所述延时电路的输出端。
作为一种优选方案，第一开关元件具体为一晶体管，所述晶体管的集电极为第一开关元件的第一端，所述晶体管的基极为第一开关元件的第二端，所述晶体管的发射极为第一开关元件的第三端。
作为一种优选方案，所述的恒流源具体为PTAT电流源。
本发明的有益效果：本发明的延时电路利用了晶体管的电流放大能力，使得用小的电容就可以实现较长时间的电路延时，从而提高了集成度，降低了成本；另外利用具有正温度系数的PTAT电流源实现了对晶体管电流放大倍数随温度变化的补偿，可以实现延时时间基本不随温度变化。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的长延时电路的电路结构示意图。
图2是本发明实施例二提供的长延时电路的电路结构示意图。
图3是本发明实施例三提供的长延时电路的电路结构示意图。
图4是本发明实施例四提供的长延时电路的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明长延时电路的目的、技术方案及优点更加清楚明白下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一：
本发明实施例一提供的长延时电路的电路结构示意图如图1所示，一恒流源I1、一可控开关S、一电容元件C、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器；其中，所述恒流源I1第一端接直流电源VCC，所述恒流源I1第二端同时接所述第二开关元件的第一端和第二端以及所述第三开关元件的第二端，所述第二开关元件的第三端接地，所述第三开关元件的第三端接地，所述第三开关元件的第一端接所述第一开关元件的第三端，所述第一开关元件的第一端接直流电源VCC，所述第一开关元件的第二端同时接所述电容元件C的第二端、所述可控开关S的第二端以及所述触发器的输入端，所述可控开关S的第一端接直流电源VCC，所述储能电容C的第一端接直流电源VCC，所述触发器的电源端接外部的直流电源VCC，所述触发器的接地端接地，所述触发器的输出端作为所述延时电路的输出端。
在实施例一中：
第一开关元件为具有电流放大能力的晶体管Q1，所述晶体管Q1具体为N型三极管。所述晶体管Q1的集电极为第一开关元件的第一端，所述晶体管Q1的基极为第一开关元件的第二端，所述晶体管Q1的发射极为第一开关元件的第三端。
第二开关元件为一N沟道MOS管M1，所述N沟道MOS管M1的漏极为第二开关元件的第一端，所述N沟道MOS管M1的栅极为第二开关元件的第二端，所述N沟道MOS管M1的源极为第二开关元件的第三端。
第三开关元件为一N沟道MOS管M2，所述N沟道MOS管M2的漏极为第三开关元件的第一端，所述N沟道MOS管M2的栅极为第三开关元件的第二端，所述N沟道MOS管M2的源极为第三开关元件的第三端。
这里的M1和M2组成电流镜，图1的长延时电路具体过程如下：一开始可控开关S闭合，电容C上的压降为0，触发器的输入端电压为直流电源电压VCC。当电路检测到信号，使得可控开关S断开，电源对电容元件C充电，电容的充电电流IC等于晶体管Q1的基极电流Ib，晶体管Q1的发射极电流Ie＝I1/M，M为M1与M2的宽长比之比，所以IC＝Ib＝Ie/(1+β)＝I1/[M*(1+β)]，式中β为晶体管Q1的电流放大倍数。这样电容的充电电流恒定，所以电容第二端的电位呈线性下降，当下降到触发器的翻转电平V1时，触发器的输出状态发生翻转。电路的延时时间Td＝C*(VCC-V1)/IC＝C*(VCC-V1)*(1+β)*M/I1。如果不利用晶体管的电流放大能力，直接用恒流源电流I1为电容充电，则要达到相同的延时时间，电容要比本发明结构中电容大(1+β)*M倍。综上，本发明的长延时电路达到了用小电容达到大的延时时间的目的。另外，晶体管电流放大倍数β具有正温度系数，如果不用温度补偿，则延时时间会随温度的增加而增加，所以用一个具有正温度系数的PTAT电流源I1就可以补偿β的温升对电路的影响。因而本发明的长延时电路具有较好的温度特性，即延时时间基本不随温度变化。
实施例二：
如图2所示的实施例二与如图1所示的实施例一的区别在于，第一开关元件换成了N型达林顿管，N型达林顿管的电流放大系数β比N型三极管大很多，根据公式Td＝C*(VCC-V1)*(1+β)*M/I1可以看出，要获得同样的延迟时间，β越大则所需电容越小，即可以节约更多的电容面积。具体工作过程与实施例一相同，不再详细说明。
实施例三：
如图3所示，具体包括：一恒流源I1、一可控开关S、一电容元件C、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器；其中，所述恒流源I1第一端同时接所述第二开关元件的第一端、第二端以及所述第三开关元件的第二端，所述恒流源的第二端接地，所述第二开关元件的第三端接直流电源VCC，所述第三开关元件的第三端接直流电源VCC，所述第三开关元件的第一端接所述第一开关元件的第三端，所述第一开关元件的第一端接地，所述开关元件的第二端同时接所述可控开关S的第一端、所述电容元件C的第一端以及所述触发器的输入端，所述可控开关S的第二端接地，所述电容元件C的第二端接地，所述触发器的电源端接外部的直流电源VCC，所述触发器的接地端接地，所述触发器的输出端作为所述延时电路的输出端。
在实施例三中：
第一开关元件为具有电流放大能力的晶体管Q1，所述晶体管Q1是P型三极管。所述晶体管Q1的集电极为第一开关元件的第一端，所述晶体管Q1的基极为第一开关元件的第二端，所述晶体管Q1的发射极为第一开关元件的第三端。
第二开关元件为一P沟道MOS管M1，所述P沟道MOS管M1的漏极为第二开关元件的第一端，所述P沟道MOS管M1的栅极为第二开关元件的第二端，所述P沟道MOS管M1的源极为第二开关元件的第三端。
第三开关元件为一P沟道MOS管M2，所述P沟道MOS管M2的漏极为第三开关元件的第一端，所述P沟道MOS管M2的栅极为第三开关元件的第二端，所述P沟道MOS管M2的源极为第三开关元件的第三端。
实施例三的具体工作过程与实施例一相同，不再详细说明。
实施例四：
如图4所示的实施例四与如图3所示的实施例三的区别在于，第一开关元件换成了P型达林顿管，与实施例二相同，可以节约更多的电容面积。实施例四的具体工作过程与实施例一相同，不再详细说明。
通过上述四个实施例可以看出本发明的长时延电路具有以下两个优点：
第一、利用较小电容就可以实现较长时间的延时。
第二、延时时间随温度变化小。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种长延时电路，具体包括：一恒流源、一可控开关、一电容元件、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器；
其中，
所述恒流源第一端接直流电源，所述恒流源第二端同时接所述第二开关元件的第一端和第二端以及所述第三开关元件的第二端，所述第二开关元件的第三端接地，所述第三开关元件的第三端接地，所述第三开关元件的第一端接所述第一开关元件的第三端，所述第一开关元件的第一端接直流电源，所述第一开关元件的第二端同时接所述电容元件的第二端、所述可控开关的第二端以及所述触发器的输入端，所述可控开关的第一端接直流电源，所述电容元件的第一端接直流电源，所述触发器的电源端接直流电源，所述触发器的接地端接地，所述触发器的输出端作为所述延时电路的输出端；
所述的第一开关元件具体为一晶体管；
电路的延时时间Td＝C*(VCC-V1)/IC＝C*(VCC-V1)*(1+β)*M/I1；
其中，Td表示电路的延时时间，C表示电容元件的电容量，VCC表示直流电源电压，V1表示触发器的翻转电平，IC表示电容元件的充电电流IC，β表示晶体管电流放大倍数，M表示第二开关元件与第三开关元件的宽长比之比，I1表示恒流源电流。
2.根据权利要求1所述的长延时电路，其特征在于，所述晶体管的集电极为第一开关元件的第一端，所述晶体管的基极为第一开关元件的第二端，所述晶体管的发射极为第一开关元件的第三端。
3.根据权利要求2所述的长延时电路，其特征在于，所述的晶体管具体为N型三极管或N型达林顿管。
4.根据权利要求1-3任一权利要求所述的长延时电路，其特征在于，所述的恒流源具体为PTAT电流源。
5.根据权利要求4所述的长延时电路，其特征在于，
所述的第二开关元件为一N沟道MOS管，所述N沟道MOS管的漏极为第二开关元件的第一端，所述N沟道MOS管的栅极为第二开关元件的第二端，所述N沟道MOS管的源极为第二开关元件的第三端；
且/或，
所述的第三开关元件为一N沟道MOS管，所述N沟道MOS管的漏极为第三开关元件的第一端，所述N沟道MOS管的栅极为第三开关元件的第二端，所述N沟道MOS管的源极为第三开关元件的第三端。
6.一种长延时电路，具体包括：一恒流源、一可控开关、一电容元件、第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及一触发器；
其中，
所述恒流源第一端同时接所述第二开关元件的第一端和第二端以及所述第三开关元件的第二端，所述恒流源的第二端接地，所述第二开关元件的第三端接直流电源，所述第三开关元件的第三端接直流电源，所述第三开关元件的第一端接所述第一开关元件的第三端，所述第一开关元件的第一端接地，所述第一开关元件的第二端同时接所述可控开关的第一端、所述电容元件的第一端以及所述触发器的输入端，所述可控开关的第二端接地，所述电容元件的第二端接地，所述触发器的电源端接直流电源，所述触发器的接地端接地，所述触发器的输出端作为所述延时电路的输出端；
所述的第一开关元件具体为一晶体管；
电路的延时时间Td＝C*(VCC-V1)/IC＝C*(VCC-V1)*(1+β)*M/I1；
其中，Td表示电路的延时时间，C表示电容元件的电容量，VCC表示直流电源电压，V1表示触发器的翻转电平，IC表示电容元件的充电电流IC，β表示晶体管电流放大倍数，M表示第二开关元件与第三开关元件的宽长比之比，I1表示恒流源电流。
7.根据权利要求6所述的长延时电路，其特征在于，所述晶体管的集电极为第一开关元件的第一端，所述晶体管的基极为第一开关元件的第二端，所述晶体管的发射极为第一开关元件的第三端。
8.根据权利要求7所述的长延时电路，其特征在于，所述的晶体管具体为P型三极管或P型达林顿管。
9.根据权利要求6-8任一权利要求所述的长延时电路，其特征在于，所述的恒流源具体为PTAT电流源。
10.根据权利要求9所述的长延时电路，其特征在于，
所述的第二开关元件为一P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的漏极为第二开关元件的第一端，所述P沟道MOS管的栅极为第二开关元件的第二端，所述P沟道MOS管的源极为第二开关元件的第三端；
且/或，
所述的第三开关元件为一P沟道MOS管，所述P沟道MOS管的漏极为第三开关元件的第一端，所述P沟道MOS管的栅极为第三开关元件的第二端，所述P沟道MOS管的源极为第三开关元件的第三端。
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