CN103095265A

CN103095265A - 一种上电和掉电自动复位检测电路

Info

Publication number: CN103095265A
Application number: CN2012104537505A
Authority: CN
Inventors: 石大勇
Original assignee: CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: CN103095265B

Abstract

本发明公开了一种上电和掉电自动复位检测电路，所述的上电和掉电自动复位检测电路包括一个电源检测电路（1），一个带隙基准电路（2），一个电压比较器（3），一个环形RC振荡器（4）和一个M位计数器（5）；电源检测电路（1）检测电源电压的变化，当电源电压高于预设的阈值电压时，电压比较器（3）输出高电平，环形RC振荡器（4）和M位计数器（5）开始工作，经过2^M个周期后，输出Reset信号变为高电平，上电复位检测完成；当电源电压低于预设的阈值电压时，电压比较器（3）输出低电平，环形RC振荡器（4）和M位计数器（5）停止工作，输出Reset信号变为低电平，完成掉电复位检测；本发明结构简单，易于实现，并且同时具备上电和掉电复位检测功能。

Description

一种上电和掉电自动复位检测电路

技术领域

本发明主要涉及到上电和掉电自动复位检测电路设计领域，特指一种上电和掉电自动复位检测电路。

背景技术

基于集成电路的电子产品在系统上电时，需要对电源电压进行判断，保证系统工作在安全的电压下。例如，在使用电池、燃料电池、太阳能电池或者发电机时，有可能由于电源提供的功率不足，导致上电缓慢或者达不到系统稳定工作的电压，这样，电路中有可能部分电路工作，就会导致出现错误，加速芯片的老化和损坏。因此，在电源电压超出设备可运行条件使用时，一个精确而又可靠的对电路初始化及关断电路的方法是非常重要的。在电子设备上电启动期间，一个最小电压值必须达到才能驱动设备进入正常工作状态。而在正常工作期间，无论什么时候，电源电压低于正常工作的最低电压时，设备必须停止运行或约束系统进一步的操作，执行这种功能的典型应用就是上电复位电路和掉电复位电路。

复位检测电路设计中还需要考虑到PVT(工艺、电压和温度)的变化所导致的阈值电压的变化，防止芯片在某些外界条件下执行错误的复位或者不能执行复位，另外在某些应用中还需要考虑到电源上电、掉电、二次上电的问题，在快速的上电、掉电，再上电的过程中，输出的复位信号要能够正确快速的响应，同时还需要考虑到电源上的噪声和抖动，以免复位检测电路产生不必要的或者错误的复位信号；复位检测电路主要集成于便携式、电池供电的IC(集成电路)产品中，因此复位检测电路设计中要求做到面积最小、功耗最低和引脚最少。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种在电源电压快速的上电、掉电，再上电的过程中，可以自动正确快速的输出有效的复位信号的小型复位检测电路。

上述目的由以下技术方案实现：

一种上电和掉电自动复位检测电路，其特征在于：包括一个电源检测电路1，一个带隙基准电路2，一个电压比较器3，一个环形RC振荡器4和一个M位计数器5；电源检测电路1检测电源电压的变化，当电源检测电路1输出电压高于带隙基准电路2输出电压时，电压比较器3输出高电平，环形RC振荡器4和M位计数器5开始工作，经过2^M个周期后，输出Reset信号变为高电平，上电复位检测完成；当电源检测电路1输出电压低于带隙基准电路2输出电压时，电压比较器3输出低电平，环形RC振荡器4和M位计数器5停止工作，输出Reset信号变为低电平，完成掉电复位检测。

附图说明

图1是本发明所提出的上电、掉电自动复位检测电路结构示意图；

图2是本发明所提出的电源检测电路示意图；

图3是本发明所提出的环形RC振荡器电路示意图；

图4是本发明所提出的M位计数器电路示意图；

图5是本发明所提出的复位检测电路产生的复位信号的波形图；

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明所提出的上电、掉电自动复位检测电路结构示意图，所述的上电和掉电自动复位检测电路包括一个电源检测电路1，一个带隙基准电路2，一个电压比较器3，一个环形RC振荡器4和一个M位计数器5；电源检测电路1检测电源电压的变化，当电源检测电路1输出电压高于带隙基准电路2输出电压时，电压比较器3输出高电平，环形RC振荡器4和M位计数器5开始工作，经过2^M个周期后，输出Reset信号变为高电平，上电复位检测完成；当电源检测电路1输出电压低于带隙基准电路2输出电压时，电压比较器3输出低电平，环形RC振荡器4和M位计数器5停止工作，输出Reset信号变为低电平，完成掉电复位检测；为了抑制工艺和温度变化所带来的影响，本发明中采用了一种对工艺和温度变化不敏感的带隙基准电路2和电压比较器3。

图2是本发明所提出的电源检测电路示意图，所述的电源检测电路包括一个电阻分压网络101，第一N沟道场效应晶体管102，第二N沟道场效应晶体管104和一个P沟道场效应晶体管103；电阻分压网络101串联在电源电压VDD和地GND之间，且采用多个电阻串联分压的方式对电源电压VDD进行分压，电阻分压网络101中串联电阻的个数至少得有两个，分压后的电压值根据目标芯片或者产品能够正常工作的最低电压值来确定；第一N沟道场效应晶体管102的漏极连接到电阻分压网络的输出，源极连接到第二N沟道场效应晶体管104的栅极和P沟道场效应晶体管103的漏极，栅极连接到电源电压，所述的第一N沟道场效应晶体管102为一个沟道长度大于宽度的倒比管结构，可以作为电阻使用；第二N沟道场效应晶体管104的漏极和源极短接到地，栅极连接到第一N沟道场效应晶体管102的源极和P沟道场效应晶体管103的漏极，所述的第二N沟道场效应晶体管104可以作为电容使用；第一N沟道场效应晶体管102和第二N沟道场效应晶体管104连在一起组成一个RC滤波器，可以过滤掉电源电压上的噪音和抖动，避免复位电路对电源电压的波动过于敏感，而在未知时刻进行不必要的或者错误的复位操作；P沟道场效应晶体管103的漏极连接到第一N沟道场效应晶体管102的源极和第二N沟道场效应晶体管104的栅极，源级连接到地，栅极连接到电源电压，所述的P沟道场效应晶体管103可以作为一个开关管使用，目的是在掉电检测过程中加速P沟道场效应晶体管103的漏极电压的放电，以保证在快速的上电、掉电，再上电的过程中，复位检测电路能够快速正确的产生下拉和上拉复位信号；

图3是本发明所提出的环形RC振荡器电路示意图，所述的环形RC振荡器包括三个与非门电路401、402、404，两个反相器电路403、408，一个施密特触发器405，一个电容元件407和一个N沟道场效应晶体管406；其中N沟道场效应晶体管406为一个沟道长度大于宽度的倒比管结构，可以作为电阻使用；输入信号EN为图1中电压比较器3的输出，且为环形RC振荡器的使能端，当EN为低电平的时候，输出的时钟信号CLK保持恒定的高电平，此时与非门401输出高电平，反相器408输出低电平，这样电路通过N沟道场效应晶体管406为电容元件407充电，使A点为高电平，由于EN的低电平使得与非门404的输出为高，电路保持这个状态不变。当EN变为高电平的时候，与非门404解除锁定，输出为低，通过反相器403和与非门402传递到输出端口，使得输出的时钟信号CLK变为低电平，同时与非门404的输出通过反相器403和与非门401传递到了反相器408，使反相器408的输入端为低电平，电容元件407又通过N沟道场效应晶体管406将A点的电荷泄放掉，变为低电平；这样周而复始，A点的电压不断的在高低电平之间转换，通过施密特触发器405的整形就可以产生一定脉宽的时钟信号，时钟信号的频率可以通过N沟道场效应晶体管406的尺寸和电容元件407的电容值来确定。

图4是本发明所提出的M位计数器电路示意图，所述的M位计数器电路采用M个带异步清零的上升沿触发的D触发器电路按T触发器的方式级联构成，并且M个D触发器的复位端RN全部连接到输入信号EN，EN信号为图1中电压比较器3的输出，每个D触发器的输入端D与输出端Q相连；在M个级联的D触发器中，第一级D触发器的CK端与输入信号CLK相连，CLK信号为图1中环形RC振荡器4的输出，第一级D触发器的输出端Q信号经过反相器后与下一级D触发器的CK端相连，以此类推，最后一级D触发器输出的Q信号为最终输出的Reset信号；当EN信号为低电平时，M位计数器清零。

图5是本发明所提出的复位检测电路产生的复位信号的波形图，其中水平方向为运行时间，垂直方向为电压；如图中601区域所示，电源电压VDD在上电时从0V逐渐上升到3.3V，在上电期间，当电源电压大于目标芯片或者设备的最低正常工作电压时(图中所示为2.1V)，复位电路开始工作，图1中所示的电压比较器的输出信号EN变为高电平，环形RC振荡器和M位计数器开始工作，经过T＝2^M·T_CLK时间后，Reset信号变为高电平，上电复位检测完成；其中上电复位的有效时间T可以根据芯片或者设备中需要复位的逻辑电路的数量来确定，需要复位的逻辑电路的数量越多，要求上电复位的有效时间T越长，如果复位有效时间T太短，就会导致部分逻辑电路复位不成功，使得这部分逻辑电路发生非正常的参差不齐的“翻转”，从而导致整个逻辑电路发生错误；当电源电压VDD低于目标芯片或者设备的最低正常工作电压时，图1中所示的电压比较器的输出信号EN变为低电平，环形RC振荡器和M位计数器停止工作(图中605区域所示)，Reset信号变为低电平，让芯片或者设备停止工作，避免芯片或者设备长时间在供电不足的情况下执行错误的操作，加速芯片或者设备的损坏；如图中603区域所示，当电源电压VDD低于目标芯片或者设备的最低正常工作电压时，电压比较器的输出信号EN不会立即就变为低电平，而是需要电源电压VDD低于目标芯片或者设备的最低正常工作电压一段时间之后电压比较器才会将输出的EN信号拉低，这主要是考虑到复位检测电路对电源电压瞬时的抖动和噪声的免疫性，电源电压上能够承受的最大抖动和噪声可以根据目标芯片或者设备的应用场合的不同而不同，图中602区域所示为电源电压比目标芯片或者设备的最低正常工作电压低100mV，维持时间小于等于20us时不会导致复位信号的产生；在某些特殊情况下，如突然的断电，电源电压VDD会突然变到0V，此时需要复位检测电路能够快速响应，立即产生复位信号，让芯片立即停止工作，当更换电源或者电源电压再次上升到芯片或者设备的最低正常工作电压时，跟上电复位检测流程完全相同。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化。例如，上电复位的有效时间和电源电压上能够承受的最大抖动和噪声可以根据实际电路的应用情况来确定，而不仅仅局限于本发明的实施例中所提到的数值。

Claims

1.一种上电和掉电自动复位检测电路，其特征在于：包括一个电源检测电路（1），一个带隙基准电路（2），一个电压比较器（3），一个环形RC振荡器（4）和一个M位计数器（5）；电源检测电路（1）检测电源电压的变化，当电源检测电路（1）输出电压高于带隙基准电路（2）输出电压时，电压比较器（3）输出高电平，环形RC振荡器（4）和M位计数器（5）开始工作，经过2^M个周期后，输出Reset信号变为高电平，上电复位检测完成；当电源检测电路（1）输出电压低于带隙基准电路（2）输出电压时，电压比较器（3）输出低电平，环形RC振荡器（4）和M位计数器（5）停止工作，输出Reset信号变为低电平，完成掉电复位检测。

2.根据权利要求1所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的电源检测电路（1）包括一个电阻分压网络（101），第一N沟道场效应晶体管（102），第二N沟道场效应晶体管（103）和一个P 沟道场效应晶体管（104）；其中所述的电阻分压网络（101）采用多个电阻串联的方式，电阻分压网络（101）的一端连接到电源电压，另外一端连接到地，并且从所述的电阻分压网络（101）中间输出一个参考电压；其中所述的参考电压是启动上电或者掉电复位检测的起拉电压，并且该参考电压跟随电源电压的变化而变化。

3.根据权利要求2所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的第一N沟道场效应晶体管（102）的漏极连接到电阻分压网络的输出，源极连接到第二N沟道场效应晶体管（103）的栅极和P沟道场效应晶体管（104）的漏极，栅极连接到电源电压，所述的第一N沟道场效应晶体管（102）为一个沟道长度大于宽度的倒比管结构，可以作为电阻使用；其中所述的第二N沟道场效应晶体管（103）的漏极和源极短接到地，栅极连接到第一N沟道场效应晶体管（103）的源极和P沟道场效应晶体管（104）的漏极，所述的第二N沟道场效应晶体管（103）可以作为电容使用；其中所述的P沟道场效应晶体管（104）的漏极连接到第一N沟道场效应晶体管（102）的源极和第二N沟道场效应晶体管（103）的栅极，源级连接到地，栅极连接到电源电压，所述的P沟道场效应晶体管（104）可以作为一个开关管使用，目的是在掉电检测过程中加速P沟道场效应晶体管（104）的漏极电压的放电。

4.根据权利要求2所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的P沟道场效应晶体管（104）的衬底连接到电源电压，所述的第一N沟道场效应晶体管（102）和第二N沟道场效应晶体管（103）的衬底连接到地。

5.根据权利要求1所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的环形RC振荡器（4）的输入端连接到电压比较器（3）的输出端，当电压比较器（3）的输出为高电平时，环形RC振荡器（4）开始工作，输出有效时钟信号，当电压比较器（3）的输出为低电平时，环形RC振荡器（4）立即停止工作，输出信号变为低电平。

6.根据权利要求1所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的M位计数器（5）采用的是纹波计数器结构，由M个D触发器按T触发器的方式级联构成，所述的D触发器至少包含有5个端口，输入端口D为D触发器的输入数据端，输入端口CK为D触发器的输入时钟端，输出端口Q为D触发器的输出数据端，输出端口与输出端口Q相反，输入端口RN为D触发器的复位端。

7.根据权利要求6所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的M个D触发器采用的是带异步复位清零的上升沿触发的D触发器结构，且M个D触发器的复位端RN全部连接在一起，所述的异步复位清零为低电平清零，所述的M个D触发器的复位端RN还跟电压比较器（3）的输出端相连。

8.根据权利要求6所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的T触发器是指触发器的输入端D与触发器的输出端

相连。

9.根据权利要求6所述的一种上电和掉电自动复位检测电路，其中所述的纹波计数器是指M个按T触发器的方式级联的D触发器中，第一级D触发器的输入端CK为输入时钟信号，第一级D触发器的输出端Q经过反相器后与下一级D触发器的输入端CK相连，以此类推，最后一级D触发器的输出端Q为最终输出信号；所述的第一级D触发器的输入端CK还与环形RC振荡器（4）的输出端相连，所述的最后一级D触发器的输出端Q所输出的信号为本发明所提出的复位检测电路所输出的Reset信号。