CN103997323A - 一种低功耗高稳定性的复位电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗高稳定性的复位电路，包括：POR电流产生模块，用于在上电时产生POR电流对充放电模块进行充电，并给掉电检测模块的放电通道提供电压偏置；掉电检测模块，连接该POR电流产生模块，在电压下降较大时开启放电通道对该充放电模块进行放电以产生复位输出将后续电路复位；充放电模块，在POR电流和该掉电检测模块放电通道控制下发生充放电以按要求输出原始复位电压；施密特整形模块，将该充放电模块输出的原始复位电压整形为上升下降延时小的规则的数字复位信号，本发明不仅达到低功耗的预期，并成功实现了上电复位与掉电检测再复位的功能，同时利用施密特触发器很好地提供了迟滞电压，保证了整体电路的稳定性。

Description

一种低功耗高稳定性的复位电路

技术领域

本发明涉及一种复位电路，特别是涉及一种低功耗高稳定性的复位电路，属于CMOS模拟电路设计领域。

背景技术

典型的上电复位电路工作原理和设计实现都简单易行。图1为现有技术一种高电平上电复位电路，其电容C上端接电源VDD下端接电阻R上端并输出复位信号RESET，电阻R下端接地，VDD上电时，电容电压不能突变，电容下端即RESET为电源VDD，之后VDD给电容C充电，充电电流在电阻R上产生电压，形成了电容C下端与GND之间的电压差，在该电压大于后续电路高电平阈值前的输出即被后续电路判定为高电平“1”从而实现复位，足够时间后，电容C被充电至电压VDD，其下极板即RESET输出为0V低电平，该RESET信号被后续电路判定为“0”而处于正常工作状态；低电平复位只需要将电阻R和电容C位置呼唤即可。这种结构的上电复位电路有以下三个缺点：首先，该电容的容值需要较大，很占面积；其次，该种上电复位电路仅能实现上电输出高电平，无法检测电源上的突然掉电现象；再次，这种复位电路的功耗较大，无法满足如今越来越高的低功耗需求。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种低功耗高稳定性的复位电路，不仅达到低功耗的预期，并且成功实现了上电复位与掉电检测再复位的功能，同时在稳定性方面，利用施密特触发器很好地提供了迟滞电压，保证了整体电路的稳定性。

为达上述及其它目的，本发明提出一种低功耗高稳定性的复位电路，至少包括：

POR电流产生模块，用于在上电时产生POR电流对充放电模块进行充电，并给掉电检测模块的放电通道提供电压偏置；

掉电检测模块，连接该POR电流产生模块，在电压下降较大时开启放电通道对该充放电模块进行放电以产生复位输出将后续电路复位；

充放电模块，在POR电流和该掉电检测模块放电通道控制下发生充放电以按要求输出原始复位电压；

施密特整形模块，将该充放电模块输出的原始复位电压整形为上升下降延时小的规则的数字复位信号。

进一步地，该POR电流产生模块包括第一PMOS管、第二PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管，该第一PMOS管、第二PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管源极接电源正端，该第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管源极接电源负端，该第三NMOS管与该第四NMOS管的漏极和栅极各自短接形成有源电阻后构成串联分压电路，该第三NMOS管源极与该第四NMOS管的漏极、栅极作为该电压输出端接至该掉电检测模块，该第三NMOS管漏极、栅极接该第一PMOS管与该第二PMOS管栅极、该第一PMOS管漏极，该第一PMOS管、该第二PMOS管背靠背连接构成第一镜像恒流源，该第二PMOS管漏极接该第五NMOS管、第六NMOS管栅极、该第五NMOS管漏极，该第五NMOS管、第六NMOS管背靠背连接构成第二镜像恒流源，该第六NMOS管漏极接该第七PMOS管、第八PMOS管栅极、该第七PMOS管漏极，该第七PMOS管、第八PMOS管背靠背连接构成第三镜像恒流源，该第八PMOS管漏极接该掉电检测模块、该施密特整形模块及该充放电模块。

进一步地，该掉电检测模块包括第十PMOS管、第十一PMOS管、第九NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管和第一电阻，该第九NMOS管、第十二NMOS管、第十四NMOS管接电源负端，该第十一PMOS管源极、该第一电阻上端接电源正端，该第十三NMOS管与该第十四NMOS管的漏极和栅极各自短接形成有源电阻后与该第一电阻一起构成串联偏置电路，该第一电阻下端与该第十一PMOS管栅极、该第十三NMOS管漏极、栅极相连，该第十一PMOS管漏极与该第十PMOS管栅极、该第十二NMOS管漏极相连，该第十PMOS管漏极接该第九NMOS管漏极。

进一步地，该第九NMOS管与该第十二NMOS管的栅极接该第三NMOS管源极、该第四NMOS管的漏极、栅极，该第十PMOS管源极接第八PMOS管漏极。

进一步地，该施密特整形模块包括第十五PMOS管、第十六PMOS管、第十九PMOS管、第十七NMOS管、第十八NMOS管、第二十NMOS管、第二电阻、第三电阻，该第十八NMOS管源极接电源负端，该第十五PMOS管源极接电源正端，该第十五PMOS管漏极接该第十六PMOS管、该第十九PMOS管源极，该第十六PMOS管漏极与该第十七NMOS管漏极、该第十九PMOS管、该第二十NMOS管栅极相接构成输出端，该第十七NMOS管源极接该第十八NMOS管漏极、该第二十NMOS管源极，该第十九PMOS管漏极通过该第二电阻下拉至电源负端，该第二十NMOS管漏极通过第三电阻上拉至电源正端。

进一步地，该第八PMOS管漏极接该第十五PMOS管、第十六PMOS管、第十七NMOS管、该第十八NMOS管栅极。

进一步地，该充放电模块为多个MOS电容或类型电容并联构成，其上端接该第八PMOS管的漏极输出，下端接电源负端。

进一步地，该充放电模块为一充放电电容，其上端接该第八PMOS管漏极，下端接电源负端。

与现有技术相比，本发明一种低功耗高稳定性的复位电路通过在上电和掉电中分别使用两路互不相干的回路，并使用施密特触发器，使上电掉电的复位稳定性大大增加，又由于本发明采用CMOS工艺，其整体电流功耗仅1uA，低于一般结构的复位电路，达到了高稳定性及低功耗的要求。

附图说明

图1为现有技术一种典型上电复位电路的电路示意图；

图2为本发明一种低功耗高稳定性的复位电路的电路示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图2为本发明一种低功耗高稳定性的复位电路的电路示意图。如图2所示，本发明一种低功耗高稳定性的复位电路POR电流产生模块10、掉电检测模块20、施密特整形模块30以及充放电模块40，其中，POR电流产生模块10包括PMOS管M1、M2、M7、M8(可分别称之为第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第七PMOS管M7、第八PMOS管M8)和NMOS管M3、M4、M5、M6(可分别称之为第三NMOS管M3、第四NMOS管M4、第五NMOS管M5、第六NMOS管)，用于在上电时产生POR(Power On Reset)电流对充放电模块40的充放电电容C1进行充电，并给掉电检测模块20的放电通道提供电压偏置，PMOS管M1、M2、M7、M8的源极接电源正端VDD25，NMOS管M4、M5、M6的源极接电源负端GND25(地)，NMOS管M3与M4的漏极和栅极各自短接形成有源电阻后构成串联分压电路，NMOS管M3源极与M4的漏极、栅极作为电压输出端接至掉电检测模块20的NMOS管M9、M12的栅极，NMOS管M3漏极、栅极接PMOS管M1、M2栅极、PMOS管M1漏极，PMOS管M1、M2背靠背连接构成第一镜像恒流源，该镜像恒流源输出即PMOS管M2漏极接NMOS管M5、M6栅极、NMOS管M5漏极，NMOS管M5、M6背靠背连接构成第二镜像恒流源，该镜像恒流源输出即NMOS管M6漏极接PMOS管M7、M8栅极、PMOS管M7漏极，PMOS管M7、M8背靠背连接构成第三镜像恒流源，该镜像恒流源输出即PMOS管M8漏极Vtr节点接掉电检测模块20的PMOS管M10之源极、施密特整形模块30的输入端即PMOS管M15、M16、NMOS管M17、M18之栅极以及充放电电容C1上端；充放电模块40为电容C1，其在POR电流和掉电检测模块放电通道控制下发生充放电以按要求输出粗糙的原始复位电压，一般为多个MOS电容或类型电容并联构成，其上端接第三恒流源的PMOS管M8之漏极输出Vtr节点，其下端接电源负端GND25(地)；掉电检测模块20包括PMOS管M10、M11(可称之为第十PMOS管M10、第十一PMOS管M11)、NMOS管M9、M12、M13、M14(可称之为第九NMOS管M9、第十二NMOS管M12、第十三NMOS管M13、第十四NMOS管M14)和电阻R1(可称之为第一电阻R1)，其在电压下降较大时开启放电通道对充放电电容C1进行放电以产生复位输出将后续电路复位，NMOS管M9、M12、M14源极接电源负端GND25(地)，PMOS管M11源极、电阻R1上端接电源正端VDD25，NMOS管M13与M14的漏极和栅极各自短接形成有源电阻后与电阻R1一起构成串联偏置电路，电阻R1下端与PMOS管M11栅极、NMOS管13漏极、栅极相连构成节点VA，PMOS管M11漏极与PMOS管M10栅极、NMOS管M12漏极相连构成节点VB，PMOS管M10漏极接NMOS管M9漏极；施密特整形模块30包括PMOS管M15、M16、M19(可称之为第十五PMOS管M15、第十六PMOS管M16、第十九PMOS管M19)、NMOS管M17、M18、M20(可称之为第十七NMOS管M17、第十八NMOS管、第二十NMOS管M20)和电阻R2、R3(可称之为第二电阻R2、第三电阻R3)，主要用于将充放电模块40输出的粗糙的原始复位电压整形为上升下降延时小的规则的数字复位信号，NMOS管M18源极接电源负端GND25，PMOS管M15源极接电源正端，PMOS管M15漏极接PMOS管M16、M19源极，PMOS管M16漏极与NMOS管M17漏极、PMOS管M19、M20栅极相接构成输出端Reset_output，NMOS管M17源极接NMOS管M18漏极、NMOS管M20源极，PMOS管M19漏极通过电阻R2下拉至电源负端GND25(地)，NMOS管M20漏极通过电阻R3上拉至电源正端VDD25。当节点Vtr电压较低时，PMOS管M15、M16导通而NMOS管M17、M18截止，输出Reset_output为高，PMOS管M19截止而NMOS管M20导通；当节点Vtr电压上升至施密特整形模块30的上升翻转电压阈值时，PMOS管M15、M16开始截止而NMOS管M17、M18开始导通，输出Reset_output降低，其导致PMOS管M19开始导通，PMOS管M19源极即PMOS管M16源极电压进一步下降，该电压下降反馈至PMOS管M19栅极形成正反馈使输出Reset_output快速降低，同时由于NMOS管M17、M18开始导通，NMOS管M20获得电流通道，其源极即NMOS管M17源极电压下降，该电压下降通过NMOS管M17反馈至其漏极使得输出Reset_output进一步下降，最终使得NMOS管M20趋于截止且Reset_output下降为低电平；当节点Vtr电压下降至施密特整形模块30的下降翻转电压阈值时，PMOS管M15、M16开始导通而NMOS管M17、M18开始截止，PMOS管M19获得电流通道，PMOS管M16与PMOS管M19以及NMOS管M17与NMOS管M20各自形成的正反馈使得输出Reset_output快速上升至高电平，电阻R3、R2放置当节点Vtr电压在上升和下降阈值附近时出现栅锁(Latchup)。电路中的NMOS管M9、电阻R2、R3同时起到ESD保护及防latchup的功能。

本发明工作原理如下，当VDD25的电压上升到NMOS管M3、M4管的阈值电压之和后，POR电流产生模块10产生输出电流，开始给充放电电容C1充电，由于电容电压不能突变，Vtr节点的电位从0开始上升，施密特整形模块30的PMOS管M15、M16导通，施密特整形模块30的输出端Reset_output输出高电平，后续电路处于复位状态，当Vtr节点的电位大于施密特整形模块30的上升翻转电压阈值之后，施密特整形模块30之PMOS管M15、M16截止而M17、M18导通，复位电路的输出由Reset_output高电平变为低电平，后续电路处于正常工作状态，上电复位(POR)完成，在上电复位过程中，当电源电压较低时，掉电检测模块20的NMOS管M9、M10截止，不对充放电电容C1产生不良影响，当电源电压较高时，掉电检测模块20的PMOS管M1导通而导致PMOS管M10截止，同样不对充放电电容C1产生不良影响。当VDD25突然掉电时，VA点与VDD25的电压同时下降使电阻R1上压降减小，导致PMOS管M11管关断，常开的NMOS管M12使VB节点的电位被下拉到低电平，使PMOS管M10管开启，与常开的NMOS管M9形成放电通道，充放电电容C1开始放电，使Vtr节点的电位下降，当Vtr下降到施密特整形模块30的下降翻转阈值电位后，复位电路的输出Reset_output由低变为高，完成掉电复位功能。

综上所述，本发明一种低功耗高稳定性的复位电路通过在上电和掉电中分别使用两路互不相干的回路，并使用施密特触发器，使上电掉电的复位稳定性大大增加，又由于本发明采用CMOS工艺，其整体电流功耗仅1uA，低于一般结构的复位电路，达到了高稳定性及低功耗的要求。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (8)

1.一种低功耗高稳定性的复位电路，至少包括：

POR电流产生模块，用于在上电时产生POR电流对充放电模块进行充电，并给掉电检测模块的放电通道提供电压偏置；

掉电检测模块，连接该POR电流产生模块，在电压下降较大时开启放电通道对该充放电模块进行放电以产生复位输出将后续电路复位；

充放电模块，在POR电流和该掉电检测模块放电通道控制下发生充放电以按要求输出原始复位电压；

施密特整形模块，将该充放电模块输出的原始复位电压整形为上升下降延时小的规则的数字复位信号。

2.如权利要求1所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该POR电流产生模块包括第一PMOS管、第二PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管，该第一PMOS管、第二PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管源极接电源正端，该第四NMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管源极接电源负端，该第三NMOS管与该第四NMOS管的漏极和栅极各自短接形成有源电阻后构成串联分压电路，该第三NMOS管源极与该第四NMOS管的漏极、栅极作为该电压输出端接至该掉电检测模块，该第三NMOS管漏极、栅极接该第一PMOS管与该第二PMOS管栅极、该第一PMOS管漏极，该第一PMOS管、该第二PMOS管背靠背连接构成第一镜像恒流源，该第二PMOS管漏极接该第五NMOS管、第六NMOS管栅极、该第五NMOS管漏极，该第五NMOS管、第六NMOS管背靠背连接构成第二镜像恒流源，该第六NMOS管漏极接该第七PMOS管、第八PMOS管栅极、该第七PMOS管漏极，该第七PMOS管、第八PMOS管背靠背连接构成第三镜像恒流源，该第八PMOS管漏极接该掉电检测模块、该施密特整形模块及该充放电模块。

3.如权利要求2所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该掉电检测模块包括第十PMOS管、第十一PMOS管、第九NMOS管、第十二NMOS管、第十三NMOS管、第十四NMOS管和第一电阻，该第九NMOS管、第十二NMOS管、第十四NMOS管接电源负端，该第十一PMOS管源极、该第一电阻上端接电源正端，该第十三NMOS管与该第十四NMOS管的漏极和栅极各自短接形成有源电阻后与该第一电阻一起构成串联偏置电路，该第一电阻下端与该第十一PMOS管栅极、该第十三NMOS管漏极、栅极相连，该第十一PMOS管漏极与该第十PMOS管栅极、该第十二NMOS管漏极相连，该第十PMOS管漏极接该第九NMOS管漏极。

4.如权利要求3所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该第九NMOS管与该第十二NMOS管的栅极接该第三NMOS管源极、该第四NMOS管的漏极、栅极，该第十PMOS管源极接第八PMOS管漏极。

5.如权利要求4所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该施密特整形模块包括第十五PMOS管、第十六PMOS管、第十九PMOS管、第十七NMOS管、第十八NMOS管、第二十NMOS管、第二电阻、第三电阻，该第十八NMOS管源极接电源负端，该第十五PMOS管源极接电源正端，该第十五PMOS管漏极接该第十六PMOS管、该第十九PMOS管源极，该第十六PMOS管漏极与该第十七NMOS管漏极、该第十九PMOS管、该第二十NMOS管栅极相接构成输出端，该第十七NMOS管源极接该第十八NMOS管漏极、该第二十NMOS管源极，该第十九PMOS管漏极通过该第二电阻下拉至电源负端，该第二十NMOS管漏极通过第三电阻上拉至电源正端。

6.如权利要求5所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该第八PMOS管漏极接该第十五PMOS管、第十六PMOS管、第十七NMOS管、该第十八NMOS管栅极。

7.如权利要求6所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该充放电模块为多个MOS电容或类型电容并联构成，其上端接该第八PMOS管的漏极输出，下端接电源负端。

8.如权利要求7所述的一种低功耗高稳定性的复位电路，其特征在于：该充放电模块为一充放电电容，其上端接该第八PMOS管漏极，下端接电源负端。