CN1098483C - 使用衰减电源时确保正确复位的复位电路 - Google Patents

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Abstract

一个电子系统包括一个提供工作电压的电源和复位电路。该复位电路包括一个电压敏感电路，它与电源相连，用来当工作电压降低到预定电压以下时产生一个控制信号。控制电路根据控制信号产生一个复位信号。此外，当工作电压下降到预定电压以下时，电路独立于电源向控制电路供电。

Description

使用衰减电源时确保正确复位的复位电路
本发明有关一种用于电子设备的复位电路，具体地说，关于一种当断电而电源缓慢衰减时仍能正常工作的复位电路。
电子设备，例如一个微处理器，只有当其工作电源电压比预定的最小工作电压大时，才能正常工作。若电源电压降到低于该最小电压，则设备的操作将变成未定义及错误的。如果，举例来说，在这些情况下允许微处理器继续工作，则它将执行会破坏微处理器所在系统的操作。
为制止由于电源电压低于最小工作电压而引起的错误操作，原有的复位电路监测电源电压情况，当电源电压降到低于一个预定触发电压时，产生一个复位信号。该复位信号被送给电子设备(例如微处理器)，并调整它使其停止操作，进入一个静止状态。
通常，在复位期间，复位信号是一个处于地电位的信号，而在相反的情况下处于电源电压。先有技术中，复位信号产生器包括一个电压敏感网，一个连接在复位信号终端和地之间的半导体开关。该开关在复位期间被触发，从而使复位信号终断接地。
当出现电源中断时，电压敏感网感受到电源电压已降到触发电压之下，并调整半导体开关使其闭合，这样，生成一个复位信号。复位信号调整电子设备，使其在电源电压降到设备最小工作电压之前，进入静止状态。该复位信号理论上应保持到电源电压降到零，使电子设备不可能再有进一步的操作。
一般，当出现电源中断时，电源电压下降相当快。先有技术中的复位电路在这些情况下能正常工作。不过，由于设计方面的原因，如滤波电容值和/或负载，有可能在电源中断时，电源电压下降地相对较慢。
在这些情况下，电压敏感网和半导体开关在要求的电压处能正确地产生复位信号，如上所述。不过，当电源电压继续缓慢下降时，电压敏感网可能不能可靠地工作。例如，在电源电压缓慢下降时，半导体二极管的动作将使复位电容上的电压重建，或者，一个流经衰减电源的充电路径会使电压敏感网错误地消去复位信号。类似地，当复位信号产生时，它会使电子设备进入静止状态。结果是，这使从电源吸取电流减小，从而使电源电压有轻微的增加。
在每一个或所有这些情况下，在电子设备的所有操作停止时，在电源电压降到零之前产生复位信号的半导体开关可能会被释放。复位信号开始向Vcc上升且电子设备将离开静止状态。这将再使电子设备进入一个不明的状态，当下次电源重新供电时，系统将从该状态非正常启动，或者，它将错误操作，而使所使用的系统造成破坏。
因此希望有一种复位信号生成电路，在出现电源电压缓慢下降时，它能正常工作。
按本发明原理，一个电子系统包括一个提供工作电压的电源，和一个复位电路。复位电路包括一个电压敏感电路，与电源相连，用于在工作电压降到低于预定电压时，生成一个控制信号。一个控制电路根据该控制信号产生一个复位信号。另外的电路在工作电压降到预定电压下时，独立于电源向控制电路提供电源。
在D.Matsunaga的题为“Discharger Prevents MP Latchup”(EDN Electrical Design News，vol.38，No.11，27XP000368479，P144)一文中描述了已知的复位电路的一个例子。该电路包括一个电源，用来提供一个主电源电压(12V)和工作电压(5V)。由一个电压比较器提供一个电压敏感电路，比较器的正相输入端被连接来接收5V电压，而反相端则被连接来接收由12V电压供电的齐纳二极管提供的4.3V的基准电压。当5V电压降低到齐纳电压以下时，比较器的输入级内部产生一个控制信号。比较器是一个集电极开路输出级，它组成了一个用来根据控制信号产生一个复位信号的控制电路。具体地说，在比较器中包括一个集电极开路输出晶体管，比较器通过一个电阻与复位输出端相连，而复位输出端又通过第一电容器与地相连并通过一个电阻与5V电源相连。Matsunaga电路也包括一个与齐纳二极管并联的电容器，从而当12V电压衰减时使比较器的输入端保持在齐纳基准电压上。在工作时，比较器的集电极开路输出将复位端箝在地电位上。
因此可以认识到，此种Matsunaga电路的困难之一是：比较器的集电极开路输出晶体管没有足够的功率保证在整个复位期间保持导通。这是因为在跨接齐纳二极管只在比较器输入端保持齐纳基准电压，而比较器集电极开路输出晶体管的工作功率(即基极电流)来自12V电源，12V电源比5V电源更快地衰减到零。如果发生这种情况，当5V电源还在放电时，计算机可能因复位信号的消除(即输出晶体管截止)出现错误。此外，该电路要求有一个相对昂贵的具有集电极开路输出的电压比较器(例如LM339或LM393)以用来提供电压敏感和输出箝位的功能。
复位电路的另一个例子描述在于1994年5月17公开的Machs的题为BOLTAGE INHIBITING CIRCUIT FOR A MICROCOMPUTER的美国专利US5,313,112中。Macks的电路包括一个齐纳二极管电压敏感电路，该电路当高电压源(B+)下降时将第一共射级截止。第一晶体管的截止使第二共射级被由高电压源提供的电流导通，于是第二晶体管将复位输出端箝位在地电位。复位输出端向齐纳二极管提供反馈来在复位电路的导通和截止转换点之间建立滞迟性。为保证有一个初始时延以稳定内部时钟，该复位电路包括一个与第一晶体管的基极-发射结相并联的电容器，与齐纳电源电阻一起组成了一个时间常数(延迟)电路。
应该认识到：如前面例子所述，高电压源(B+)在稳压电源(Vcc)完全放电以前可能因为由高电压源提供该晶体管的所有工作偏流(即基极电流)而使输出晶体管被截止。
在Bowne等人发表在E1ectronic Engineering，vol.62，no.762，1 June 1 1990，Xpoooa28915，Page 25-26，题为“Cost-effective Reset Circuit”一文中描述又一个复位电路的例子。该电路包括一个触发电路，触发电路有一个与5V调压器的13V电压源相连的齐纳二极管。一个锁闩电路由5V调压器供电和当高电压源(13V)降低到齐纳电压以下时被齐纳二极管触发。该锁闩电路包括一对NPN晶体管，每个集电极与其他基极相连，而个晶体管的发射极与5V电压源相连，另一个发射极通过一个电阻与地相连。当被齐纳二极管触发时，锁闩电路进行更新，在“跟踪”或“跟随”5V电压源的第一晶体管的集电极产生一个复位信号。
可以认识到，如前述的例子那样，当电压源衰减时该电路有一个保持复位信号的问题。具体地说，当5V电压源降低到两个晶体管的基极-发射极门限电压之和时，该锁闩电路将不再更新，而在5V电压源衰减之前截止而消除复位信号。
本发明部分在于认识到上述现有技术的复位电路由于已如上所述的原因会过早地关断复位信号。
本发明的目的是为了提供一个复位电路，此复位电路可提供一个具有让所有电源衰减到零的充足持续时间的复位信号。
本发明原理是可应用于包括一个用来提供一个主电源电压提供一个工作电压的电源类型的复位电路。一个电压敏感电路与电源相连，用来当电源提供的其中一个给定的电压降低到预定电压时，产生一个控制电压。一个控制电路用来根据控制信号产生一个复位信号，而一个供电电路用来当由电源提供的电压中选定的一个下降到一个预定值时向电压敏感和控制电路中给定的一个供电。
实施本发明的复位电路其特征在于：当主电源电压下降到预定电压(9.8V)时产生一个控制信号；而当工作电压下降到另一个预定值时供电电路向控制电路供电以保持复位信号。
图1是说明按本发明的复位信号发生器的示意图。
[详细介绍]
在图1中，一个主电源(来画出)产生一个主电源电压Vss。在示范实施例中，主电源电压为21.2伏。从主电源中为系统的电子设备(同样未示出)提取一个工作电压Vcc。在示范实例中，工作电压为5伏。通常是这样的，只要主电源电压Vss保持在触发电压之上(以下将更详细介绍)，电子设备的工作电压将保持相对稳定。电子设备的工作电压源(未示出)Vcc，连到第一电阻R1的第一极，并分别连接到第一二极管D1和第二二极管D2的阳极。第一电阻R1的第二极连接到复位信号输出终端，RESET，第一NPN三极管T1的集电极，和第一电容C1的第一极。复位信号输出端，RESET，连接到电子设备中各设备(如，包括一个微处理器)的复位信号输入终端(来示出)。电容C1的第二极连接到参考电位(地)极。第一NPN三极管T1的发射极也接地。
第一二极管D1的阴极分别与第二电阻R2和第三电阻R3的第一极相连。第二电阻R2的第二极与第四电阻R4的第一极及第二NPN三极管T2的集电极相连。第四电阻R4的第二极与第一NPN三极管T1的基极连接。第二NPN三极管T2的发射极接地。第二二极管D2的阴极连接到第三电阻R3的第二极和第二电容C2的第一极。第二电容C2的第二极接地。
生成主电源电压Vss(从中获取电子设备的工作电压Vcc)的主电源(未示出)，连接到一个齐纳二极管Z1的阴极。齐纳二极管Z1的阳极分别连接到第五电阻R5和第六电阻R6的第一极上。第五电阻R5的第二极连接到第二NPN三极管T2的基极。第六电阻R6的第二极接地。
在以下对图1中所示电路操作的描述中，第一和第二NPN三极管T1和T2各自不同的结电压被忽略了，除非直接指出。这些三极管为标准NPN型三极管，本技术的专业人士能了解在以下所述的不同工作条件下，额定的结电压是多少，并能在设计这类电路时，适当地补偿这些电压。
在工作中，第一电阻R1和第一电容C1合作，当以已知方式加电时在复位信号输出终端RESET生成一个复位信号。图1所示电路的其余部分监测主电源Vss并在主电源电压Vss降到低于触发电压时，在复位信号输出端RESET生成一个复位信号，触发电压高于电子设备工作电压Vcc开始下降时的电压。
最初，主电源Vss和电子设备工作电源Vcc均为满电压：例如分别为21.2V和5V。在这种情况下，齐纳二极管Z1和第六电阻R6的组合，以一种已知方式，在齐纳二极管Z1上产生一个基本上恒定的压降。在一个最佳实施例中，齐纳二极管Z1为一个9.1伏齐纳二极管，这样，在齐纳二极管Z1上的恒定压降为9.1伏。从而，第六电阻R6上的电压为12.1伏。所以，第二NPN三极管T2导通，第二电阻R2和第四电阻R4的接点处的电压为零，因此，第一个NPN三极管T1截止。
电容C1上的电压通过电阻R1充电到5伏，且复位信号输出端处的信号为5伏，表明未要求复位信号。第一二极管D1导通，5伏电压加到第二电阻R2上，第二电容C2通过第二二极管D2充电为5伏，D2此时是截止的。因为第三电阻R3两端电压相等，所以没有电流流过电阻R3。总地来说，在图1所示电路的正常工作条件下，第一NPN三极管T1截止，第二NPN三极管T2导通，电容C1和C2均被充以5伏电压。
若出现电源中断，则主电源电压Vss开始下降。如上所述，只要主电源电压Vss高于已知的最小电压，则电子设备工作电压Vcc保持相对稳定。在当前例子中，假定电压下降相对较慢。只要Vss电源上的电压保持在9.8伏以上(齐纳二极管Z1上的9.1伏电压加上第二NPN三极管T2的0.7伏基极-发射极结电压)，则电路保持前面所述状态。当Vss电源上的电压从21.2伏降到9.8伏时，齐纳二极管Z1截止，第二NPN三极管T2的基极电压分别通过第五和第六电阻R5和R6下拉至零伏。这样，第二NPN三极管T2截止。这也使得第一NPN三极管T1的基极电压可以分别通过第二，第三和第四电阻R2，R3和R4上拉。这样NPN三极管T1导通。这将使复位信号输出端RESET接地，从而产生复位信号。
这样，在主电源电压Vss降到使电子设备电源电压Vcc开始下降的电压之前，在复位信号输出端RESET生成复位信号。当电子设备工作电源电压Vcc确实开始下降时，第二电容C2保持它的电压，且第二二极管截止。第三电阻R3相对较大，远大于第二和第四电阻之和。这样，由于第二电容C2上电压的分压而出现在第二和第三电阻R2和R3接点处的电压，将会相当低。只要在电子设备工作电源处的电压Vcc仍高于该电压，则第一二极管D1保持导通状态，将该接点处的电压上拉为电子设备工作电源处的电压Vcc。在这段时间内，第一NPN三极管T1处于导通状态，第二电容C2通过电阻R3缓慢放电，直到电压等于Vcc电源的当前电压减去第一二极管上的0.7伏二极管压降。
当电子设备工作电源电压Vcc降到低于第二和第三电阻R2和R3接点处的分压器电压(已在前面描述)时，第一二极管D1截止，将复位电路与下降的电子设备工作电源Vcc断开。第一个NPN三极管T1的基极电压，分别通过第二，第三和第四电阻R2，R3和R4，被上拉至与第二电容C2的电压相同。在这段时间内，第二电容C2分别通过第三，第二和第四个电阻R3，R2和R4，以及第一NPN三极管T1的基极-发射极结放电。电流将相当低，且第二电阻C2的电容值及第二，第三和第四电阻R2，R3和R4的电阻值是可选的，以便使第二电容C2能保持充足的电荷，以维持第一NPN三极管T1导通足够长的时间，在这段时间内，不管Vcc电源电压下降有多慢，都能保证所有的电源都降为零，而电子设备不可能有进一步的操作。
在示范实例中，电源提供两个电压，其中一个对电子设备和复位电路提供电压，另外一个是被监测的。本技术的专业人士可以理解到，本发明也可用于仅包含一个电源电压的系统，该电压即被监测又被用于对电子设备和复位电路提供电源。还有，在示范实例中的三极管为双极NPN三极管，本技术专业人士可以理解到，也可使用其它类型的三极管，例如场效应管等，并可理解到，根据示范NPN三极管的门电极，怎样正确连接控制电极，及根据示范NPN三极管的集电极-发射极路径，怎样正确连接主要的导电路径，以提供与图1所示相同的功能。
如图1所示的复位电路将在一段时间内，在复位信号输出端，RESET，可靠地保持一个复位信号，这段时间足以使所有的电源降为零，而不管电源电压下降得多慢。

Claims (13)

1.一个复位电路，包括：
一个电源(Vss，Vcc)，用于提供一个主电源电压(Vss)和一个工作电压(Vcc)，
一个电压敏感电路(Z1，115，R6，T2，R2，D1)，与所述电源(Vss，Vcc)连接，用于在由所述电源提供的给定的所述电压之一降到低于一个预定电压时，产生一个控制信号；
一个控制电路(R4，T1，C1，R1)，用于根据所述控制信号产生一个复位信号；和
供电电路(D2，C2，R3)，用于在由所述电源提供的选定的所述电压之一降到低于一个给定值时，为给定的所述电压敏感和控制电路之一提供电源；
其特征在于：在所述主电源电压(Vss)降到低于所述预定电压(9.8V)时，所述电压敏感电路产生所述控制信号；和所述供电电路(D2，C2，R3)，在所述工作电压(Vcc)降到低于另一个预定电压时，对所述控制电路供电以保持所述复位信号。
2.如权利要求1的系统，其特征在于：
所述供电电路(D2，C2，R3)包括在一段时间内对控制电路(R4，T1，C1，R1)供电的电路，这段时间与电源中断时工作电压降到零伏所需时间相等。
3.如权利要求1的系统，其特征在于：
三极管(T1)的控制极还与供电电路(D2，C2，R3)相连接。
4.如权利要求1的系统，其特征在于：
所述电压敏感电路包括：
第二三极管(T2)，它有一个连接在所述第一三极管(T1)的控制极和参考电位源之间的主导电通道；和
响应于工作电压(Vcc)的电路(Z1，R6，R5)，用于在工作电压降到低于预定电压时，调整第二三极管使其截止，并在相反情况下使其导通。
5.如权利要求4的系统，其特征在于：
第二三极管(T2)包括一个连接到第二三极管调整电路(Z1，R6)上的控制极。
6.如权利要求4的系统，其特征在于：
供电电路包括：
一个连接到第一三极管(T1)控制极上的电压储存装置(C2)；和
电路(D2)，连接在电源(Vcc)和电压储存装置(C2)之间，用于在工作电压高于预定电压时，对电压储存装置提供工作电压。
7.如权利要求6的系统，其特征在于：
电压储存装置(C2)包括一个电容。
8.如权利要求6的系统，其特征在于：
工作电压提供电路包括一个连接在电源(Vcc)和电压储存装置(C2)之间的二极管(D2)。
9.如权利要求6的系统，其特征在于：
供电电路还包括连接在电压储存装置(C2)和第一三极管(T1)控制极之间的电阻(R3，R2，R4)。
10.如权利要求1的系统，其特征在于：
所述电压敏感电路包括：
一个三极管(T2)；和
响应于工作电压(Vss)的电路(Z1，R6，R5)，用于在工作电压(Vss)降到低于预定电压时，调整三极管(T2)使其截止，并在相反情况下使其导通。
11.如权利要求1的系统，其特征在于供电电路包括：
一个连接到控制电路上的电压储存装置(C2)；和
电路(D2)，连在电源(Vcc)和电压储存装置之间，在工作电压高于预定电压时，对电压储存装置提供工作电压。
12.如权利要求11的系统，其特征在于电压储存装置(C2)包括一个电容。
13.如权利要求11的系统，其特征在于对电压储存装置提供工作电压的电路包括一个连接在电源(Vcc)和电压储存装置(C2)之间的二极管(D2)。
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