复位电路的制作方法

1.本技术涉及电路结构技术领域，尤其涉及一种复位电路。


背景技术：

2.近年来，单片机等可编程逻辑器件在工业自动化生产、过程控制、智能化仪器仪表等领域的应用越来越广泛，有效地提高了生产效率、控制质量与经济效益，任何可编程逻辑器件都是通过可靠复位之后才可执行应用程序，因此复位电路的设计至关重要。例如，复位电路常用于集成电路系统中，用于在上电过程中或者电源较低时复位寄存器及初始化数字模拟混合电路，避免芯片在异常状态下进行工作，所以复位电路是集成电路系统中不可或缺的部分。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提出一种复位电路。
4.根据本技术实施例，提供一种复位电路，包括：
5.启动电路、偏置电路、参考电压电路、电源电压采样电路、比较器电路，其中，
6.启动电路，用于控制偏置电路的启动，并在偏置电路成功启动后自动关闭；
7.偏置电路，用于产生电压偏置，为参考电压电路、电源电压采样电路和比较器电路提供电压偏置；
8.参考电压电路，用于产生参考电压；
9.电源电压采样电路，用于检测电源电压并输出电源电压采样信号；
10.比较器电路，用于对参考电压电路产生的参考电压和电源电压采样电路输出的电源电压采样信号进行比较，输出复位信号。
11.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
12.通过设置启动电路、偏置电路、参考电压电路、电源电压采样电路和比较器电路，准确的实现电源上电和异常掉电时的复位检测功能，同时在电源电压正常的工作范围内，消耗较低功耗。
附图说明
13.本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
14.图1为本技术实施例提供的一种复位电路的结构框图；
15.图2为本技术实施例提供的一种复位电路中启动电路和偏置电路的电路示意图；
16.图3为本技术实施例提供的一种复位电路中参考电路的电路示意图；
17.图4为本技术实施例提供的一种复位电路中电源电压采样电路的电路示意图；
18.图5为本技术实施例提供的一种复位电路中比较器电路的电路示意图。
具体实施方式
19.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
20.近年来，单片机等可编程逻辑器件在工业自动化生产、过程控制、智能化仪器仪表等领域的应用越来越广泛，有效地提高了生产效率、控制质量与经济效益，任何可编程逻辑器件都是通过可靠复位之后才可执行应用程序，因此复位电路的设计至关重要。例如，复位电路常用于集成电路系统中，用于在上电过程中或者电源较低时复位寄存器及初始化数字模拟混合电路，避免芯片在异常状态下进行工作，所以复位电路是集成电路系统中不可或缺的部分。
21.为此，本技术提供了一种复位电路，具体的，下面参考附图描述本技术实施例的复位电路。
22.图1为本技术实施例提供的复位电路的结构框图，如图1所示，该复位电路可以包括启动电路110、偏置电路120、参考电压电路130、电源电压采样电路140和比较器电路150。
23.其中，启动电路110，用于控制偏置电路的启动，并在偏置电路成功启动后自动关闭。
24.偏置电路120，用于产生电压偏置，为参考电压电路、电源电压采样电路和比较器电路提供电压偏置。
25.参考电压电路130，用于产生参考电压。
26.其中,参考电压可以被用于电源供应系统的稳压器，模拟数字转换器和数字模拟转换器，以及许多其他测量、控制系统。
27.电源电压采样电路140，用于检测电源电压并输出电源电压采样信号。
28.需要说明的是，在一种实现方式中，电源电压采样电路还包括迟滞结构，其中，迟滞结构用于在复位信号切换时产生迟滞，可以避免复位信号出现抖动。
29.比较器电路150，用于对参考电压电路产生的参考电压和电源电压采样电路输出的电源电压采样信号进行比较，输出复位信号。
30.需要说明的是，参考电压电路产生的参考电压和电源电压采样电路输出的电源电压采样信号均具有正温系数。
31.需要说明的是，启动电路和偏置电路的具体结构如图2所示，图2为启动电路和偏置电路的电路示意图，启动电路包括第一pmos管、第二pmos管和第一nmos管；偏置电路包括第三pmos管、第四pmos管、第五pmos管、第二nmos管、第三nmos管、第四nmos管和电阻。作为一种实例，第一pmos管可为pmos管mps0，第二pmos管可为pmos管mps1，第一nmos管可为nmos管mns0，第三pmos管可为pmos管mpb1，第四pmos管可为pmos管 mpb2，第五pmos管可为pmos管mpb3，第二nmos管可为nmos管mnb1，第三nmos管可为 nmos管mnb2，第四nmos管可为nmos管mnb3，电阻可为电阻r0。
32.也就是说，如图2所示，启动电路110可包括pmos管mps0、mps1和nmos管mns0，用于在上电时保证偏置电路120正常启动；偏置电路120可包括pmos管mpb1、mpb2、mpb3 以及nmos管mnb1、mnb2、mnb3和电阻r0，用来产生静态电流，并通过pmos管mpb3的栅极和nmos管mnb3的栅极形成栅极偏置电压，为其他模块提供电压偏置。
33.其中，如图2所示，pmos管mps0、mps1、mpb1、mpb2、mpb3源极分别与电源相连， nmos管mns0的源极和漏极以及nmos管mnb2、mnb3的源极均与地电位相接；pmos管mps0 的漏极分别与pmos管mps1的栅极和nmos管mns0的栅极相连，pmos管的mps1的漏极分别与nmos管mn2的漏极、mnb3的栅极以及pmos管mpb2的漏极相连；pmos管mpb1、mpb2、 mpb3的栅极与mpb3的漏极以及nmos管mnb3的漏极相连；pmos管mpb1的漏极与nmos管 mnb1的漏极和栅极相连；nmos管mnb1的源极与电阻r0的一端相连，电阻r0的另一端与地电位相连；pmos管mpb1、mpb2、mpb3形成电流镜结构，nmos管mnb1和mnb2构成电流镜结构，并通过nmos管mnb3与pmos管mpb3形成反馈回路，确保pmos管mpb1、mpb2、 mpb3支路电流比与mpb1、mpb2、mpb3宽长比的比例相同。
34.举例而言，假设pmos管mpb1、mpb2、mpb3的宽长比相同，nmos管mnb2和mnb3的宽长比相同，则i
mnb1
＝i
mnb2-i
mnb3
＝i0，i
mnb1
和i
mnb2
分别为mpb1、mpb2支路电流，合理设置nmos管 mnb1、mnb2、mnb3尺寸，使其工作在饱和区，则可知：
[0035][0036]
其中：k
mnb1
＝μ
ncox
(w/l)
mnb1
，k
mnb2
＝μ
ncox
(w/l)
mnb2
,μn为nmos管的电子迁移率，c
ox
为mos 管栅单位面积栅极氧化物电容，(w/l)
mnb1
和(w/l)
mnb2
分别为nmos管mnb1、mnb2的宽长比；
[0037]
则可知：
[0038][0039]
由公式(2)可知，该电流是一个与电源电压无关的电流，可以通过合理设置nmos管 mnb1、mnb2、mnb3的尺寸和电阻r0的阻值，可以得到预期偏置电流，并最终通过nmos管 mnb3和mos管mpb3镜像给其他模块，为其他模块提供偏置电压。
[0040]
当电源上电时，nmos管mns0栅极初始电压为0v，控制pmos管mps1开启，通过pmos 管mps1给nmos管mnb3栅极充电直至mnb3开启，进而将pmos管mpb1、mpb2、mpb3、mps0 的栅极电位拉低使其开启，使得偏置电路启动；mps0的开启为nmos管mns0和pmos管mps1 的栅极充电至高电平，pmos管mps1最终关闭。
[0041]
需要说明的是，在一种实现方式中，参考电压电路130可包括n个子参考电压电路；每个子参考电压电路包括：第六pmos管、第五nmos管和第六nmos管；其中，每个子参考电压电路中各部件的连接关系可如下：第六pmos管的栅极与偏置电路中第五pmos管的栅极相连，第六pmos管的源极与电源线相连，第六pmos管的漏极与第五nmos管的漏极和栅极以及第六nmos管的栅极相连，第五nmos管的源极与第六nmos管的漏极相连；第六nmos 管的漏极作为子参考电压电路的输出；其中，n为正整数。
[0042]
此外，在本实施例中，位于n个子参考电压电路之中第一位置的第一级子参考电压电路，第一级子参考电压电路之中第六nmos管的源极与地电位相连；位于n个子参考电压电路之中其他位置的第i级子参考电压电路，第i级子参考电压电路之中第六nmos管的源极与第i 1级子参考电压电路的输出相连；其中，1《i≤n。
[0043]
例如，如图3所示，为参考电压电路的电路示意图，假设参考电压电路130由n个子参考电压电路131构成(n为大于或等于1的正整数)，包括n个pmos管和2n个nmos管。其中，n
个pmos管由pm1、pm2......pmn组成，2n个nmos管由nm1s0、nm2s0......nmns0、 nm2s1、nm2s1......nmns1组成。
[0044]
其中，如图3所示，pmos管pmi和nmos管nmis0、nmis1构成第i级子参考电压电路 131(其中1≤i≤n，且为正整数，下同)；第i级子参考电压电路131之中各pmos管和 nmos管的连接方式可如下：pmos管pmi的栅极与偏置电路中pmos管mpb3的栅极相连，pmos 管pmi的源极与电源线相连，pmos管pmi的漏极与nmos管nmis0的漏极和栅极以及nmis1 的栅极相连，nmos管nmis0的源极与nmis1的漏极相连；同时nmis1的漏极作为第i级子参考电压电路的输出。此外，若i＞1，nmis1的的源极接i-1级的子参考电压电路输出，当i＝1时,nm1s1源极接地电位；合理选择pmos管pmi和nmos管nmis0、nmis1尺寸，使 nmos管nmis0、nmis1工作在亚阈值区，由亚阈值区公式可得公式(3)：
[0045][0046]
公式(3)中，i
bias
为pmi所在支路电流，i0为一个与工艺有关的电流参数，w0/l0和w1/l1分别为nmis0、nmis1的宽长比，v
t
为热电压，v
thn
为nmos管阈值电压，vgs0和vgs1分别为nmis0、nmis1的栅极与源极电压差，vds0和vds1分别为nmis0、nmis1的漏极电压差；ξn为nmos管亚阈值斜率因子，是一个与工艺相关的常数。
[0047]
另外，当v
ds0
与v
ds1
大于3v
t
时，公式(3)可以忽略和则公式(3)简化为：
[0048][0049]
进而得到：
[0050]vds1
＝v
gs1-v
vgs0
≈ξ
nvt lnk1ꢀꢀꢀ
(5)
[0051]
其中k1＝(w0/l0)/(w1/l1)；
[0052]
综上所述，忽略后级子参考电压电路对前级的影响以及衬偏效应的影响，所属参考电压电路最终输出参考电压为：
[0053]vptat
≈nv
ds1
≈nξ
nvt
lnk1ꢀꢀꢀ
(6)。
[0054]
进一步的，参考电压电路中的所有子参考电压电路的nmos均工作在亚阈值区，静态工作电流可以很低，所以该电路结构可实现低功耗设计。
[0055]
需要说明的是，在一种实现方式中，电源电压采样电路的具体结构如图4所示，图4 为电源电压采样电路的电路示意图。电源电压采样电路包括第七pmos管、第八pmos管、第九pmos管、第七nmos管、第八nmos管和二极管；其中：
[0056]
作为一种实例，第七pmos管可为pmos管pmt0，第八pmos管可为pmos管pmt1，第九 pmos管可为pmos管pmt2，第七nmos管可为nmos管nmt0，第八nmos管可为nmos管nmt1，二极管可为二极管d0。
[0057]
如图4所示，电源电压采样电路之中pmos管、nmos管和二极管间的连接方式如下： pmos管pmt0和pmt2的源极与电源相连，pmos管pmt0和pmt2的漏极与pmt1的源极和二极管d0的漏极相连，pmos管pmt0的栅极与pmt1的栅极和漏极以及nmos管nmt0的漏极相连，pmos管pmt2的栅极与整体复位电路的输出信号por相连，nmos管nmt0、nmt1的栅极与偏置电路中
nmos管mnb3的栅极相连，nmos管nmt0和nmt1的源极与地电位相连，nmt1 的漏极与二极管的负端相连同时作为电源电压采样电路的输出与比较器电路相接。
[0058]
需要说明的是，在一种实现方式中，nmos管nmt0和nmt1与偏置电路中nmos管mnb3 的栅极相接，形成电流镜结构，分别为pmt1、d0所在支路提供电流偏置；pmos管pmt0和 pmt1工作在亚阈值区，同上所述，可知pmt0的源极与漏极电压差为：
[0059]vdsp
＝v
gspmt0-v
gspmt1
≈ξ
pvt
lnk2ꢀꢀꢀ
(7)
[0060]
其中，k2＝(w
pmt1
/l
pmt1
)/(w
pmt0
/l
pmt0
)，w
pmt1
/l
pmt1
和w
pmt0
/l
pmt0
分别为pmos管pmt1和pmt0的宽长比，ξ
p
为pmos管亚阈值斜率因子，是一个与工艺相关的常数。
[0061]
当por为高电平时，电源电压采样电路输出电压vsamp＝vsamp1为：
[0062]vsamp1
＝v
dd-v
dsp-v
pn
≈v
dd-ξ
pvt
lnk
2-v
pn
ꢀꢀꢀ
(8)
[0063]
其中，vpn为二极管d0正端和负端电压差。
[0064]
当por为低电平时，电源电压采样电路输出电压vsamp＝vsamp2。
[0065]
值得注意的是，二极管pn结电压vpn具有负温度系数，所以vsamp1和vsamp2均具有正温度系数；另外，所述电源电压采样实施例电路静态电流由nmos管nmt0和nmt1的电流限制，而nmos管nmt0和nmt1的电流通过偏置电路输出的电压偏置信号产生，所述电源电压采样电路的静态工作电流不会随电源电压的变化而改变，在电源电压工作范围比较宽时仍然可以工作在恒定低功耗状态。
[0066]
在一种实现方式中，如图5所示，为比较器电路的电路示意图；参考电压电路的输出 vptat与电源电压采样电路输出电压vsamp通过比较器进行比较，最终输出电源复位信号 por；以上述实施例为例，高精度低功耗的复位电路工作过程如下：
[0067]
当电源上电时，随着电源电压的升高，启动电路控制偏置电路启动，并为参考电压电路和电源电压采样电路及比较器电路提供偏置；当电源足够高时参考电压电路预先稳定，并输出稳定参考电压vptat，同时电源电压采样电路输出随电源变化的电压vsamp，此时 vsamp＝vsamp1；比较器电路对参考电压vptat和电压vsamp进行比较，输出复位信号por；
[0068]
当电源电压达到上电复位阈值vdd_th1时：
[0069]vsamp1
＝v
ptat
ꢀꢀꢀ
(10)
[0070]
则由公式(6)和公式(8)可得：
[0071]vdd_th1
＝nξ
nvt
lnk1 ξ
pvt
lnk2 v
pn
ꢀꢀꢀ
(11)
[0072]
并且由于公式(11)中热电压v
t
＝kt/q,与温度正相关，而二极管pn结电压vpn具有负温度系数，其他参数均与温度无关；则可通过调节n、k1、k2以及二极管的面积，可以调节上电复位阈值vdd_th1，并使其具有较低温度系数，从而极大的降低上电复位阈值电压与温度的相关性。
[0073]
进一步的，当电源vdd》vdd_th1时，复位信号por释放，此实施例复位信号por释放后拉为低电平，复位信号控制电源电压采样电路实施例中pmos管pmt2，使得电源电压采样电路输出有vsamp1改变为vsamp2，从而产生迟滞电压。
[0074]
在另一种实现方式中，当电源掉电时，电源电压采样电路输出随电源变化的电压vsamp，此时vsamp＝vsamp2；比较器电路对参考电压vptat和电压vsamp2进行比较，输出复位信号por；
[0075]
当电源电压下降到达到掉电复位阈值vdd_th2时：
[0076]vsamp2
＝v
ptat
ꢀꢀꢀ
(12)
[0077]
则由公式(6)可得：
[0078]vdd_th2
＝nξ
nvt lnk1 v
pn
ꢀꢀꢀ
(13)
[0079]
同上所述，公式(12)中热电压v
t
＝kt/q，与温度正相关，而二极管pn结电压vpn具有负温度系数，这样二者之间进行温度补偿，可以极大的降低掉电复位阈值电压vdd_th2 与温度的相关性。
[0080]
根据本技术实施例的复位电路，高精度低功耗复位电路通过启动电路保证整个复位电路在上电时正常启动，通过低功耗偏置电路为其他模块提供电压偏置，通过低功耗参考电压电路产生参考电压，通过低功耗电源电压采样电路准确的检测电源电压并输出电源电压采样信号；通过比较器电路对参考电压电路输出的参考电压和电源电压采样信号进行比较，最终输出复位信号；进一步的，参考电压电路产生的参考电压具有正温度系数，电源电压采样电路输出的电源电压采样信号也具有正温系数，两者温度系数抵消，从而极大降低了电源电压复位阈值与温度的相关性；更进一步的，复位信号反馈控制电源电压采样电路，形成迟滞效应，从而使得上电复位阈值和掉电复位阈值形成迟滞区间，保证复位信号的稳定；此外，低功耗高稳定性的复位电路各个模块静态工作电流很低且均与电源无关，有效的实现了低功耗设计方案。