CN118074688A - 单电源自偏置复位电路 - Google Patents

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mosfet
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李世宽
范方平
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Nano Microelectronics Chengdu Co ltd
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Nano Microelectronics Chengdu Co ltd
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Abstract

本发明公开一种单电源自偏置复位电路，属于电源复位电路技术领域，包括电压产生模块，其用于产生第一电压、第二电压和偏置电压；其中，第二电压作为基准电压；比较器，其第一输入端、第二输入端、偏置电压输入端；其中，第一电压输入第一输入端，第二电压输入第二输入端，偏置电压输入偏置电压输入端。本发明电路简单，模块面积较小，易于在芯片中各种位置集成；整体功耗在微安级别，属于低功耗范围。

Description

单电源自偏置复位电路
技术领域
本发明涉及复位电路，具体涉及一种单电源自偏置复位电路。
背景技术
为了确保电路系统工作在正常状态，电源上电后需要给电源一定的上电时间来达到稳定的工作电压，通电复位(Power On/Off Reset:POR)电路就是提供一个复位信号来表明电路系统什么时候可以开始正常工作；同时诸如数字寄存器和模拟积分器等电路的初始化状态有可能是混乱的，所以在电源达到正常工作的状态前，复位信号可以用来初始化这些电路的状态。当电源开始掉电时，我们需要对电路状态进行保存或清零，所以掉电时也需要快速产生复位信号。
传统POR电路基于RC充电原理，又或者基于带隙基准源(bandgap)进行电平检测；这两种结构的缺点是要么触发电压精确度低，要么就是设计成本开销太大，而且不适合片上系统的集成。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种单电源自偏置复位电路。
本发明通过下述技术方案实现：
一种单电源自偏置复位电路，包括：
电压产生模块，其用于产生第一电压、第二电压和偏置电压；其中，第二电压作为基准电压；
比较器，其包括第一输入端、第二输入端、偏置电压输入端；其中，第一电压输入第一输入端，第二电压输入第二输入端，偏置电压输入偏置电压输入端。
所述电压产生模块包括：
第一电阻，其一端与电源的正极电气连接；
第四电阻，其一端与第一电阻的另一端电气连接；
第一MOSFET管，其第一端与其第二端电气连接后与第四电阻的另一端电气连接，其第三端与地电气连接；
第二电阻，其一端与电源的正极电气连接；
第三电阻，其一端与第二电阻的另一端电气连接；
第二MOSFET管，其第一端与其第二端电气连接后与第三电阻的另一端电气连接，其第三端与地电气连接；
其中，第一电压从第二电阻的另一端输出，第二电压从第一电阻的另一端输出，偏置电压从第四电阻的另一端输出。
所述第一MOSFET管为NMOSFET管，第一MOSFET管的第一端为栅极，第一MOSFET管的第二端为漏极，第一MOSFET管的第三端为源极。
所述第二MOSFET管为NMOSFET管，第二MOSFET管的第一端为栅极，第二MOSFET管的第二端为漏极，第二MOSFET管的第三端为源极。
本发明与现有技术相比，具有以下有益技术效果：
本发明只需要一个被检测电源即属于单电源POR，不引入其他电源的情况下无需考虑多电源的上电顺序问题，并且结构简单，工作原理浅显易懂；本发明中，比较器电压产生模块提供偏置方式供电，整个复位电路自偏置，无需外部提供参考电流；本发明电路简单，模块面积较小，易于在芯片中各种位置集成；整体功耗在微安级别，属于低功耗范围。
附图说明
图1为本发明的电路原理示意图；
图2为本发明电压产生模块的电路原理示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了相互排斥的特质和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换，即，除非特别叙述，每个特征为一系列等效或类似特征中的一个实施例而已。
参见图1，本发明的一种单电源自偏置复位电路，包括电压产生模块VREF、比较器COMP。
电压产生模块VREF用于产生第一电压VP、第二电压VN和偏置电压VBIAS；第二电压VN作为基准电压。
比较器COMP包括第一输入端、第二输入端、偏置电压输入端；第一电压VP输入第一输入端，第二电压VN输入第二输入端，偏置电压VBIAS输入偏置电压输入端。比较器COMP的第一输入端为同相输入端，比较器COMP的第二输入端为反相输入端。比较器COMP对第一电压VP和第二电压VN进行比较。
电压产生模块VREF、比较器COMP由电源供电。
在一些实施例中，参见图2，电压产生模块VREF包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一MOSFET管NM1、第二MOSFET管NM2。
第一电阻R1的一端与电源的正极电气连接。第四电阻R4的一端与第一电阻R1的另一端电气连接。第一MOSFET管NM1的第一端与第一MOSFET管NM1的第二端电气连接后与第四电阻R4的另一端电气连接，其第三端与地GND电气连接。第二电压VN从第一电阻R1的另一端输出，偏置电压VBIAS从第四电阻R4的另一端输出。这样，第一电阻R1、第四电阻R4和第一MOSFET管NM1组成电阻-电阻+MOSFET型分压器，这条支路产生第二电压VN和偏置电压VBIAS，偏置电压VBIAS等于第一MOSFET管NM1的栅极源极间电压Vgs-NM1，第二电压VN等于偏置电压VBIAS加上I1*R4，其中，I1是第一MOSFET管NM1所在这条支路的电流，R4为第四电阻R4的阻值。
第二电阻R2的一端与电源的正极电气连接。第三电阻R3的一端与第二电阻R2的另一端电气连接。第二MOSFET管NM2的第一端与第二MOSFET管NM2的第二端电气连接后与第三电阻R3的另一端电气连接，第二MOSFET管NM2的第三端与地GND电气连接。第一电压VP从第二电阻R2的另一端输出。这样，第二电阻R2、第三电阻R3和第二MOSFET管NM2组成电阻-电阻+MOSFET型分压器，这条支路产生第一电压VP，第一电压VP等于第二MOSFET管NM2的栅极源极间电压Vgs-NM2加上I2*R3，其中，I2是第二MOSFET管NM2所在这条支路的电流，R3为第三电阻R3的阻值。
在一些实施例中，参见图2，第一MOSFET管NM1为NMOSFET管，第一MOSFET管NM1的第一端为栅极，第一MOSFET管NM1的第二端为漏极，第一MOSFET管NM1的第三端为源极。
在一些实施例中，参见图2，第二MOSFET管NM2为NMOSFET管，第二MOSFET管NM2的第一端为栅极，第二MOSFET管NM2的第二端为漏极，第二MOSFET管NM2的第三端为源极。
工作原理：
如图1所示，当电源的电压VDD开始上电且未达到单电源自偏置复位电路的翻转阈值电压时，第一电压VP小于第二电压VN，比较器COMP的输出端输出为0，即单电源自偏置复位电路输出为0，公式推导如下：
MOSFETS饱和时候的漏极电流公式：
由公式(1)可得：
令，Vth1＝Vth2，I1＝I2＝I，K1＝unCoxW1/L1，K2＝unCoxW2/L2，其中，Vth1为第一MOSFET管NM1的阈值电压，Vth2为第二MOSFET管NM2的阈值电压，W1/L1为第一MOSFET管NM1的氧化层宽长比，W2/L2为第二MOSFET管NM2的氧化层宽长比；公式(2)和公式(3)做差，则：
再令R3远大于R4，K2远大于K1，则：
a、当电源的电压开始上电且小于MOS管的Vth值时，电流I很小，I*(R3-R4)约等于零，则VP-VN＝0+√(2I/K2)-√(2I/K1)<0，比较器COMP的输出端输出为0，即单电源自偏置复位电路输出为0；
b、当电源的电压开始上电且等于或者大于MOS管的Vth值时，MOS管进入饱和区，电流I慢慢增加，当I*(R3-R4)＝√(2I/K1)-√(2I/K2)时的电源的电压定义为单电源自偏置复位电路的翻转阈值电压Vtrig；
c、当I*(R3-R4)>√(2I/K1)-√(2I/K2)，即VP-VN大于0，电源的电压开始上电且大于单电源自偏置复位电路的翻转阈值电压Vtrig，则比较器COMP的输出端输出为1，即单电源自偏置复位电路输出为1。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单电源自偏置复位电路，其特征在于，包括：
电压产生模块，其用于产生第一电压、第二电压和偏置电压；其中，第二电压作为基准电压；
比较器，其包括第一输入端、第二输入端、偏置电压输入端；其中，第一电压输入第一输入端，第二电压输入第二输入端，偏置电压输入偏置电压输入端。
2.根据权利要求1所述单电源自偏置复位电路，其特征在于，所述电压产生模块包括：
第一电阻，其一端与电源的正极电气连接；
第四电阻，其一端与第一电阻的另一端电气连接；
第一MOSFET管，其第一端与其第二端电气连接后与第四电阻的另一端电气连接，其第三端与地电气连接；
第二电阻，其一端与电源的正极电气连接；
第三电阻，其一端与第二电阻的另一端电气连接；
第二MOSFET管，其第一端与其第二端电气连接后与第三电阻的另一端电气连接，其第三端与地电气连接；
其中，第一电压从第二电阻的另一端输出，第二电压从第一电阻的另一端输出，偏置电压从第四电阻的另一端输出。
3.根据权利要求2所述单电源自偏置复位电路，其特征在于，所述第一MOSFET管为NMOSFET管，第一MOSFET管的第一端为栅极，第一MOSFET管的第二端为漏极，第一MOSFET管的第三端为源极。
4.根据权利要求2所述单电源自偏置复位电路，其特征在于，所述第二MOSFET管为NMOSFET管，第二MOSFET管的第一端为栅极，第二MOSFET管的第二端为漏极，第二MOSFET管的第三端为源极。
5.根据权利要求1-4任一项所述单电源自偏置复位电路，其特征在于，所述比较器的第一输入端为同相输入端，比较器的第二输入端为反相输入端。
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