專利名稱：一種具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種上電復(fù)位電路，具體涉及一種具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，屬于集成電路技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著芯片集成度的不斷提高，低功耗技術(shù)在片上系統(tǒng)芯片(簡稱SoC)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)越來越成為研究者所關(guān)注的內(nèi)容。單個芯片上集成的功能模塊越來越多，對芯片功耗的要求就越高。尤其是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)芯片對靜態(tài)功耗的要求越來越苛刻，要求節(jié)點(diǎn)芯片能超長持續(xù)工作到數(shù)月甚至數(shù)年，而大多數(shù)時(shí)間節(jié)點(diǎn)芯片是處在待機(jī)休眠狀態(tài)，這就對靜態(tài)功耗提出了極為嚴(yán)格的要求。上電復(fù)位電路(Power-on-Reset circuit,簡稱P0R)，是SoC中不可缺少的組成部分，它在整個芯片開始供電的初始階段給系統(tǒng)提供一個全局復(fù)位信號，確保整個系統(tǒng)從一個確定的狀態(tài)啟動；此外，在電路正常工作階段，如果電源電壓變至過低也會引起系統(tǒng)復(fù)位以防止系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)。POR電路不管是在電源上電、掉電還是穩(wěn)定階段都應(yīng)連接電源。因此，極低功耗、高性能的POR電路的設(shè)計(jì)對SoC芯片至關(guān)重要。POR電路一般采用RC充放電原理來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電源電壓開始升高時(shí)，由于電容C兩端電壓不能突變，復(fù)位信號保持低電平；隨著電源電壓對電容C充電，直至電容上極板的電壓到達(dá)后級反向器的閾值電壓時(shí)，復(fù)位信號輸出迅速由低變高并保持高電平，復(fù)位過程結(jié)束。這種上電復(fù)位電路結(jié)構(gòu)簡單，但其起拉電壓不穩(wěn)定，大電容也難在芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明目的是提供一種高可靠性、起拉電壓穩(wěn)定、低功耗的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明包括輸入端接電源電壓的電源開關(guān)；帶隙比較器電路，與電源開關(guān)輸出端相連接，根據(jù)電源電壓的變化信號，輸出兩路電流信號；電流比較電路，與帶隙比較器電路輸出端相連接，用于比較兩路電流信號，并輸出電壓檢測信號；狀態(tài)鎖存電路，與電流比較電路輸出端相連接，用于鎖存電壓檢測信號，并輸出鎖存信號；輸出緩沖電路，與狀態(tài)鎖存電路輸出端相連接，用于緩沖鎖存信號，輸出緩沖電路包括依次連接的第一緩沖器和第二緩沖器，第一緩沖器輸出端接電源開關(guān)，用于控制電源開關(guān)的開啟和關(guān)閉，第二緩沖器輸出最終的上電復(fù)位信號；欠壓檢測電路，輸入接電源電壓，輸出接狀態(tài)鎖存電路輸出端，當(dāng)檢測到電源電壓低于系統(tǒng)正常工作所需閾值時(shí)，將拉低狀態(tài)鎖存電路輸出端的電平，系統(tǒng)復(fù)位以防止系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)。上述電源開關(guān)包括第零P型COMS管；第零P型COMS管源極接電源電壓，其柵極接第一緩沖器輸出端。上述帶隙比較器電路包括第零NPN型雙極型管、第一 NPN型雙極型管、第一電阻和第二電阻；第零NPN型雙極型管的發(fā)射極面積小于第一 NPN型雙極型管的發(fā)射極面積；第零NPN型雙極型管發(fā)射極接地，其集電極與基極相連接；第一 NPN型雙極型管發(fā)射極接地， 其集電極與基極相連接；第二電阻一端接第零P型COMS管漏極，其另一端接第零NPN型雙極型管集電極；第一電阻一端接第零NPN型雙極型管基極，其另一端接第一 NPN型雙極型管基極。上述電流比較電路包括第三電流鏡、第四P型COMS管、第五N型COMS管、第六P 型COMS管和傳輸門；第三電流鏡包括第三P型COMS管、第四NPN型雙極型管和第五NPN型雙極型管；第三P型COMS管、第四P型COMS管和第六P型COMS管源極均接第零P型COMS 管漏極；第四P型COMS管漏極與柵極相連接；第三P型COMS管柵極接第二 P型COMS管柵極與漏極的公共端，其漏極接第四NPN型雙極型管集電極和第五N型COMS管柵極；第四NPN 型雙極型管基極接第零NPN型雙極型管集電極，其發(fā)射極接地；第五NPN型雙極型管基極接第四NPN型雙極型管基極，其源極接地，其集電極接第四P型COMS管漏極與柵極的公共端； 第六P型COMS管柵極接第四P型COMS管漏極與柵極的公共端，其漏極接第五N型COMS管漏極和傳輸門一端；第五N型COMS管源極接地。上述狀態(tài)鎖存電路包括第零電容、鎖存器環(huán)、第四反相器、第五反相器、第六反相器、第一反相器和第十四P型COMS管；第零電容一極接電源電壓，其另一極接第四反相器輸入端和鎖存器環(huán)輸入端；第四反相器輸出端接第五反相器輸入端，第五反相器輸出端接第六反相器輸入端，所述第六反相器輸出端接第十四P型COMS管柵極；第十四P型COMS管漏極接所述傳輸門另一端，其源極接第一反相器輸入端；鎖存器環(huán)輸出端接第一緩沖器輸入端；第一反相器輸出端接鎖存器環(huán)輸入端。上述欠壓檢測電路包括第九P型COMS管、第十N型COMS管、第i^一 N型COMS管、 第十二 N型COMS管、第十三P型COMS管和第二電容；第十三P型COMS管源極接電源電壓， 其柵極與漏極相連接公共端接第二電容一極和第九P型COMS管源極；第九P型COMS管與第十N型COMS管構(gòu)成欠壓反相器，第十N型COMS管源極和第二電容另一端均接地；欠壓反相器一端接電源電源，另一端接第十一 N型COMS管柵極和第十二 N型COMS管柵極；第十一 N型COMS管源極接地，其漏極接鎖存器環(huán)輸出端；第十二 N型COMS管源極接地，其漏極接第十四P型COMS管源極。上述鎖存器環(huán)包括第二反相器和第三反相器；第二反相器輸出端接第三反相器輸入端，第三反相器輸出端接第二反相器輸入端。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單新穎，具有很高的可靠性，其起拉電壓穩(wěn)定，受電源上電速率、溫度和工藝偏差的影響較小，靜態(tài)功耗極小，可以集成于低功耗應(yīng)用的SOC芯片中。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來詳細(xì)說明本發(fā)明；圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1的電路原理圖；圖3為本發(fā)明中帶隙比較器電路的電路圖；圖4為本發(fā)明中電流比較電路的電路圖；圖5為本發(fā)明中狀態(tài)鎖存電路的電路圖6為本發(fā)明中欠壓檢測電路的電路圖；圖7是本發(fā)明電路上電復(fù)位過程中幾個信號的波形示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。參見圖1和圖2，本發(fā)明包括電源開關(guān)0、帶隙比較器電路1、電流比較電路2、狀態(tài)鎖存電路3、欠壓檢測電路4和輸出緩沖電路5。電源開關(guān)0的輸入端接電源電壓，輸出端接帶隙比較器電路1的輸入端，帶隙比較器電路1的輸出端接電流比較電路2的輸入端，電流比較電路2輸出端接狀態(tài)鎖存電路3輸入端，欠壓檢測電路4輸入端接電源電壓，其輸出端接狀態(tài)鎖存電路3輸出端，狀態(tài)鎖存電路3輸出端接輸出緩沖電路5輸入端，輸出緩沖電路5包括依次連接的第一緩沖器Bufferl 和第二緩沖器Buffer2，第一緩沖器Bufferl向電源開關(guān)0發(fā)出電源控制使能信號，用于控制電源開關(guān)0的開啟和關(guān)閉，進(jìn)而控制帶隙比較器電路1及電流比較電路2的工作狀態(tài)，第二緩沖器Buffer2輸出最終的上電復(fù)位信號Por_reSet。本發(fā)明的工作過程如下帶隙比較器電路1和電流比較電路2輸出電壓檢測信號Det_out，電壓檢測信號 Det_out輸入到狀態(tài)鎖存電路3，狀態(tài)鎖存電路3鎖存電壓檢測信號Det_out并輸出鎖存信號Latch_0Ut ；如果電源電壓高于起拉電壓，輸出緩沖電路5輸出最終的上電復(fù)位信號Por_ reset,同時(shí)切斷電源開關(guān)0 (即切斷帶隙比較器電路1和電流比較電路2的工作電源)。當(dāng)欠壓檢測電路4檢測到電源電壓低于系統(tǒng)正常工作所需閾值時(shí)，其拉低狀態(tài)鎖存電路3輸出端的電平，系統(tǒng)復(fù)位(低電平復(fù)位)，同時(shí)打開電源開關(guān)0 (帶隙比較器電路1 和電流比較電路2重新開始工作)，重新開始上電復(fù)位過程。復(fù)位信號包括從低電平到高電平的一個過程，復(fù)位信號為高電平時(shí)表示復(fù)位過程結(jié)束。電源開關(guān)0包括第零P型COMS管MO，第零P型COMS管MO源極接電源電壓，其柵極接第一緩沖器Bufferl輸出端。參見圖3，帶隙比較器電路1根據(jù)外部電源Vdd的電壓變化信號，再根據(jù)輸出緩沖電路5反饋的電源控制使能信號，輸出兩個電流信號到電流比較電路2。該電路利用CMOS 工藝中發(fā)射極固定接地的數(shù)個NPN晶體管的特性來實(shí)現(xiàn)溫度系數(shù)小的穩(wěn)定的起拉電壓。帶隙比較器電路1產(chǎn)生的起拉電壓溫度系數(shù)小，受工藝的影響小。本發(fā)明的帶隙比較器電路1包括第一電流鏡、第二電流鏡、第一電阻Rl和第二電阻R2。其中，第一電流鏡包括第零NPN型雙極型管Q0、第三NPN型雙極型管Q3和第一 P型 COMS管Ml ；其中第二電流鏡包括第一 NPN型雙極型管Q1、第二 NPN型雙極型管Q2和第二 P 型 COMS 管 M2。第零NPN型雙極型管QO的發(fā)射極面積小于第一 NPN型雙極型管Ql的發(fā)射極面積。第一 P型COMS管Ml源極接第零P型COMS管MO漏極，其柵極與漏極相連接；第三 NPN型雙極型管Q3集電極接第一 P型COMS管Ml柵極與漏極的公共端，其發(fā)射極接地，其基極接第零NPN型雙極型管QO基極；第零NPN型雙極型管QO發(fā)射極接地。
第二 P型COMS管M2源極接第零P型COMS管MO漏極，其柵端與漏端相連接；第二 NPN型雙極型管Q2集電極接第二 P型COMS管M2柵極與漏極的公共端，其發(fā)射極接地，其基極接第一 NPN型雙極型管Ql基極；第一 NPN型雙極型管Ql發(fā)射極接地，其集電極與基極相連接。第二電阻R2 —端接第零P型COMS管MO漏極，其另一端接第零NPN型雙極型管QO 集電極；第一電阻Rl —端接第三NPN型雙極型管Q3基極與第零NPN型雙極型管QO基極的公共端，其另一端接第一 NPN型雙極型管Ql基極與第二 NPN型雙極型管Q2基極的公共端。帶隙比較器電路1的工作原理如下由于在電源電壓Vdd從0開始上升變化的過程中，當(dāng)電源電壓Vdd較小時(shí)，第零NPN 型雙極型管QO的PN結(jié)還沒有正向?qū)?，由于第?NPN型雙極型管Ql的發(fā)射極面積是第零 NPN型雙極型管QO發(fā)射極面積的N倍，此時(shí)的第二電流I2大于第一電流Ip當(dāng)電源電壓Vdd上升到第零NPN型雙極型管QO的PN結(jié)導(dǎo)通之后，第零NPN型雙極型管QO基極和發(fā)射極的電壓差Vbeci等于R1的電壓Vki加上第一 NPN型雙極型管Ql基極和發(fā)射極的電壓差Vbei,即Vbeo = VE1+VBE1,即Vbeo > Vbei，因此I2小于I10因此可以利用電路中這兩路電流的變化規(guī)律，通過比較這兩路電流的大小來判斷電源電壓Vdd是否達(dá)到上電復(fù)位的起拉電壓VTP，當(dāng)I2大于I1時(shí)表示電源電壓Vdd還未達(dá)到起拉電壓Vtp的大小，當(dāng)I2等于I1時(shí)為臨界情況，此時(shí)的電源電壓Vdd為起拉電壓VTP，當(dāng)I2 小于I1時(shí)電路輸出上電復(fù)位信號Por_reset。上電復(fù)位電路正常工作時(shí)，我們可以得到起拉電壓Vtp的表達(dá)式Vtp = Fr+ Vt Xvl1^L-Vt \n{C0Ta)+Vg
Kl Kl其中，C0為擴(kuò)散系數(shù)，α為常數(shù)，N為第一 NPN型雙極型管Ql和第零NPN型雙極型管QO的發(fā)射極面積的比值，Vg為帶隙電壓，Vt = kT/q，k為波爾茲曼常數(shù)，q為電子電量， T為溫度。對起拉電壓Vtp求導(dǎo)，可以得到表達(dá)式dVTP /dT =-(巡InN + \-a+ In—— -ln(C0Ta))
q Ri< Ri通過調(diào)節(jié)第一電阻Rl和第二電阻R2使起拉電壓Vtp的導(dǎo)數(shù)為零，可使電路的起拉電壓在該溫度附近受溫度變化的影響最小。參見圖4，電流比較電路2通過比較帶隙比較器電路1中兩條支路的鏡像電流，輸出對應(yīng)的高、低電平，從而輸出上電復(fù)位的電壓檢測信號Det_out到狀態(tài)鎖存電路3。本發(fā)明的電流比較電路2包括第三電流鏡、第四P型COMS管M4、第五N型COMS管 M5、第六P型COMS管M6和傳輸門。第三電流鏡包括第三P型COMS管M3、第四NPN型雙極型管Q4和第五NPN型雙極型管Q5。第三P型COMS管M3、第四P型COMS管M4和第六P型COMS管M6源極均接第零P 型COMS管MO漏極；第四P型COMS管M4漏極與柵極相連接；第三P型COMS管M3柵極接第二 P型COMS管M2柵極與漏極的公共端，其漏極接第四NPN型雙極型管Q4集電極和第五N型COMS管M5柵極；第四NPN型雙極型管Q4基極接第零NPN型雙極型管QO集電極，其發(fā)射極接地；第五NPN型雙極型管Q5基極接第四NPN型雙極型管Q4基極，其源極接地，其集電極接第四P型COMS管M4漏極與柵極的公共端；第六P型COMS管M6柵極接第四P型COMS管M4漏極與柵極的公共端，其漏極接第五N型COMS管M5漏極和傳輸門一端；第五N 型COMS管M5源極接地。帶隙比較器電路1中第零NPN型雙極型管QO和第一 NPN型雙極型管Ql對應(yīng)支路電路Il和12，通過第三電流鏡鏡像到電流比較電路2，當(dāng)12小于Il時(shí)，電流比較電路2 輸出電壓檢測信號Det_out。電流比較電路2的工作原理如下電路通過第三電流鏡得到帶隙比較器電路1中的鏡像電流。電源電壓Vdd開始上電時(shí)，電源電壓Vdd低于起拉電壓VTP，電流I2大于I1，節(jié)點(diǎn)a被充電，電位升高，使得第五N 型COMS管M5導(dǎo)通，同時(shí)由于I1很小，第六P型COMS管M6處于截止?fàn)顟B(tài)，則b點(diǎn)為低電平， 通過第七N型COMS管M7和第八P型COMS管M8構(gòu)成的傳輸門輸出低電平；當(dāng)電源電壓Vdd升高使得I1 = I2時(shí)，電路處于平衡狀態(tài)，此時(shí)的電源電壓Vdd為電路的起拉電壓Vtp;當(dāng)電源電壓Vdd超過起拉電壓Vtp時(shí)，電流I2小于I1，節(jié)點(diǎn)a的電位被拉低，變?yōu)榈碗娖?，第五N型COMS管M5截止，同時(shí)第六P型COMS管M6導(dǎo)通，則電路輸出高電平信號，即電壓檢測信號Det_out。所以當(dāng)電源電壓Vdd從0開始上升時(shí)，Det_out開始保持為0，當(dāng)電源電壓Vdd上升到起拉電壓Vtp時(shí)，Det_out升高。參見圖5，狀態(tài)鎖存電路3收到電流比較電路2的電壓檢測信號Det_out，鎖存該電壓檢測信號Det_out，并輸出鎖存信號Latch_0ut，并將該鎖存信號Latch_0ut輸出到輸出緩沖電路5。狀態(tài)鎖存電路3的參考文獻(xiàn)為S. K.Wadhwa，et al. Zero steady state current power-on-reset circuit with Brown-out detector[C]. Proceedings of the IEEE International Conference on VLSI Design,2006 :631-636.本發(fā)明的狀態(tài)鎖存電路3包括第零電容CO、鎖存器環(huán)、第四反相器INV4、第五反相器INV5、第六反相器INV6、第一反相器INV1、第十四P型COMS管M14、第一電容Cl和第十五 N 型 COMS 管 M15。第零電容CO —極接電源電壓，其另一極接第四反相器INV4輸入端和鎖存器環(huán)輸入端；第四反相器INV4輸出端接第五反相器INV5輸入端，第五反相器INV5輸出端接第六反相器INV6輸入端，第六反相器INV6輸出端接第十四P型COMS管M14柵極；第十四P型 COMS管M14漏極接傳輸門另一端，其源極接第一電容Cl 一極、第一反相器INVl輸入端和第十五N型COMS管M15源極；第一電容Cl另一極接地；第十五N型COMS管M15漏極接電源電壓，其柵極接鎖存器環(huán)輸出端，鎖存器環(huán)輸出端接第一緩沖器Bufferl輸入端；第一反相器INVl輸出端接鎖存器環(huán)輸入端。狀態(tài)鎖存電路3的工作原理如下狀態(tài)鎖存電路3的主體是一個由第二反相器INV2和第三反相器INV3組成的鎖存器環(huán)，其輸入端經(jīng)第零電容CO連接到電源電壓Vdd。狀態(tài)鎖存電路3具有兩個工作狀態(tài)，首先，在上電開始的階段，隨著電源電壓Vdd的升高，由于第零電容CO兩端的電壓差保持不變，所以節(jié)點(diǎn)II1的電壓隨之升高。本電路中將第二反相器INV2和第四反相器INV4的翻轉(zhuǎn)電壓設(shè)計(jì)成較低值，通過第五反相器INV5和第六反相器INV6后，節(jié)點(diǎn)n2的電壓為低，使第十四P型COMS管M14處于導(dǎo)通狀態(tài)，并將鎖存一個低電平的Det_out信號作為芯片的全局復(fù)位信號。其次，當(dāng)電源電壓Vdd超過上電復(fù)位電路的起拉電壓Vtp時(shí)，Det_out信號由0變高， 并且隨著電源電壓Vdd的升高而升高。因?yàn)榇藭r(shí)第十四P型COMS管M14還處于導(dǎo)通狀態(tài)， 所以Ii1點(diǎn)的電壓被拉低，Latch_out信號變高。同時(shí)Ii1點(diǎn)變低，使第十四P型COMS管M14 的柵電壓變高從而關(guān)閉，從而將前級電路與狀態(tài)鎖存電路3隔離。經(jīng)過少許延時(shí)后Latch_ out信號將第零P型COMS管MO關(guān)斷，切斷了帶隙比較器電路1和電流比較電路2的電源， 使其穩(wěn)態(tài)功耗為零。以上電路存在如下問題由于上電復(fù)位結(jié)束后第十四P型COMS管M14關(guān)斷造成113 點(diǎn)懸空，狀態(tài)鎖存電路3會通過第十四P型COMS管M14的泄漏電流緩慢放電，而一旦n3點(diǎn)的電壓低于第一反相器INVl的翻轉(zhuǎn)電壓，會造成Ii1點(diǎn)電壓變高，進(jìn)而使Latch_0Ut電壓變低，將會導(dǎo)致電路錯誤的重新復(fù)位。為了避免這種情況，增加了第十五N型COMS管M15，當(dāng)上電復(fù)位過程結(jié)束，Latch_out為高使得第十五N型COMS管M15導(dǎo)通，使得n3端電壓固定為高電平，從而保證輸出電壓為高。輸出緩沖電路5用于緩沖輸入的鎖存信號Latch_0Ut，輸出最終的上電復(fù)位信號 Por_reset,同時(shí)發(fā)出電源控制使能信號到電源開關(guān)3，控制電源開關(guān)3的開斷，進(jìn)而控制帶隙比較器電路1和電流比較電路2的工作狀態(tài)。參見圖6，欠壓檢測電路4根據(jù)外部電源的電壓變化信號，當(dāng)電源電壓Vdd電壓低于系統(tǒng)正常工作所需閾值時(shí)，輸出復(fù)位信號到狀態(tài)鎖存電路3輸出端，系統(tǒng)復(fù)位來防止系統(tǒng)工作在不穩(wěn)定狀態(tài)° 參考文獻(xiàn)S. K. Wadhwa, et al. Zero steady state current power-on-reset circuit with Brown-out detector[C]. Proceedings of the IEEE International Conference on VLSI Design, 2006 :631-636.本發(fā)明的欠壓檢測電路4包括第九P型COMS管M9、第十N型COMS管MlO、第i^一 N型COMS管Mil、第十二 N型COMS管M12、第十三P型COMS管M13和第二電容C2。第十三P型COMS管M13源極接電源電壓，其柵極與漏極相連接公共端接第二電容 C2 一極和第九P型COMS管M9源極；第九P型COMS管M9與第十N型COMS管MlO構(gòu)成欠壓反相器，第十N型COMS管MlO源極和第二電容C2另一端均接地；欠壓反相器一端接電源電源，另一端接第i^一 N型COMS管Mll柵極和第十二 N型COMS管M12柵極；第i^一 N型 COMS管Mll源極接地，其漏極接鎖存器環(huán)輸出端；第十二 N型COMS管M12源極接地，其漏極接第十四P型COMS管M14源極。欠壓檢測電路4的工作原理如下它利用暫存在第二電容C2上的電壓給第九P型COMS管M9、第十N型COMS管MlO 組成的欠壓反相器提供電源。電路中第十三P型COMS管M13使用二極管連接方式與第二電容C2連接。當(dāng)電源電壓VDD上升到高電壓時(shí)，n4點(diǎn)的電壓為VDD-Vth，Vth是第十三P型COMS 管M13的閾值電壓，此時(shí)該部分電路沒有從電源到地的直流通路，因而穩(wěn)態(tài)功耗為零。當(dāng)電源電壓VDD掉電使得VDD低于n4點(diǎn)電壓時(shí)，第十三P型COMS管Ml3關(guān)斷，由于第二電容C2的作用，η4點(diǎn)將保持掉電前的高電壓VDD-Vth。當(dāng)VDD持續(xù)下降，變低后經(jīng)過欠壓反相器，輸出的高電壓，使第i^一 N型COMS管Mll和第十二 N型COMS管M12導(dǎo)通， 改變n4節(jié)點(diǎn)和Latch_out的電位，Latch_out電壓被拉低，進(jìn)而電路重新復(fù)位。同時(shí)電路的第零P型COMS管MO也被打開，帶隙比較器電路1和電流比較電路2重新啟動。參見圖7，在電源電壓VDD升高到起拉電壓VTP時(shí)，產(chǎn)生Por_reSet信號，并且信號 Det_out被及時(shí)關(guān)斷，通過Latch_0ut鎖存。當(dāng)電源電壓VDD下降到某一值時(shí)，POR電路產(chǎn)生低電平復(fù)位信號Por_reSet。隨著電源電壓VDD的再次升高，Por_reset也升高，復(fù)位過程結(jié)束。本發(fā)明電路除了在VDD從0上升至起拉電壓的過程中消耗數(shù)個微安級別的電流， 以及Det_out信號產(chǎn)生后的極短時(shí)間內(nèi)消耗數(shù)個微安級別的脈沖電流，在上電復(fù)位結(jié)束、 電路穩(wěn)定之后的靜態(tài)電流僅有皮安級別的微小漏電流，從而實(shí)現(xiàn)了 POR零靜態(tài)電流消耗的要求。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求
1.一種具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，其特征在于，包括輸入端接電源電壓的電源開關(guān)(0)；帶隙比較器電路(1)，與電源開關(guān)(0)輸出端相連接，根據(jù)電源電壓的變化信號，輸出兩路電流信號；電流比較電路O)，與帶隙比較器電路(1)輸出端相連接，用于比較所述兩路電流信號，并輸出電壓檢測信號；狀態(tài)鎖存電路(3)，與電流比較電路(2)輸出端相連接，用于鎖存所述電壓檢測信號， 并輸出鎖存信號；輸出緩沖電路(5)，與狀態(tài)鎖存電路C3)輸出端相連接，用于緩沖所述鎖存信號，所述輸出緩沖電路( 包括依次連接的第一緩沖器和第二緩沖器，所述第一緩沖器輸出端接電源開關(guān)(0)，用于控制電源開關(guān)(0)的開啟和關(guān)閉，所述第二緩沖器輸出最終的上電復(fù)位信號；欠壓檢測電路G)，輸入接電源電壓，輸出接狀態(tài)鎖存電路C3)輸出端，當(dāng)檢測到電源電壓低于系統(tǒng)正常工作所需閾值時(shí)，將拉低狀態(tài)鎖存電路(3)輸出端的電平系統(tǒng)復(fù)位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，其特征在于，所述電源開關(guān)(0)包括第零P型COMS管；所述第零P型COMS管源極接電源電壓，其柵極接第一緩沖器輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，其特征在于，所述帶隙比較器電路(1)包括第零NPN型雙極型管、第一 NPN型雙極型管、第一電阻和第二電阻；所述第零NPN型雙極型管的發(fā)射極面積小于第一 NPN型雙極型管的發(fā)射極面積； 所述第零NPN型雙極型管發(fā)射極接地，其集電極與基極相連接； 所述第一 NPN型雙極型管發(fā)射極接地，其集電極與基極相連接； 所述第二電阻一端接第零P型COMS管漏極，其另一端接第零NPN型雙極型管集電極； 所述第一電阻一端接第零NPN型雙極型管基極，其另一端接第一 NPN型雙極型管基極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，其特征在于，所述電流比較電路( 包括第三電流鏡、第四P型COMS管、第五N型COMS管、第六 P型COMS管和傳輸門；所述第三電流鏡包括第三P型COMS管、第四NPN型雙極型管和第五NPN型雙極型管； 所述第三P型COMS管、第四P型COMS管和第六P型COMS管源極均接第零P型COMS 管漏極；所述第四P型COMS管漏極與柵極相連接；所述第三P型COMS管柵極接第二 P型COMS管柵極與漏極的公共端，其漏極接第四NPN 型雙極型管集電極和第五N型COMS管柵極；所述第四NPN型雙極型管基極接第零NPN型雙極型管集電極，其發(fā)射極接地； 所述第五NPN型雙極型管基極接第四NPN型雙極型管基極，其源極接地，其集電極接第四P型COMS管漏極與柵極的公共端；所述第六P型COMS管柵極接第四P型COMS管漏極與柵極的公共端，其漏極接第五N 型COMS管漏極和傳輸門一端；所述第五N型COMS管源極接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，其特征在于，所述狀態(tài)鎖存電路(3)包括第零電容、鎖存器環(huán)、第四反相器、第五反相器、第六反相器、第一反相器和第十四P型COMS管；所述第零電容一極接電源電壓，其另一極接第四反相器輸入端和鎖存器環(huán)輸入端； 所述第四反相器輸出端接第五反相器輸入端，所述第五反相器輸出端接第六反相器輸入端，所述第六反相器輸出端接第十四P型COMS管柵極；所述第十四P型COMS管漏極接所述傳輸門另一端，其源極接第一反相器輸入端； 所述鎖存器環(huán)輸出端接第一緩沖器輸入端； 所述第一反相器輸出端接鎖存器環(huán)輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，其特征在于，所述欠壓檢測電路(4)包括第九P型COMS管、第十N型COMS管、第i^一 N型COMS 管、第十二 N型COMS管、第十三P型COMS管和第二電容；所述第十三P型COMS管源極接電源電壓，其柵極與漏極相連接公共端接第二電容一極和第九P型COMS管源極；所述第九P型COMS管與第十N型COMS管構(gòu)成欠壓反相器，所述第十N型COMS管源極和第二電容另一端均接地；所述欠壓反相器一端接電源電源，另一端接第十一 N型COMS管柵極和第十二 N型COMS 管柵極；所述第十一 N型COMS管源極接地，其漏極接鎖存器環(huán)輸出端； 所述第十二 N型COMS管源極接地，其漏極接第十四P型COMS管源極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路， 其特征在于，所述鎖存器環(huán)包括第二反相器和第三反相器；所述第二反相器輸出端接第三反相器輸入端，所述第三反相器輸出端接第二反相器輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有零靜態(tài)電流消耗和穩(wěn)定起拉電壓的上電復(fù)位電路，包括電源開關(guān)、與電源開關(guān)相連接并輸出電壓檢測信號的帶隙比較器電路及電流比較電路、鎖存電壓檢測信號并輸出鎖存信號的狀態(tài)鎖存電路、緩沖鎖存信號的輸出緩沖電路和欠壓檢測電路；通過在上電復(fù)位之后切斷帶隙比較器電路和電流比較電路的電源來實(shí)現(xiàn)復(fù)位穩(wěn)定后的零靜態(tài)電流消耗。當(dāng)檢測到電源電壓低于系統(tǒng)正常工作所需閾值時(shí)，欠壓檢測電路將拉低狀態(tài)鎖存電路輸出端的電平，重新接通帶隙比較器電路和電流比較電路的電源，系統(tǒng)復(fù)位。本發(fā)明具有高可靠性，起拉電壓穩(wěn)定，受電源上電速率、溫度和工藝偏差影響較小，靜態(tài)功耗小，可集成于低功耗應(yīng)用的SOC芯片中。
文檔編號H03K17/22GK102291110SQ201110166958
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者劉君寅, 單偉偉, 呂宇翔, 時(shí)龍興, 趙濤, 顧昊琳 申請人:東南大學(xué)