DE3689322T2

DE3689322T2 - Einschaltrücksetzschaltungsanordnungen.

Info

Publication number: DE3689322T2
Application number: DE86305542T
Authority: DE
Inventors: Keith Lloyd Jones
Original assignee: Plessey Semiconductors Ltd
Current assignee: Microchip Technology Caldicot Ltd
Priority date: 1985-07-24
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1994-03-17
Anticipated expiration: 2006-07-19
Also published as: GB8617600D0; DE3689322D1; GB2179220B; EP0211553B1; KR940011652B1; GB2179220A; US4698531A; EP0211553A1; KR870001505A; ZA865416B; ATE97770T1; JP2568398B2; JPS6238026A; GB8518692D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Einschaltrücksetzschaltungen. Insbesondere jedoch nicht ausschließlich, ist die Erfindung mit Einschaltrücksetzschaltungsanordnungen für den Einsatz in integrierten CMOS-Schaltungen befaßt.
Der Zweck einer Einschaltrücksetzschaltung besteht darin, logische und Speicherelemente zu initialisieren, wenn die Stromversorgungsspannung von einem sehr niedrigen Pegel angehoben wird, d. h., derartige Elemente auf einen bekannten Ausgangszustand einzustellen. Um dies zu bewerkstelligen, muß die Rücksetzschaltung selbst in einem bekannten Zustand starten. Rücksetzschaltungen werden beispielsweise in Rechnern und elektronischen Telephonsets eingesetzt.
Die Spannung, bei der eine Rücksetzschaltung arbeiten muß, ist eine Funktion des Arbeitsspannungsbereichs der zugeordneten Schaltungen. Falls die Rücksetzschaltung bei einer zu hohen Spannung arbeitet, können die logischen und Speicherelemente zurückgesetzt werden, während ihnen noch eine brauchbare Spannung zugeführt wird, und in zahlreichen Anwendungen gilt, daß, je geringer die Spannung, bei der die Rücksetzschaltung arbeitet, um so länger werden die Speicherelemente gespeicherte Information halten.
Rücksetzschaltungen fallen grob in zwei Kategorien, solche, in denen die Stromversorgungsspannung rapide ansteigt, so daß Kondensatoren verwendbar sind, um den Resetzustand zu ermitteln, und solche, in denen die Versorgungsspannung langsam ansteigt oder abfällt, so daß irgendeine Art von Pegeldetektorschaltung erforderlich ist. Für langsam variierende Versorgungsspannungen ausgelegte Schaltungen können im allgemeinen recht einfach durch die Hinzufügung von Kapazitäten bzw. Kondensatoren so modifiziert werden, daß sie auch sich schnell ändernde Vorsorgungsspannungen handhaben.
In einigen bekannten Rücksetzschaltungen zur Handhabung sich langsam ändernder Versorgungsspannungen wird der Detektions-Spannungspegel durch die Summe von n und p Kanaltransistor-Schwellwertspannungen plus einem zusätzlichen Spielraum bestimmt, der die Schwellwertspannung einer Diode in Serie zu den Transistoren einschließen kann. Derartige Rücksetzschaltungen werden im allgemeinen als "Summevon-Schwellwert-Schaltungen" (sum-of-threshold circuits) bezeichnet. Jedoch halten Speicherelemente im allgemeinen bis hinab zu einer Versorgungsspannung von weniger als der Hälfte dieser Schwellwertspannungssumme, so daß derartige Rücksetzschaltungen dazu neigen, bei einer zu hohen Spannung zu arbeiten.
Die GB 2109652A offenbart eine Einschaltrücksetzschaltung, die als Speicherschaltung bezeichnet ist und eine bistabile Schaltung und einen Zustandseinstelltransistor umfaßt, der durch den Ausgang einer Stromversorgungsspannungs- Detektorschaltung gesteuert wird, wobei sowohl die bistabile Schaltung als auch die Detektorschaltung Verarmungs-Transistoren einsetzt, die in der Standard-CMOS-Technologie nicht zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einschaltrücksetzschaltungsanordnung für eine integrierte CMOS-Schaltung, aufweisend ein Paar p-Kanal Transistoren und ein Paar n-Kanal Transistoren, die zur Ausbildung einer bistabilen Schaltung querverschaltet bzw. kreuzweise geschaltet sind, und eine Stromspiegelschaltung, die dazu ausgelegt ist, einen Leitungspfad durch einen Transistor effektiv parallel zu einem der Transistoren der bistabilen Schaltung zwischen einem Ausgang der bistabilen Schaltung und einem Versorgungsspannungsleiter der Schaltungsanordnung vorzusehen, wobei die Anordnung derart ist, daß, wenn die Versorgungsspannung von einem Wert von im wesentlichen Null ansteigt, anfängliche Leckströme (bzw. Streu- oder Verlustströme) in Transistoren zwischen dem Ausgang und dem einen Versorgungsspannungsleiter und nachfolgend der Wert des Stromflusses im Transistor, der diesen Strompfad vorsieht, wenn die Stromspiegelschaltung betriebswirksam wird, ausreichend sind, um das Potential des Ausgangs der bistabilen Schaltung im wesentlichen auf dem Potential des einen Spannungsleiters zumindest, bis der Wert der Versorgungsspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, zu haltend.
Eine Einschaltrücksetzschaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhalber unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnungen erläutert, die die Schaltungsanordnung schematisch darstellt.
Gemäß der Zeichnung umfaßt die Rücksetzschaltung Transistoren 1 bis 4 und Dioden 3 und 6, die zur Ausbildung einer bistabilen Schaltung geschaltet sind, welche dazu ausgelegt ist, mittels Versorgungsspannungsleitern 7 und 8 erregt bzw. mit Energie versorgt zu werden. Die bistabile Schaltung weist im Betrieb einen ersten stabilen Zustand auf, in dem eine Verbindungsstelle oder ein Knoten 9 hoch ist, dies bedeutet auf einer Spannung nahe der des positiven Versorgungsleiters 7, und wobei eine Verbindungsstelle oder ein Knoten 10 niedrig ist, dies bedeutet auf einer Spannung nahe der des Null-Versorgungsspannungsleiters 8 liegt, und weist einen zweiten stabilen Zustand auf, in dem der Knoten 9 niedrig ist und der Knoten 10 hoch ist.
Die Kanäle der p-Kanal Transistoren 1 und 2 weisen dieselbe Länge auf, jedoch ist der Kanal des Transistors 1 viel breiter als der des Transistors 2, wie durch die in Mikrometern in der Zeichnung angezeigten Kanalmeßwerte angedeutet ist. So ist gemäß der Andeutung der Kanal des Transistors 1 40 um breit und 8 um lang. Auch bezüglich der Kanäle der n-Kanal Transistoren 3 und 4 ist der Kanal des Transistors 4 viel breiter als der des Transistors 3. Infolge dieser Ungleichheiten unterstützen, falls die Versorgungsspannung zwischen den Leitern 7 und 8 von Null an langsam ansteigt, die Verstimmung bzw. Unausgewogenheit in den Transistorverstärkungen und Leckströme das Zwingen der bistabilen Schaltung auf den ersten der oben erwähnten stabilen Zustände, in dem der Knoten 9 hoch ist und der Knoten 10 niedrig ist.
Zwei weitere n-Kanal Transistoren 11 und 12 bilden eine Stromspiegelschaltung, deren Funktion darin besteht, einen Strom I&sub2; zu ziehen, der eng mit einem Strom I&sub3; übereinstimmt, dessen Wert durch einen p-Kanal Transistor 13 bestimmt wird, wobei der Transistor 13 ein Element mit niedrigem Strom und niedriger Verstärkung ist.
Bei Werten der Versorgungsspannung unterhalb der Summe der Schwellwertspannungen vom Transistor 2 und der Diode 6, jedoch bei Spannungen oberhalb derjenigen, bei denen Leckströme dominieren, ist der Wert des Stroms I&sub2; größer als der Wert des Stroms I&sub1;, der dann durch den Transistor 2 und die Diode 6 fließt, und der Knoten 10 wird hierdurch niedrig gehalten.
Wenn die Versorgungsspannung langsam von Null ansteigt, so neigen daher anfänglich die Leckströme in den Transistoren 1 bis 4 dazu, die bistabile Schaltung in den Zustand zu setzen, in dem der Knoten 10 niedrig ist. Bei leicht höheren Versorgungsspannungen neigt die Stromspiegelschaltung dazu, den Knoten 10 niedrig zu halten. Wenn die Versorgungsspannung die Summe von Schwellwerten vom Transistor 2 und der Diode 6 um einen gewissen Spielraum übersteigt, bestimmt der Zustand der bistabilen Schaltung selbst, ob der Knoten 10 niedrig oder hoch ist. Ein Ausgangssignal vom Knoten 10 kann beispielsweise mittels Invertierer 14 und 15 als ein Reset- oder Rücksetzsignal verwendet werden, wobei dieses Signal entfernt werden kann, indem die bistabile Schaltung in den Zustand gesetzt wird, in dem der Knoten 10 hoch ist, und zwar beispielsweise durch ein geeignetes logisches Eingangssignal am Knoten 9.
Das logische Eingangssignal wird mittels eines Transistors 16 zugeführt, der in seinem leitenden Zustand das Rücksetzsignal beseitigen wird, wenn die Versorgungsspannung die im vorhergehenden Absatz dargelegte Schwellwertsumme übersteigt. Da der Schwellwert vom Transistor 2 in der Größenordnung von 1 V liegt und der Schwellwert der Diode 6 in der Größenordnung von ½ V, liegt der Wert der Versorgungsspannung, bei der die bistabile Schaltung umschalten wird, in der Größenordnung von 1 ½ V. Vergleichsweise hierzu arbeitet eine bekannte auf Schwellwertsummen basierende Rücksetzschaltung bei Versorgungsspannungen von mehr als 2 V und würde mit weiteren Seriendioden auf mehr als 2 ½ V arbeiten.
Das Eingangssignal zum Aufheben des Rücksetzzustandes kann ein Ereignis wie die Betätigung einer Drucktaste auf einem Rechner oder einem Telephontastenblock sein. Alternativ kann die vorliegende Rücksetzschaltung, wie in der Zeichnung dargestellt, mit einer konventionellen Schwellwertsummenschaltung kombiniert werden, die Transistoren 17 bis 20 umfaßt, wobei diese so ausgelegt werden kann, daß ihr Ausgangssignal zum Transistor 16 bei Versorgungsspannungen von 2 ½ V zwischen den Leitern 7 und 8 wechselt. Wenn der Eingang des Transistors 17 mit dem Versorgungsleiter 8 verbunden ist, würde das Ausgangssignal von der kombinierten Schaltungsanordnung den Resetzustand oder Rücksetzzustand halten, bis die Versorgungsspannung über 2 ½ V ansteigt, würde jedoch nicht die Rücksetzung bei fallender Versorgungsspannung vorsehen, bis diese unter 1 ½ V liegt. Mit anderen Worten, würde die Anordnung eine Hysterese liefern.
Falls das Eingangssignal in den Transistor 17, wie oben erwähnt, ein Ereignis ist, dann wird die Beseitigung oder Rücksetzung durch das Ereignis zugelassen werden, falls die Versorgungsspannung über 2 ½ V liegt, jedoch wird wiederum die Rücksetzung nicht wieder vorgesehen werden, bis die Versorgungsspannung unter 1 ½ V abgesunken ist.
Falls das Eingangssignal in den Transistor 17 vom Ausgang des Invertierers 15 genommen wird, ist die Funktionsweise ähnlich der, bei der der Eingang des Transistors 17 mit dem 0-V-Leiter 8 verbunden ist, außer daß, wenn einmal die Rücksetzung durch eine ansteigende Versorgungsspannung aufgehoben worden ist, der Transistor 17 ausgeschaltet ist und die Transistoren 18, 19 und 20 virtuell (scheinbar) keinen Strom ziehen, bis die Versorgungsspannung unter 1 ½ V zurückgefallen ist und der Rücksetzzustand wieder hergestellt worden ist. Dies minimiert den Stromverbrauch der Schaltungsanordnung im kritischen Bereich niedriger, jedoch bestandsfähiger, ausführbarer Spannungen.
Kondensatoren 21 und 22 dienen dazu, sicherzustellen, daß die Schaltungsanordnung im Rücksetzzustand startet, falls die Versorgungsspannung rapide von Null ansteigt.

Claims

1. Einschaltrücksetzschaltungsanordnung für eine integrierte CMoS-Schaltung, aufweisend ein Paar p-Kanal Transistoren (1, 2) und ein Paar n-Kanal Transistoren (3, 4), die zur Ausbildung einer bistabilen Schaltung (1, 2, 3, 4) querverschaltet sind, und eine Stromspiegelschaltung (11, 12, 13), die dazu ausgelegt ist, einen Leitungspfad durch einen Transistor (11) effektiv parallel zu einem der Transistoren (4) der bistabilen Schaltung zwischen einem Ausgang (10) der bistabilen Schaltung und einem Versorgungsspannungsleiter (8) der Schaltungsanordnung vorzusehen, wobei die Anordnung derart ist, daß, wenn die Versorgungsspannung von im wesentlichen Null ansteigt, anfängliche Leckströme in Transistoren (4, 11) zwischen dem Ausgang (10) und dem einen Versorgungsspannungsleiter (8) und nachfolgend der Wert des Stromflusses im Transistor (11), der diesen Strompfad vorsieht, wenn die Stromspiegelschaltung (11, 12, 13) betriebswirksam wird, ausreichend sind, um das Potential des Ausgangs (10) der bistabilen Schaltung im wesentlichen auf dem Potential des einen Spannungsversorgungsleiters (8) zumindest, bis der Wert der Versorgungsspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, zu halten.

2. Einschaltrücksetzschaltungsanordnung für eine integrierte CMOS-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbreite dieses einen Transistors (4) der bistabilen Schaltung größer als die des anderen Transistors (3) derselben Leitfähigkeitsart in der bistabilen Schaltung ist.