DE102010000318B4

DE102010000318B4 - Einschaltsteuerung für Systeme mit sehr geringer Leistungsaufnahme

Info

Publication number: DE102010000318B4
Application number: DE102010000318A
Authority: DE
Inventors: Paul F. Illegems
Original assignee: Standard Microsystems LLC
Current assignee: Standard Microsystems LLC
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2030-02-06
Also published as: DE102010000318A1; US20100201410A1; US7952402B2

Abstract

Eine Einschalt-Rücksetz-(POR)Schaltung mag eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um eine zweite Versorgungsspannung zu erzeugen, die auf der ersten Versorgungsspannung basiert, umfassen, wobei die zweite Versorgungsspannung einen Nennwert aufweist, der geringer ist als ein Nennwert der ersten Versorgungsspannung. Die POR-Schaltung mag auch eine zweite Schaltung umfassen, die von der zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um ein POR-Signal zu erzeugen. Die zweite Schaltung mag konfiguriert sein, um das POR-Signal zu aktivieren, wenn die zweite Versorgungsspannung einen Wert erreicht, der hoch genug ist, damit die zweite Schaltung betriebsfähig wird, um das POR-Signal aktiv zu halten, bis die erste Versorgungsspannung einen zweiten Wert erreicht, der um einen vorgegebenen Unterschiedsspannungswert höher ist als der Nennwert der zweiten Versorgungsspannung, und um das POR-Signal zu deaktivieren, sobald die erste Versorgungsspannung den zweiten Wert erreicht.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet des Entwerfens von Halbleiterschaltungen und insbesondere des Entwerfens einer verbesserten Einschaltsteuerung bei Systemen mit geringer Leistungsaufnahme.
Beschreibung der verwandten Technik
Ein POR-(Einschalt-Rücksetz-)Signal wird typischerweise von digitalen Schaltungen, wie etwa Speicherelementen, bistabilen Kippschaltungen, Mikrocontrollern und Zentraleinheiten benötigt, um einen Anfangszustand direkt nach dem Einschalten der Schaltung einzustellen. Z. B. wenn sie eingeschaltet werden, müssen die meisten logischen Schaltungen programmierter oder programmierbarer Art, insbesondere Mikroprozessoren, auf einen Nullzustand oder RESET-Zustand gesetzt werden, um sicherzustellen, dass keine unbestimmten logischen Zustände in irgendeinem Teil der Schaltung vorliegen. Dieses Signal wurde herkömmlicherweise extern erzeugt, typischerweise unter Verwendung einer externen RC-Schaltung oder einfach eines Schalters, wobei letzterer meistens manuell betätigt werden muss.
In jüngerer Zeit wurden integrierte POR-Schaltungen in System-auf-Chip-(SOC)Schaltungen und/oder auf weiter entwickelten Controllerchips und integrierten Schaltungen eingebaut. Einige integrierte POR-Schaltungen geben typischerweise ein RESET-Signal ab, wenn die Versorgungsspannung ansteigt und eine erste Umschaltschwellenspannung erreicht, und setzen das RESET-Signal frei, nachdem die Versorgungsspannung eine zweite Umschaltschwellenspannung erreicht hat. Ein Problem bei der Integration einer POR-Schaltung, die nach dieser Technik betrieben wird, liegt bei der Anstiegsgeschwindigkeit der Energieversorgung, die im Allgemeinen recht langsam ist. Daher muss die RC-Zeitkonstante für eine erfolgreiche Erzeugung eines POR-Signals sehr groß sein. Die Ausbildung derart hoher Zeitkonstanten auf einem Chip mag zu viel Platz benötigen, um praktisch zu sein, obwohl die gleiche Zeitkonstante in einer externen Schaltung mühelos ausgebildet werden mag.
Genaue Rücksetzgeneratoren benötigen typischerweise eine Bandlücken-Spannungsreferenz. Eine Bandlücken-Spannungsreferenz ist eine Spannungsreferenz, die bei integrierten Schaltungen weit verbreitet ist, und besitzt ein bevorzugtes Verfahren zum Erzeugen einer stabilen Niederspannungs-(~1,25 V)Referenz bei vielen analogen Niederspannungsschaltungen. Bandlückenschaltungen wurden auch bei digitalen integrierten Schaltungen (IC) verwendet, um eine lokale Vorspannung bereitzustellen, die von Umgebungsrauschen oder Transienten nicht negativ beeinflusst wird. Typischerweise beruht eine Bandlückenschaltung auf zwei Gruppen von Transistoren, die mit verschiedenen Emitter-Stromdichten funktionieren, wobei eine Transistorgruppe ungefähr zehnmal die Emitter-Stromdichte aufweist wie die andere Transistorgruppe, was zu einem Spannungsunterschied von ungefähr 60 mV zwischen den Basis-Emitter-Spannungen (V_be) der beiden Transistorgruppen führt. Dieser Spannungsunterschied wird typischerweise durch einen Faktor von ungefähr 10 verstärkt und zu einer V_be-Spannung hinzugefügt.
1a und 1b stellen Beispiele von Schaltungen nach dem Stand der Technik dar, die beim Einschalten eines Systems verwendet werden. In 1a wird ein Hauptlogikblock von einer Versorgungsspannung (Vdd) mit Energie versorgt, die von einem Spannungsregler erzeugt wird, der von einer externen Spannung HV mit Energie versorgt wird. Der Spannungsregler ist konfiguriert, um mit einer Bandlücken-Referenzspannung V_BG zu funktionieren, die von einer Bandlücken-Referenzschaltung erzeugt wird, die von HV mit Energie versorgt wird, und durch eine Bandlücken-Startschaltung, die ebenfalls von HV mit Energie versorgt wird, auf seinen richtigen Betriebspegel gebracht wird. Eine getrennte POR-Schaltung, die von HV oder Vdd mit Energie versorgt werden mag, wird verwendet, um das benötigte POR-Signal für den Hauptlogikblock bereitzustellen. In 1b wird die getrennte POR-Schaltung durch einen Rücksetzgenerator ersetzt, der konfiguriert ist, um mit V_BG zu funktionieren. Der Rücksetzgenerator stellt dann das notwendige Rücksetzsignal für den Hauptlogikblock bereit. In beiden Fällen ist ein Hauptsystemspeicher ebenfalls mit dem Hauptlogikblock gekoppelt.
Wie in 1a und 1b zu sehen ist, kann die Bandlücken-Referenzschaltung eine Bandlücken-Startschaltung benötigen, um sie auf den richtigen Arbeitspunkt zu bringen. Sobald die Bandlücken-Referenzschaltung den gewünschten Arbeitspunkt erreicht hat, wird die Bandlücken-Startschaltung typischerweise weiter eine bestimmte Strommenge aufnehmen, solange der Strom eingeschaltet ist. Somit verbraucht eine typische Startschaltung stets ununterbrochen etwas Strom, was zu den unerwünschten Ruheströmen in dem System hinzukommt. Zudem funktioniert ein typischer Rücksetzgenerator nicht genau, wenn die Referenzspannung (V_BG), die er verwendet, nicht ihren endgültigen Pegel erreicht hat, was vorkommen kann, wenn die Versorgungsspannung (Vdd) den gewünschten Betriebspegel sehr langsam erreicht. In manchen Fällen mag der Hauptlogikblock (bzw. die Schaltung) mit einer einfachen POR-Schaltung, die ohne die Verwendung einer Bandlückenreferenz betrieben wird, im Rücksetzzustand gehalten werden (1a), was dazu führen mag, dass die POR-Schaltung eine unvorhersehbare Spannung auslöst. Obwohl dieser Spannungspegel ausreichend sein mag, damit die Hauptlogikblock-Schaltungen funktionieren, mag er zu niedrig sein, um einen On-Chip-Speicher (wie etwa den Speicher in 1a und 1b) zu lesen. Eine POR-Schaltung auf der externen Energieversorgungsseite mag die Aufgabe ebenfalls wirksam ausführen, aber sie ist eventuell nicht genau genug.
In der US 2008/0122499 A1 ist eine Schaltung zur Erzeugung einer Versorungsspannung mit einer Resetschaltung offenbart.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei einer Gruppe von Ausführungsformen mag eine Schaltung zur Erzeugung eines Einschalt-Rücksetz-(POR)Signals konfiguriert sein, um den Start einer Bandlückenreferenz und die Erzeugung eines POR-Signals in einem System mit einer Bandlückenreferenz und die Erzeugung eines POR-Signals in einem System mit einer hohen, weit reichenden ersten systemexternen Versorgungsspannung und einer niedrigeren zweiten Versorgungsspannung (Vdd), die von der ersten Versorgungsspannung und der Bandlückenreferenz erzeugt und innerhalb des Systems reguliert wird, zu steuern. Die POR-Schaltung mag funktionieren, um das POR-Signal aktiv zu halten, bis Vdd ihren endgültigen Pegel erreicht hat, und mag konfiguriert sein, um das gleiche Verhalten zu zeigen und durch den richtigen Rücksetzzyklus zu gehen, und zwar falls nötig jedes Mal, wenn die Energie ein- oder ausgeschaltet wird. Die POR-Schaltung mag ferner konfiguriert sein, um nur einen minimalen Ruheversorgungsstrom von weniger als einem μA zu verbrauchen, wobei eine geringe Strommenge während der Einschaltphase verwendet wird. Die Bandlückenreferenz mag den Pegel von Vdd genau steuern, auch wenn die externe Energieversorgung HV große Schwankungen aufweist. Das POR-Signal mag verwendet werden, um einen beliebigen ausgewählten Hauptlogikblock innerhalb des Systems zurückzusetzen.
Der Start der Bandlückenreferenz kann gesteuert und der Hauptlogikblock in dem Rücksetzzustand gehalten werden, bis die interne Versorgungsspannung ihren Nennpegel (den tatsächlichen endgültigen Pegel) erreicht. Dies kann ein richtiges Rücksetzen der Hauptlogik und ein Neustarten der Bandlückenreferenz gewährleisten, falls die Energie unter den Betriebspegel fällt und dann noch einmal auf Betriebspegel ansteigt. Nach dem Einschalten, wenn der Hauptlogikblock nicht mehr zurückgesetzt ist und funktioniert, können die mit dem Einschalten verknüpften Schaltungen ausgeschaltet werden, wodurch Versorgungsstrom gespart wird.
Diverse Ausführungsformen der POR-Schaltung mögen konfiguriert sein, um einen Spannungsunterschied zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung des Reglers, der für die Erzeugung der zweiten Versorgungsspannung verantwortlich ist, zu erfassen. Diverse Ausführungsformen der POR-Schaltung mögen mit Verriegelungen konfiguriert sein, die verwendet werden mögen, um die Zustände einer Bandlücken-Startschaltung zu steuern, die zum Steuern des Starts der Bandlückenreferenz verwendet wird. Die Verriegelungen mögen auch verwendet werden, um einen Detektor zu steuern, der konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, das angibt, dass die zweite Versorgungsspannung einen stabilen Betriebspegel erreicht hat (mit anderen Worten, dass sie ihren Nennwert erreicht hat). Diverse Ausführungsformen der POR-Schaltung mögen konfiguriert sein, um bestimmte Schaltungen auszuschalten, wenn die Energieversorgung (zweite Versorgungsspannung) gültig ist, und sie wieder einzuschalten, wenn die Energie unter einen bestimmten Pegel abfällt.
Bei einer Gruppe von Ausführungsformen mag ein POR-Signal erzeugt werden, um ein System zurückzusetzen oder um Teile des Systems auszuwählen. Eine interne Versorgungsspannung mag basierend auf einer externen Versorgungsspannung erzeugt werden, wobei die interne Versorgungsspannung einen Nennwert aufweist, der niedriger ist als ein Nennwert der externen Versorgungsspannung. Das POR-Signal mag als Reaktion darauf, dass die interne Versorgungsspannung einen Wert erreicht, der hoch genug ist, damit Vorrichtungen, die von der internen Versorgungsspannung mit Energie versorgt werden, funktionsbereit werden, aktiviert werden, und das POR-Signal mag aktiv bleiben, bis die externe Versorgungsspannung einen Wert erreicht, der um einen vorgegebenen Unterschiedsspannungswert höher ist als der Nennwert der internen Versorgungsspannung. Das POR-Signal mag als Reaktion darauf, dass die externe Versorgungsspannung den Wert erreicht, der um den vorgegebenen Unterschiedsspannungswert höher ist als der Nennwert der internen Versorgungsspannung, deaktiviert werden.
Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung derselben ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung besser verständlich werden, wenn sie zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird. Es zeigen:
1a und 1b Beispiele von Schaltungen nach dem Stand der Technik, die beim Einschalten eines Systems verwendet werden.
2 ein Funktionsschema einer Ausführungsform einer Einschalt-Rücksetz-(POR)Schaltung gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung.
3 ein Schaltbild einer Ausführungsform der HV-Verriegelung aus 2 gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung.
4 ein Zeitdiagramm, welches das Verhalten diverser Signale für das Ein- und Ausschalten der Energieversorgung zeigt, gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung.
5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines POR-Signals gemäß den Grundlagen der vorliegenden Erfindung.
Obwohl die Erfindung zu diversen Modifikationen und alternativen Formen fähig ist, werden spezifische Ausführungsformen derselben in den Zeichnungen beispielhaft gezeigt und werden hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen und ihre ausführliche Beschreibung nicht dazu gedacht sind, die Erfindung auf die bestimmte offenbarte Form einzuschränken, sondern im Gegenteil soll die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung, wie sie von den beiliegenden Ansprüchen definiert werden, fallen. Es ist zu beachten, dass die Titel nur zu organisatorischen Zwecken dienen und nicht dazu gedacht sind, die Beschreibung oder die Ansprüche einzuschränken oder auszulegen. Ferner ist zu beachten, dass das Wort „mag” in der ganzen vorliegenden Anmeldung in einem erlaubenden Sinne verwendet wird (d. h. etwas hat die Möglichkeit, ist fähig zu etwas) und nicht in einem befehlsmäßigen Sinne (d. h. müssen). Der Begriff „umfassen” und seine Ableitungen bedeutet „umfassend ohne Einschränkung auf etwas”. Der Begriff „angeschlossen” bedeutet „direkt oder indirekt angeschlossen”, und der Begriff „gekoppelt” bedeutet „direkt oder indirekt angeschlossen”.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
So wie er hier verwendet wird, bezeichnet der Begriff „Nennwert” einen erwarteten, stabilen Wert. Z. B. wird der Nennwert einer ersten Versorgungsspannung verwendet, um den endgültigen stabilen Wert zu bezeichnen, der von der ersten Versorgungsspannung erreicht wird. Während der Begriff „Nenn-” sich typischerweise auf einen vorgegebenen theoretischen Wert bezieht, von dem ein tatsächlicher Wert, wenn auch nur geringfügig, abweichen mag, wird „Nennwert” zur Vereinfachung der Bezugnahmen auf bestimmte hier aufgeführte Spannungswerte verwendet, um sich auf den endgültigen erwarteten stabilen Wert zu beziehen, der von einer Versorgungsspannung erreicht wird. So wie er hier verwendet wird, bedeutet er z. B., wenn eine Versorgungsspannung einen Nennwert von 1,9 V aufweist, dass die Versorgungsspannung konfiguriert ist, um sich bei einem Wert von 1,9 V zu stabilisieren und zu verbleiben. Natürlich mag der tatsächliche Wert der Versorgungsspannung, wenn auch nur geringfügig, von diesem Wert abweichen und derartige Abweichungen sind dazu gedacht, mit erfasst zu werden, wenn der Begriff „Nennwert” verwendet wird. Wenn mit anderen Worten von einer ersten Versorgungsspannung gesagt wird, dass sie einen Wert aufweist, der um eine spezifische Unterschiedsspannung höher als der Nennwert der zweiten Versorgungsspannung ist, bezeichnet die spezifische Unterschiedsspannung einen Unterschied zu dem tatsächlichen stabilen Wert der zweiten Versorgungsspannung.
2 ist ein logisches Diagramm einer Ausführungsform einer Einschalt-Rücksetz-(POR)Schaltung 100. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform stellt HV eine primäre Versorgungsspannung dar, die von einer externen Energieversorgung erzeugt und/oder bereitgestellt werden mag, um die HV-Verriegelung 108, die Bandlücken-(BG)Startschaltung 118, die BG-Referenzschaltung 120 und den Spannungsregler 122 mit Energie zu versorgen. Bei einer Gruppe von Ausführungsformen mag eine erste Schaltung, die in 2 der Spannungsregler 122 ist, konfiguriert sein, um die gewünschte Energieversorgungsspannung Vdd für eine Hauptschaltung, eine integrierte Schaltung und/oder einen Chip zu erzeugen. Somit ist Vdd eine abgeleitete Versorgungsspannung aus der primären Versorgungsspannung HV. Bei einigen Ausführungsformen mag der Spannungsregler 122 auf dem Chip konfiguriert sein, um die Versorgungsspannung Vdd bereitzustellen, um diverse Bauteile zu betreiben, die auf dem Chip konfiguriert sind (integrierte Schaltung (IC) und/oder System-auf-Chip (SOC)). Die HV-Verriegelung 108 mag konfiguriert sein, um ihren Ausgang Q (standardmäßig) nach dem Einschalten zu aktivieren. Somit mag bei einer POR-Schaltung 100 beim anfänglichen Einschalten der externen Energieversorgung (die konfiguriert sein mag, um eine „Hochspannung” HV bereitzustellen, die höher sein mag als die gewünschte Versorgungsspannung Vdd auf dem Chip) die HV-Verriegelung 108 ihren Q-Ausgang aktivieren (bei bevorzugten Ausführungsformen bedeutet dies einen hohen Wert für den Q-Ausgang der HV-Verriegelung 108), und die Bandlücken-Startschaltung 118 mag freigeschaltet sein. Dies wiederum mag die Bandlücken-Referenzspannung V_BG freischalten und eine V_BG-Spannung an ihrem Ausgang aktivieren. Wie oben erwähnt, mag der Spannungsregler 122 konfiguriert sein, um einen Vdd-Ausgang als hauptsächliche interne Versorgungsspannung auf dem Chip bereitzustellen. Vdd mag zu V_BG proportional sein und mag die externe (hohe) Versorgungsspannung HV nachverfolgen, bis Vdd ihren endgültigen Pegel erreicht hat, wie von V_BG vorgeschrieben.
Bei einer Gruppe von Ausführungsformen mag die HV-Verriegelung 108 ausgelegt sein, um immer im selben Zustand einzurasten, was über einen asymmetrischen Entwurf, wie in 3 gezeigt, erreicht werden mag. 3 zeigt das Schaltbild einer asymmetrischen Verriegelungsschaltung 200, die als die in 2 gezeigte HV-Verriegelung 108 verwendet werden mag. Die Verriegelungsschaltung 200 mag eine Verriegelung umfassen, die quergekoppelte Wechselrichter 208 und 210 umfasst. Die Schaltung mag durch die Versorgungsspannung HV mit Energie versorgt werden, die von einer externen Energieversorgung bereitgestellt werden mag. Der asymmetrische Entwurf mag erreicht werden, indem die PMOS-Vorrichtung im Innern des Wechselrichters 208 stärker gemacht wird als die NMOS-Vorrichtung und indem die NMOS-Vorrichtung im Innern des Wechselrichters 210 stärker als die PMOS-Vorrichtung gemacht wird. Die Werte für die Kondensatoren 204, 206, 212 und 214 mögen derart vorgegeben werden, dass der Kondensator 204 einen Wert aufweist, der größer ist als der Wert des Kondensators 206, und der Wert des Kondensators 214 ist größer als der Wert des Kondensators 212. Zudem mag die Kanalbreite der NMOS-Vorrichtung 216 vorgegeben werden, um größer zu sein als die Kanalbreite der NMOS-Vorrichtung 202. Wie angegeben, mag der Gate-(Steuer-)Anschluss der NMOS-Vorrichtung 216 als Setz-(S)Eingang der Verriegelungsschaltung 200 konfiguriert sein, und der Gate-(Steuer-)Anschluss der NMOS-Vorrichtung 202 mag als Rücksetz-(R)Eingang der Verriegelungsschaltung 200 konfiguriert sein. Die asymmetrische Struktur, wie sie gezeigt wird, führt dazu, dass die Verriegelungsschaltung 200 (und demnach die HV-Verriegelung 108, wenn sie derart umgesetzt ist) ihren Ausgang Q (der einen hohen Wert aufweist) während des Einschaltens aktiviert.
Noch einmal mit Bezug auf 2, während Vdd ansteigt, mag der Vdd-gültig-Detektor 124 seinen Vdd-gültig-Ausgang aktivieren, wenn Vdd einen Pegel erreicht hat, der ausreicht, damit die Logik im Vdd-gültig-Detektor 124 (bei den gezeigten Ausführungsformen eine CMOS-Logik) funktioniert, was die Summe der PMOS- und NMOS-Schwellenspannungen zuzüglich eines zusätzlichen ΔV-(Spannungsunterschied)Wertes sein mag. Ebenso beginnt hier, wenn der Anstieg von Vdd beginnt, auch das POR-Signal am Ausgang des Wechselrichters 106 anzusteigen und erreicht seinen hohen Nennwert, wenn Vdd seinen Nennwert erreicht. Der Wechselrichter 106, das UND-Gatter 116 und der Komparator 126, die alle von Vdd mit Energie versorgt werden, mögen zusammen eine Schaltung 102 bilden, die konfiguriert ist, um letztendlich das POR-Signal zu erzeugen. Die ansteigende Flanke des Vdd-gültig-Signal mag eine monostabile Schaltung 2 auslösen, um die LV-Verriegelung 114 zu setzen, wodurch der Energie-OK-(PG)Detektor 126 freigeschaltet wird. Bei einer Ausführungsform wird der PG-Detektor 126 als Komparator mit einem eingebauten Versatz Vt umgesetzt, der ausgelöst werden mag, wenn die Versorgungsspannung HV (die von der externen Energieversorgung bereitgestellt werden mag, wie oben angegeben) den Wert von Vdd + Vt überschreitet. Wenn HV einen derartigen Wert erreicht hat, mag das POR-Signal deaktiviert werden und der Hauptlogikblock 104 mag aus dem Rücksetzzustand freigesetzt werden. Bei einer Gruppe von Ausführungsformen mag der PG-Detektor 126 mit einer Hysterese konfiguriert sein, um eine wiederholte Auslösung zu vermeiden.
Zu diesem Zeitpunkt mag ein nicht flüchtiger Speicher 102 auf dem Chip sicher gelesen werden, da Vdd höher wäre als eine erforderliche Mindestspannung. Sobald der Hauptlogikblock zu funktionieren beginnt, mag er einen Zeitgeber starten und eine gewisse Zeit nach der Flanke des POR-Signals einen „Bereitschaftsimpuls” (t_STB) erzeugen. Wie in 2 gezeigt, mag das POR-Signal basierend auf der Ausgabe des PG-Detektors 126 und dem Vdd-gültig-Signals, das von dem Vdd-gültig-Detektor 124 erzeugt wird, erzeugt werden. Der t_STB-Impuls mag verwendet werden, um die beiden Verriegelungen (HV-Verriegelung 108 und LV-Verriegelung 114) zurückzusetzen und somit die BG-Startschaltung 118 auszuschalten (ein deaktivierter Wert des Q-Ausgangs der HV-Verriegelung 108 führt dazu, dass die BG-Startschaltung gesperrt wird) und den PG-Detektor 126 zu sperren (ähnlich führt ein deaktivierter Wert des Q-Ausgangs der LV-Verriegelung 114 dazu, dass der PG-Detektor gesperrt wird). Der Ausgang des PG-Detektors 126 mag sich nicht ändern, nachdem er ausgeschaltet wurde. Daher mag von diesem Punkt an der einzige Strom, der mit den Energieverwaltungsschaltungen verknüpft ist, in dem Vdd-gültig-Detektor 124 fließen, der eine herkömmliche POR-Schaltung sein mag, die einen Ruhestrom von weniger als einem μA verwendet.
Wenn die Versorgungsspannung HV (die von einer externen Energieversorgung bereitgestellt werden mag) und daher Vdd unter die Schwelle des Vdd-gültig-Detektors 124 absinken, mag ein Impuls von der monostabilen 1 Schaltung 110 erzeugt werden, der die HV-Verriegelung 108 setzt, um die BG-Startschaltung 118 freizuschalten. Dies mag sicherstellen, dass die Bandlückenreferenz 120 richtig eingeschaltet wird, wenn die Versorgungsspannung HV sich von einer Absenkung ihres erwarteten (bzw. Nenn-)Wertes erholt. Wird die BG-Startschaltung 118 unter den zuvor genannten Bedingungen (Wert der Versorgungsspannung HV sinkt unter seinen normalen Wert) nicht freigeschaltet, so mag dies zu einem Verlust bei der Bandlückenspannung V_BG führen. Wenn der Wert der Versorgungsspannung HV auf einen Wert sinkt, der tief genug ist, damit Vdd eine Absenkung ihres eigenen Wertes zeigt, jedoch ohne den Vdd-gültig-Detektor 124 auszulösen, mag der Hauptlogikblock 104 immer noch eine ausreichende Versorgungsspannung aufweisen, um die Registerzustände beizubehalten, und ein Rücksetzen des Hauptlogikblocks 104 ist eventuell nicht notwendig.
Der Speicher 102 wird zur Erläuterung gezeigt und ist zum Betrieb der POR-Schaltung 100 nicht notwendig. Der Zeitgeber, der verwendet wird, um den Bereitschaftsimpuls (t_STB) zu erzeugen, mag das einzige Teil sein, das in dem Hauptlogikblock 104 konfiguriert ist, um zum Betrieb der POR-Schaltung 100 beizutragen.
Das Zeitdiagramm in 4 zeigt das Verhalten diverser Signale aus der POR-Schaltung in 2 für eine Spannungsversorgung (die eine externe Spannungsversorgung sein mag, welche die Versorgungsspannung HV bereitstellt), die ein- und ausschaltet. Die Wellenform 302 stellt die (externe) Versorgungsspannung HV dar und die Wellenform 304 stellt die (interne) Versorgungsspannung Vdd dar, die basierend auf der Versorgungsspannung HV erzeugt wird und der IC bereitgestellt wird (die z. B. die Hauptlogik 104 aus 2 enthalten mag). Da der Ausgang Q der HV-Verriegelung 108 standardmäßig aktiviert ist, wenn HV (302) einschaltet, wird die BG-Startschaltung 118 freigeschaltet, wie in der Wellenform 320 gezeigt wird, was dazu führt, dass die Referenzspannung V_BG ansteigt, wodurch Vdd veranlasst wird anzusteigen (Wellenform 304). Da die beiden Eingänge für das UND-Gatter 116 während des Einschaltens von HV (302) tief sind, beginnt das POR-Signal für den Hauptlogikblock 104 (das als Ausgang des Wechselrichters 106 genommen wird), sobald Vdd anzusteigen beginnt und dadurch das UND-Gatter 116 betreibt, ebenfalls anzusteigen und erreicht schließlich seinen aktivierten (hohen) Wert, wie in der Wellenform 312 gezeigt wird.
Wenn Vdd einen Pegel erreicht, der ausreicht, damit die Logik funktioniert, wird das Vdd-gültig-Signal aktiviert, wie in der Wellenform 306 gezeigt wird, wodurch die monostabile Schaltung 110 ausgelöst wird, die einen Impuls zum Freischalten des PG-Detektors erzeugt, wie in der Wellenform 308 gezeigt wird. Dies führt dazu, dass der Ausgang Q der LV-Verriegelung 114 aktiviert wird, wodurch der PG-Detektor 126 freigeschaltet wird, wie in der Wellenform 316 gezeigt wird. Sobald sich Vdd stabilisiert hat (oder man davon ausgeht, dass sie sich stabilisiert hat), d. h. dass der Wert von HV einen Wert erreicht hat, der gleich Vdd + Vt ist, wird der PG-Detektor 126 dann ausgelöst, was seinen Ausgang (Energie-OK-Signal) freischaltet, wie in der Wellenform 310 gezeigt wird, die in diesem Fall von einer niedrigen Spannung auf eine hohe Spannung geht. Sobald das Energie-OK-Signal aktiviert ist, wird sowohl das Vdd-gültig-Signal als auch das Energie-OK-Signal gleichzeitig aktiviert, was dazu führt, dass der Ausgang des UND-Gatters 116 aktiviert wird, wodurch der Wert des POR-Signals (Ausgang des Wechselrichters 106) gesenkt wird, wie in der Wellenform 312 gezeigt wird.
Nach einer vorgegebenen Zeitspanne (t_STB) nach der absteigenden Flanke des POR-Signals (wie in Wellenform 312 gezeigt) wird ein Bereitschaftsimpuls erzeugt (der beispielsweise von dem Hauptlogikblock 104 bereitgestellt wird), wie in der Wellenform 314 gezeigt wird, der die beiden Verriegelungen (HV-Verriegelung 108 und LV-Verriegelung 114) zurücksetzt, was dazu führt, dass der PG-Detektor 126 gesperrt wird, wie in der Wellenform 316 gezeigt wird, und auch dazu, dass die BG-Startschaltung 118 gesperrt wird, wie in der Wellenform 320 gezeigt wird. Dadurch dass die BG-Startschaltung 118 gesperrt wird, mag die BG-Referenzspannung später bei Bedarf neugestartet werden (wie es der Fall ist, wenn HV und/oder Vdd unter annehmbare Pegel absinken und dann wieder von neuem ansteigen). Wie ebenfalls in der Wellenform 310 gezeigt wird, bleibt der Wert des Energie-OK-Signals unverändert, nachdem der PG-Detektor 126 ausgeschaltet wurde, wodurch auch der Wert des POR-Signals unverändert bleibt, wie in der Wellenform 312 gezeigt wird.
Wenn der Wert von HV (d. h. der primären Versorgungsspannung) und somit auch der Wert von Vdd (d. h. der sekundären oder abgeleiteten Versorgungsspannung), wie in den Wellenformen 302 und 304 gezeigt wird, unter den Wert der Schwelle der Vdd-gültig-Detektorschaltung 124 fallen, wird das Vdd-gültig-Signal deaktiviert, wie in der Wellenform 306 gezeigt wird. Daraufhin wird das Energie-OK-Signal ebenfalls deaktiviert, wie in der Wellenform 310 gezeigt wird, was zur Aktivierung des POR-Signals führt, wie in der Wellenform 312 gezeigt wird, wodurch der Hauptlogikblock 104 zurückgesetzt wird. Zudem erzeugt die monostabile Schaltung 110 einen Impuls auf der fallenden Flanke des Vdd-gültig-Signals (die monostabile Schaltung 110 mag konfiguriert sein, um auf einer fallenden Flanke ausgelöst zu werden), die als Impuls in der Wellenform 318 gezeigt wird, wodurch die HV-Verriegelung 108 gesetzt wird, welche die BG-Startschaltung 118 freischaltet, wie in der Wellenform 320 gezeigt wird. Dies wiederum mag ein richtiges Einschalten der Bandlückenreferenz 120 gewährleisten, wenn HV wieder anzusteigen beginnt, wodurch ein Verlust der Bandlückenspannung vermieden wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen eines POR-Signals unter Verwendung einer Schaltung wie z. B. die POR-Schaltung 100. Wenn die Energie eingeschaltet ist, d. h. eine primäre Energieversorgung – die eine externe Energieversorgung sein mag, mag der Anstieg der primären Versorgungsspannung HV beginnen (402). Als Reaktion auf 402 mag der Start eines Bandlücken-Referenzspannungsgenerators freigeschaltet werden, was dazu führt, dass eine sekundäre Versorgungsspannung Vdd – die basierend auf der primären Versorgungsspannung und der Bandlücken-Referenzspannung erzeugt wird – ebenfalls anzusteigen beginnt (404). Wenn die Vdd-Versorgungsspannung gültig ist (406 – z. B. wenn Vdd einen Pegel erreicht hat, der ausreicht, damit die logischen Elemente, die von Vdd mit Energie versorgt werden, zu funktionieren beginnen), mag ein Rücksetz-(POR)Signal aktiviert werden (408). Sobald die primäre Versorgungsspannung einen Wert erreicht, der größer ist als eine Summe des Wertes der sekundären Versorgungsspannung und einer vorgegebenen Schwellenspannung (410), mag das POR-Signal deaktiviert werden, um die Hauptlogik aus der Rücksetzung zu holen, und der Systemspeicher mag (gegebenenfalls) ausgelesen werden (412).
Nach einem vorgegebenen Zeitraum von dem Zeitpunkt ab, an dem das POR-Signal deaktiviert wird (414), mag die Startschaltung des Bandlücken-Referenzspannungsgenerators gesperrt werden (416). Wenn die Vdd Versorgungsspannung zu fallen beginnt und einen Wert erreicht, der nicht mehr als gültig angesehen wird (418 – z. B. wenn Vdd einen Pegel erreicht hat, der nicht ausreicht, damit die logischen Elemente, die von Vdd mit Energie versorgt werden, weiter funktionieren), mag das POR-Signal kurzzeitig aktiviert werden, um die Hauptlogik zurückzusetzen, und die Startschaltung des Bandlücken-Referenzspannungsgenerators mag wieder freigeschaltet werden (420). Wenn die primäre Versorgungsspannung HV wieder zu steigen beginnt (422 – Ja), wird das Einschaltverfahren von 404 ab wiederholt. Wenn die primäre Versorgungsspannung HV nicht steigt (422 – Nein), mag das System vollständig ausgeschaltet werden.

Claims

Einschalt-Rücksetz-(POR)Schaltung, umfassend: eine erste Schaltung, die von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um eine zweite Versorgungsspannung zu erzeugen, die auf der ersten Versorgungsspannung basiert, wobei die zweite Versorgungsspannung einen Nennwert aufweist, der geringer ist als ein Nennwert der ersten Versorgungsspannung; eine zweite Schaltung, die von der zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um ein POR-Signal zu erzeugen, wobei die zweite Schaltung konfiguriert ist zum: Aktivieren des POR-Signals, wenn die zweite Versorgungsspannung einen ersten Wert erreicht, der hoch genug ist, damit die zweite Schaltung betriebsfähig wird; Aktivhalten des POR-Signals, bis die erste Versorgungsspannung einen zweiten Wert erreicht, der um einen vorgegebenen Differenzspannungswert höher ist als der Nennwert der zweiten Versorgungsspannung; und Deaktivieren des POR-Signals, sobald die erste Versorgungsspannung den zweiten Wert erreicht.
POR-Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine dritte Schaltung, die von der ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um eine Referenzspannung zu erzeugen, wobei die erste Schaltung konfiguriert ist, um die zweite Versorgungsspannung basierend auf der ersten Versorgungsspannung und der Referenzspannung zu erzeugen, wobei ein tatsächlicher Wert der Referenzspannung einen tatsächlichen Wert der zweiten Versorgungsspannung bestimmt.
POR-Schaltung nach Anspruch 2, wobei die Referenzspannung eine Bandlücken-Referenzspannung ist.
POR-Schaltung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Startschaltung, die von der ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um ein Startsignal für die dritte Schaltung bereitzustellen, wobei die dritte Schaltung konfiguriert ist, um mit der Erzeugung der Referenzspannung zu beginnen, wenn das Startsignal von einem nicht aktivierten Zustand auf einen aktivierten Zustand wechselt.
POR-Schaltung nach Anspruch 4, ferner umfassend eine Verriegelung, die von der ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um die Startschaltung freizuschalten und zu sperren, wobei die Startschaltung konfiguriert ist, um das Startsignal zu aktivieren, wenn die Startschaltung freigeschaltet wird.
POR-Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Verriegelung eine asymmetrische Verriegelung ist, die konfiguriert ist, um ihren Ausgang zu aktivieren, wenn die Verriegelung eingeschaltet wird.
POR-Schaltung nach Anspruch 1, ferner konfiguriert, um ein Steuersignal von einer externen Schaltung zu empfangen, die von der zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um von dem POR-Signal zurückgesetzt zu werden; wobei die POR-Schaltung ferner konfiguriert ist, um vorgegebene Module zu sperren, die in der POR-Schaltung enthalten sind, als Reaktion darauf, dass das Steuersignal von der externen Schaltung aktiviert wird.
POR-Schaltung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine dritte Schaltung, die von der zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um ein Steuersignal zu erzeugen, wobei die dritte Schaltung konfiguriert ist, um das Steuersignal zu aktivieren, wenn die zweite Versorgungsspannung einen spezifischen Wert erreicht, der hoch genug ist, damit die dritte Schaltung betriebsfähig wird, und das Steuersignal zu deaktivieren, wenn die zweite Versorgungsspannung unter den spezifischen Wert fällt; wobei die zweite Schaltung konfiguriert ist zum: Empfangen des Steuersignals; Aktivieren des POR-Signals, wenn das Steuersignal aktiviert wird, wenn die zweite Versorgungsspannung ansteigt; und Aktivieren des POR-Signals, wenn das Steuersignal deaktiviert wird, wenn die zweite Versorgungsspannung fällt.
POR-Schaltung nach Anspruch 8, wobei die zweite Schaltung einen Komparator umfasst, der konfiguriert ist, um die erste Versorgungsspannung und die zweite Versorgungsspannung zu vergleichen und ein Ausgangssignal zu aktivieren, wenn der Komparator freigeschaltet wird und die erste Versorgungsspannung den spezifischen Wert erreicht; wobei die zweite Schaltung konfiguriert ist, um das POR-Signal aus dem Steuersignal und dem Ausgangssignal zu erzeugen.
Verfahren zum Erzeugen eines Einschalt-Rücksetz-(POR)Signals, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen einer zweiten Versorgungsspannung basierend auf einer ersten Versorgungsspannung, wobei die zweite Versorgungsspannung einen Nennwert aufweist, der geringer ist als ein Nennwert der ersten Versorgungsspannung; Aktivieren des POR-Signals als Reaktion darauf, dass die zweite Versorgungsspannung einen ersten Wert erreicht, der hoch genug ist, damit Vorrichtungen, die von der zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt werden, betriebsfähig werden; Aktivhalten des POR-Signals, bis die erste Versorgungsspannung einen zweiten Wert erreicht, der um einen vorgegebenen Differenzspannungswert höher ist als der Nennwert der zweiten Versorgungsspannung; und Deaktivieren des POR-Signals als Reaktion darauf, dass die erste Versorgungsspannung den zweiten Wert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Erzeugen einer Referenzspannung; wobei das Erzeugen der zweiten Versorgungsspannung das Erzeugen der zweiten Versorgungsspannung basierend auf der ersten Versorgungsspannung und der Referenzspannung umfasst, wobei ein tatsächlicher Wert der Referenzspannung einen tatsächlichen Wert der zweiten Versorgungsspannung bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Aktivieren eines Startsignals; wobei das Erzeugen der Referenzspannung als Reaktion auf das Aktivieren des Startsignals ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend das Ausführen eines oder mehrerer der folgenden Schritte: Deaktivieren des Startsignals zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Deaktivieren des POR-Signals; oder Sperren vorgegebener Module, die von der ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt werden und/oder von vorgegebenen Modulen, die von der zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt werden, zu dem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Deaktivieren des POR-Signals.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend das Erzeugen eines Bereitschaftsimpulses; wobei das Deaktivieren des Startsignals und/oder das Sperren der vorgegebenen Module als Reaktion auf das Erzeugen des Bereitschaftsimpulses ausgeführt wird bzw. werden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Aktivieren des POR-Signals das Aktivieren des POR-Signals als Reaktion darauf, dass die zweite Versorgungsspannung den ersten Wert erreicht, wenn die zweite Versorgungsspannung steigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Aktivieren des POR-Signals als Reaktion darauf, dass die zweite Versorgungsspannung unter den ersten Wert fällt, wenn die zweite Versorgungsspannung fällt.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Anlegen des POR-Signals an ein ausgewähltes System, um das ausgewählte System zurückzusetzen.
System, umfassend: eine Hauptschaltung, die konfiguriert ist, um von einer ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt zu werden; und eine Einschalt-Rücksetz-(POR)Schaltung, die konfiguriert ist, um ein POR-Signal für die Hauptschaltung bereitzustellen, wobei die POR-Schaltung folgendes umfasst: eine erste Schaltung, die von einer zweiten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um eine erste Versorgungsspannung basierend auf der zweiten Versorgungsspannung zu erzeugen, wobei die erste Versorgungsspannung einen Nennwert aufweist, der geringer ist als ein Nennwert der zweiten Versorgungsspannung; eine zweite Schaltung, die von der ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt wird und konfiguriert ist, um ein POR-Signal zu erzeugen, wobei die zweite Schaltung konfiguriert ist zum: Aktivieren des POR-Signals, wenn die erste Versorgungsspannung einen ersten Wert erreicht, der hoch genug ist, damit Schaltungen, die von der ersten Versorgungsspannung mit Energie versorgt werden, betriebsfähig werden; Aktivhalten des POR-Signals, bis die zweite Versorgungsspannung einen zweiten Wert erreicht, der um einen vorgegebenen Differenzspannungswert höher ist als der Nennwert der ersten Versorgungsspannung; und Deaktivieren des POR-Signals, sobald die zweite Versorgungsspannung den zweiten Wert erreicht. wobei die Hauptschaltung zurückgesetzt wird, wenn das POR-Signal aktiviert wird.
System nach Anspruch 18, wobei die Hauptschaltung konfiguriert ist, um einen Bereitschaftsimpuls zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Deaktivieren des POR-Signals durch die zweite Schaltung zu erzeugen und um den Bereitschaftsimpuls für die POR-Schaltung bereitzustellen; wobei die POR-Schaltung ferner konfiguriert ist, um vorgegebene Module zu sperren, die in der POR-Schaltung enthalten sind, als Reaktion auf den Empfang des Bereitschaftsimpulses.
System nach Anspruch 18, ferner umfassend einen Speicher, wobei die Hauptschaltung konfiguriert ist, um den Speicher auszulesen, sobald die zweite Schaltung das POR-Signal deaktiviert hat.