CN1201929A

CN1201929A - 用于半导体集成电路器件上的通电复位电路

Info

Publication number: CN1201929A
Application number: CN98102332A
Authority: CN
Inventors: 岩崎正
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 1997-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1998-12-16
Anticipated expiration: 2018-06-02
Also published as: JPH10332750A; US6011447A; KR100327951B1; CN1273882C; KR19990006555A; JP3031293B2

Abstract

一种通电复位电路包括:振荡电路、振荡终端检测电路,用于从电源电压(VDD)产生预定电压(VDD2)的稳压器,和起动电路。该通电复位电路还包括锁存电路。当电源电压上升时,锁存电路处于初始状态并输出用于设置锁存电路到通电复位状态的信号。当VDD的值大于VDD2的值时,由此VDD2变为稳定状态,消除锁存电路的初始状态,当VDD变为稳定时,为设置锁存电路到设置状态,振荡电路开始振荡,这样输出用于消除通电复位状态的信号。

Description

用于半导体集成电路器件上的通电复位电路

本发明涉及用于半导体集成电路器件上的通电复位电路，特别涉及当给集成电路通电时对诸如触发电路等的内部电路初始化的通电复位电路。

关于构成通电复位电路的一般方法，例如，一个选择方案是，当电源电压低于预定电压值时，通过电阻分配监视电源电压来保持复位状态。另一个选择方案是使用时间常数电路，它取决于电阻值和电容值的乘积，以便根据电源电压的上升延迟停止信号。集成电路中使用这种通用复位电路之一时需要具有高电阻和大电容的元件，这将导致消耗功率和集成电路面积的增大。

因此，大部分通电复位电路都具有提供在集成电路外边的分离元件，诸如电阻、电容等。相反，对于包括振荡电路的集成电路来说，它利用在稳定振荡中所消耗的时间作为复位信号，从而使通电复位电路可以安装在集成电路中，而不需配备如上所述的特别分离元件。

图1是表示是表示在集成电路中具有振荡电路的常规通电复位电路的结构的方块图。图中所示的特殊的通电复位电路包括：电源端子1，稳压器2，起动电路5，与集成电路的外部端子6和7连接的晶体振荡器8，振荡电路10和振荡终端(end)检测电路11。

稳压器2与电源端子1相连，从而它能从电源端子1接收电源电压VDD以产生预定电压VDD2(VDD2＜VDD)，为减少消耗功率，该预定电压VDD2输入到振荡电路10和振荡终端检测电路11。起动电路5用于监视从稳压器2输出的偏置电压3，并为了稳定稳压器2的初始状态，把电流4输入稳压器2中的偏置电路，直到供电后电压电平稳定为止。振荡电路10通过晶体振荡器8产生时钟信号，以便把产生的时钟信号输出到时钟端9。振荡终端检测电路11用于检测是否正确产生时钟信号，并从通电复位端13输出振荡终端检测信号。

图2是表示图1中所示稳压器的结构图。该稳压器包括：运算放大器38，参考电压发生器41和偏置电路44。电压跟随器型的运算放大器38把VDD作为电源，以便从输出端37输出预定电压VDD2。在参考电压发生器41中，提供源极与电源端子1相连的一个P沟道晶体管39和阳极接地的两个二极管40。P沟道晶体管39和二极管40串联。参考电压发生器41利用PN结的带隙产生运算放大器38的参考电压。为把稳定偏置电压加在参考电压发生器41中的P沟道晶体管39的栅极上，自偏置型补偿偏置电路44结合两个电流镜像电路，其中一个使用了两个P沟道晶体管42，另一个使用了两个N沟道晶体管43。输出端45输出偏置电压3到图1中所示起动电路5中，在那里偏置电压3被监视。另一方面，输入端46用于输入从图1中所示起动电路5中输出的电流4。

图3是图1中所示起动电路5的结构图。该起动电路5包括：具有两个N沟道晶体管47的电流镜像电路，P沟道晶体管48，50，51，和N沟道晶体管49。P沟道晶体管48监视从安装在稳压器2中的偏置电路44的输出端45输入到输入端52的偏置电压3，以便反馈偏置电压3并切换起动电路5的工作。N沟道晶体管49把电流输出到偏置电路44。垂直排列的P沟道晶体管50和51用于设置N沟道晶体管49的栅极电压。输出端53把从起动电路5输出的电流4输出。

图4是图1中所示振荡电路10的结构图。该振荡电路包括：非门54，反馈电阻性元件55，电容性元件56，57，和负电阻性元件58。非门54输入端与外部端子6相连而输入端与外部端子7相连。它的驱动能力是根据所要求的振荡频率决定的。反馈电阻性元件55与非门54并联。电容性元件56与外部端子6相连。另一方面，电容性元件57与非门54的输出端相连。负电阻性元件58连接在非门54的输出端和外部输出端子7之间，在那里它使振荡稳定。

图5是图1中所示振荡终端检测电路11的结构图。该振荡终端检测电路包括：三个N沟道晶体管59，电容性元件60，64，电阻性元件61，非门63和用于输出的缓冲器门65。电阻性元件61用于将储存在电容性元件60中的电荷放电。非门63和电容性元件64从输入端62输入时钟信号，用于AC耦合。这样就构成电荷泵电路，在振荡电路10的振荡停止时，储存在电容性元件60中的电荷通过电阻性元件61放电，从而使低电平振荡终端检测信号从输出端66输出到通电复位端13。

下面参照图1-6描述常规通电复位电路的工作。图6是表示图1中所示通电复位电路工作的图。

如图6所示，在给集成电路加上电源之前，即t₁之前，振荡终端检测电路11中的电容性元件60没有储存电荷。这样，从振荡终端检测电路11输出到通电复位端13的振荡终端检测信号(复位信号)是低电平的，它将初始化(复位)集成电路的内部电路。

当在时间t₁给集成电路加上电源时，集成电路的电源端子1的电压逐渐上升，同时从稳压器2输出的电压16也逐渐上升。在从稳压器2输出的电压16稳定的时间t₂振荡电路10开始振荡时，振荡终端检测电路11的电荷泵电路开始工作，由此电容性元件60开始储存电荷。

当电容性元件66其中储存足够超过缓冲器门的输入逻辑阈值电压的电荷时，从振荡终端检测电路11输出的振荡终端检测信号(复位信号)在时间t₄变为高电平。然后振荡终端检测信号从通电复位端13输出，作为复位消除信号，该信号用于消除集成电路的内部电路的复位状态(初始状态)。

在这一点，产生复位消除信号的时间t₄，能够从集成电路的电源电压变为预定电压VDD的时间t₃起被充分延迟。所以，不需要任何特殊器件就可以实现通电复位。

对于常规通电复位电路来说，常常会由于振荡电路受外界环境，例如电源电压的波动和电磁噪声的影响而使振荡不稳定。此时，储存在电荷泵电路的电容性元件60中的电荷量将下降，并低于缓冲器门65的输入逻辑阈值电压。当确定振荡结束时，振荡终端检测电路处于低电平，即使在电源电压保持VDD电平时，也能使内部电路复位。这将是被引起注意的重大缺点。

而且近年来，计算机已开始包括时钟电路，从而使系统管理能够跟踪日期和时间。这个时钟电路即使在计算机没有通电时也必须掌握准确时间，所以，通过配有后备电池等。而它使用了与计算机本身不同的电源。对于常规通电复位电路来说，一旦计算机电源振荡被确定结束，建立带有振荡电路和分配振荡频率以产生日期和时间数据的存储电路的时间电路将使储存时钟电路的日期和时间数据的存储电路复位。这将对计算机系统产生严重影响。

这样，关于解决使集成电路的内部电路和时钟电路复位的问题的方法，而他们不应该是这样，在日本专利特许公开No.7-239348中公开了，如该公开的图1和图2所示，这是一个通过触发器锁住从电源电压检测电路输出的信号的方法。但是，因为电源电压检测电路是根据电阻分配构成的电路，而且它利用耗尽型晶体管使被锁住的电路的初始状态停留住来固定电压，所以预计集成电路的消耗功率将增加。例如，在电源电压和地电压之间设置300KΩ的电阻，当电源电压为3V时，则将恒定地消耗10μA的电流。因此，这种常规电源电压检测电路不适用于配有电池的小消耗功率电路。

而且，解决上述问题的另一方法在专利特许公开No.3-178215中公开了。在该公开的图1和图2中所示，这是通过产生中间电势，锁住来自电源电压检测电路通过由电阻R和电容C构成的RC滤波电路的信号的方法。但是，为了产生足以满足电源上升时间的延迟信号，电阻值R和电容值C应该更大，这将导致集成电路的面积增大。例如，在根据电源电压的变化产生1ms延迟的试验中，当电阻R是100kΩ时，电容C必须是10nF，在使用亚微型处理的MOS容性器件的情况下，所需要的面积为4mm²。这就使集成电路的面积增加，因而产品成本增加了。

本发明的目的是提供通电复位电路，它能保持集成电路的消耗功率尽可能地低，而且能防止集成电路面积的增加。

根据本发明的第一方面，所提供的通电复位电路具有：振荡电路，用于确认是否正确执行振荡的振荡终端检测电路，用于从电源电压(VDD)产生预定电压(VDD2)并给振荡电路提供预定电压(VDD2)的稳压器，用于起动稳压器的起动电路，和用于输入来自振荡终端检测电路的振荡终端检测信号和来自起动电路的开关信号以便把消除初始状态的复位消除信号输出到集成电路的内部电路的锁存电路。在接通电源时和之后电源电压上升时，为了设置通电复位状态，通电复位电路输出表示振荡电路中的振荡已经停止的振荡终端检测信号、表示起动电路正在工作的开关信号、以便设置锁存电路到初始状态、和来自锁存电路的信号到集成电路。当电源电压(VDD)的值超过预定电压值(VDD2)并由此使从稳压器输出的预定电压(VDD2)变为稳定时，通电复位电路输出表示起动电路已经停止的开关信号，以便消除锁存电路的初始记。在电源电压(VDD)稳定和振荡电路开始振荡时，起动电路输出表示振荡电路的振荡没有停止以便设置锁存电路为设置状态的振荡终端检测信号，和用于消除通电复位状态的来自锁存电路的信号到集成电路。

根据本发明的第二方面，所提供的根据本发明第一方面的通电复位电路，其中锁存电路是Rs锁存电路，其设置端输入振荡终端检测信号，其复位端输入开关信号。

根据本发明第三方面，所提供的根据本发明第一方面的通电复位电路，其中锁存电路是D锁存电路，其时钟端输入振荡终端检测信号，其复位端输入开关信号。

因此，根据本发明所具有的上述方面，一旦设置锁存电路，除非稳压器再起动，否则它不会复位。所以，即使在振荡电路的振荡停止时，也能保持锁存电路的设置状态，并且把振荡终端检测信号作为复位信号的电路将不会被初始化，除非在接通电源的情况下。

结合附图，通过下面的详细说明，会使本发明的上述和其它目的和新的特征更加清楚。但是，应该理解，附图仅用于解释本发明，并不限定本发明。

图1是表示常规通电复位电路结构的方框图；

图2是表示图1中所示稳压器的示意图；

图3是表示图1中所示起动电路的结构图；

图4是表示图1中所示振荡电路的结构图；

图5是表示图1中所示振荡终端检测电路的结构图；

图6是表示图1中所示通电复位电路的工作示意图；

图7是表示本发明第一实施例的通电复位电路的方框图；

图8是表示图7中所示起动电路的结构图；

图9是表示图7中所示RS锁存电路的结构图；

图10是表示图7中所示通电复位电路的工作的示意图；

图11是表示本发明第二实施例的通电复位电路的方框图；

图12是表示图11中所示D锁存电路的结构图。

下面参照附图，详细描述本发明通电复位电路的优选实施例。

图7是表示作为本发明第一实施例的通电复位电路的结构方框图。本实施例表示本发明最好的状态。图7中所示通电复位电路包括：电源端子1，稳压器2，起动电路5，与集成电路的外部端子6和7相连的晶体振荡器8，振荡电路10，振荡终端检测电路11，和RS锁存电路12。

稳压器2与电源端子，相连，它从电源端子1引入电源电压VDD，并从电源电压VDD产生预定电压VDD2(VDD2＜VDD)，从而为了减少功耗给振荡电路10、振荡终端检测电路11和RS锁存电路12提供电压VDD2。起动电路5监视从稳压器2输出的偏置电压3，并给稳压器2中的偏置电路提供电流4，直到接通电源后电压电平稳定为止，以便给稳压器设置初始状态至稳定。振荡电路10从晶体振荡器8产生时钟信号，并输出该信号到时钟端9。振荡终端检测电路11检测是否正确产生时钟信号。然后，从振荡终端检测电路11输出的振荡终端检测信号被输入到通电复位端13和RS锁存电路12。RS锁存电路12把从振荡终端检测电路11输出的振荡终端检测信号输入到设置端S。同时，RS锁存电路12把从起动电路5输出的开关信号14输入到复位端R，以起动稳压器2。然后RS锁存电路12输出输出信号到通电复位端15。

图7中所示的稳压电路2、振荡电路10和振荡终端检测电路11是与参照图2，4和5解释的电路完全相同的。所以，关于上述结构的解释被省略了。

图8是表示图7中所示起动电路5的结构示意图。该起动电路与参照图3所解释的现有技术中的相同。图8和图3中所示起动电路唯一的区别是，图8中所示电路能够从输出端17取出开关信号14，该开关信号14是用于接通N沟道晶体管49并由此给稳压器2中的偏置电路44提供电流的信号。

图9是表示图7中所示RS锁存电路12的结构示意图。图中所示的锁存电路具有双输入NAND门18，19和非门20和22。从设置端21输入的振荡终端检测信号通过非门20被输出到双输入NAND门18的输入端之一。另一方面，从复位端23输入的开关信号14通过非门22被输出到双输入NDND门19的输入端之一。双输入NAND门18的输出被输入到双输入NAND门19的另一输入端。同样，双输入NAND门19的输出被输入到双输入NAND门18的另一输入端。另外，双输入NAND门18的输出作为RS锁存电路12的输出端24。

下面参照图7到10说明本发明第一实施例的通电复位电路的工作。图10是表示图7中所示通电复位电路的工作的示意图。

如图10所示，在给集成电路接通电源之前，即时间t1之前，振荡终端检测电路11中的电容性元件60中没有储存电荷，这正如参照图6所描述的现有技术的例子一样。这样，从振荡终端检测电路11输出到通电复位端13和RS锁存电路12的振荡终端检测信号(复位信号)是低电平的，以初始化内部电路。

在时间t1接通电源时，集成电路的电源端子1的电压将逐渐上升。同样，从稳压器2输出的电压16和从起动电路5的开关端17输出的开关信号14也将逐渐上升。

在电压上升时，即在时间t1和t2之间，振荡电路10没有开始振荡。这样，表示振荡停止状态的低电平振荡终端检测信号被输入到RS锁存电路12的设置端21，表示起动电路5在工作的高电平开关信号14被输入到复位端23。因而，RS锁存电路12初始化到复位状态。在这种情况下，低电平的复位信号从RS锁存电路12的输出端24被输出到通电复位端15，从那，它被输出到内部电路。

在时间t2，当集成电路的电源端子1的电压超过稳压器2提供的电压VDD2时，稳压器2将被稳定。然后起动电路5将停止，并且从起动电路5输出的开关信号14将变为低电平。这样，低电平开关信号14被输入到RS锁存电路12的复位端23，从而消除复位状态。接下来，当在时间t2振荡电路10开始振荡时，表示振荡电路10中正在进行振荡的高电平的振荡终端检测信号从振荡终端检测电路11输出。这样，RS锁存电路将变为设置状态。

在时间t3，从RS锁存电路12的输出端24输出的高电平复位消除信号输入到通电复位端15，从那，它被输出到内部电路。

图11是表示本发明第二实施例的通电复位电路的结构方框图。除了在第二实施例中，第一实施例中的RS锁存电路被D锁存电路代替以外，图11中所示的特别通电复位电路实际上与图7中所示第一实施例的相同，该通电复位电路包括：电源端子1，稳压器2，起动电路5与集成电路的外部端子6和7相连的晶体振荡器8，振荡电路10，振荡终端检测电路11和D锁存电路25。

稳压器2与电源端子1相连，并由此能获得电源电压VDD，从而从电源电压VDD产生预定电压VDD2(VDD2＜VDD)，给振荡电路10、振荡终端检测电路11和D锁存电路25提供电压VDD2，以减少功耗的量。起动电路5监视从稳压器2输出的偏置电压3，并给稳压器2中的偏置电路提供电流4，直到接通电源后电压电平稳定为止，以便稳压器的初始状态设为稳定。振荡电路10从晶体振荡器8产生时钟信号，并把它输出到时钟端9。振荡终端检测电路11检测是否正确产生时钟信号。然后，从振荡终端检测电路11输出的振荡终端检测信号被输入到通电复位端13和D锁存电路25。D锁存电路25将具有从稳压器2输出的并输入到其数据端D的电压VDD2。它还将具有从振荡终端检测电路11输出并输入到其时钟端C的振荡终端检测信号。它还具有从起动电路5的开关端17输出以便起动稳压器2并输入到其复位端R的开关信号14，最后从通电复位端26输出输出信号。

稳压器2、起动电路5、振荡电路10和振荡终端检测电路11的作用方式与参照图2，4，5和8所述的现有技术和第一实施例中的电路的作用方式完全一样。因此，不再描述其结构。

图12是表示图11中所示D锁存电路的结构示意图。图12中的D锁存电路包括：双输入NOR门27，非门28、30、32，和传输门33、34。数据端29输入从稳压器2输出的电压VDD2。时钟端31输入从振荡终端检测电路11输出的振荡终端检测信号14。复位端36输入从起动电路5输出的开关信号。双输入NOR门27和非门28形成一闭合回路，其中NOR门27的输入端之一经过非门30和传输门33从端29引入电压VDD2。时钟端31和非门32控制传输门33和34，从而当被输入到时钟端31的振荡终端检测信号具有低电平时，用于锁住数据。双输入NOR门27的输出信号从输出端35作为锁存数据被输出，已经从复位端36输入的开关信号14被输入到双输入NOR门27的另一输入端。

本发明第二实施例的工作实际上与参照图10所述的一样。因此不再描述。

本发明的一个优点是，即使当集成电路被接通电源之后电压上升、振荡不稳定和甚至暂时中断的情况下，该通电复位电路也能不复位内部电路，并证明通电复位电路是稳定的。这是由于第一次振荡开始的定时是由振荡终端检测信号检测并在锁存电路保持的。

本发明另一优点是，不用增加布局面积，就能减少集成电路的消耗功率，这样就获得了稳定的通电复位电路。这是由于不需要增加特殊电路，而仅需一般的锁存电路，即普通尺寸的12个晶体管。因而，在不需要增加新的元件，而仅利用已有的起动电路的开关信号就能进行锁存电路的初始化，从而只通过布线的变化就能进行初始化。

用这种方法，当集成电路被接通电源时，通电复位电路能够准确可靠地通电复位，这是由于即使在通电后振荡变为不稳定时复位信号也没有效。因此，能防止集成电路的内部电路被初始化，并保持集成电路的功耗低，这样在不必增加集成电路的面积的情况下，能保持高集成度。

通过使用具体的例子已描述了本发明的优选实施例，但这些描述仅是为了叙述的目的，应该理解，在不脱离所附权利要求书的精神或范围的情况下是可以做出各种变化和改变的。

Claims

1.一种通电复位电路，包括：振荡电路，用于证明是否正确进行振荡的振荡终端检测电路，用于从电源电压产生预定电压并给振荡电路提供该预定电压的稳压器，用于起动稳压器的起动电路，以及锁存电路，其用于输入来自振荡终端检测电路的振荡终端检测信号和来自起动电路的开关信号，以便输出用于消除初始状态的复位消除信号到集成电路的内部电路，

在接通电源并在这之后电源电压上升时，为了设置通电复位状态，输出表示振荡电路的振荡已经停止的振荡终端检测信号、表示起动电路正在工作以便设置锁存电路到初始状态的开关信号、和来自锁存电路的信号到集成电路，

当电源电压值超过预定电压值，由此从稳压器输出的预定电压变为稳定，输出表示起动电路已经停止的开关信号，以便消除锁存电路的初始状态，和

在电源电压稳定和振荡电路开始振荡时，输出表示振荡电路的振荡没有停止的振荡终端检测信号以便设置锁存电路到设置状态、和来自锁存电路的信号到集成电路用于消除通电复位状态。

2.如权利要求1的通电复位电路，其中锁存电路是RS锁存电路，其设置端输入振荡终端检测信号，其复位端输入开关信号。

3.如权利要求1的通电复位电路，其中锁存电路是D锁存电路，其时钟端输入振荡终端检测信号，复位端输入开关信号。