JP2008131227A - パワーオンリセット回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】2種類の電源電圧に対応するパワーオンリセット回路における貫通電流を防止する。
【解決手段】外部からの電源電圧VDDを監視する監視部10から出力されるリセット信号RS1と、内部の電源電圧REGを監視する監視部20から出力されるリセット信号RS2の論理積をとってリセット信号RSTを出力する判定部30において、電源電圧VDDとノードN3の間に接続されて監視信号RS2で導通状態が制御されるPMOS33に直列にPMOS32を挿入し、このPMOS32の導通状態をリセット信号RSTで制御する。これにより、監視信号RS2が不安定になってPMOS33とNMOS35が同時にオンになっても、PMOS32がオフとなるので貫通電流は流れない。
【選択図】図1

Description

本発明は、電源の立ち上がりを監視して電源が所定のレベルに上昇するまで内部回路をリセット状態にするためのパワーオンリセット回路に関するものである。
図2は、従来のパワーオンリセット回路の構成図である。
このパワーオンリセット回路は、外部から与えられる電源電圧VDDと共に、内部の電圧レギュレータで調整された電源電圧REGの2種類の電源電圧に対応するものである。
このパワーオンリセット回路は、電源電圧VDDの立ち上がりを監視してリセット信号RS1を出力する監視部1と、電源電圧REGの立ち上がりを監視してリセット信号RS2を出力する監視部2を有している。監視部1,2は何れも同一構成で、キャパシタの静電容量Cとトランジスタのオン抵抗RによるCR時定数回路を使用し、このキャパシタに電源電圧から充電された電圧を閾値で判定することにより、電源電圧の立ち上がりを検出するものである。監視部2の出力側には、リセット信号RS2を電源電圧VDDのレベルに変換するレベルシフタ3が接続されている。
レベルシフタ3は、ゲートにリセット信号RS2が与えられるNチャネルMOSトランジスタ(以下、「NMOS」という)3aと、このリセット信号が電源電圧REGで駆動されるインバータ3bで反転されてゲートに与えられるNMOS3cを有している。NMOS3a,3cのソースは接地電位GNDに接続され、ドレインはそれぞれPチャネルMOSトランジスタ(以下、「PMOS」という)3d,3eを介して電源電圧VDDに接続されている。また、PMOS3d,3eのゲートは、それぞれNMOS3c,3aのドレインに接続されており、このNMOS3cのドレインから、リセット信号RS2が電源電圧VDDのレベルに変換されて、リセット信号RS3として出力されるようになっている。リセット信号RS1,RS3は、否定的論理積ゲート(以下、「NAND」という)4に与えられている。
NAND4は、リセット信号RS1,RS3が共にレベル“H”のときに、レベル“L”の信号S4を出力するもので、リセット信号RS1,RS3の一方または両方が“L”のときには、信号S4を“H”にして出力するものである。NAND4は一般的な構成で、信号S4が出力されるノードN4と電源電圧VDDの間に並列に接続されたPMOS4a,4bと、このノードN4と接地電位GNDの間に直列に接続されたNMOS4c,4dで構成されている。そして、PMOS4aとNMOS4cのゲートにリセット信号RS1が与えられ、PMOS4bとNMOS4dのゲートにリセット信号RS3が与えられるようになっている。
NAND4から出力される信号S4は、電源電圧VDDで駆動されるインバータ5で反転された後、電源電圧REGで駆動される縦続接続されたインバータ6,7を通してパワーオンリセット信号PORとして出力されるようになっている。
また、インバータ5の出力信号は、電源電圧REGで駆動されるインバータ8で反転され、起動信号STAとして電圧レギュレータ9に与えられるようになっている。電圧レギュレータ9は、外部から与えられる電源電圧VDDを調整して内部の電源電圧REGを生成するものである。なお、起動信号STAは、起動時に電圧レギュレータ9内部の定電圧回路に電流を流すことによって、基準電圧を発生させるための信号である。
図3は、図2の動作を示す信号波形図である。以下、この図3を用いて図2の動作を説明する。
図3に示すように、外部から電源の供給が開始されると、電源電圧VDDは接地電位GNDから所定の電位vdまで上昇する。電源供給開始前は、監視部1,2内のキャパシタが放電されているので、リセット信号RS1,RS2は接地電位GNDである。従って、NAND4から出力される信号S4と、インバータ8から出力される起動信号STAも接地電位GNDとなっている。
電源電圧VDDの上昇により、信号S4と起動信号STAも上昇を開始する。この時点では、起動信号STAが電圧レギュレータ9を起動させるレベルに達していないので、この電圧レキュレータ9から電源電圧REGは出力されない。
監視部1では、電源電圧VDDからトランジスタのオン抵抗を通してキャパシタが充電され、このキャパシタの電圧が閾値を越えた時点でリセット信号RS1が“H”に変化する。一方、監視部2には電源電圧REGが与えられていないので、リセット信号RS2は“L”のままである。従って、NAND4から出力される信号S4は“H”であり、インバータ8から出力される起動信号STAも“H”である。
電源電圧VDDの上昇によって起動信号STAが電圧レギュレータ9の起動レベルまで上昇すると、この電圧レギュレータ9の動作が開始される。これにより、電圧レギュレータ9から出力される電源電圧REGが上昇を開始する。
監視部2では、電源電圧VDDからトランジスタのオン抵抗を通してキャパシタが充電され、このキャパシタの電圧が閾値を越えた時点でリセット信号RS2が“H”に変化する。リセット信号RS2が“H”になると、レベルシフタ3から出力されるリセット信号RS3も“H”となり、NAND4から出力される信号S4は“L”となる。
信号S4が“L”になると、電圧レギュレータ9に与えられている起動信号STAも“L”になるが、この電圧レギュレータ9は既に起動されているので、その動作は継続される。一方、信号S4は、インバータ5〜7で反転され、インバータ7から出力されるパワーオンリセット信号PORは、電源電圧REGの“H”となる。これにより、電源電圧REGで動作する図示しない内部回路のリセット状態が解除され、正常に立ち上がった電源電圧REGの下で動作が開始される。
このような構成により、電源電圧VDDの立ち上がりが非常に遅い場合(例えば、500msかかる場合)に電源電圧REGが先に立ち上がり、この電源電圧REGで動作するロジック回路が先に起動して、電源電圧VDDで動作するアナログ回路等へアクセスを開始して誤動作を起こすというおそれがなくなる。
なお、下記特許文献1には、1種類の電源電圧に対応するパワーオンリセット回路における貫通電流の防止技術が記載されている。
特開2005−159996号公報
しかしながら、前記パワーオンリセット回路では、電源電圧VDDが立ち上がった後、電圧レギュレータ9から出力される電源電圧REGが立ち上がるまでの間、NAND4の入力信号のレベルが不安定になり、電源電圧VDDから接地電位GNDに貫通電流が流れるという問題があった。
即ち、電源電圧VDDが立ち上がった後、電源電圧REGが立ち上がるまでの間、監視部2とレベルシフタ3内のインバータ3bには、正常な電源電圧REGが供給されない。従って、監視部2から出力されるリセット信号RS2と、インバータ3bの出力信号は、共に“L”となる。このため、NMOS3a,3cはオフ状態となり、レベルシフタ3から出力されるリセット信号RS3のレベルが不定となる。
この状態では、電源電圧VDDが立ち上がっているのでリセット信号RS1は“H”となっており、PMOSa4はオフ、NMOS4cはオンである。一方、リセット信号RS3が不安定になることで、PMOS4bとNMOS4cが同時にオンとなるおそれがある。これにより、電源電圧VDDからPMOS4b,NMOS4c,4dを通して、接地電位GNDに貫通電流が流れる。従って、電源投入のたびに貫通電流が流れることにより、経時劣化によって動作不良を招くおそれがあった。
本発明は、2種類の電源電圧に対応するパワーオンリセット回路における貫通電流の防止を目的としている。
本発明は、外部から与えられる電源電圧で動作する第1の内部回路と該電源電圧から生成される内部電源電圧で動作する第2の内部回路を有する半導体集積回路において該第2の内部回路に起動時のパワーオンリセット信号を与えるパワーオンリセット回路を次のように構成している。
即ち、このパワーオンリセット回路は、前記電源電圧が所定のレベルに達したときに前記第1の内部回路をリセット状態から解除するための第1の監視信号を出力する第1の監視部と、前記内部電源電圧が所定のレベルに達したときに第2の監視信号を出力する第2の監視部と、前記電源電圧で動作し、前記第1及び第2の監視信号が出力されたときにリセット信号を出力する判定部と、前記内部電源電圧で動作し、前記リセット信号を該内部電源電圧のレベルに変換して前記パワーオンリセット信号として出力する出力部とを備え、前記判定部は、前記電源電圧と内部ノードの間に接続され、前記第1の監視信号で導通状態が制御される第1のPMOSと、前記電源電圧と内部ノードの間に直列に接続され、前記リセット信号及び前記第2の監視信号でそれぞれ導通状態が制御される第2及び第3のPMOSと、前記内部ノードと接地電位の間に直列に接続され、前記第1及び第2の監視信号でそれぞれ導通状態が制御される第1及び第2のNMOSと、前記内部ノードの信号を反転して前記リセット信号を出力するインバータとで構成したことを特徴としている。
本発明では、電源電圧と内部ノードの間に接続されて第2の監視信号で導通状態が制御される第3のPMOSに直列に第2のPMOSを挿入し、この第2のPMOSをリセット信号で制御するようにしている。これにより、第2の監視信号が不安定になることで、第3のPMOSと第2のNMOSが同時にオンになっても、第2のPMOSがオフとなるので、貫通電流が流れることがなくなるという効果がある。
この発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、次の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、より完全に明らかになるであろう。但し、図面は、もっぱら解説のためのものであって、この発明の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明の実施例1を示すパワーオンリセット回路の構成図である。
このパワーオンリセット回路は、外部から与えられる電源電圧VDDと共に、内部の電圧レギュレータで調整された電源電圧REG(但し、VDD>REG)の2種類の電源電圧に対応するものである。
このパワーオンリセット回路は、電源電圧VDDの立ち上がりを監視してリセット信号RS1を出力する監視部10と、電源電圧REGの立ち上がりを監視してリセット信号RS2を出力する監視部20を有している。
監視部10は、電源電圧VDDとノードN1の間に接続されたPMOS11と、このノードN1と接地電位GNDの間に接続されたキャパシタ12による時定数回路を有している。ノードN1には、電源電圧VDDで駆動されるインバータ13,14,15が縦続接続され、このインバータ14の出力側からリセット信号RS1が出力されるようになっている。
更に、インバータ15の出力側は、NMOS16を介してPMOS11のゲートに接続されると共に、NMOS17のゲートに接続されている。NMOS17のドレインとソースは、それぞれPMOS11のゲートと接地電位GNDに接続されている。また、NMOS16のゲートは、電源電圧VDDに接続されている。
監視部20は、電源電圧REGで動作することを除き、監視部10と同様の構成となっている。この監視部20から出力されるリセット信号RS2は、監視部10から出力されるリセット信号RS1と共に、判定部30に与えられている。
判定部30は、電源電圧VDDとノードN3の間に接続されたPMOS31と、電源電圧VDDとノードN3の間に直列に接続されたPMOS32,33と、ノードN3と接地電位GNDの間に直列に接続されたNMOS34,35と、ノードN3の信号SN3を反転してリセット信号RSTを出力するインバータ37で構成されている。PMOS31とNMOS34のゲートにリセット信号RS1が与えられ、PMOS33とNMOS35のゲートにリセット信号RS2が与えられている。また、PMOS32のゲートには、リセット信号RSTが与えられている。そして、リセット信号RS1,RS2の否定的論理積の信号SN3が、ノードN3から出力されるようになっている。
なお、PMOS31〜33とNMOS34,35のディメンジョン(ゲート幅)の関係は、NMOS34,35>>PMOS31≧PMOS32,33である。特に、NMOS34,35のディメンジョンは、PMOS32,33のディメンジョンの20倍程度に設定される。これは、PMOS31のディメンジョンがNMOS34,35のディメンジョンよりも大きいと電流駆動能力が大きくなり、ノードN3を“H”から“L”に遷移させる(即ち、PMOS31をオフにし、NMOS34,35をオンにする)時間が長くなって判定部30で不要な貫通電流が生ずるので、これを防止するためである。
リセット信号RSTは、電源電圧REGで駆動される縦続接続された出力部のインバータ41,42を通してパワーオンリセット信号PORとして出力されるようになっている。また、リセット信号RSTは、電源電圧VDDで駆動されるインバータ43で反転され、起動信号STAとして電圧レギュレータ50に与えられるようになっている。電圧レギュレータ50は、起動信号STAが“H”になったときに起動され、外部から与えられる電源電圧VDDを調整して内部の電源電圧REGを生成するものである。
図4は、図1の動作を示す信号波形図である。以下、この図4を参照しつつ図1の動作を説明する。
図4に示すように、外部から電源の供給が開始されると、電源電圧VDDは接地電位GNDから所定の電位vdまで上昇する。電源供給開始直後は、監視部10,20内のキャパシタ12,22が放電されているので、リセット信号RS1,RS2は接地電位GNDである。従って、判定部30のPMOS31,33はオン、NMOS34,35はオフである。これにより、電源電圧VDDの上昇に伴って、判定部30のノードN3の信号SN3は上昇を開始する。
また、インバータ37から出力されるリセット信号RSTは、最初は電源電圧VDDの上昇に伴って上昇するが、この電源電圧VDDが所定の動作電圧まで上昇すると、信号SN3が反転して出力されるので、“L”となる。これにより、判定部30のPMOS32はオンとなる。
インバータ43から出力される起動信号STAは、最初はリセット信号RSTとは無関係に電源電圧VDDの上昇に伴って上昇し、この電源電圧VDDが所定の動作電圧まで上昇すると、“L”のリセット信号RSTに応じて更に上昇を続ける。この時点では、起動信号STAは、電圧レギュレータ50を起動させるレベルに達していないので、この電圧レキュレータ50から電源電圧REGは出力されない。
監視部10では、インバータ15の出力信号(“H”)によってNMOS17がオンとなっているので、PMOS11のゲートには“L”が与えられる。これにより、電源電圧VDDからPMOS11のオン抵抗を通してキャパシタ12が充電され、ノードN1の電圧がインバータ13の閾値電圧を越えた時点でリセット信号RS1が“H”に変化する。一方、監視部20には電源電圧REGが与えられていないので、リセット信号RS2は“L”のままである。
リセット信号RS1が“H”になると、判定部30のPMOS31はオフ、NMOS34はオンになるが、リセット信号RS2が“L”のままであるので、ノードN3の信号SN4は“H”のままで変化しない。
電源電圧VDDの上昇によって起動信号STAのレベルが上昇して電圧レギュレータ50の起動レベルに達すると、この電圧レギュレータ50の動作が開始される。
これにより、電圧レギュレータ50から出力される電源電圧REGが上昇を開始する。
監視部20では、電源電圧REGからPMOS21のオン抵抗を通してキャパシタ22が充電され、ノードN2の電圧がインバータ23の閾値を越えた時点でリセット信号RS2が“H”に変化する。
リセット信号RS2が“H”になると、判定部30のPMOS33はオフ、NMOS35はオンになるので、ノードN3の信号SN3は“L”に変化する。これにより、リセット信号RSTは“H”に変化し、PMOS32はオフになる。また、電圧レギュレータ50に与えられている起動信号STAは“L”になるが、この電圧レギュレータ50は既に起動されているので、その動作は継続される。
更に、“H”のリセット信号RSTは、電源電圧REGで動作する縦続接続されたインバータ41,42を介して、パワーオンリセット信号PORとして出力される。なお、このパワーオンリセット信号PORのレベルは、電源電圧REGである。これにより、電源電圧REGで動作する図示しない内部回路のリセット状態が解除され、正常に立ち上がった電源電圧REGの下で動作が開始される。なお、電源電圧VDDで動作する内部回路は、監視部10から出力されるリセット信号RS1によってリセット状態が解除される。
以上のように、この実施例1のパワーオンリセット回路は、レベルシフト機能と否定的論理積機能を合体した判定部30を設けているので、電源電圧VDDが立ち上がった後、電源電圧REGが立ち上がるまでの間でも、判定部30の各トランジスタのゲートに安定した電圧を与えることが可能になり、貫通電流が流れることがない。従って、貫通電流に起因する経時劣化によって動作不良を招くおそれがないという利点がある。
図5は、本発明の実施例2を示すパワーオンリセット回路の構成図であり、図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
このパワーオンリセット回路は、図1中の判定部30に代えて若干構成の異なる判定部30Aを設けたものである。即ち、判定部30Aは、ノードN3と接地電位GNDの間に、リセット信号RSTによって導通状態が制御されるNMOS36が追加されている。なお、NMOS36のディメンジョンは、NMOS34,35のディメンジョンの半分以下に設定されている。これは、NMOS34,35が2段直列に接続されているのに対し、NMOS36は1段構成であるので単純に電流駆動能力が2倍になることと、このNMOS36はNMOS34,35の補助的役割で、電流駆動能力をそれほど必要としないためである。その他の構成は、図1と同様である。
このパワーオンリセット回路では、電源電圧VDDが投入された後、リセット信号RSTが“L”の間はNMOS36はオフ状態であるので、図1のパワーオンリセット回路の動作と全く同様である。次にリセット信号RSTが“H”に変化すると、NMOS36はオンとなる。これにより、ノードN3の信号SN3が急速に“L”に変化する。従って、パワーオンリセット信号PORの立ち上がりの速度を速くすることができる。
なお、本発明は、上記実施例に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
(a) 監視部10,20の構成は、図1に例示したものに限定されない。
(b) 起動信号STAを使用する電圧レギュレータ50に代えて、ツェナーダイオード等と用いた電圧レギュレータを用いることができる。その場合、起動信号STAを生成するインバータ43は不要となる。
本発明の実施例1を示すパワーオンリセット回路の構成図である。 従来のパワーオンリセット回路の構成図である。 図2の動作を示す信号波形図である。 図1の動作を示す信号波形図である。 本発明の実施例2を示すパワーオンリセット回路の構成図である。
符号の説明
10,20 監視部
30,30A 判定部
31〜33 PMOS
34〜36 NMOS
37,41〜43 インバータ
50 電圧レギュレータ

Claims (4)

  1. 外部から与えられる電源電圧で動作する第1の内部回路と該電源電圧から生成される内部電源電圧で動作する第2の内部回路を有する半導体集積回路において該第2の内部回路に起動時のパワーオンリセット信号を与えるパワーオンリセット回路であって、
    前記電源電圧が所定のレベルに達したときに前記第1の内部回路をリセット状態から解除するための第1の監視信号を出力する第1の監視部と、前記内部電源電圧が所定のレベルに達したときに第2の監視信号を出力する第2の監視部と、前記電源電圧で動作し、前記第1及び第2の監視信号が出力されたときにリセット信号を出力する判定部と、前記内部電源電圧で動作し、前記リセット信号を該内部電源電圧のレベルに変換して前記パワーオンリセット信号として出力する出力部とを備え、
    前記判定部は、
    前記電源電圧と内部ノードの間に接続され、前記第1の監視信号で導通状態が制御される第1のPチャネルMOSトランジスタと、
    前記電源電圧と内部ノードの間に直列に接続され、前記リセット信号及び前記第2の監視信号でそれぞれ導通状態が制御される第2及び第3のPチャネルMOSトランジスタと、
    前記内部ノードと接地電位の間に直列に接続され、前記第1及び第2の監視信号でそれぞれ導通状態が制御される第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタと、
    前記内部ノードの信号を反転して前記リセット信号を出力するインバータとで、
    構成したことを特徴とするパワーオンリセット回路。
  2. 前記第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタのゲート幅は、前記第1〜第3のPチャネルMOSトランジスタのゲート幅の20倍程度であることを特徴とする請求項1記載のパワーオンリセット回路。
  3. 前記判定部に、前記内部ノードと接地電位の間に接続され、前記リセット信号で導通状態が制御される第3のNチャネルMOSトランジスタを設けたことを特徴とする請求項1または2記載のパワーオンリセット回路。
  4. 前記第3のNチャネルMOSトランジスタのゲート幅は、前記第1及び第2のNチャネルMOSトランジスタのゲート幅の1/2以下であることを特徴とする請求項3記載のパワーオンリセット回路。
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