JP5225876B2 - パワーオンリセット回路 - Google Patents

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Description

本発明は、電源電圧が所定電圧になると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。
従来のパワーオンリセット回路について説明する。図4は、従来のパワーオンリセット回路を示す図である。
電源電圧VDDが0Vから高くなる場合、当初、内部ノードN1、N2の電圧も0Vになっている。電源電圧VDDがインバータ47のしきい値電圧よりも高くなると出力電圧VOUTはハイになり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力する。また、電源電圧VDDがPMOSトランジスタ41のしきい値電圧の絶対値よりも高くなると、PMOSトランジスタ41がオンし、内部ノードN1の電圧は電源電圧VDDになる。
その後、さらに電源電圧VDDが高くなると、内部ノードN1の電圧も高くなるが、内部ノードN1の電圧はPMOSトランジスタ42、43のしきい値電圧の絶対値の合計電圧(例えば、2Vtp)にクランプされる。その後、電源電圧VDDがPMOSトランジスタ44のしきい値電圧(例えば、Vtp)とこの合計電圧(例えば、2Vtp)との合計電圧(例えば、3Vtp)よりも高くなると、PMOSトランジスタ44がオンし、内部ノードN2の電圧は電源電圧VDDになる。インバータ47の出力電圧VOUTはローになり、パワーオンリセット回路はリセット信号の出力を停止する。
その後、電源電圧VDDが低くなり、電源電圧VDDが内部ノードN2の電圧からPMOSトランジスタ45のしきい値電圧の絶対値を減算した電圧よりも低くなると、PMOSトランジスタ45がオンする。すると、内部ノードN2の電圧は電源電圧VDDにPMOSトランジスタ45のしきい値電圧の絶対値を加算した電圧になる。よって、電源電圧VDDが0Vになると、内部ノードN2の電圧はPMOSトランジスタ45のしきい値電圧の絶対値になる。
この状態で、再度電源電圧VDDが高くなる場合、電源電圧VDDがPMOSトランジスタ45とインバータ47のしきい値電圧の絶対値の合計電圧よりも高くなると、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力する(例えば、特許文献1参照)。
特開平11−068539号公報
しかし、従来の技術では、リセット信号が出力した後、電源電圧VDDがPMOSトランジスタ42、44のしきい値電圧の絶対値の合計電圧よりも低い間は、リセット信号を出力し続ける。よって、このパワーオンリセット回路は、その合計電圧よりも低い電源電圧で動作する半導体装置に適用されることができない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、低い電源電圧で動作する半導体装置に適したパワーオンリセット回路を提供する。
本発明は、上記課題を解決するため、電源電圧が第一所定電圧になるとリセット信号を出力するパワーオンリセット回路において、第一PMOSトランジスタ及び第一電流源を有し、第一出力回路反転しきい値電圧を持つ第一制御回路を制御する第一出力回路と、第二PMOSトランジスタ及び第二電流源を有し、前記第一出力回路反転しきい値電圧よりも低い第二出力回路反転しきい値電圧である前記第一所定電圧を持ち、前記電源電圧が前記第一所定電圧よりも高くなると前記リセット信号が出力されるよう動作する第二出力回路と、前記第二出力回路反転しきい値電圧よりも低い基準電圧を印加され、前記基準電圧に基づいた電圧を前記第一制御回路の入力端子に出力する第一ソースフォロア回路と、前記基準電圧を印加され、前記基準電圧に基づいた電圧を前記第一および第二PMOSトランジスタのゲートに出力する第二ソースフォロア回路と、第一容量を有し、前記電源電圧が前記第一出力回路反転しきい値電圧よりも高くなると前記第一容量に充電し始めて所定時間経過後に前記リセット信号が出力されないよう動作する前記第一制御回路と、第二容量を有し、前記電源電圧が第二所定電圧よりも低いと前記第二容量を前記第一および第二PMOSトランジスタのゲートに接続する第二制御回路と、を備えることを特徴とするパワーオンリセット回路を提供する。
本発明では、電源電圧が基準電圧と第二出力回路反転しきい値電圧との合計電圧よりも高くなると、リセット信号が出力される。また、基準電圧は第二出力回路反転しきい値電圧よりも低いので、半導体装置の電源電圧が第二出力回路反転しきい値電圧の2倍より低くても合計電圧より高ければ、リセット信号が正確に出力される。
また、リセット信号が出力した後、電源電圧が第一出力回路反転しきい値電圧よりも高くなると、第一制御回路はリセット信号が出力されないよう動作する。この第一出力回路反転しきい値電圧が低く適宜回路設計されることにより、従来技術よりも低い電源電圧で動作する。
パワーオンリセット回路を示す図である。 電源電圧及び出力電圧を示すタイムチャートである。 電源電圧及び出力電圧を示すタイムチャートである。 従来のパワーオンリセット回路を示す図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
まず、パワーオンリセット回路の構成について説明する。図1は、パワーオンリセット回路を示す図である。
[要素]パワーオンリセット回路は、NMOSトランジスタ11、12、PMOSトランジスタ13、14、15、16、容量21、22、ディプレッション型NMOSトランジスタ23、電流源31、32、33及びNMOSトランジスタ34、35を備える。また、パワーオンリセット回路は、内部ノードN3、N4、N5、N6を備える。
ここで、PMOSトランジスタ14及び電流源32は、電流源32を利用するインバータであり、第一出力回路51を構成する。PMOSトランジスタ15及び電流源33は、電流源33を利用するインバータであり、第二出力回路52を構成する。NMOSトランジスタ11は、第一ソースフォロア回路を構成する。NMOSトランジスタ12は、第二ソースフォロア回路を構成する。NMOSトランジスタ34と容量21と電流源31とPMOSトランジスタ13とは、第一制御回路53を構成する。D型NMOSトランジスタ23及び容量22は、第二制御回路54を構成する。
[要素の接続関係]NMOSトランジスタ11は、ゲートが基準電圧端子に接続され、ソースが内部ノードN3に接続され、ドレインが電源端子に接続される。NMOSトランジスタ12は、ゲートが基準電圧端子に接続され、ソースが内部ノードN4に接続され、ドレインが電源端子に接続される。PMOSトランジスタ13は、ゲートが内部ノードN3に接続され、ソースが電源端子に接続され、ドレインが内部ノードN4に接続される。PMOSトランジスタ14は、ゲートが内部ノードN4に接続され、ソースが電源端子に接続され、ドレインが内部ノードN5に接続される。PMOSトランジスタ15は、ゲートが内部ノードN4に接続され、ソースが電源端子に接続され、ドレインが内部ノードN6に接続される。PMOSトランジスタ16は、ゲートが内部ノードN6に接続され、ソースが電源端子に接続され、ドレインが出力端子に接続される。
容量21は、電源端子と内部ノードN3との間に設けられる。容量22は、D型NMOSトランジスタ23のソースと接地端子との間に設けられる。D型NMOSトランジスタ23は、ゲートが接地端子に接続され、ドレインが内部ノードN4に接続される。電流源31は、内部ノードN3とNMOSトランジスタ34のドレインとの間に設けられる。電流源32は、内部ノードN5と接地端子との間に設けられる。電流源33は、内部ノードN6と接地端子との間に設けられる。NMOSトランジスタ34は、ゲートが内部ノードN5に接続され、ソースが接地端子に接続される。NMOSトランジスタ35は、ゲートが内部ノードN6に接続され、ソースが接地端子に接続され、ドレインが出力端子に接続される。
[要素の機能]NMOSトランジスタ34、35は、しきい値電圧Vtnを持ち、NMOSトランジスタ11、12は、Vtnよりも低いしきい値電圧Vtniを持つ。PMOSトランジスタ13、14、15、16は、しきい値電圧Vtpを持つ。D型NMOSトランジスタ23は、しきい値電圧Vtndを持つ。
第一出力回路51は、第一出力回路反転しきい値電圧Vz1を持ち、第一制御回路53を制御する。第二出力回路52は、第一出力回路反転しきい値電圧Vz1よりも低い第二出力回路反転しきい値電圧Vz2を持ち、電源電圧VDDが第二出力回路反転しきい値電圧Vz2よりも高くなるとリセット信号が出力されるよう動作する。第一ソースフォロア回路は、第二出力回路反転しきい値電圧Vz2よりも低い基準電圧VREFを印加され、ソースフォロア回路として動作時には電圧(VREF−Vtni)を第一制御回路53の入力端子に出力する。第二ソースフォロア回路は、基準電圧VREFを印加され、ソースフォロア回路として動作時には電圧(VREF−Vtni)をPMOSトランジスタ14、15のゲートに出力する。第一制御回路53は、電源電圧VDDが第一出力回路反転しきい値電圧Vzよりも高くなると容量21に充電し始めて所定時間経過後にリセット信号が出力されないよう動作する。第二制御回路54は、電源電圧VDDが電圧−Vtndよりも低いと容量22をPMOSトランジスタ14、15のゲートに接続する。
第一出力回路反転しきい値電圧Vz1は、PMOSトランジスタ14及び電流源32のドライブ能力とPMOSトランジスタ14のしきい値電圧Vtpとに基づいて決まる。また、第二出力回路反転しきい値電圧Vz2は、PMOSトランジスタ15及び電流源33のドライブ能力とPMOSトランジスタ15のしきい値電圧Vtpとに基づいて決まる。
次に、電源電圧VDDが徐々に高くなる場合のパワーオンリセット回路の動作について説明する。図2は、電源電圧及び出力電圧を示すタイムチャートである。
[回路全体の動作(t0≦t<t1)]NMOSトランジスタ12はソースフォロア回路として動作し、基準電圧VREFが基準電圧端子に印加されているので、内部ノードN4の電圧は電圧(VREF−Vtni)になる。ここで、電源電圧VDDが徐々に高くなるが、第一出力回路、第二出力回路の反転しきい値電圧より低いため、PMOSトランジスタ14、15はオフし、内部ノードN6の電圧はローである。よって、出力電圧VOUTは、ハイになろうとし、電源電圧VDDに追従して徐々に高くなる。つまり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力しない。また、NMOSトランジスタ34もオフしているため、内部ノードN3は容量21のカップリング電圧により、電源電圧VDDに追従して徐々に高くなる。
[回路全体の動作(t=t1)]電源電圧VDDが第二出力回路反転しきい値電圧Vz2よりも高くなると、PMOSトランジスタ15はオンし、内部ノードN6の電圧はハイになる。よって、出力電圧VOUTはローになり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力する。
[回路全体の動作(t1<t<t2)]電源電圧VDDがさらに高くなって第一出力回路反転しきい値電圧Vz1になると(時間tが時間T1aになると)、PMOSトランジスタ15だけでなくてPMOSトランジスタ14もオンする。すると、内部ノードN5の電圧がハイになり、NMOSトランジスタ34がオンする。そして、NMOSトランジスタはソースフォロア回路として動作し、容量21は充電され、内部ノードN3の電圧が低くなっていく。この時(リセット期間)、出力電圧VOUTはローのままであり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力したままである。
[回路全体の動作(t=t2)]内部ノードN3の電圧が電源電圧VDDからPMOSトランジスタ13のしきい値電圧の絶対値|Vtp|を減算した電圧よりも低くなると、PMOSトランジスタ13がオンし、内部ノードN4が電源電圧VDDになる。すると、PMOSトランジスタ14、15がオフし、内部ノードN5、N6がローになる。よって、出力電圧VOUTは、ハイになり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力せず、リセット動作が終了する。また、NMOSトランジスタ34がオフし、容量21は充電を終了し、その容量を維持する。よって、内部ノードN3の電圧が電圧(VDD−Vtp)以下に保たれ、PMOSトランジスタ13はオンし続ける。 また、後述するが、D型NMOSトランジスタ23もオフし、NMOSトランジスタ12はソースフォロア回路として動作せず、内部ノードN4の電位を下げない。よって、リセット信号は出力しない。
その結果、パワーオンリセット回路での出力段のPMOSトランジスタ16以外のMOSトランジスタにおいて、リーク電流以外の電流が流れない。
[回路全体の動作(t>t2)]その後、出力電圧VOUTは電源電圧VDDに追従して徐々に高くなる。つまり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力しない。
[NMOSトランジスタ12の動作]ここで、電源電圧VDDが低く、内部ノードN4の電圧が電源電圧VDDよりも高くなっているとする。この時、NMOSトランジスタ12は、ソースを電源端子としてドレインを内部ノードN4として動作する。基準電圧VREFから電源電圧VDDを減算した電圧がNMOSトランジスタ12のしきい値電圧Vtniよりも高いと、NMOSトランジスタ12はオンし、内部ノードN4の電圧は電源電圧VDDになる。例えば、基準電圧VREFが0.4Vであり、電源電圧VDDが0.2Vであり、内部ノードN4の電圧が1.0Vであり、しきい値電圧Vtniが0.2Vであるとすると、NMOSトランジスタ12はオンし、内部ノードN4の電圧は0.2Vになる。よって、内部ノードN4の電圧が電源電圧VDDよりも高くならないので、電源再投入時でもパワーオンリセット回路は正常に動作できる。
次に、電源電圧VDDが急峻に高くなる場合のパワーオンリセット回路の動作について説明する。図3は、電源電圧及び出力電圧を示すタイムチャートである。
[回路全体の動作(t=t0)]電源電圧VDDが急峻に高くなると、容量21のカップリングによって内部ノードN3の電圧が急峻に高くなり、PMOSトランジスタ13がオフする。また、前述のようにD型NMOSトランジスタ23がオンしているので、内部ノードN4の電圧が容量22によって接地電圧VSSに対して平滑され、PMOSトランジスタ14、15がオンする。すると、内部ノードN5、N6の電圧はハイになる。よって、出力電圧VOUTはローになり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力する。また、NMOSトランジスタ34がオンし、NMOSトランジスタはソースフォロア回路として動作し、容量21は充電されはじめる。
[回路全体の動作(t0<t<t1)]容量21が充電されることにより、内部ノードN3の電圧が低くなっていく。この時(リセット期間)、出力電圧VOUTはローであるままであり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力するままである。
[回路全体の動作(t=t1)]内部ノードN3の電圧が電源電圧VDDからPMOSトランジスタ13のしきい値電圧の絶対値|Vtp|を減算した電圧よりも低くなると、PMOSトランジスタ13がオンし、内部ノードN4が電源電圧VDDになる。すると、PMOSトランジスタ14、15がオフし、内部ノードN5、N6の電圧がローになる。よって、出力電圧VOUTは、ハイになり、電源電圧VDDになる。つまり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力せず、リセット動作が終了する。また、NMOSトランジスタ34がオフし、容量21は充電を終了し、その容量を維持する。よって、内部ノードN3の電圧が電圧(VDD−Vtp)以下に保たれ、PMOSトランジスタ13はオンし続ける。 また、後述するが、D型NMOSトランジスタ23もオフし、NMOSトランジスタ12はソースフォロア回路として動作せず、内部ノードN4の電位を下げない。よって、リセット信号は出力しない。
その結果、パワーオンリセット回路での出力段のPMOSトランジスタ16以外のMOSトランジスタにおいて、リーク電流以外の電流が流れない。
[回路全体の動作(t>t1)]その後、出力電圧VOUTは、ハイであり、電源電圧VDDである。つまり、パワーオンリセット回路はリセット信号を出力しない。
[D型NMOSトランジスタ23の動作]電源電圧VDDが所定電圧よりも高いことにより、内部ノードN4の電圧がD型NMOSトランジスタ23のしきい値電圧をVtndとした場合、−Vtndよりも高いと、D型NMOSトランジスタ23はソースフォロア回路として動作し、D型NMOSトランジスタ23のソース電圧は接地電圧VSSから−Vtndになり、D型NMOSトランジスタ23のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧(Vtnd)になるので、D型NMOSトランジスタ23はオフし、容量22は内部ノードN4に接続しない。その後、電源電圧VDDが急峻に高くなると、内部ノードN4の電圧が容量22によって接地電圧VSSに対して平滑されず、内部ノードN4の電圧が電源電圧VDDに追従するので、PMOSトランジスタ15がオンしない。すると、内部ノードN6の電圧はローになり、出力電圧VOUTはハイになり、リセット信号が出力されない。よって、電源電圧VDDが所定電圧よりも高く、その後、電源電圧VDDが急峻に高くなる場合、リセット信号が出力されない。
また、電源電圧VDDが所定電圧よりも低いことにより、内部ノードN4の電圧が−Vtndよりも低くなると、D型NMOSトランジスタ23のゲート・ソース間電圧はしきい値電圧(Vtnd)よりも高くなり、D型NMOSトランジスタ23はオンし、容量22は内部ノードN4に接続する。その後、電源電圧VDDが急峻に高くなっても、内部ノードN4の電圧が容量22によって接地電圧VSSに対して平滑され、内部ノードN4の電圧が電源電圧VDDに追従しないので、PMOSトランジスタ15がオンする。すると、内部ノードN6の電圧はハイになり、出力電圧VOUTはローになり、リセット信号が出力される。よって、電源電圧VDDが所定電圧よりも低く、その後、電源電圧VDDが急峻に高くなる場合、リセット信号が出力される。
[効果]このようにすると、電源電圧VDDが第二出力回路反転しきい値電圧Vz2よりも高くなると、リセット信号が出力されるが、Vz2はPMOSトランジスタ15および定電圧回路31のパラメータおよび、PMOSトランジスタ15のしきい値電圧Vtpの絶対値|Vtp|よりも低い基準電圧VREFおよびによって決定することができ、容易に2Vtpより低くできる。よって、半導体装置の電源電圧が電圧2Vtpより低くても合計第二出力回路反転しきい値電圧Vz2より高ければ、リセット信号が正確に出力される。
また、リセット信号が出力した後、電源電圧VDDが第一出力回路反転しきい値電圧Vz1よりも高くなると、第一制御回路51はリセット信号が出力されないよう動作する。この第一出力回路反転しきい値電圧Vz1が低く適宜回路設計されることにより、電源電圧VDDが低くても良くなる。
また、電源電圧VDDが徐々に高くなる場合でも急峻に高くなる場合でも、電源電圧VDDが第二出力回路反転しきい値電圧Vz2よりも高くなると、リセット信号が出力される。
また、リセット動作が終了すると、パワーオンリセット回路での出力段のPMOSトランジスタ16以外のMOSトランジスタにおいて、リーク電流以外の電流が流れない。よって、パワーオンリセット回路の消費電流が少なくなる。
11〜12 NMOSトランジスタ(Vtni)
13〜16 PMOSトランジスタ
21〜22 容量
23 ディプレッション型NMOSトランジスタ(D型NMOSトランジスタ)
31〜33 電流源
34〜35 NMOSトランジスタ(Vtn)
N3〜N6 内部ノード
51 第一出力回路
52 第二出力回路
53 第一制御回路
54 第二制御回路

Claims (7)

  1. 電源電圧が第一所定電圧になるとリセット信号を出力するパワーオンリセット回路において、
    第一PMOSトランジスタ及び第一電流源を有し、第一出力回路反転しきい値電圧を持つ第一制御回路を制御する第一出力回路と、
    第二PMOSトランジスタ及び第二電流源を有し、前記第一出力回路反転しきい値電圧よりも低い第二出力回路反転しきい値電圧である前記第一所定電圧を持ち、前記電源電圧が前記第一所定電圧よりも高くなると前記リセット信号が出力されるよう動作する第二出力回路と、
    前記第二出力回路反転しきい値電圧よりも低い基準電圧を印加され、前記基準電圧に基づいた電圧を前記第一制御回路の入力端子に出力する第一ソースフォロア回路と、
    前記基準電圧を印加され、前記基準電圧に基づいた電圧を前記第一PMOSトランジスタおよび前記第二PMOSトランジスタのゲートに出力する第二ソースフォロア回路と、
    第一容量を有し、前記電源電圧が前記第一出力回路反転しきい値電圧よりも高くなると前記第一容量に充電し始めて所定時間経過後に前記リセット信号が出力されないよう動作する前記第一制御回路と、
    第二容量を有し、前記電源電圧が第二所定電圧よりも低いと前記第二容量を前記第一PMOSトランジスタおよび前記第二PMOSトランジスタのゲートに接続する第二制御回路と、
    を備えることを特徴とするパワーオンリセット回路。
  2. 前記第一出力回路は、前記第一電流源を利用するインバータ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. 前記第二出力回路は、前記第二電流源を利用するインバータ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。
  4. 前記第一制御回路は、
    ゲートが前記第一出力回路の出力端子に接続され、ソースが接地端子に接続される第一NMOSトランジスタと、
    電源端子と前記第一NMOSトランジスタのドレインとの間に順番に直列に設けられる前記第一容量及び第三電流源と、
    ゲートが前記第一容量と前記第三電流源との接続点に接続され、ソースが電源端子に接続され、ドレインが前記第一PMOSトランジスタおよび前記第二PMOSトランジスタのゲートに接続される第三PMOSトランジスタと、
    を有す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。
  5. 前記第二制御回路は、
    ゲートが接地端子に接続され、ドレインが前記第一PMOSトランジスタおよび前記第二PMOSトランジスタのゲートに接続されるディプレッション型NMOSトランジスタと、
    前記ディプレッション型NMOSトランジスタのソースと接地端子との間に設けられる前記第二容量と、
    を有す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。
  6. 前記第一ソースフォロア回路は、前記第一NMOSトランジスタのしきい値電圧よりも低いしきい値電圧を持ち、ゲートが基準電圧端子に接続されてソースが出力端子に接続されてドレインが電源端子に接続される第二NMOSトランジスタ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。
  7. 前記第二ソースフォロア回路は、前記第一NMOSトランジスタのしきい値電圧よりも低いしきい値電圧を持ち、ゲートが基準電圧端子に接続されてソースが出力端子に接続されてドレインが電源端子に接続される第三NMOSトランジスタ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。
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