CN201937561U - 低功耗延时可编程的上电复位电路 - Google Patents

Abstract

低功耗延时可编程的上电复位电路，包括电压检测电路、振荡器、可编程计数器、反相器以及输出缓冲电路；通过可编程计数器的控制端设定计数值为m，振荡器产生周期为T1的脉冲波形信号，可编程计数器对脉冲波形信号进行计数，当到设定值m后，计数器输出变为逻辑高电平；输出缓冲电路输出逻辑高电平作为上电复位信号，即可以实现延时Tdelay为m×T1，再用缓冲电路输出的逻辑高电平关闭可编程振荡器和计数器。本实用新型解决了现有上电复位电路在不采用片外电容的情况下难以达到毫秒量级的延迟，也无法改变延时时间的技术问题，具有延时值可以编程改变、可实现毫秒量级的延迟、电路仅存在很小的瞬时功耗等优点。

Description

低功耗延时可编程的上电复位电路

技术领域

本实用新型属电学领域，涉及一种上电复位电路，尤其涉及一种CMOS集成电路中电源管理电路的上电复位电路。

背景技术

在电源管理电路中，上电复位电路Power On Reset(POR)来为电路提供复位信号，用来检测电源电压是否达到使供电电路的正常工作。上电复位电路被用来保证电路在上电初期，不会因为电源电压的不稳定而使系统发生错误。通常情况下，要求上电复位电路在电源电压超过检测阈值后能够提供一定的延迟时间输出有效信号，以确保电路在稳定的电源电压条件下工作。

图1所示为目前常见的上电复位电路示意图，电路主要由电压检测电路，延迟单元和输出缓冲级构成。其中电压检测电路用来对电源电压的上电情况进行检测，延时单元通过对电容C0充电起到延时作用，输出缓冲级放大延时电路的输出输出信号并作为上电复位电路的输出。

上电复位电路的上电过程如图2所示，在电源电压VDD上电过程中，当电源电压超过电压检测电路的阈值VDET1时，电压检测电路输出V_det点由逻辑低电平变为逻辑高电平；延时单元开始工作，向电容C0充电，V_delay点电压波形如图2所示；当V_delay点电压高于输出缓冲级电路的阈值电压VTH+后，施密特触发器的输出POR_RESET由逻辑低电平变为逻辑高电平信号。如图2中POR_RESET点波形在电源电压高于检测电压VDET1后，延时Tdelay时间后，上电复位电路的输出POR_RESET由逻辑低电平变为逻辑高电平信号。

电源电压下降时，当电源电压低于VDET2，V_det信号由逻辑高电平变为逻辑低电平，延时单元放电，放电时间迅速，远小于充电时间，V_delay点电压变低，放电时间迅速，远小于充电时间，因此经过很小的一个延时后该点电压小于输出缓冲级电路由高变低的阈值电压VTH-，上电复位电路的输出POR_RESET变为低电平信号。

图1所示的上电复位电路，如果采用片内集成的电阻和电容来实现延时，因为片上电容密度非常小，在版图面积合理的情况下只能实现pf级电容，无法达到毫秒量级的延迟。这就需要在片外采用nF级别或者uF级别的电容来实现延迟，这样做的缺陷是增加了一个封装管脚和外围器件的数量；同时，因为片上的电阻电容值大小是固定的，很难通过编程的方法来改变上电复位电路的延时。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种在不增加外部元件的情况下使上电复位电路实现较大的延时并可实现编程化操作的低功耗延时可编程的上电复位电路。

本实用新型的技术解决方案是：

一种低功耗延时可编程的上电复位电路，包括电压检测电路以及输出缓冲电路；所述电压检测电路的输入端接电源电压VDD，接地端接地；其特殊之处在于：还包括振荡器、可编程计数器以及反相器；电压检测电路的输出端V_det接计数器的使能端EN_CNT，同时接输出缓冲电路的控制输入端，用于控制输出缓冲电路的工作；振荡器的输出端Freq_out接可编程计数器的输入端，振荡器的使能端EN_OSC接输出缓冲电路的输出端POR_RESET经反相器后的信号；可编程计数器具有一个对计数值进行编程的n比特输入的控制端Ctrl；可编程计数器的输出端V_ctrl接输出缓冲电路的输入端。

上述输出缓冲电路是能实现锁存功能的触发器电路或锁存器电路。

上述输出缓冲电路是D触发器电路；D触发器电路的信号输入端D接电源电压VDD；电压检测电路的输出端V_det通过反相器后接D触发器电路的复位端Reset；D触发器电路输出端Q经反相器后接振荡器的使能端EN_OSC；可编程计数器的输出端V_ctrl接D触发器电路的时钟输入端CLK。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型提供了一种低功耗的延时可编程的上电复位电路，通过加入振荡器，可编程计数器和反相器等逻辑电路，使得上电复位电路可以在不增加外部元件的情况下实现上电复位电路需要的延时，并且该延时值可以通过可编程计数器的输入控制端Ctrl进行编程。

2、本实用新型在振荡器产生周期为T1的脉冲波形信号的情况下，通过可编程计数器的n比特输入控制信号Ctrl设定可编程计数器的计数值为m，通过对振荡器输出的脉冲波形信号进行计数，即可以实现上电复位电路所需要的延时Tdelay为m×T1。

3、在本实用新型可实现片上延时的上电复位电路中，由于振荡器以及计数器只在电源电压上电过程中工作，POR_RESET信号变为逻辑高电平后，振荡器以及计数器即被关闭，振荡器和可编程计数器仅在上电复位电路的电源上电过程中消耗功耗，因此电路仅存在很小的瞬时功耗。

4、本实用新型适用于高度集成化的SOC芯片，不需要任何外接元件，使得该电路适合不同项目的需要。

附图说明

图1是传统的上电复位电路POR的电路结构示意图；

图2是图1所示传统的上电复位电路POR中各节点的电压波形示意图；

图3是本实用新型低功耗延时可编程的上电复位电路POR的电路结构示意图；

图4是本实用新型低功耗延时可编程的上电复位电路POR的一种具体电路结构图；

图5是图4所示的低功耗延时可编程的上电复位电路POR中各节点的电压波形示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种低功耗延时可编程的上电复位电路，参见图3，本实用新型所提供的低功耗延时可编程的上电复位电路包括：电压检测电路，振荡器，可编程计数器，输出缓冲电路和反相器等逻辑电路。其中，电压检测电路的输入端接电源电压VDD，接地端接地，输出端V_det接可编程计数器电路的使能端EN_CNT，同时用来控制输出缓冲电路的工作；振荡器的输出端Freq_out接计数器电路的输入端；可编程计数器有一个n比特的输入控制端Ctrl，它的计数值m可由输入控制端Ctrl进行编程，当输入脉冲波形信号为m个周期后，可编程计数器的输出信号由逻辑低电平变为逻辑高电平，可编程计数器的输出端V_ctrl接输出缓冲电路；输出缓冲电路的输入端为可编程计数器的输出端V_ctrl和电压检测电路的输出V_det，输出端即为上电复位电路POR的输出端POR_RESET，POR_RESET通过反相器后接振荡器的使能端EN_OSC。

其中输出缓冲电路一般采用能实现锁存和清零功能的逻辑电路，比如锁存器，触发器等，尤其可采用D触发器。

输出缓冲电路采用D触发器的具体电路参见图4。D触发器电路的信号输入端D接电源电压VDD，时钟输入端CLK接可编程计数器的输出端V_ctrl，清零输入端Reset接电压检测电路的输出端V_det经过反相器后的信号，D触发器的输出端Q即为上电复位电路的输出端POR_RESET，同时上电复位电路的输出端POR_RESET经反相器后接振荡器的使能端EN_OSC；当D触发器的时钟输入信号clk遇到输入信号的上升沿时，其输出值Q变为与其输入值D相等；当清零信号Reset由低变高时，其输出值Q被清零为低电平。

本实用新型延时可编程的上电复位电路的工作原理是：

参见图5，电源电压VDD上电过程中，电压检测电路和振荡器开始工作，当电源电压VDD高于检测电压VDET1(电压检测电路的阈值)后，电压检测电路的输出点V_det由逻辑低电平变为逻辑高电平，使可编程计数器开始工作；振荡器输出周期为T1的脉冲波形信号给可编程计数器进行计数，可编程计数器的计数值由输入控制信号Ctrl编程决定，可编程计数器根据输入的脉冲波形信号开始计数，当计数值达到计数器设定值后，可编程计数器的输出由逻辑低电平变为逻辑高电平信号，通过D触发器电路，使输出信号POR_RESET变为逻辑高电平信号，同时POR_RESET的逻辑高电平将关闭振荡器，使之不再工作，因为POR_RESET被D触发器锁存，因此仍会保持高电平。振荡器和可编程计数器电路仅在电源上电过程中工作，当上电结束，上电复位电路输出由逻辑低电平信号变为逻辑高电平信号后，振荡器和可编程计数器电路停止工作。振荡器和可编程计数器仅在上电复位电路的电源上电过程中消耗功耗。

如图5所示，在上电复位电路POR电路输入电压高于检测电压VDET1后，延时Tdelay时间后，电路的输出信号POR_RESET由逻辑低电平变为逻辑高电平，延时Tdelay的值由振荡器产生脉冲波形的周期和可编程计数器的设定计数值所决定，假设振荡器产生的脉冲波形信号的周期为T1，可编程计数器的计数值为m，则上电复位电路的延时Tdelay为m×T1，延时Tdelay可以通过改变可编程计数器的计数值进行编程。在振荡器产生的脉冲波形信号周期不变的情况下增加或者减少可编程计数器的计数值m，可以很容易的改变上电复位电路的延时时间。需要的情况下，可以容易的实现一个较大的(大于ms级)延时。

电源电压下降时，当电源电压VDD下降到低于电压检测电路的低压检测电压VDET2(电压检测电路的阈值)时，V_det由逻辑高电平变为逻辑低电平，通过D触发器的清零端，上电复位电路的输出点POR_RESET变为逻辑低电平。

Claims (3)

1.一种低功耗延时可编程的上电复位电路，包括电压检测电路以及输出缓冲电路；所述电压检测电路的输入端接电源电压(VDD)，接地端接地；

其特征在于：还包括振荡器、可编程计数器以及反相器；

电压检测电路的输出端(V_det)接计数器的使能端(EN_CNT)，同时接输出缓冲电路的控制输入端，用于控制输出缓冲电路的工作；

振荡器的输出端(Freq_out)接可编程计数器的输入端，振荡器的使能端(EN_OSC)接输出缓冲电路的输出端(POR_RESET)经反相器后的信号；

可编程计数器具有一个对计数值进行编程的n比特输入的控制端(Ctrl)；可编程计数器的输出端(V_ctrl)接输出缓冲电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的低功耗延时可编程的上电复位电路，其特征在于：所述输出缓冲电路是能实现锁存功能的触发器电路或锁存器电路。

3.根据权利要求2所述的低功耗延时可编程的上电复位电路，其特征在于：所述输出缓冲电路是D触发器电路；

D触发器电路的信号输入端(D)接电源电压(VDD)；

电压检测电路的输出端(V_det)通过反相器后接D触发器电路的复位端(Reset)；

D触发器电路输出端(Q)经反相器后接振荡器的使能端(EN_OSC)；

可编程计数器的输出端(V_ctrl)接D触发器电路的时钟输入端(CLK)。

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