CN110739943A - 一种带温度补偿的复位电路 - Google Patents

Abstract

本公开实施例中提供了一种带温度补偿的复位电路，所述电路包括：电源电压检测电路，被配置为生成与电源电压相关的第一电压V1和第二电压V2；电压比较器，所述第一电压V1和第二电压V2被输入到所述电压比较器以生成比较信号，所述比较信号指示所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果，其中当所述电源电压达到阈值电压时，所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果发生改变，并且所述阈值电压随温度而改变；输出模块，根据所述比较信号输出信号；以及温度补偿模块，向所述电压比较器输出补偿信号以对所述阈值电压随温度的变化进行补偿。所述电路能够对电源电压检测电路的温度特性进行补偿。

Description

一种带温度补偿的复位电路

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种带温度补偿的复位电路。

背景技术

上电复位(Power-on-reset：POR)电路与欠压复位(Brown-out-reset：BOR)电路是保证集成电路系统正常工作的重要功能模块。在系统上电过程中，当电源电压达到预设的电压时，上电复位电路输出一个复位信号，以保证电路中的触发器、锁存器和寄存器等处于正确的确定初始状态。

在电路系统工作过程中，由于干扰或负载突变等原因，电源电压可能会波动，当电源电压低于某一设定值时，欠压复位电路会输出一个复位信号，对触发器、锁存器和寄存器等进行复位到确定的状态，防止系统出现误操作。在实际应用中，往往将BOR电路的功能集成在POR电路中，因此，在本文中，用POR电路统称这两种电路。

传统的POR电路可以分为基于延时的POR电路和基于电压基准的POR电路两种类型。基于延时的POR电路(参见图1)利用RC延时，在电源电压上升到预设电压，延时一段时间后，再输出POR信号。而基于电压基准的POR技术，往往采用了对PVT不敏感的基准电压与电源电压作比较，来输出POR信号，所以其具有很好的精度，解决了前者的缺点。

然而，如论文“Lai X,Yu W,Ligang,et al.A low quiescent current and resettime adjustable power-on reset circuit[C]//International Conference onAsic.2006”中所述的，基于延时的POR电路至少存在以下缺点：

1)由于集成电路中的RC偏差很大，该技术对PVT十分敏感，导致POR输出的阈值和时间的精度很低。

2)该技术对电源电压的上升时间有要求，适应性较差。

3)该技术不能快速的对欠压现象进行反应。

此外，如论文“Lazar A,Florea M,Burdia D,et al.A bandgap referencecircuit design for Power-on Reset related circuits[C]//InternationalSymposium on Signals.IEEE,2009”中所述的，基于基准电压的POR电路为了得到对PVT不敏感的基准电压，往往采用了带隙基准电压，因此需要用到双极型晶体管(bipolar)等器件，导致了芯片生产成本和电路复杂度的增加。

另外，在中国发明专利申请201310549302.X中，公开了通过采用互补温度系数的电流补偿和电流比较的技术来避免bipolar器件的使用。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种带温度补偿的复位电路，以至少部分解决现有技术中存在的问题。

第一方面，一种带温度补偿的复位电路，包括：

电源电压检测电路，被配置为生成与电源电压相关的第一电压V1和第二电压V2；

电压比较器，所述第一电压V1和第二电压V2被输入到所述电压比较器以生成比较信号，所述比较信号指示所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果，其中当所述电源电压达到阈值电压时，所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果发生改变，并且所述阈值电压随温度而改变；

输出模块，根据所述比较信号输出信号；以及

温度补偿模块，向所述电压比较器输出补偿信号以对所述阈值电压随温度的变化进行补偿。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述电源电压检测电路包括并联连接的第一电路和第二电路，其中所述第一电路包括串联连接的第一晶体管M1和第一电阻R1，所述第二电路包括串联连接的第二晶体管M2和第二电阻R2，所述第一电压V1表示所述第一晶体管M1和第一电阻R1之间的节点处的电压，所述第二电压V2表示所述第二晶体管M2和第二电阻R2之间的节点处的电压。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，当V1>V2时，所述电压比较器输出低电平，当所述V1＜V2时，所述电压比较器输出高电平，并且当所述电压比较器的比较信号发生改变时，所述输出模块输出复位信号。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述阈值电压为Vds1+Vds2，其中所述Vds1表示所述第一晶体管M1的漏源电压，Vds2表示所述第二晶体管M2的漏源电压。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述第一晶体管M1和所述第二晶体管M2为MOS管，并且所述Vds1和Vds2具有负的温度系数。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述温度补偿电路根据温度的大小输出相应的补偿信号，以向所述电压比较器输出与所述温度相关的输入偏移电压，以补偿所述电源电压检测电路的特性随温度的变化。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，还根据所述输出模块的输出信号控制所述温度补偿电路的开关。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，当所述输出模块的输出信号为低电平时，所述补偿电路开启，并且当所述输出模块的输出信号为高电平时，所述补偿电路关闭。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，所述温度补偿电路包括启动电路和正温度系数的电流生成电路，所述启动电路用于保证上电时所述温度补偿电路处于正确的工作点，并且所述正温度系数的电流生成电路用于生成正温度系数的电流。

根据本公开实施例的一种具体实现方式，通过调整所述正温度系数的电流生成电路的晶体管和电阻来调整所述补偿信号。

本公开实施例中的带温度补偿的复位电路，包括：电源电压检测电路，被配置为生成与电源电压相关的第一电压V1和第二电压V2；电压比较器，所述第一电压V1和第二电压V2被输入到所述电压比较器以生成比较信号，所述比较信号指示所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果，其中当所述电源电压达到阈值电压时，所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果发生改变，并且所述阈值电压随温度而改变；输出模块，根据所述比较信号输出信号；以及温度补偿模块，向所述电压比较器输出补偿信号以对所述阈值电压随温度的变化进行补偿。所述电路能够对电源电压检测电路的温度特性进行补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术的基于延时的POR电路的电路图；

图2为本公开实施例提供的带温度补偿的复位电路的框图；

图3为本公开实施例提供的复位电路的电源电压检测电路、电压比较器和输出模块的电路图；并且

图4为本公开实施例提供的复位电路的温度补偿模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

首先，参考图2，描述根据本公开实施例的带温度补偿的复位电路200。如图2所示，根据本公开实施例的带温度补偿的复位电路200包括电源电压检测电路201、电压比较器202、输出模块203和温度补偿模块204。

电源电压检测电路201被配置为生成与电源电压相关的第一电压V1和第二电压V2。

电源电压检测电路201所生成的第一电压V1和第二电压V2被输入到电压比较器202以生成比较信号，所述比较信号指示所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果。并且，当所述电源电压达到阈值电压时，所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果发生改变，并且所述阈值电压随温度而改变。

输出模块203根据所述比较信号输出信号。

温度补偿模块204向所述电压比较器202输出补偿信号以对所述阈值电压随温度的变化进行补偿。

具体地，电源电压被输入到电源电压检测电路201，并且电源电压检测电路201输出与电源电压相关的至少两个电压值V1和V2。所生成的两个电压值V1和V2被输入到电压比较器202，并且电压比较器202输出作为比较信号的与该两个电压值V1和V2的比较对应的值，电压比较器202输出的比较信号被输入到输出模块203，并经由输出模块203输出到其他模块。

此外，温度补偿模块204输出温度补偿信号到电压比较器202，以对温度的变化进行补偿。

在系统上电期间，电源电压检测电路201根据电源电压的大小输出两个与电源电压相关的信号V1和V2给电压比较器202，且在初始状态下V1和V2满足一定的大小关系，如V1>V2，则电压比较器202根据这两个电压V1和V2的大小关系，输出相应的比较结果，即比较信号。

随着电源电压的上升，V1和V2之间的大小关系发生变化，即当电源电压上升到POR信号的阈值Vtrigger时，V1<V2，则此时电压比较器202的输出状态发生翻转。电压比较器202的输出经过输出模块203后将输出信号输出到芯片的其他模块。

相反的，当系统欠压的时候，V1和V2的大小关系再次发生变化，即当电源电压降低到一定程度使得V1>V2，电压比较器202的输出状态再次发生翻转，输出模块203的输出信号发生翻转，使得系统再次进入复位状态，防止系统的错误操作。

另外，在本公开实施例中，为了对POR信号的阈值Vtrigger进行补偿，该复位电路200还包括温度补偿模块204。

具体地，参见图3和图4，描述根据本公开实施例的带温度补偿的复位电路。其中，图3示出了根据本公开实施例的复位电路的电源电压检测电路201、电压比较器202和输出模块203，并且图4示出了根据本公开实施例的复位电路的温度补偿模块204。

在图3中，电源电压检测电路201由M1、M2和R1、R2组成，电压比较器202的由M3-M9组成，并且输出模块203由M10-M19和R3组成。此外，参见图4，温度补偿模块204由M20-M30和R4组成。在图3和图4中，M1-M30代表晶体管(例如，CMOS晶体管)，并且R1-R3代表电阻。

具体地，电源电压检测电路201包括并联连接的第一电路和第二电路，其中所述第一电路包括串联连接的第一晶体管M1和第一电阻R1，所述第二电路包括串联连接的第二晶体管M2和第二电阻R2，所述第一电压V1表示所述第一晶体管M1和第一电阻R1之间的节点处的电压，所述第二电压V2表示所述第二晶体管M2和第二电阻R2之间的节点处的电压。

对于电压比较器电路、输出模块电路和温度补偿模块电路的具体细节可以参见图3和图4中所示，在此不再赘述。

接下来，描述根据本公开实施例的带温度补偿的复位电路的工作原理。

如图3所示，在系统上电的过程中，电源电压从0V开始上升，当电源电压小于M1和M2的阈值电压时，M1和M2处于亚阈值的工作状态，其等效为两个很大的电阻，并且电阻被分别设为rds1和rds2，由于rds1和rds2远大于R1和R2，因此，此段时间内VA和VB分别接近于Vdd和GND的电压，其中VA和VB分别表示图3中点A和点B处的电压，并且Vdd表示电源电压，GND表示接地电压。在这种情况下，VA>VB。

也就是说，通过电源电压检测电路201输出了与电源电压Vdd相关的信号VA和VB。

电压信号VA和VB被输入到电压比较器202，由于VA>VB，因此电压比较器202的输出为低电平，并且POR电路的输出也是低电平。

当电源电压继续上升，VA随着电源电压上升而降低，而VB随着电源电压的上升而升高。当电源电压上升，以使得Vgs1>Vth1，且Vgs2>Vth2时，M1和M2进入的饱和区，且相当于两个二极管，所以Vds1和Vds2被钳位，此时VA＝Vdd-Vds1<VB＝Vds2，所以电压比较器202和POR的输出仍处于低电平的状态。

注意，在以上的描述中，Vgs1表示M1的栅源电压，Vth1表示M1的阈值电压。Vgs2表示M2的栅源电压，Vth2表示M2的阈值电压。

当电源电压继续上升到Vdd-Vds1>Vds2时，VA开始大于VB，所以电压比较器202的输出由低电平向高电平翻转。所以VE被由R3和M11构成RC电路进行充电而缓慢上升，当VE上升到超过施密特触发器的阈值电压时，POR信号从低电平向高电平翻转，完成上电的POR过程。

在以上的描述中，Vds1表示M1的漏源电压，Vds2表示M2的漏源电压。VE表示图3中点E处的电压。

当发生欠压现象时，当电源电压Vdd下降到Vds1+Vds2以下时，电压比较器202发生翻转从高电平变为低电平，此时M10被导通，所以VE很快的下降到斯密特触发器的阈值电压以下，POR输出低电平对电路进行复位。

在以上的具体实例中，VA和VB可以分别对应对V1和V2，VA和VB不仅与电源电压相关，而且与M1和M2的电压特性相关，而M1和M2的电压特性又会受到温度的影响。

也就是说，在实际电路中，V1和V2随温度的变化而变化，这会导致POR的阈值电压Vtrigger随温度不同而不同。具体地，对于上电和下电过程，Vdd>Vds2+Vds1的电压会随着温度不同而不同。

从上面描述可以看出，POR的阈值电压Vtrigger为Vds1+Vds2，由于MOS管的阈值电压Vth具有负温度系数，所以Vds也具有负温度系数，因此，POR的阈值电压Vtrigger随着温度的上升而下降。因此，需要对阈值电压进行温度补偿。

在本公开实施例中，通过温度补偿模块204对阈值电压Vtrigger进行温度补偿，以提高阈值电压Vtrigger的稳定性。也就是说，即使在温度发生变化的情况下，通过温度补偿模块204对电压比较器202进行补偿，也能够设置与当时的温度对应的阈值电压Vtrigger。

具体地，温度补偿模块204的输出与电压比较器202相连，温度补偿模块204根据温度的大小输出相应的补偿信号，使电压比较器202产生与温度相关的输入偏移电压，用于补偿电压检测电路特性随温度的变化。

除此之外，为了得到更好的系统稳定性，本发明还利用POR信号对温度补偿模块204的开启进行控制，以对电压比较器202产生迟滞效应。

图4示出了根据本公开实施例的温度补偿模块204的电路图。根据本公开实施例的温度补偿模块204采用Widlar电流镜的电路来产生PTAT(与绝对温度成正比的)电流，该电流通过电流镜M25进行复制后，注入到电压比较器的C点，补偿电流的大小可以有下面公式得到：

其中μn和Cox分别为M20的载流子迁移率和单位面积下的栅氧电容，由于μn具有负温度系数，所以补偿电流随温度上升而增加。并且W和L分别表示相应晶体管的沟道宽和长。

由于Icomp.的注入，所以电压比较器202中的M4需要产生比M5更多电流来补偿Icomp.。因此，这就相当于在电压比较器202的输入端引入了一个随温度增加的偏移电压，来补偿POR阈值电压的温度特性。电压比较器202的偏移电压可以近似由下式得到：

因此，通过对补偿电路204的晶体管和R4的合理取值，使得Vin_offset等于POR阈值电压随温度的变化量，便可以达到对POR阈值进行温度补偿的效果。

具体地，在本公开实施例中，M24由POR信号进行控制，当POR信号为低电平时，补偿电路正常工作，而当POR信号处于高电平时，则关断补偿电流。这样的好处是，当POR进入高电平时，消除了电压比较器的偏移电压，实现了迟滞的效果，可以获得比上电阈值更低的欠压保护阈值，以提高电路的稳定性。M26-M28组成了启动电路，以保证上电时补偿电路处于正确的工作点。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种带温度补偿的复位电路，其特征在于，包括：

电源电压检测电路，被配置为生成与电源电压相关的第一电压V1和第二电压V2；

电压比较器，所述第一电压V1和第二电压V2被输入到所述电压比较器以生成比较信号，所述比较信号指示所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果，其中当所述电源电压达到阈值电压时，所述第一电压V1和第二电压V2比较的结果发生改变，并且所述阈值电压随温度而改变；

输出模块，根据所述比较信号输出信号；以及

温度补偿模块，向所述电压比较器输出补偿信号以对所述阈值电压随温度的变化进行补偿。

2.根据权利要求1所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，所述电源电压检测电路包括并联连接的第一电路和第二电路，其中所述第一电路包括串联连接的第一晶体管M1和第一电阻R1，所述第二电路包括串联连接的第二晶体管M2和第二电阻R2，所述第一电压V1表示所述第一晶体管M1和第一电阻R1之间的节点处的电压，所述第二电压V2表示所述第二晶体管M2和第二电阻R2之间的节点处的电压。

3.根据权利要求1所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，当V1>V2时，所述电压比较器输出低电平，当所述V1＜V2时，所述电压比较器输出高电平，并且当所述电压比较器的比较信号发生改变时，所述输出模块输出复位信号。

4.根据权利要求2所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，所述阈值电压为Vds1+Vds2，其中所述Vds1表示所述第一晶体管M1的漏源电压，Vds2表示所述第二晶体管M2的漏源电压。

5.根据权利要求4所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，所述第一晶体管M1和所述第二晶体管M2为MOS管，并且所述Vds1和Vds2具有负的温度系数。

6.根据权利要求1所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，所述温度补偿电路根据温度的大小输出相应的补偿信号，以向所述电压比较器输出与所述温度相关的输入偏移电压，以补偿所述电源电压检测电路的特性随温度的变化。

7.根据权利要求1所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，还根据所述输出模块的输出信号控制所述温度补偿电路的开关。

8.根据权利要求7所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，当所述输出模块的输出信号为低电平时，所述补偿电路开启，并且当所述输出模块的输出信号为高电平时，所述补偿电路关闭。

9.根据权利要求6所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，所述温度补偿电路包括启动电路和正温度系数的电流生成电路，所述启动电路用于保证上电时所述温度补偿电路处于正确的工作点，并且所述正温度系数的电流生成电路用于生成正温度系数的电流。

10.根据权利要求9所述的带温度补偿的复位电路，其特征在于，通过调整所述正温度系数的电流生成电路的晶体管和电阻来调整所述补偿信号。

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