JPH1062456A - 電圧監視回路 - Google Patents

電圧監視回路

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JPH1062456A
JPH1062456A JP8220886A JP22088696A JPH1062456A JP H1062456 A JPH1062456 A JP H1062456A JP 8220886 A JP8220886 A JP 8220886A JP 22088696 A JP22088696 A JP 22088696A JP H1062456 A JPH1062456 A JP H1062456A
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Mitsuo Takemoto
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子回路が正常に動作する電源電圧が最低値
になった時に該電子回路をリセットする電圧監視回路を
提供する。 【解決手段】 バッテリの消耗によって電源電圧VDD
が低下し始めた時、発振器40aの発振周波数は急激に
低下し、クロックS40の周期が急激に長くなる。クロ
ックS40の周期が長くなると、コンデンサ32及び抵
抗33による微分回路の出力信号である微分信号S32
はパルスの間隔が長くなる。すると、半波整流信号S3
4のパルスの間隔も長くなり、積分信号S37の電圧が
急激に低下する。この時、電源電圧VDDの低下によっ
てシュミットトリガバッファ39の基準値も低下する。
そして、積分信号S37のレベルが基準値よりも低くな
った時、シュミットトリガバッファ39の出力信号であ
るリセット信号S39が“H”から“L”に変化し、C
PU40がリセットされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロコ
ンピュータ等のようなクロックを発生する発振器を内蔵
した電子回路をリセットするリセット回路として用いら
れ、電源電圧を監視して該電源電圧が所定の値よりも低
下した時にリセット信号を生成する電圧監視回路に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の電圧監視回路の一構成例
を示す回路図である。この電圧監視回路10は、コンパ
レータ11を有している。コンパレータ11の第1の電
源電圧入力端子は、バッテリ(以下、BATという)の
+側から供給される電源電圧VDDに接続されている。
又、コンパレータ11の第2の電源電圧入力端子は、グ
ランドに接続されている。更に、コンパレータ11の非
反転入力端子(+)は抵抗12を介して電源電圧VDD
に接続されると共に、抵抗13を介してグランドに接続
されている。抵抗13には、コンデンサ14が並列接続
されている。この非反転入力端子(+)には、電源電圧
VDDが抵抗12と抵抗13とで分圧された入力電圧i
nが供給されるようになっている。コンパレータ11の
反転入力端子(−)は抵抗15を介してツェナ・ダイオ
ード16のカソードKに接続されると共に、抵抗17を
介してグランドに接続されている。抵抗17には、コン
デンサ18が並列接続されている。ツェナ・ダイオード
16のアノードAはグランドに接続され、該ツェナ・ダ
イオード16のカソードKが抵抗19を介して電源電圧
VDDに接続されている。BATの−側は、グランドに
接続されている。この反転入力端子(−)には、ツェナ
・ダイオード16のツェナ電圧が抵抗15と抵抗17と
で分圧された基準電圧Refが供給されるようになって
いる。
【0003】又、コンパレータ11の出力端子は、中央
処理装置(以下、CPUという)20のリセット端子R
に接続されている。CPU20の第1の電源電圧入力端
子Vddは、電源電圧VDDに接続されている。CPU
20の第2の電源電圧入力端子Gは、グランドに接続さ
れている。CPU20に内蔵された発振器(以下、OS
Cという)20aには、外付けのコンデンサ21及び抵
抗22が接続されている。CPU20は、入力信号IN
に対してプログラムに基づいた処理を行い、出力信号O
UTを出力する機能を有している。図3は、図2の動作
を説明するためのタイムチャートであり、縦軸に電圧、
及び横軸に時間がとられている。この図を参照しつつ、
図2の動作を説明する。CPU20は、電源電圧VDD
がBATから供給されており、内蔵の発振器20aによ
って該CPU20の動作クロックを生成し、入力信号I
Nに対してプログラムに基づいた処理を行って出力信号
OUTを出力する。又、発振器20aは、コンデンサ2
1及び抵抗22により発振周波数が設定されている。コ
ンパレータ11の入力電圧inは基準電圧Refと比較
され、該入力電圧inが基準電圧Refよりも高い場合
に高レベル(以下、“H”という)の出力信号S11を
CPU20のリセット端子Rに供給する。この時、CP
U20は、通常の動作を行う。そして、時刻t1におい
て、BATの消耗等によって電源電圧VDDが低下し始
めた時、電源電圧VDDの低下に連動して入力電圧in
が低下し始める。その後、時刻t2において、入力電圧
inが基準電圧Refよりも低くなった場合に低レベル
(以下、“L”という)の出力信号S11をCPU20
のリセット端子Rに供給することにより、リセットを行
う。このように、電源電圧VDDが低下し始めた時、C
PU20が論理的に正常に動作している時に該CPU2
0をリセットし、出力信号OUTにエラーが出ないよう
にしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
電圧監視回路10では、次のような課題があった。即
ち、入力電圧inのばらつきと基準電圧Refのばらつ
きが独立しているので、基準電圧Refは、両者のばら
つきの最悪の状態を想定して設定する必要がある。その
ため、基準電圧Refは、必要以上に高く設定されるこ
とがある。例えば、CPU20が正常に動作する下限の
電源電圧VDDを抵抗12と抵抗13とで分圧した入力
電圧inを1.0±0.3Vとし、基準電圧Refのば
らつきが±0.4Vとすると、この基準電圧Refは、
入力電圧inの最悪値1.3V(1.0+0.3V)に
基準電圧Refのばらつきの最悪値0.4Vを加算した
1.7Vに設定されることがある。従って、入力電圧i
nが1.7Vのときリセットされる場合があり、実質的
にCPU20が正常に動作する電源電圧VDDの範囲が
狭くなる。例えば、CPU20は、入力電圧inが1.
0Vに低下するまで正常に動作するものであっても、該
入力電圧inが1.7Vになった時にリセットされてし
まう。そのため、この1.7Vの入力電圧inに対応し
た電源電圧VDDがCPU20の実質的な動作下限電圧
になり、BATの使用時間が真の使用限度時間よりも短
くなるという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第1の発明は、正常な電源電圧が与
えられた場合に抵抗とコンデンサとで決定される固有の
発振周波数で発振する発振器を内蔵して該発振周波数に
基づくクロックにタイミング制御された動作を行う電子
回路に対し、前記電源電圧を監視して該電源電圧が所定
の値よりも低下した時にリセット信号を生成して与える
電圧監視回路において、次のような手段を備えている。
即ち、前記クロックを微分して微分信号を生成する微分
回路と、前記微分信号を整流して半波整流信号を生成す
る整流手段と、前記半波整流信号を積分して積分信号を
生成する積分回路と、前記積分信号の値を前記電源電圧
のレベルを反映した基準値と比較し、該積分信号の値が
該基準値よりも低い場合は、前記電源電圧の低下によっ
て前記発振周波数が低下したと判断して前記リセット信
号を出力するリセット信号生成回路とを、備えている。
この第1の発明によれば、以上のように電圧監視回路を
構成したので、電子回路内の発振器から出力されたクロ
ックは微分回路で微分され、整流手段で半波整流信号に
なる。この半波整流信号は積分回路で積分されてリセッ
ト信号生成回路へ出力される。リセット信号生成回路に
おいて、積分信号の値は基準値と比較され、基準値以上
の場合、電子回路は通常の動作を行う。一方、積分信号
の値が基準値よりも低い場合は、リセット信号生成回路
からリセット信号が電子回路に出力され、この電子回路
がリセットされる。
【0006】第2の発明では、正常な電源電圧が与えら
れた場合に抵抗とコンデンサとで決定される固有の発振
周波数で発振する発振器を内蔵して該発振周波数に基づ
くクロックにタイミング制御された動作を行う電子回路
に対し、前記電源電圧を監視して該電源電圧が所定の値
よりも低下した時にリセット信号を生成して与える電圧
監視回路において、次のような手段を備えている。即
ち、前記クロックを微分して第1の微分信号を生成する
第1の微分回路と、前記第1の微分信号を整流して第1
の半波整流信号を生成する第1の整流手段と、前記クロ
ックを反転して反転クロックを生成するインバータと、
前記反転クロックを微分して第2の微分信号を生成する
第2の微分回路と、前記第2の微分信号を整流して第2
の半波整流信号を生成する第2の整流手段と、前記第1
及び第2の半波整流信号の合成信号を生成する合成手段
と、前記合成信号を積分して積分信号を生成する積分回
路と、前記積分信号の値を前記電源電圧のレベルを反映
した基準値と比較し、該積分信号の値が該基準値よりも
低い場合は、前記電源電圧の低下によって前記発振周波
数が低下したと判断して前記リセット信号を出力するリ
セット信号生成回路とを、備えている。この第2の発明
によれば、クロックは第1の微分回路で微分され、第1
の整流手段で第1の半波整流信号になる。それと同時
に、クロックはインバータで反転されて反転クロックに
なり、この反転クロックが第2の微分回路で微分され、
第2の整流手段で第2の半波整流信号になる。第1及び
第2の半波整流信号は、合成手段で合成信号になる。こ
の合成信号は積分回路で積分されてリセット信号生成回
路へ出力される。リセット信号生成回路において、積分
信号の値は基準値と比較され、基準値以上の場合、電子
回路は通常の動作を行う。一方、積分信号の値が基準値
よりも低い場合は、リセット信号生成回路からリセット
信号が電子回路に出力され、この電子回路がリセットさ
れる。従って、前記課題を解決できるのである。
【0007】
【発明の実施の形態】第1の実施形態 図1は、本発明の第1の実施形態を示す電圧監視回路の
回路図である。この電圧監視回路30は、電子回路(例
えば、CPU)40から出力されたクロックS40を入
力する入力端子31を有している。入力端子31は、コ
ンデンサ32を介してノードN1に接続されている。ノ
ードN1は、抵抗33を介してグランドに接続されてい
る。これらのコンデンサ32と抵抗33とでクロックS
40を微分して微分信号S32を生成する微分回路が構
成されている。更に、ノードN1は、整流手段であるダ
イオード34のアノードAに接続されている。ダイオー
ド34は、微分信号S32を整流して半波整流信号S3
4を生成する機能を有している。ダイオード34のカソ
ードKは、ダイオード35のアノードAに接続されると
共に、抵抗36を介してダイオード35のカソードKに
接続されている。ダイオード35のカソードKは、抵抗
37を介してノードN2に接続されている。ノードN2
は、コンデンサ38を介してグランドに接続されてい
る。これらのダイオード35と抵抗36,37とコンデ
ンサ38とで、充電時定数がR37×C38、及び放電時定
数が(R36+R37)×C38の積分回路が構成されてい
る。但し、R36は抵抗36の抵抗値、R37は抵抗37の
抵抗値、C38はコンデンサ38の容量値である。この積
分回路は、半波整流信号S34を積分して積分信号S3
7を生成する回路である。更に、ノードN2は、リセッ
ト信号生成回路であるシュミットトリガバッファ39の
入力端子に接続されている。シュミットトリガバッファ
39の出力端子は、CPU40のリセット端子Rに接続
されている。シュミットトリガバッファ39の第1の電
源電圧入力端子は、BATの+側から供給される電源電
圧VDDに接続されている。又、シュミットトリガバッ
ファ39の第2の電源電圧入力端子は、グランドに接続
されている。このシュミットトリガバッファ39は、積
分信号S37の値を電源電圧VDDのレベルを反映した
基準値VT と比較し、該積分信号S37の値が該基準値
VT よりも低い場合は、電源電圧VDDの低下によって
OSC40aの発振周波数が低下したと判断してリセッ
ト信号S39を出力する機能を有している。
【0008】CPU40の第1の電源電圧入力端子Vd
dは、電源電圧VDDに接続されている。CPU40の
第2の電源電圧入力端子Gは、グランドに接続されてい
る。CPU40に内蔵されたOSC40aには、外付け
のコンデンサ41及び抵抗42が接続されている。これ
らのコンデンサ41と抵抗42とでOSC40aの発振
周波数が決定される。OSC40aの出力信号は、バッ
ファ40bを経て前記クロックS40として出力され
る。このCPU40は、入力信号INに対してプログラ
ムに基づいた処理を行い、出力信号OUTを出力する機
能を有している。図4は、図1中のOSC40aの一例
を示す回路図である。このOSC40aは、インバータ
43,44を有している。インバータ43の入力端子と
出力端子は、抵抗42を介して接続されている。更に、
インバータ43の出力端子は、インバータ44の入力端
子に接続されている。インバータ44の出力端子は、コ
ンデンサ41を介してインバータ43の入力端子に接続
されている。
【0009】このOSC40aでは、インバータ44の
出力信号S44が“H”になっているとすると、インバ
ータ43の出力信号S43は“L”である。この時、コ
ンデンサ41の充電電流は、インバータ44の出力端子
からコンデンサ41及び抵抗42を経てインバータ44
の入力端子へ流れる。この電流による抵抗42の両端の
電圧降下でインバータ43の入力信号S42は、出力信
号S43に対して正、つまり“H”になっている。この
結果、出力信号S43は“L”となり、安定している。
コンデンサ41と抵抗42の値で決まる一定の時間Tの
間、この充電電流が流れると、充電が完了して電流が流
れなくなる。すると、抵抗42の両端の電圧降下も0に
なるので、入力信号S42は“L”になり、出力信号S
43が“H”に反転する。この時、出力信号S44は、
“L”に反転する。次に、インバータ43の出力端子か
ら抵抗42及びコンデンサ43を経てインバータ44の
出力端子に充電電流が流れる。この充電も一定の時間T
の後に終了し、出力信号S43は“H”から“L”反転
し、出力信号S44が“L”から“H”に反転する。こ
のようにして、時間Tの周期で出力信号S44は“H”
と“L”を交互に繰り返す。
【0010】図5は、図1中のCPU40の電源電圧と
OSC40aの発振周波数との関係を説明する図であ
り、縦軸に発振周波数、及び横軸に電源電圧がとられて
いる。グラフAは、発振周波数が1000kHz になるよう
に、C41(コンデンサ41の容量値)を27pF、及び
42(抵抗42の抵抗値)を10kΩとした場合の電源
電圧VDDとOSC40aの発振周波数との関係を示し
ている。又、グラフBは、発振周波数が500kHzになるよ
うに、C41を62pF、及びR42を10kΩとした場合
の電源電圧VDDとOSC40aの発振周波数との関係
を示している。これらのグラフA及びグラフBに示され
ているように、電源電圧VDDが約2V以下に低下する
と、OSC40a内の各インバータ43,44のドライ
ブ能力が低下するので、動作速度が低下して発振周波数
が低下し始める。例えば、グラフAにおいて、電源電圧
VDDがV1(約1.1V)になると発振周波数はf1(=500
kHz)になる。又、グラフBでは、電源電圧VDDがV2
(約0.9V)になると発振周波数はf2(=250kHz)になる。
本実施形態では、この性質を利用して電圧監視回路を構
成している。
【0011】図6は、図1の動作を説明するためのタイ
ムチャートであり、縦軸に電圧、及び横軸に時間がとら
れている。この図を参照しつつ、図1の動作を説明す
る。時刻t1において、BATの消耗等によって電源電
圧VDDが低下し始めた時、OSC40aの発振周波数
は急激に低下し、クロックS40の周期が急激に長くな
る。クロックS40の周期が長くなると、コンデンサ3
2及び抵抗33による微分回路の出力信号である微分信
号S32はパルスの間隔が長くなる。すると、半波整流
信号S34のパルスの間隔も長くなり、積分信号S37
のレベルも急激に低下する。この時、電源電圧VDDの
低下によってシュミットトリガバッファ39のヒステリ
シス特性の下端も低下する。このヒステリシス特性の下
端が、電源電圧のレベルを反映した基準値VT になる。
時刻t2において、積分信号S37は基準値VT よりも
低くなり、シュミットトリガバッファ39の出力信号で
あるリセット信号S39が“H”から“L”に変化し、
CPU40がリセットされる。
【0012】以上のように、この第1の実施形態では、
CPU40に内蔵されたOSC40aの発振周波数の低
下に基づいて電源電圧VDDの低下を検知することによ
ってリセット信号S39を得ているので、CPU40が
動作できる電源電圧VDDの最低の限界に連動してリセ
ットすることになる。そのため、CPU40が動作する
電源電圧の範囲を従来に比べて広くすることができる。
その結果、BATは使用時間の限界まで使用でき、従来
よりも使用時間が長くなる。
【0013】第2の実施形態 図7は、本発明の第2の実施形態を示す電圧監視回路の
回路図であり、第1の実施形態を示す図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。この電圧監視
回路30Aでは、図1中の電圧監視回路30に、インバ
ータ51と、コンデンサ52及び抵抗53で構成された
第2の微分回路と、第2の整流手段であるダイオード5
4とが追加されている。即ち、入力端子31はインバー
タ51の入力端子に接続されている。インバータ51の
第1の電源電圧入力端子は電源電圧VDDに接続され、
該インバータ51の第2の電源電圧入力端子がグランド
に接続されている。インバータ51は、クロックS40
を反転して反転クロックS51を生成する機能を有して
いる。インバータ51の出力端子は、コンデンサ52を
介してノードN3に接続されている。ノードN3は、抵
抗53を介してグランドに接続されている。更に、ノー
ドN3は、ダイオード54のアノードAに接続されてい
る。ダイオード54のカソードKは、合成手段であるノ
ードN4を介してダイオード34のカソードKに接続さ
れている。ノードN4は、ダイオード34のカソードK
から出力される第1の半波整流信号とダイオード54の
カソードKから出力される第2の半波整流信号の合成信
号SMを生成する機能を有している。他は、図1と同様
の構成である。
【0014】図8は、図7の動作を説明するためのタイ
ムチャートであり、縦軸に電圧、及び横軸に時間がとら
れている。図7の電圧監視回路30Aでは、次の点が図
1の動作と異なっている。クロックS40は、インバー
タ51で反転されて反転クロックS51になる。反転ク
ロックS51は、第2の微分回路で微分されて微分信号
S52になる。この微分信号S52と微分信号S32と
は、互いに逆位相になっている。微分信号S52及び微
分信号S32はダイオード54及びダイオード34でそ
れぞれ整流され、ノードN4で合成されて合成信号SM
となって積分回路へ送出される。この合成信号SMは、
図6中の半波整流信号S34に対して倍の密度のパルス
になっている。そのため、積分信号S37は、第1の実
施形態に比べてリップルが少なくなり、シュミットトリ
ガバッファ39におけるレベルの低下を検出する精度が
向上する。又、積分回路の時定数は、第1の実施形態よ
りも相対的に小さくしてもよい。
【0015】以上のように、この第2の実施形態では、
第1の実施形態の利点に加え、積分信号S37のリップ
ルが第1の実施形態に比べて少なくなるので、積分信号
S37のレベルの低下を検出する精度が向上する。更
に、積分回路の時定数を第1の実施形態よりも相対的に
小さくすることができるので、コンデンサ38の容量値
を小さくすることにより、この電圧監視回路のLSI
(大規模集積回路)化が容易にできる。尚、本発明は上
記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。そ
の変形例としては、例えば次のようなものがある。 (a) 実施形態では、電子回路はCPUとしている
が、クロックに基づいて動作する個別素子を組み合わせ
た論理回路でもよい。 (b) 実施形態では、リセット信号生成回路はシュミ
ットトリガバッファとしているが、例えば積分信号S3
7を電源電圧VDDの低下に対応して設定した基準値と
比較するコンパレータで構成してもよい。
【0016】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
によれば、電子回路に内蔵された発振器の発振周波数の
低下に基づいて電源電圧の低下を検知することによって
リセット信号を得ているので、電子回路が動作できる電
源電圧の最低の限界に連動してリセットすることにな
る。そのため、電子回路の動作する電源電圧の範囲を従
来に比べて広くすることができる。このため、電源電圧
を例えばBATから供給している場合、このBATを使
用時間の限界まで使用でき、従来よりも使用時間を長く
できる。第2の発明によれば、第1の発明の効果に加
え、積分信号のリップルは第1の発明に比べて少なくな
るので、積分信号のレベルの低下を検出する精度を向上
できる。更に、積分回路の時定数を第1の発明よりも相
対的に小さくすることができるので、積分回路を構成す
るコンデンサの容量値を小さくすることにより、この電
圧監視回路を容易にLSI化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態の電圧監視回路の回路
図である。
【図2】従来の電圧監視回路の回路図である。
【図3】図2のタイムチャートである。
【図4】図1中のOSC40aの回路図である。
【図5】図1中のCPUの電源電圧と発振周波数との関
係を説明する図である。
【図6】図1のタイムチャートである。
【図7】本発明の第2の実施形態の電圧監視回路の回路
図である。
【図8】図7のタイムチャートである。
【符号の説明】
10,30,30A 電圧監視回路 20,40 マイクロコンピュータ(電子回
路) 20a,40a 発振器 32,52 コンデンサ(微分回路) 33,53 抵抗(微分回路) 34,54 ダイオード(整流手段) 35 ダイオード(積分回路) 36,37 抵抗(積分回路) 38 コンデンサ(積分回路) 39 シュミットトリガバッファ(リセ
ット信号生成回路) 51 インバータ N4 ノード(合成手段) VDD 電源電圧
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02J 7/00 302 G06F 1/00 333D

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正常な電源電圧が与えられた場合に抵抗
    とコンデンサとで決定される固有の発振周波数で発振す
    る発振器を内蔵して該発振周波数に基づくクロックにタ
    イミング制御された動作を行う電子回路に対し、前記電
    源電圧を監視して該電源電圧が所定の値よりも低下した
    時にリセット信号を生成して与える電圧監視回路におい
    て、 前記クロックを微分して微分信号を生成する微分回路
    と、 前記微分信号を整流して半波整流信号を生成する整流手
    段と、 前記半波整流信号を積分して積分信号を生成する積分回
    路と、 前記積分信号の値を前記電源電圧のレベルを反映した基
    準値と比較し、該積分信号の値が該基準値よりも低い場
    合は、前記電源電圧の低下によって前記発振周波数が低
    下したと判断して前記リセット信号を出力するリセット
    信号生成回路とを、 備えたことを特徴とする電圧監視回路。
  2. 【請求項2】 正常な電源電圧が与えられた場合に抵抗
    とコンデンサとで決定される固有の発振周波数で発振す
    る発振器を内蔵して該発振周波数に基づくクロックにタ
    イミング制御された動作を行う電子回路に対し、前記電
    源電圧を監視して該電源電圧が所定の値よりも低下した
    時にリセット信号を生成して与える電圧監視回路におい
    て、 前記クロックを微分して第1の微分信号を生成する第1
    の微分回路と、 前記第1の微分信号を整流して第1の半波整流信号を生
    成する第1の整流手段と、 前記クロックを反転して反転クロックを生成するインバ
    ータと、 前記反転クロックを微分して第2の微分信号を生成する
    第2の微分回路と、 前記第2の微分信号を整流して第2の半波整流信号を生
    成する第2の整流手段と、 前記第1及び第2の半波整流信号の合成信号を生成する
    合成手段と、 前記合成信号を積分して積分信号を生成する積分回路
    と、 前記積分信号の値を前記電源電圧のレベルを反映した基
    準値と比較し、該積分信号の値が該基準値よりも低い場
    合は、前記電源電圧の低下によって前記発振周波数が低
    下したと判断して前記リセット信号を出力するリセット
    信号生成回路とを、 備えたことを特徴とする電圧監視回路。
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