DE3874436T2

DE3874436T2 - Generator zur erzeugung von ruecksetzimpulsen beim ansteigen der spannungsversorgung fuer integrierte cmos-schaltungen.

Info

Publication number: DE3874436T2
Application number: DE8888107152T
Authority: DE
Inventors: Marco Dallabora; Roberto Gastaldi; David Novosel
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1987-05-07
Filing date: 1988-05-04
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2008-05-05
Also published as: EP0298215A1; JP2588582B2; DE3874436D1; JPS63314023A; IT1215463B; US4888497A; IT8720420A0; EP0298215B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator für Rücksetzimpulse beim Anstieg der Versorgungsspannung (Einschalt- Rücksetzen) bei integrierten CMOS-Schaltungen.
Bei einer groben Vielzahl von integrierten Schaltungen ist eine Reihe von Initialisierungsvorgängen erforderlich, wenn die Schaltung eingeschaltet wird oder ihren Betrieb nach einer zufälligen und unvorhergesehenen Leistungsunterbrechung wieder aufnimmt. Bei Geräten, bei denen kein externer Takt zur Synchronisation dieser Vorgänge vorgesehen ist, ist eine Einschalt-Rücksetzschaltung erforderlich, die ausgelegt ist, eine oder mehrere Impulse zu erzeugen, welche die Initialisierungsvorgänge auslösen (Rücksetzimpulse).
Zum guten Betrieb muß ein Einschalt-Rücksetzgenerator korrekt darauf reagieren, ob die Versorgungsspannung langsam oder schnell ansteigt. Das bildet ein Problem infolge der Schwierigkeit, eine Schaltung zu erzeugen, die mit der gleichen Sicherheit Änderungs-Erscheinungen mit in hohem Maße unterschiedlichen Anstiegszeiten erfaßt.
Einschalt-Rücksetzgeneratoren sind weiter erforderlich, um nicht nur im Augenblick des anfänglichen Einschaltens zu wirken, sondern auch im Falle von aufeinanderfolgenden kurzen Unterbrechungen der Spannungsversorgung, welche die in der Schaltung gespeicherten Daten beeinträchtigt haben können. Für diesen Zweck ist die minimale Länge der Unterbrechungszeit der Spannungsversorgung (minimale Unterbrechungszeit) kritisch. Die Wiederholzeit, d. h. die für den Generator erforderliche Minimal zeit zum Zurückkehren zu Bedingungen, die das Einschreiten im Falle einer neuen Unterbrechung möglich machen, ist ebenfalls kritisch. In den integrierten CMOS-Schaltungen, um die es hier geht, ist es auch wichtig, daß der Stromverbrauch soweit wie möglich verringert wird.
Bekannte Versorgungs-Einschaltkreise erreichen eines oder das andere der genannten Ziele, jedoch nicht alle gleichzeitig, so daß sie Mängel zeigen entweder in Richtung des übermäßigen Stromverbrauchs oder der außerordentlich langen Erholzeit oder des engen Bereichs möglicher Anstiegszeiten.
Das wesentliche Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, einen Einschalt-Rücksetzgenerator des vorstehend beschriebenen Typs zu schaffen, der gleichzeitig alle erwähnten Anforderungen in einem höheren Ausmaß als bekannte Schaltungen erfüllt.
Das vorstehend beschriebene Ziel wird zusammen mit anderen Gegenständen und Vorteilen, die später offenbar werden, durch die Erfindung erreicht mit einem Generator für Rückstellimpulse bei dem anstieg der Stromversorgung in integrierten CMOS-Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt:
a) eine Eingangsstufe (I) mit Ohm'schen Spannungsteilermitteln (M1-M5) über der Spannungsversorgung, mit einem Knoten höherer Spannung (A) und einem Knoten niedrigerer Spannung (C) und normal offenem Schaltermittel (M8) zwischen der Stromversorgung (Vcc) und dem Knoten mit höherer Spannung, wobei das Schaltermittel durch den Knoten mit niedrigerer Spannung so angesteuert wird, daß es den Knoten höherer Spannung mit der Speisespannung kurzschließt, wenn der Knoten niedrigerer Spannung einen vorgegebenen Schwellwert erreicht, wodurch die Spannung an dem Knoten höherer Spannung im wesentlichen auf die Speisespannung ansteigt;
b) einen ersten invertierenden Schmitt-Trigger (T1), der durch den Knoten höherer Spannung der Eingangsstufe angesteuert wird und eine tiefer als der Wert der Speisespannung liegende Schaltschwelle besitzt;
c) einen ersten Kondensator (C1), der zwischen dem Knoten höherer Spannung der Eingangsstufe und Masse angeschlossen ist;
d) eine Ausgangsstufe (F), die durch den Ausgang des ersten Schmitt-Triggers (T1) angesteuert wird und Schaltkreismittel (U1-U4, M10-M12, C2, T2) umfaßt zur Erzeugung eines Impulses einer vorbestimmten Dauer bei jedem Schalten des ersten Schmitt-Triggers.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung, die als Beispiel angegeben wird, wird nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Generators nach der bevorzugten Ausführung der Erfindung;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Eingangsstufe des Generators der Fig. 1; und
Fig. 3 ein Schaltbild eines Ausgangsimpulsformers ist, der einen Teil des Generators der Fig. 1 bildet.
In Fig. 1 umfaßt der Generator nach der bevorzugten Ausführung der Erfindung eine Eingangsstufe I, die durch die Versorgungsspannung Vcc (typischerweise 5V) gespeist und angesteuert wird, die ein Spannungssignal VA zum Ansteuern eines Schmitt-Triggers T1 erzeugt, dessen Ausgangsspannungs- Vorderkante Vf wiederum einen Ausgangsimpulsformer F ansteuert, dessen Ausgangssignal Vr den gewünschten Einschalt-Rücksetzimpuls bildet.
Das detaillierte Schaltbild der Eingangsstufe I ist in Fig. 2 gezeigt. Eine Kette aus bunt jeweils dioden-beschalteten Transistoren M1, M2, M3, M4 und M5 wirkt als Mittel zum Untersetzen der Spannung zwischen dem Versorgungsspannungs- Anschluß Vcc und Masse. Die Transistoren M2, M3, M4 und M5 sind wie üblich ausgelegt, während der Transistor M1 eine angehobenen Schwellwert mit hohem Widerstand besitzt, wodurch der Strom im Spannungsteiler reduziert wird. Der Knoten C zwischen den Transistoren M3 und M4 ist an dem Gate eines Transistors M6 angeschlossen, dessen Source an Masse liegt und dessen Drain durch einen dioden-beschalteten Lasttransistor M7 zu der Spannungsversorgung Vcc führt.
Der Drain B des Transistors M6 steuert das Gate des P-Kanal- Transistors M8 an, dessen Source durch den Knoten A zwischen den Transistoren M1 und M2 mit Spannung versorgt wird, welcher Knoten wiederum mit dem Knoten zwischen einem dioden-geschalteten Transistor M9 und einem an Masse liegenden Kondensator C1 verbunden ist.
Wenn Vcc von Null an ansteigt, steigen die Spannungen VA und VC in den Knotenpunkten A bzw. C entsprechend dem Teilungsverhältnis an, das durch die Kette der Transistoren M1-M5 bestimmt wird. Wenn der Knoten C den Schwellwert für den Transistor M6 erreicht (was bei Werten von Vcc auftritt, die allgemein zwischen 3,5 und 4,5 V enthalten sind), wird ein positiver Rückkoppelimpuls ausgelöst, der die Spannung VA scharf auf annähernd Vcc ansteigen lädt.
Der Schmitt-Trigger T1 erfaßt die Zustandsänderung der Eingangsstufe I und schaltet sein eigenes Ausgangssignal Vf auf einen niedrigen Wert.
Bei der Formungsstufe F für die Ausgangsimpulse, deren Schaltbild in Fig. 3 dargestellt ist, wirkt eine Kaskade von drei Invertern U1, U2 und U3 als eine Verzögerungsstufe für die Spannungsanstiegskante Vf, die vom (in Fig. 3 nicht gezeigten) Schmitt-Trigger T1 ankommt. Der Ausgangsknoten von U3 ist an einer Seite mit dem Gate eines Transistors M10 verbunden, der zu einem P-Kanal-Lasttransistor M11 führt, und an der anderen Seite mit dem Eingang eines Inverters U4, der an dem Ausgang durch einen Kondensator C2 überbrückt ist, und der wiederum als Verzögerungsschaltung wirkt, welche einen in Reihe mit M10 geschalteten Transistor M12 ansteuert. Der Drain von M10 steuert einen abschließenden Schmitt- Trigger T2 an, der als Ausgangssignal den Impuls Vr erzeugt.
In der Schaltung nach Fig. 3 ist M10 normal aus, während M12 ein ist, und deswegen ist der source-Anschlup von M11 normalerweise hoch. Wenn das Gate von M10 ansteigt, fällt die Source von M11 ab und läßt den Trigger T2 schalten. Mit durch U4 und C2 bestimmter Verzögerung wird daraufhin der Transistor M9 abgeschaltet, wodurch in dem Transistor M11 der Strom zur Masse unterbrochen und so dessen Source wieder zum Ansteigen gebracht wird mit darauffolgendem neuerlichem Schalten des Triggers T. So wird der Trigger T2 zweimal durch die gleiche Anstiegskante geschaltet, erst durch Direkteinwirkung des Signals auf den Transistor M10, und dann durch den durch den Transistor M12 verzögerten Effekt. Das Ergebnis ist ein Impuls mit einer Länge, die von der durch U4 und C2 eingeführten Verzögerung abhängt.
Die Schmitt-Trigger T1 und T2 sind beide von einem auf dem Fachgebiet bekannten üblichen Typ.
Bei ansteigendem Vcc besitzt die Eingangsstufe eine hohe Impedanz, wobei die Zeitkonstante des Knotens A von der Reihenschaltung der Transistoren M1-M5 mit dem Kondensator C1 abhängt, welche angemessen das Schalten des Triggers T1 verzögert. Diese Verzögerung ist wichtige um sicherzustellen, daß der Trigger T1 auch bei außerordentlich raschen Wellenanstiegskanten korrekt zurückgesetzt wird, wobei sein Ausgangssignal bei hohem logischen Pegel liegt. Die Schaltung kann so auf steilere Anstiegskanten reagieren, als solche, die tatsächlich durch parasitäre Kapazitäten in Zusammenhang mit dem Spannungsversorgungsknoten zugelassen sind.
Bei abfallender Vcc besitzt die Eingangsstufe eine sehr niedrige Impedanz, da M9 rasch den Knoten A entlädt und der Schmitt-Trigger T1 auf einen Zustand zur Erzeugung eines neuen Impulses zurückgesetzt wird wenn VA den Wert der negativen Auslöseschwelle annimmt.
Es sollte weiter festgestellt werden, daß bei dem Impulsformer nach Fig. 3 keine leitenden Wege zwischen der Spannungsversorgung und der Masse bestehen, außer durch die Erzeugung des Impulses. In der Eingangsstufe nimmt normalerweise nur der Spannungsteiler M1-M5 Strom auf, jedoch ist dieser Strom infolge des hohen Widerstandes von M1 gering. Die Schmitt- Trigger verbrauchen keine Leistung, außer beim Schalten. Deswegen ist der gesamte Stromverbrauch außerordentlich reduziert.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wurde beschrieben, es ist jedoch zu verstehen, daß diese für äquivalente Modifizierungen und Abwandlungen durch den Fachmann offen sind, entsprechend der hier gegebenen Lehre.

Claims

1. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen beim Ansteigen der Spannungsversorgung für integrierte CMOS-Schaltungen, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt:

a) eine Eingangsstufe (I), die Ohmsche Spannungsteilermittel (M1-M5) über die Spannungsversorgung mit einem höheren Spannungsknoten (A) und einem niedrigeren Spannungsknoten (C), sowie Arbeitskontaktschaltmittel (M8) zwischen der Spannungsversorgung und dem höheren Spannungsknoten umfaßt, wobei das Schaltmittel vom niedrigeren Spannungsknoten so angesteuert wird, daß es den höheren Spannungsknoten mit der Speisespannung kurzschließt, wenn der niedrigere Spannungsknoten einen vorgegebenen Wert erreicht, wodurch die Spannung am höheren Spannungsknoten im wesentlichen auf den Wert der Speisespannung steigt;

b) einen ersten invertierenden Schmitt-Trigger (T1), der vom höheren spannungsknoten der Eingangsstufe angesteuert wird und eine unter dem Wert der Speisespannung liegende Schaltschwelle hat;

c) einen ersten Kondensator (C1), der zwischen den höheren Spannungsknoten der Eingangsstufe und Masse geschaltet ist;

d) eine Ausgangsstufe (F), die vom Ausgang des ersten Schmitt- Trigger (T1) angesteuert wird und Schaltkreismittel (U1-U4, M10-M12, C2, T2)) zur Erzeugung eines Impulses von vorgegebener Dauer bei jedem Schalten des ersten Schmitt-Trigger umfaßt.

2. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltmittel (M6, M7, M8) einen ersten Transistor (M8) umfaßt, der einen an die Spannungsversorgung angeschlossenen Drain hat, eine an den höheren Spannungsknoten der Spannungsteilermittels angeschlossene Quelle, sowie ein von einem Verstärker (M6, M7), der einen an den niedrigeren Spannungsknoten angeschlossenen Eingang hat, angesteuertes Gate.

3. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilermittel fünf Dioden (M1-M5) umfassen, die in Reihe geschaltet sind, wobei der höhere Spannungsknoten (A) der Verbindungspunkt zwischen der ersten und der zweiten Diode von der Spannungsversorgung her ist, und der niedrigere Spannungsknoten (C) der Verbindungspunkt zwischen der dritten und der vierten Diode von der Spannungsversorgung her ist.

4. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltkreismittel zur Erzeugung eines Impulses umfaßt:

a) eine UND-Schaltung (M10, 12) mit einem ersten und einem zweiten Eingang, die einen zweiten Schmitt-Trigger (T2) ansteuert;

b) ein monostabiles Element (U4, C2, M12), das den ersten Eingang der UND-Schaltung ansteuert; und

c) Signalübertragungsmittel (U1, U2, U3), das vom Ausgang des ersten invertierenden Schmitt-Trigger (T1) angesteuert wird, und dessen Ausgang sowohl das monostabile Element als auch den zweiten Eingang der UND-Schaltung ansteuert.

5. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die UND-Schaltung einen zweiten Transistor (M10) umfaßt, dessen Drain an eine Last (M11) angeschlossen ist, wobei die Quelle und das Gate des zweiten Transistors der erste und zweite Eingang der UND-Schaltung sind.

6. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das monostabile Element einen ersten Inverter (U4) umfaßt, dessen Ausgang das Gate eines dritten Transistors (M12) ansteuert, der in Sourceschaltung geschaltet ist, und dessen Drain an die Quelle des zweiten Transistors angeschlossen ist, wobei das Gate des dritten Transistors über einen zweiten Kondensator (C2) auch an Masse angeschlossen ist.

7. Generator zur Erzeugung von Rücksetzimpulsen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalübertragungsmittel eine Kaskade von drei weiteren Invertern (U1, U2, U3) umfaßt.