JP4919704B2 - Power-on reset circuit - Google Patents
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Description
本発明は、半導体集積回路に設けられ、電源投入時にリセット信号を出力するパワーオンリセット回路に関するものである。 The present invention relates to a power-on reset circuit that is provided in a semiconductor integrated circuit and outputs a reset signal when power is turned on.
半導体集積回路を構成するフリップフロップ等の内部回路は、その立ち上がりの状態が定まらないため動作を開始する前に初期化状態(以下、リセット状態と称する)にする必要がある。そのため従来より半導体集積回路では、電源投入時に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を設けている。 An internal circuit such as a flip-flop constituting the semiconductor integrated circuit is not determined in its rising state, and therefore needs to be in an initialized state (hereinafter referred to as a reset state) before starting operation. Therefore, conventionally, a semiconductor integrated circuit is provided with a power-on reset circuit for resetting an internal circuit when power is turned on.
従来のパワーオンリセット回路の構成の概略について図3を参照しながら説明する。この従来のパワーオンリセット回路100はソースが電源電圧VDDに接続され、ゲートが接地電圧VSSに接続されたPチャネル型MOSトランジスタ(以下、PMOS)101と、PMOS101のドレインと接地電圧VSS(通常0ボルト)との間に直列接続されたキャパシタ102と、PMOS101とキャパシタ102との共通接続点(ノードX)に接続された第1及び第2のインバータ103,104とで構成されている。時定数を大きくするため、PMOS101は高抵抗であることが一般的である。第2のインバータ104の出力端は内部回路105と接続され、電源投入時には当該出力端からリセット信号RESが出力される。
An outline of the configuration of a conventional power-on reset circuit will be described with reference to FIG. This conventional power-on
次に、上記従来のパワーオンリセット回路100の動作について図4の波形図を参照しながら説明する。図4において、縦軸は電圧、横軸は時間である。
Next, the operation of the conventional power-on
電源が投入されると電源電圧VDDが上昇し、PMOS101がオンして電流が流れ、キャパシタ102の充電が行われる。そして、ノードXの電圧VxはPMOS101とキャパシタ102で定まる所定の時定数だけ遅れて上昇していく。
When the power is turned on, the power supply voltage VDD rises, the
接続ノードXの電圧Vxが第1のインバータ103のしきい値Vtよりも低い期間、つまり電源投入直後の一定期間は、第2のインバータ104からロウレベル(L)のリセット信号RESが出力される。このリセット信号RESは内部回路105に供給され、内部回路105はリセット状態となる。
During a period when the voltage Vx of the connection node X is lower than the threshold value Vt of the
時間経過によって、キャパシタ102の充電電圧が高くなり、接続ノードXの電圧Vxがしきい値Vtよりも高くなると第2のインバータ104からはリセット信号RESに代わってハイレベル(H)の信号(リセット解除信号)が出力され、内部回路105のリセット状態は解除される。
As time elapses, the charging voltage of the
このようにして内部回路105は電源投入時に自動的にリセット状態となり正常な動作を行うことができる。
In this way, the
上述した技術は、例えば以下の特許文献に記載されている。
しかしながら、上述した従来のパワーオンリセット回路100であると、停電等によって電源の供給が瞬間的に途絶えて、その後直ぐに回復するような場合(瞬断あるいは瞬停と一般的に言われている)にリセット信号RESが適切に出力されず、内部回路105のリセットがなされないという問題があった。
However, in the case of the above-described conventional power-on
つまり、電源が瞬断されて電源電圧VDDのレベルがPMOS101のしきい値以下になるとPMOS101がオフし、電流の経路が閉じてしまうため回路内に当該しきい値レベル(例えば、0.3〜0.5ボルト)の電荷が残ることになる。この残留電荷は時間の経過とともに自然放電されるが、上記瞬断のようにその後直ぐに電源電圧VDDが回復するような場合には残留電荷が外部に逃げ切らない。そうすると電源回復時にノードXの電圧Vxが第1のインバータ103のしきい値以下に下がらないため、第1及び第2のインバータ103、104が反転せず、結果としてリセット信号RESが出力されないこととなる。この場合、内部回路105はリセットされない不安定な状態で立ち上がることとなるため誤動作を引き起こす可能性が極めて高くなる。
In other words, when the power supply is momentarily interrupted and the level of the power supply voltage VDD becomes equal to or lower than the threshold value of the
そこで本発明は電源投入時だけでなく、瞬間的に電源電圧VDDが低下し、その後直ぐに電源電圧VDDが回復するような場合であっても確実にリセット信号を出力することが可能なパワーオンリセット回路を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a power-on reset that can reliably output a reset signal not only when the power is turned on, but also when the power supply voltage VDD drops instantaneously and then immediately recovers. An object is to provide a circuit.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。すなわち、本発明のパワーオンリセット回路は、ラッチ回路を備え、前記ラッチ回路の出力ノードの電圧に応じてリセット信号を内部回路に出力するパワーオンリセット回路であって、電源電圧と前記出力ノードとの間に接続された第1のキャパシタと、電源電圧が低下すると前記出力ノードに電荷を供給し、前記ラッチ回路の出力を反転させる第1の反転回路とを備え、前記第1の反転回路は、電源電圧と前記ラッチ回路の出力ノードとの間に接続された整流素子及び第1のMOSトランジスタと、前記整流素子と前記第1のMOSトランジスタとの接続ノードと接地電圧との間に接続された第2のキャパシタとを備え、前記第1のMOSトランジスタのゲートに電源電圧が印加されていることを特徴とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and its main features are as follows. That is, a power-on reset circuit according to the present invention is a power-on reset circuit that includes a latch circuit and outputs a reset signal to an internal circuit in accordance with a voltage at an output node of the latch circuit. A first capacitor connected between the first capacitor and a first inverting circuit for supplying an electric charge to the output node when the power supply voltage decreases and inverting an output of the latch circuit , wherein the first inverting circuit comprises: A rectifying element and a first MOS transistor connected between the power supply voltage and the output node of the latch circuit; and a connection node between the rectifying element and the first MOS transistor and a ground voltage. And a second capacitor, and a power supply voltage is applied to the gate of the first MOS transistor .
また、本発明のパワーオンリセット回路は、ラッチ回路が、第2のインバータと第3のインバータとが環状に接続され、前記第2のインバータと前記第3のインバータとの接続点と接地電圧との間に第3のキャパシタが接続されたことを特徴とする。 In the power-on reset circuit of the present invention, the latch circuit includes a second inverter and a third inverter connected in a ring shape, a connection point between the second inverter and the third inverter, and a ground voltage. A third capacitor is connected between the two.
また、本発明のパワーオンリセット回路は、前記第2のインバータの出力と前記第3のインバータの入力との間に第1の抵抗素子を備えることを特徴とする。 The power-on reset circuit according to the present invention includes a first resistance element between the output of the second inverter and the input of the third inverter.
また、本発明のパワーオンリセット回路は、前記ラッチ回路の入力ノードに接続され、前記内部回路からのリセット解除信号に応じてパワーオンリセット回路の出力を反転させる第2の反転回路を備えることを特徴とする。 The power-on reset circuit according to the present invention includes a second inversion circuit that is connected to an input node of the latch circuit and inverts the output of the power-on reset circuit in response to a reset release signal from the internal circuit. Features.
また、本発明のパワーオンリセット回路は、第2の反転回路が、電源電圧と接地電圧との間に直列接続された第2のMOSトランジスタ及び第2の抵抗素子と、前記ラッチ回路の入力ノードと接地電圧との間に接続され、前記第2のMOSトランジスタと前記第2の抵抗素子との接続点とそのゲートが接続された第3のMOSトランジスタとから成ることを特徴とする。 In the power-on reset circuit according to the present invention, the second inversion circuit includes a second MOS transistor and a second resistance element connected in series between a power supply voltage and a ground voltage, and an input node of the latch circuit. And a third MOS transistor having a gate connected to a connection point between the second MOS transistor and the second resistance element.
本発明のパワーオンリセット回路では、通常動作中に停電等によって電源電圧が瞬間的に低下し、所定電圧以下になると出力を反転させる反転回路を備えている。そのため、このような瞬断(瞬停)時に確実にリセット信号を出力することができ、内部回路をリセット状態にすることができる。 The power-on reset circuit according to the present invention includes an inversion circuit that inverts the output when the power supply voltage instantaneously drops due to a power failure or the like during a normal operation and falls below a predetermined voltage. Therefore, it is possible to reliably output a reset signal at such a momentary interruption (instantaneous power interruption), and the internal circuit can be brought into a reset state.
次に、本発明を実施するための最良の形態に係るパワーオンリセット回路について図面を参照しながら説明する。図1は本実施形態の回路図である。なお、当該パワーオンリセット回路の出力端子Outから出力される信号がハイレベル(H)でリセット信号として機能することもあるが、本実施形態においてはロウレベル(L)でリセット信号として機能する場合について説明する。 Next, a power-on reset circuit according to the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram of this embodiment. Although the signal output from the output terminal Out of the power-on reset circuit may function as a reset signal at a high level (H), in this embodiment, the signal functions as a reset signal at a low level (L). explain.
このパワーオンリセット回路は主として、リセット信号RESを出力する第1のインバータ1と、ラッチ回路2と、キャパシタ3,4と、第1の反転回路5と、第2の反転回路6とから構成されている。第1のインバータ1の出力端(出力端子Out)はマイクロコンピューター等の内部回路7に接続されている。
This power-on reset circuit mainly includes a first inverter 1 that outputs a reset signal RES, a latch circuit 2,
ラッチ回路2は、第2のインバータ8と,抵抗9と,第3のインバータ10とが環状に接続して形成され、その出力ノードAは第1のインバータ1の入力端と接続されている。また、電源電圧VDDと、出力ノードAと第1のインバータ1との接続点との間にはキャパシタ3が接続されている。また、第2のインバータ8と第3のインバータ10との接続点(ノードB)と接地電圧VSSとの間にはキャパシタ4が接続されている。このようにしてラッチ回路2は、その出力ノードAからリセット状態ではハイレベル(H)の信号を第1のインバータ1の入力端に供給し、非リセット状態(リセット解除状態)ではロウレベル(L)の信号を第1のインバータ1の入力端に供給するように構成されている。つまり、本実施形態のパワーオンリセット回路は、ラッチ回路2の出力ノードAの電圧に応じてリセット信号またはリセット解除信号を出力するということもできる。
The latch circuit 2 is formed by connecting a second inverter 8, a
第1の反転回路5は、電源電圧VDDとラッチ回路2の出力ノードAとの間に直列接続されたダイオード11及びPMOS12と、それらの接続点(ノードC)と接地電圧VSSとの間に接続されたキャパシタ13とを備えている。また、PMOS12のゲートは電源電圧VDDに接続されている。さらにまた、PMOS12の基板はノードCとも接続されている。
The first inversion circuit 5 is connected between the diode 11 and the
本実施形態の特徴の一つは当該第1の反転回路5を設けたことである。当該第1の反転回路5は、通常動作中にキャパシタ13を充電しておき、電源が瞬断して所定電圧(PMOS12のしきい値)以下になると出力ノードA側にキャパシタ13に蓄えられた電荷を供給する。そしてラッチ回路2を反転させ、それまでハイレベルの信号(リセット解除信号)だったパワーオンリセット回路の出力をロウレベル(リセット状態)に反転させ、結果としてリセット信号RESを確実に出力することに寄与する。なお、このように電源の瞬断時にのみ電荷を所定部(本実施形態では出力ノードA)に供給することでパワーオンリセット回路の出力を反転させる機能を有するのであれば、第1の反転回路5の構成を本実施形態以外の構成に変更することは可能である。
One of the features of this embodiment is that the first inversion circuit 5 is provided. The first inverting circuit 5 is charged in the
第2の反転回路6は、電源電圧VDDと接地電圧VSSとの間に直列接続されたPMOS14及び抵抗15と、ラッチ回路2の入力ノードEと接地電圧VSSとの間に直列接続されたNMOS16と、PMOS14のゲートとその出力端が接続された第4のインバータ17とから構成されている。NMOS16のゲートはPMOS14と抵抗15との接続点(ノードF)と接続されている。PMOS14のゲートには第4のインバータ17を介して、マイクロコンピューター等の内部回路7がリセット解除状態に所定期間出力するリセット解除信号CLRが供給される。第2の反転回路6は電源投入時及び瞬断からの電源回復時に所定の電圧以上で、内部回路7からのリセット解除信号CLRに応じてラッチ回路2の出力を反転させ、パワーオンリセット回路の出力をロウレベル(L)のリセット信号RESからハイレベル(H)の信号に反転させる機能を有する。なお、このように内部回路7(あるいは他の外部回路)のリセット解除信号CLRに応じてパワーオンリセット回路の出力を反転させる機能を有するのであれば、第2の反転回路6の構成を本実施形態以外の構成に変更することは可能である。
The second inversion circuit 6 includes a
次に、本実施形態のパワーオンリセット回路の動作について説明する。まず、電源投入時の動作について説明する。電源が投入されると、ラッチ回路2の出力ノードAの電圧はキャパシタ3によって電源電圧VDDに引っ張られて上昇し、ノードBはキャパシタ4によって接地電圧VSSに引っ張られる。つまり、出力ノードAにハイレベル(H)が保持され、ノードBにロウレベル(L)が保持される。そうすると、第1のインバータ1の入力端はハイレベル(H)となり、出力ノードAの電圧が所定の値(第1のインバータ1のしきい値)以上になると、第1のインバータ1(出力端子Out)からロウレベル(L)のリセット信号RESが出力される。そして、内部回路7がリセット信号RESを認識することでリセット状態となる。
Next, the operation of the power-on reset circuit of this embodiment will be described. First, the operation when the power is turned on will be described. When the power is turned on, the voltage at the output node A of the latch circuit 2 is pulled up to the power supply voltage VDD by the
内部回路7はリセット信号RESを認識した後、内部回路7内に設けられた発振回路(例えばRC発振回路20)が起動し所定期間カウントする。さらに発振回路が安定発振していることを確認するためにタイマー回路21で所定期間カウントされ、その後内部回路7の各プログラムが起動する。つまり、発振回路とタイマー回路がカウントしている間がリセット状態が保持されている期間(リセット期間)である。また、タイマー出力をラッチ回路22でラッチし、リセット期間が終了すると内部回路7からハイレベル(H)のリセット解除信号CLRが出力される。
After the
リセット解除信号CLRは第4のインバータ17を介してPMOS14のゲートに印加され、これによりPMOS14がオンする。続いて、接続ノードFの電圧が上昇してNMOS16がオンし、ラッチ回路2の出力ノードAの電圧が接地電圧VSS側に引っ張られてロウレベル(L)にラッチされる。そして、第1のインバータ1(出力端子Out)からの出力がリセット信号RES(ロウレベル)からリセット解除信号(ハイレベル)に反転し、リセット状態が解除される。このとき、第2のインバータ8とNMOS16はノードEのレベルを引っ張り合うが、抵抗9があることでIRドロップにより、ノードEのレベルは接地電圧VSS側へ下がりやすくなっている。すなわち抵抗9は、リセット解除信号CLRが内部回路7から出力された後に、ラッチ回路2の出力を反転させやすくしている。
The reset release signal CLR is applied to the gate of the
なお、仮に電源投入直後の低電圧状態でリセット信号RESが出力される前に誤動作により内部回路7からリセット解除信号CLRが出力されたとしても、PMOS14のインピーダンスは抵抗15のインピーダンスに比べて非常に高くなるため、ノードFの電圧は上昇せずNMOS16はオンしない。従って、ラッチ回路2が反転することはない。
Even if the reset release signal CLR is output from the
次に、本実施形態のパワーオンリセット回路の通常動作時の動作について説明する。通常動作時はPMOS12がオフしているため第1の反転回路5もオフしている。また、内部回路7からリセット解除信号CLRは出力されないため第2の反転回路6もオフしている。また、ラッチ回路2の出力ノードAはロウレベルにラッチされている。そのため、本実施形態のパワーオンリセット回路は通常動作時において電流のパスが無く、消費電流がゼロである。
Next, the operation during the normal operation of the power-on reset circuit of this embodiment will be described. Since the
また、通常動作時において第1の反転回路5では、ダイオード11を介してキャパシタ13の充電が行われている。なお、ノードCの電圧は電源電圧VDDよりもダイオード11の電圧降下の分だけ低い。
In the normal operation, the first inverting circuit 5 charges the
次に、本実施形態のパワーオンリセット回路における電源の瞬断時の動作について図2を参照して説明する。図2において縦軸は電圧、横軸は時間である。 Next, the operation of the power-on reset circuit according to the present embodiment at the time of instantaneous power interruption will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the vertical axis represents voltage and the horizontal axis represents time.
電源の瞬断(瞬停)が起きると図2に示すように電源電圧VDDが低下し、出力端子OUTの電圧Vout、ノードBの電圧Vbも共に低下する。ここで、電源電圧VDDが低下を続け、ノードCの電圧Vcよりも低くなったとしてもダイオード11の整流作用によって電圧Vcの低下は抑えられている。 When a power supply interruption (instantaneous power interruption) occurs, the power supply voltage VDD decreases as shown in FIG. 2, and the voltage Vout of the output terminal OUT and the voltage Vb of the node B both decrease. Here, even if the power supply voltage VDD continues to decrease and becomes lower than the voltage Vc at the node C, the decrease in the voltage Vc is suppressed by the rectifying action of the diode 11.
そして、電源電圧VDDが更に低下しPMOS12のしきい値(今回のシュミレーションでは約0.5ボルト)以下になると第1の反転回路5が動作する。すなわち、PMOS12がオンし、キャパシタ13に充電された電荷が出力ノードA側に流れ込む。なお、電源電圧VDDが低下しているため第2のインバータ8の駆動能力が落ち、PMOS12側からノードA側に流れる電流が支配的になっている。これにより、出力ノードAのロウレベル(L)の電圧Vaが上昇し、ラッチ回路2が反転する。その結果、ハイレベル(H)の電圧が第1のインバータ1の入力端に供給され、第1のインバータ1はこれに基づいて反転し、Voutは接地電圧VSS(0ボルト)となる。
Then, when the power supply voltage VDD further decreases and becomes equal to or lower than the threshold value of the PMOS 12 (about 0.5 volts in this simulation), the first inversion circuit 5 operates. That is, the
このようにしてパワーオンリセット回路は、ハイレベル(H)のリセット解除信号に代わってロウレベル(L)のリセット信号RESを出力し、内部回路7はリセット状態となる。なお、仮に第1の反転回路5が存在しなければ、出力ノードAの電圧Vaはロウレベルから図2に示すようなハイレベル(H)には上がりきらずにリセット信号が出力されないこととなる。
In this way, the power-on reset circuit outputs the low level (L) reset signal RES instead of the high level (H) reset release signal, and the
さらに時間が経過し、電源電圧VDDが一度ゼロボルトに落ち、その後電源が回復すると電源電圧VDDが上昇し始める。そして、上述したRC回路20やタイマー回路21によってリセット状態が十分なされたことを内部回路7が認識すると、内部回路7からリセット解除信号CLRが出力され、続いてPMOS14がオンし、ノードFの電圧Vfが上昇する。そして、NMOS16がオンし、これに対応して出力ノードAの電圧Vaは反転してロウレベル(L)となり、第1のインバータ1も反転して出力端子Outからはハイレベルの信号(リセット解除信号)が出力される。以後の回路動作は上述した通常動作時と同様である。
As time further elapses, the power supply voltage VDD once falls to zero volts, and then the power supply recovers, and then the power supply voltage VDD starts to rise. When the
以上のように本実施形態のパワーオンリセット回路では、所定電圧(PMOS12のしきい値)以下になると電源の瞬断前の出力を反転させる反転回路を備えている。そのため、瞬断によって電源電圧が低下し、その後回復するような場合でもリセット解除信号に代えてリセット信号を確実に出力することが可能となる。また、従来のパワーオンリセット回路で生じていた残留電荷によるリセット信号の不出力という問題もない。従って、電源投入時及び瞬断時のいずれにおいてもリセット信号を出力し、内部回路の誤動作を防止することができる。 As described above, the power-on reset circuit according to the present embodiment includes an inverting circuit that inverts the output before the instantaneous power interruption when the voltage is lower than a predetermined voltage (the threshold value of the PMOS 12). Therefore, even when the power supply voltage drops due to an instantaneous interruption and then recovers, it is possible to reliably output the reset signal instead of the reset release signal. In addition, there is no problem of non-output of a reset signal due to residual charge that has occurred in a conventional power-on reset circuit. Accordingly, it is possible to output a reset signal both when the power is turned on and when the power is interrupted, thereby preventing malfunction of the internal circuit.
さらにまた、上述のように本実施形態のパワーオンリセット回路では通常動作時の消費電流が抑えられているため低消費なパワーオンリセット回路を実現している。 Furthermore, as described above, the power-on reset circuit of the present embodiment realizes a low-power consumption power-on reset circuit because current consumption during normal operation is suppressed.
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなくその要旨を逸脱しない範囲で設計変更が可能であることは言うまでも無い。具体的には例えばPMOS12のトランジスタサイズを調節することで第1の反転回路5からノードAへの電荷の供給の開始時期を調節することができる。
Needless to say, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the design can be changed without departing from the gist thereof. Specifically, for example, by adjusting the transistor size of the
1 第1のインバータ 2 ラッチ回路 3 キャパシタ 4 キャパシタ
5 第1の反転回路 6 第2の反転回路 7 内部回路
8 第2のインバータ 9 抵抗 10 第3のインバータ
11 ダイオード 12 Pチャネル型MOSトランジスタ
13 キャパシタ 14 Pチャネル型MOSトランジスタ 15 抵抗
16 Nチャネル型MOSトランジスタ 17 第4のインバータ
20 RC回路 21 タイマー回路 22 ラッチ回路
100 パワーオンリセット回路 101 Pチャネル型MOSトランジスタ
102 キャパシタ 103 第1のインバータ 104 第2のインバータ
105 内部回路 RES リセット信号 CLR リセット解除信号
Out 出力端子 VDD 電源電圧 VSS 接地電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st inverter 2
8
11 Diode 12 P-channel MOS transistor
13 Capacitor 14 P-
Claims (6)
電源電圧と前記出力ノードとの間に接続された第1のキャパシタと、
電源電圧が低下すると前記出力ノードに電荷を供給し、前記ラッチ回路の出力を反転させる第1の反転回路とを備え、
前記第1の反転回路は、電源電圧と前記ラッチ回路の出力ノードとの間に接続された整流素子及び第1のMOSトランジスタと、
前記整流素子と前記第1のMOSトランジスタとの接続ノードと接地電圧との間に接続された第2のキャパシタとを備え、前記第1のMOSトランジスタのゲートに電源電圧が印加されていることを特徴とするパワーオンリセット回路。 A power-on reset circuit comprising a latch circuit and outputting a reset signal to an internal circuit in accordance with a voltage at an output node of the latch circuit;
A first capacitor connected between a power supply voltage and the output node;
A first inversion circuit that supplies electric charge to the output node when the power supply voltage decreases and inverts the output of the latch circuit;
The first inversion circuit includes a rectifier element and a first MOS transistor connected between a power supply voltage and an output node of the latch circuit;
A second capacitor connected between a connection node between the rectifying element and the first MOS transistor and a ground voltage, and a power supply voltage is applied to the gate of the first MOS transistor A featured power-on reset circuit.
前記ラッチ回路の入力ノードと接地電圧との間に接続され、前記第2のMOSトランジスタと前記第2の抵抗素子との接続点とそのゲートが接続された第3のMOSトランジスタとから成ることを特徴とする請求項5に記載のパワーオンリセット回路。 The second inverting circuit includes a second MOS transistor and a second resistance element connected in series between a power supply voltage and a ground voltage;
A third MOS transistor connected between the input node of the latch circuit and the ground voltage and connected to the connection point between the second MOS transistor and the second resistance element and the gate thereof; The power-on reset circuit according to claim 5 .
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