TWI435201B - 產生啟動重置訊號之訊號產生裝置 - Google Patents

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Description

產生啟動重置訊號之訊號產生裝置
本發明係相關於訊號產生裝置，尤指一種用以產生一啟動重置(power-on-reset)訊號的訊號產生裝置。
一般的電子系統在啟動以及重置時，其供給電壓會需要花費一段時間從零電位爬昇到正常的電位，因此，在供給電壓到達正常的電位之前，所有訊號處理相關之電路均應該被關閉，以避免產生錯誤的處理結果，相對地，在供給電壓到達正常的電位之後，便需要一個啟動重置訊號來通知該電子系統開始正常的訊號處理。
請參照第1圖，其為習知啟動重置訊號產生裝置100的示意圖。啟動重置訊號產生裝置100包含有一帶隙(bandgap)電路110、一比較器120以及一分壓電路130。由於帶隙電路110本身的電路特性，其所產生的一參考電壓VREF 會對製程、電壓以及溫度(process、voltage、temperature，PVT)有著極小的敏感度，因此十分穩定而適合用來產生作為比較基準用的參考電壓VREF 。而比較器120會接收帶隙電路110所產生的參考電壓VREF 以及分壓電路130依據一供給電壓VSUP 所產生的一比較電壓VCOMP ，並比較參考電壓VREF 以及VCOMP 來產生一啟動重置訊號PORSB1。請參照第2圖，其為第1圖中所示之啟動重置訊號產生裝置100的部分訊號示意圖。當供給電壓VSUP 爬昇至一定高度的電位時，比較電壓VCOMP 亦會提高，並到達大於參考電壓VREF 之一電位，此時比較器120便會將啟動重置訊號PORSB1輸出為”1”，亦即一高電位。然而，由於供給電壓VSUP 亦用來作為帶隙電路110之偏壓，當供給電壓VSUP 快速爬昇，而帶隙電路110所產生的參考電壓VREF 尚未穩定時，可能會導致錯誤的比較結果而使得啟動重置訊號PORSB1提早變成”1”。請參照第3圖，其為第1圖中所示之啟動重置訊號產生裝置100中因比較錯誤而產生的部分錯誤訊號示意圖。由第3圖可知，在供給電壓VSUP 快速爬昇的期間，比較器120可能會產生誤判而導致錯誤的啟動重置訊號PORSB1。
請參照第4圖，其為另一習知啟動重置訊號產生裝置400的示意圖。啟動重置訊號產生裝置400包含有三個彼此串接之接成二極體形式的電晶體(diode-connected transistor)M1、M2與M3、一磁滯電路410(例如：一施密特觸發器(Schmitt trigger))以及一緩衝電路420。隨著供給電壓VSUP 的上昇，串接的電晶體M1、M2與M3也會跟著開啟並導通電流，同時輸出一電壓VM ，由第4圖可知，電壓VM 等於電晶體M1之一閘極-源極電壓加上電晶體M2之一閘極-源極電壓，當電壓VM 大於磁滯電路410的一門檻電壓時，啟動重置訊號產生裝置400所輸出之啟動重置訊號PORSB2便會改變電壓而變成”1”，亦即改變成一高電位。因此，當供給電壓VSUP 的上昇至足以啟動電晶體M1、M2與M3時，即代表啟動重置訊號PORSB2會變成”1”。然而，由於電晶體M1、M2與M3的運作極易受到製程飄移或是溫度改變的影響，故習知啟動重置訊號產生裝置400並無法提供穩定的啟動重置訊號。
有鑑於上述的問題，本發明提供了一種用以產生一啟動重置訊號之訊號產生裝置，以期能提供一個穩定的啟動重置訊號。
依據本發明之一實施例，其提供了一種用以產生一啟動重置訊號之訊號產生裝置。該訊號產生裝置包含有一偏壓電路以及一啟動重置訊號產生電路。該偏壓電路係用來產生一輸出偏壓，其中該偏壓電路包含有至少一雙極性接面電晶體，該雙極性接面電晶體之一基極係耦接於該雙極性接面電晶體之一集極，以及該輸出偏壓係相關於該雙極性接面電晶體之一射極-基極電壓。該啟動重置訊號產生電路係耦接於該偏壓電路，用以複製該輸出偏壓來產生一複製電壓，並依據該複製電壓來產生該啟動重置訊號。
請參照第5圖，其為依據本發明之一實施例所實現的一訊號產生裝置500的示意圖。訊號產生裝置500包含有一偏壓電路510以及一啟動重置訊號產生電路520。在此實施例中，偏壓電路510包含(但不侷限於)一PNP型雙極性接面電晶體Pa以及一金氧半導體電晶體Ma，其中雙極性接面電晶體Pa之基極係耦接於其集極，此外，金氧半導體電晶體Ma之閘極則耦接於其汲極而形成一個接成二極體形式的電晶體。偏壓電路510係用來產生一輸出偏壓Va，由第5圖可知，於本實施例中，輸出偏壓Va係為雙極性接面電晶體Pa之一射極-基極電壓VEB 加上金氧半導體電晶體Ma之一閘極-源極電壓VGS 所形成，此外，啟動重置訊號產生電路520則會複製輸出偏壓Va來產生一複製電壓，並依據該複製電壓來產生一啟動重置訊號PORSB。
請配合第5圖來參照第6圖，第6圖為用以產生一帶隙偏壓之一帶隙電路600的示意圖。帶隙電路600包含有一帶隙偏壓單元610，由第5、6圖可知，帶隙偏壓單元610與偏壓電路510具有同樣的電路結構，亦即均包含有雙極性接面電晶體Pa以及金氧半導體電晶體Ma，且兩電晶體之間的連接方式亦彼此相同。同樣地，帶隙偏壓單元610所輸出之一偏壓電壓Va’與偏壓電路510之輸出偏壓Va亦會大致相同，一樣具有雙極性接面電晶體Pa之射極-基極電壓VEB 以及金氧半導體電晶體Ma之閘極-源極電壓VGS 。是故偏壓電路510實具有追蹤帶隙偏壓單元610之一偏壓電壓Va’之效果，因此，在運作環境(製程、溫度等變因)有所變動時，偏壓電路510之輸出偏壓Va仍然會穩定地維持在一固定電壓。
請再參照第7圖，其為依據本發明之一實施例所實現之一啟動重置訊號產生電路520的示意圖。啟動重置訊號產生電路520包含有一複製單元521以及一磁滯單元522。複製單元521中包含有一電流鏡521A以及一負載元件521B(在此實施例中，負載元件521B為一電阻，然而，在其他實施例中，負載元件521B亦可以一電晶體等電路元件來加以實現)。電流鏡521A會接收偏壓電路510之輸出偏壓Va，複製流經偏壓電路510之一電流來產生一複製電流Ib，而複製電流Ib在流經負載元件521B後，會產生複製電壓Vb。磁滯單元522於接收到複製電壓Vb之後，會依據複製電壓Vb來產生一啟動重置訊號PORSB，當供給電壓VSUP 的上昇，偏壓電路510中的雙極性接面電晶體Pa以及金氧半導體電晶體Ma也會跟著開啟，開始導通電流並提高偏壓電路510之輸出偏壓Va，是故複製電壓Vb亦會隨著輸出偏壓Va上昇，當複製電壓Vb提昇至磁滯電路522的一門檻電壓時，訊號產生裝置500所輸出之啟動重置訊號PORSB便會改變電壓而變成”1”，亦即改變成一高電位。由於複製單元521係以追蹤帶隙電路600其中之一偏壓所設計所成，複製單元521之輸出偏壓Va會大致等同於帶隙電路600之一輸出偏壓，是故訊號產生裝置500所輸出之啟動重置訊號PORSB對環境變因會有著極小的變動，此外，由於訊號產生裝置500所輸出之啟動重置訊號PORSB並非與供給電壓VSUP 比較後的結果，即使在供給電壓VSUP 快速爬昇的過程中，啟動重置訊號PORSB亦不會因比較結果錯誤而過早提昇至”1”。然而，上述電路僅為本發明之一實施例，並非用來作為本發明之限制，舉例來說，磁滯單元522係為一選擇性(optional)元件，因此，在其他實施例中，訊號產生裝置500亦可省略磁滯單元522而直接使用複製電壓Va來作為啟動重置訊號PORSB。換言之，任何應用第6圖所示之偏壓電路以及第7圖所示之複製單元的訊號產生裝置均符合本發明之精神而落入本發明的範疇。
請參照第8圖，其為依據本發明之另一實施例所實現的一訊號產生裝置800的示意圖。訊號產生裝置800包含有用以產生一第一參考電壓V1的一初步訊號產生裝置810、用以產生一第二參考電壓V2的一帶隙參考電路820以及一決定單元830。其中，初步訊號產生裝置810之功能與結構可以如同第5圖所示之訊號產生裝置500，帶隙參考電路820可以如同第1圖所示之啟動重置訊號產生裝置100或帶隙電路110，相關說明在此便不再贅述。本實施例中，決定單元830會接收第二參考電壓V2以及第一參考電壓V1，並依據第二參考電壓V2以及第一參考電壓V1來產生一啟動重置訊號PORSB’。舉例來說，決定單元830可以用一及閘(AND gate)來加以實現，因此，決定單元830會對第一參考電壓V1以及第二參考電壓V2作交集(intersection)以得到啟動重置訊號PORSB’。請配合第8圖來參照第9圖，第9圖為第8圖中所示之訊號產生裝置800的部分訊號示意圖。由第9圖可知，當供給電壓VSUP 爬昇時，帶隙參考電路820所產生之第二參考電壓V2會在比較過程中會產生一錯誤比較結果，然而初步訊號產生裝置810所產生第一參考電壓V1則沒有因比較而產生的錯誤；另一方面來說，帶隙參考電路820係應用了帶隙的概念來運作，其所產生之第二參考電壓V2會極穩定而不受外在環境影響，然而，初步訊號產生裝置810之第一參考電壓V1雖可大致追蹤帶隙參考電路820之一偏壓，但對外在環境的穩定度仍不及帶隙參考電路820所產生之第二參考電壓V2，經由決定單元830結合第一參考電壓V1與第二參考電壓V2，其所產生的啟動 重置訊號PORSB’則可同時結合兩者之穩定性以及正確性，在供給電壓VSUP 急速上昇時，仍可提供正確的啟動重置訊號PORSB’；此外，當帶隙參考電路820如同第1圖所示之啟動重置訊號產生裝置100，其另包含分壓電路130等電路，進而可更直接反應供給電壓的變化。
綜上所述，本發明提供了一種用以產生一啟動重置訊號之訊號產生裝置，當供給電壓快速爬昇時，該訊號產生裝置所提供之該啟動重置訊號不會因比較錯誤而在不當的時間點啟動，此外，由於本發明具有追蹤帶隙電路的特性，外在環境對該訊號產生裝置的影響極小，是故其所產生的該啟動重置訊號可使得電子系統中的電路能正確而穩定的運作。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、400、520‧‧‧啟動重置訊號產生裝置
110‧‧‧帶隙電路
120‧‧‧比較器
130‧‧‧分壓電路
410、522‧‧‧磁滯電路
420‧‧‧緩衝電路
500、800‧‧‧訊號產生裝置
510‧‧‧偏壓電路
521‧‧‧複製單元
521A‧‧‧電流鏡
521B‧‧‧負載元件
600‧‧‧帶隙電路
610‧‧‧帶隙偏壓單元
810‧‧‧初步訊號產生裝置
820‧‧‧帶隙參考電路
830‧‧‧決定單元
M1、M2、M3、Ma‧‧‧電晶體
Pa‧‧‧雙極性接面電晶體
VM ‧‧‧電壓
Va‧‧‧輸出偏壓
Vb‧‧‧複製電壓
VSUP ‧‧‧供給電壓
VREF ‧‧‧參考電壓
VCOMP ‧‧‧比較電壓
V1‧‧‧第一參考電壓
V2‧‧‧第二參考電壓
PORSB1、PORSB2、PORSB、PORSB’‧‧‧啟動重置訊號
Ib‧‧‧複製電流
第1圖為習知啟動重置訊號產生裝置之示意圖。
第2圖為第1圖中所示之啟動重置訊號產生裝置的部分訊號示意圖。
第3圖為第1圖中所示之啟動重置訊號產生裝置中因比較錯誤而產生的部分錯誤訊號示意圖。
第4圖為另一習知啟動重置訊號產生裝置之示意圖。
第5圖為依據本發明之一實施例所實現的一訊號產生裝置的示意 圖。
第6圖為用以產生一帶隙偏壓之一帶隙電路的示意圖。
第7圖為依據本發明之一實施例所實現之一啟動重置訊號產生電路的示意圖。
第8圖為依據本發明之另一實施例所實現的一訊號產生裝置的示意圖。
第9圖為第8圖中所示之訊號產生裝置的部分訊號示意圖。
100．．．啟動重置訊號產生裝置
110．．．帶隙電路
120．．．比較器
130．．．分壓電路
VSUP ．．．供給電壓
VREF ．．．參考電壓
VCOMP ．．．比較電壓
PORSB1．．．啟動重置訊號

Claims (10)

  1. 一種用以產生一啟動重置(power-on-reset)訊號之訊號產生裝置，包含有：一偏壓電路，用來產生一輸出偏壓，其中該偏壓電路包含有至少一雙極性接面電晶體，該雙極性接面電晶體之一基極係耦接於該雙極性接面電晶體之一集極，以及該輸出偏壓係相關於該雙極性接面電晶體之一射極-基極(emitter-to-base)電壓；-一啟動重置訊號產生電路，耦接於該偏壓電路，用以複製該輸出偏壓來產生一複製電壓；一帶隙(bandgap)電路，用以產生相關於帶隙之一參考電壓；以及一決定單元，耦接於該啟動重置訊號產生電路以及該帶隙電路，用以依據該參考電壓以及該複製電壓來產生該啟動重置訊號；其中該啟動重置訊號係依據該複製電壓而產生。
  2. 如專利申請範圍第1項所述的訊號產生裝置，其中該啟動重置訊號產生電路係直接輸出該複製電壓來作為該啟動重置訊號。
  3. 如專利申請範圍第1項所述的訊號產生裝置，其中該啟動重置訊號產生電路包含有：一複製單元，用以複製該輸出偏壓來產生該複製電壓；以及一磁滯單元，耦接於該複製單元，用以接收該複製電壓並依據該複製電壓來產生該啟動重置訊號。
  4. 如同專利申請範圍第3項所述的訊號產生裝置，其中該複製單元包含有：一負載元件；以及一電流鏡，耦接於該負載元件與該偏壓電路，用以複製流經該偏壓電路之一電流來產生流經該負載元件之一複製電流，其中該複製電壓係依據該複製電流與該負載元件所產生。
  5. 如專利申請範圍第1項所述的訊號產生裝置，其中該決定單元係為一及閘(AND gate)。
  6. 如專利申請範圍第1項所述的訊號產生裝置，其中該訊號產生裝置另包含有：一分壓電路，用以依據一供給電壓之分壓來產生一比較電壓；以及一比較器，用以比較該參考電壓以及該比較電壓來產生一第二參考電壓；其中該決定單元依據該第二參考電壓以及該複製電壓來產生該啟動重置訊號。
  7. 如專利申請範圍第1項所述的訊號產生裝置，其中該帶隙電路具有一帶隙偏壓單元，該帶隙偏壓單元與該偏壓電路具有相同的電路結構。
  8. 如同專利申請範圍第3項所述的訊號產生裝置，其中該磁滯單元為一施密特觸發器(Schmitt trigger)。
  9. 如同專利申請範圍第1項所述的訊號產生裝置，其中該偏壓電路另包含有至少一金氧半導體電晶體，該金氧半導體電晶體之一閘極係耦接於該金氧半導體電晶體之一汲極，該金氧半導體電晶體之一源極係耦接至該雙極性接面電晶體之該射極，以及該偏壓電路所產生之該輸出偏壓包含有該雙極性接面電晶體之該射極-基極電壓以及該金氧半導體電晶體之一閘極-源極(gate-to-source)電壓。
  10. 一種用以產生一啟動重置(power-on-reset)訊號之訊號產生裝置，包含有：一偏壓電路，用來產生一輸出偏壓，其中該偏壓電路包含有至少一雙極性接面電晶體以及至少一金氧半導體電晶體，該雙極性接面電晶體之一基極係耦接於該雙極性接面電晶體之一集極，該金氧半導體電晶體之一閘極係耦接於該金氧半導體電晶體之一汲極，該金氧半導體電晶體之一源極係耦接至該雙極性接面電晶體之該射極，以及該偏壓電路所產生之該輸出偏壓包含有該雙極性接面電晶體之一射極-基極電壓(emitter-to-base)以及該金氧半導體電晶體之一閘極-源極(gate-to-source)電壓；以及 一啟動重置訊號產生電路，耦接於該偏壓電路，用以複製該輸出偏壓來產生一複製電壓；其中該啟動重置訊號係依據該複製電壓而產生。
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