一种精确的POR电路的制作方法

本发明属于电路技术领域，具体地涉及一种精确的por电路。

背景技术：

上电复位电路(poweronreset电路，简称por电路)已经广泛应用于各类系统芯片中。一个电路系统在刚刚上电的时候，电源电压还未达到预期的稳定状态，芯片中各个功能模块，各个电路节点电压和逻辑电平处于未知状态；从这种不确定的初始状态开始运行芯片，很可能会造成系统的错误执行，甚至会破坏整个系统的正常工作能力。为了使芯片从一个预定的初始状态开始工作，需要使用上电复位电路在上电初期产生一个复位信号，初始化整个系统芯片。

现有的por电路大多基于反相器的结构，阈值受工艺、电压、温度(pvt)等影响很大，无法给出一个精确的por阈值，这在一些需要低压，高精度，低功耗的的系统中无法满足指标

如图1所示的传统的基于反相器的por电路，受pmos管m3′和m4′的导通阈值、pmos管m2′的导通电阻rdson及电阻r1′的影响导致por阈值不精确。实验结果表明该基于传统的反相器结构的por电路受pvt影响阈值精度在0.9v左右。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种精确的por电路用以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种精确的por电路，包括阈值产生电路和反相器inv1，所述阈值产生电路包括npn三极管m0-m2、电阻r0-r1和第一电流镜，所述npn三极管m0和m2的发射极面积相等，所述npn三极管m0的发射极面积与npn三极管m1的发射极面积的比值大于1，所述电阻r0的第一端作为阈值产生电路的输入端接输入电源，所述电阻r0的第二端分别接npn三极管m0的集电极和基极，所述npn三极管m0的发射极接地，所述npn三极管m1的基极与npn三极管m0的基极连接，所述npn三极管m1的集电极接第一电流镜的输入端，所述npn三极管m1的发射极串联电阻r1接地，所述npn三极管m2的基极与npn三极管m0的基极连接，所述npn三极管m2的集电极接第一电流镜的输出端，所述npn三极管m2的发射极接地，所述npn三极管m2的集电极作为阈值产生电路的输出端接反相器inv1的输入端。

进一步的，所述第一电流镜包括pmos管m3和m4，所述pmos管m3和m4的源极同时接输入电源，所述pmos管m3和m4的栅极相连，所述pmos管m3的栅极和漏极接npn三极管m1的集电极，所述pmos管m4的漏极接npn三极管m2的集电极。

进一步的，所述第一电流镜包括pnp三极管m6和m7，所述pnp三极管m6和m7的发射极同时接输入电源，所述pnp三极管m6和m7的基极相连，所述pnp三极管m7的基极和集电极接npn三极管m1的集电极，所述pnp三极管m6的集电极接npn三极管m2的集电极。

进一步的，还包括分压电路，所述分压电路的输入端接输入电源，所述分压电路的输出端接阈值产生电路的输入端。

更进一步的，所述分压电路包括电阻r3-r4、运放a1和nmos管m5，所述电阻r3和r4串联后接在输入电源与地之间，所述电阻r3和r4的节点接运放a1的同相输入端，所述运放a1的反相输入端接电阻r0的第一端，所述运放a1的输出端接nmos管m5的栅极，所述nmos管m5的漏极接输入电源，所述nmos管m5的源极接电阻r0的第一端。

更进一步的，所述电阻r3和/或电阻r4为可调电阻。

本发明还公开了另一种精确的por电路，包括阈值产生电路和反相器inv1，所述阈值产生电路包括pnp三极管m0-m2、电阻r0-r1和第二电流镜，所述pnp三极管m0和m2的发射极面积相等，所述pnp三极管m0的发射极面积与pnp三极管m1的发射极面积的比值大于1，所述pnp三极管m0的发射极作为阈值产生电路的输入端接输入电源，所述pnp三极管m0的集电极串联电阻r0接地，所述pnp三极管m0-m2的基极和pnp三极管m0的集电极连接，所述pnp三极管m1的发射极串联电阻r1接pnp三极管m0的发射极，所述pnp三极管m1的集电极接第二电流镜的输入端，所述pnp三极管m2的发射极接pnp三极管m0的发射极，所述pnp三极管m2的集电极接第二电流镜的输出端，所述pnp三极管m2的集电极作为阈值产生电路的输出端接反相器inv1的输入端。

进一步的，还包括分压电路，所述分压电路的输入端接输入电源，所述分压电路的输出端接阈值产生电路的输入端。

更进一步的，所述分压电路包括电阻r3-r4、运放a1和nmos管m5，所述电阻r3和r4串联后接在输入电源与地之间，所述电阻r3和r4的节点也运放a1的同相输入端，所述运放a1的反相输入端接pnp三极管m0的发射极，所述运放a1的输出端接nmos管m5的栅极，所述nmos管m5的漏极接输入电源，所述nmos管m5的源极接pnp三极管m0的发射极。

更进一步的，所述电阻r3和/或电阻r4为可调电阻。

本发明的有益技术效果：

本发明充分考虑了电源电压、工艺偏差、温度对阈值的影响，利用三极管vbe的负温度系数与kt/q的正温度系数互相抵消，从而极大减少温度对阈值的影响；利用双极型(bipolar)器件的vbe随工艺偏差很小的特性减少工艺偏差对阈值的影响，从而得到低功耗的高精度的por电路，阈值受温度及工艺波动偏差很小。

本发明还可以产生任意阈值值，拓展了应用范围。

附图说明

图1为传统的基于反相器的por电路原理图；

图2为本发明实施例一的电路原理图；

图3为本发明实施例一的第一电流镜的电路原理图；

图4为本发明实施例的第一电流镜的另一电路原理图；

图5为本发明实施例二的电路原理图；

图6为本发明实施例三的电路原理图；

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一

如图2所示，一种精确的por电路，包括阈值产生电路和反相器inv1，所述阈值产生电路包括npn三极管m0-m2、电阻r0-r1和第一电流镜1，所述npn三极管m0和m2的发射极面积相等，所述npn三极管m0的发射极面积与npn三极管m1的发射极面积之比为n：1，n大于1，所述电阻r0的第一端作为阈值产生电路的输入端接输入电源vin，所述电阻r0的第二端分别接npn三极管m0的集电极和基极，所述npn三极管m0的发射极接地，所述npn三极管m1的基极与npn三极管m0的基极连接，所述npn三极管m1的集电极接第一电流镜1的输入端，所述npn三极管m1的发射极串联电阻r1接地，所述npn三极管m2的基极与npn三极管m0的基极连接，所述npn三极管m2的集电极接第一电流镜1的输出端，所述npn三极管m2的发射极接地，所述npn三极管m2的集电极作为阈值产生电路的输出端接反相器inv1的输入端，反相器inv1的输出端输出复位信号cmpout。

本具体实施例中，如图3所示，第一电流镜1包括pmos管m3和m4，所述pmos管m3和m4的源极同时接输入电源vin，所述pmos管m3和m4的栅极相连，所述pmos管m3的栅极和漏极(输入端)接npn三极管m1的集电极，所述pmos管m4的漏极(输出端)接npn三极管m2的集电极。

当然，在其它实施例中，第一电流镜1也可以采用如图4所示的电路，其包括pnp三极管m6和m7，所述pnp三极管m6和m7的发射极同时接输入电源vin，所述pnp三极管m6和m7的基极相连，所述pnp三极管m7的基极和集电极(输入端)接npn三极管m1的集电极，所述pnp三极管m6的集电极(输出端)接npn三极管m2的集电极。

当然，在其它实施例中，第一电流镜1还可以采用现有的其它电流镜电路，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

工作原理：本实施例所产生的比较翻转阈值vin_th满足公式(1):

(vin_th-vbe0)/r0＝(vbe0-vbe1)/r1(1)

其中，vbe0为npn三极管m0的基极与发射极之间的电压差，vbe1为npn三极管m1的基极与发射极之间的电压差，公式(1)经过变形成公式(2)

vin_th＝vbe0+(r0/r1)(vbe0-vbe1)(2)

其中vbe0和vbe1是负温度系数，由二极管(npn三极管m1采用二极管接法)的电流公式可以得出vbe0-vbe1满足关系式(3)

vbe0-vbe1＝(kt/q)*lnn(3)

k跟q为常数，t为温度，因此vbe0-vbe1是正温度系数，反相器inv1的翻转阈值vin_th满足

vin_th＝vbe0+(kt/q)*lnn*r0/r1(4)

由于vbe0为负温度系数，(kt/q)*r0/r1为正温度系数，因此通过合适的n值及r0/r1可以使得vin_th得到很好的温度补偿。同时npn三极管m0是个双极器件，因此其vbe0受工艺波动的偏差很小，因此可以得到总体受温度工艺偏差很小的vin_th。实验表明该电路受温度工艺波动造成的vin_th偏差范围为79mv，远低于传统的基于反相器结构的900mv左右的波动。

本实施例中，由于vbe0的值在常温下约为0.7v左右，如果想要达到比较理想的温度补偿，最终的vin_th为1.2v左右。

实施例二

如图5所示，本实施例与实施例一的区别在于：还包括分压电路，所述分压电路的输入端接输入电源，所述分压电路的输出端接阈值产生电路的输入端。

本具体实施例中，所述分压电路包括电阻r3-r4、运放a1和nmos管m5，所述电阻r3和r4串联后接在输入电源vin与地之间，所述电阻r3和r4的节点接运放a1的同相输入端，所述运放a1的反相输入端接电阻r0的第一端(阈值产生电路的输入端)，所述运放a1的输出端接nmos管m5的栅极，所述nmos管m5的漏极接输入电源vin，所述nmos管m5的源极接电阻r0的第一端。

本具体实施例中，所述电阻r3和/或电阻r4为可调电阻。

当然，在其它实施例中，分压电路还可以采用现有的分压电路结构，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

工作原理：阈值产生电路的输入端的输入电压vcc是通过电阻r3、电阻r4、nmos管m5及运放a1得到，通过负反馈环路使得vcc＝r4/(r3+r4)*vin。通过实施例一的分析得知电压vcc的最优阈值在1.2v左右，因此，本实施例的阈值为vin_th＝1.2v*(r3+r4)/r3，通过改变电阻r3和/或电阻r4的阻值，即可得到任意的阈值vin_th。

实施三

如图6所示，一种精确的por电路，包括阈值产生电路和反相器inv1，所述阈值产生电路包括pnp三极管m0-m2、电阻r0-r1和第二电流镜2，所述pnp三极管m0和m2的发射极面积相等，所述pnp三极管m0的发射极面积与pnp三极管m1的发射极面积之比为n:1，n大于1，所述pnp三极管m0的发射极作为阈值产生电路的输入端接输入电源vin，所述pnp三极管m0的集电极串联电阻r0接地，所述pnp三极管m0-m2的基极和pnp三极管m0的集电极连接，所述pnp三极管m1的发射极串联电阻r1接pnp三极管m0的发射极，所述pnp三极管m1的集电极接第二电流镜2的输入端，所述pnp三极管m2的发射极接pnp三极管m0的发射极，所述pnp三极管m2的集电极接第二电流镜2的输出端，所述pnp三极管m2的集电极作为阈值产生电路的输出端接反相器inv1的输入端，反相器inv1的输出端输出复位信号cmpout。

本具体实施例中，第二电流镜2采用现有的电流镜电路，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再详细说明。

本实施例的工作原理与实施例一相似，具体可以参考实施例一，此不再详细说明。

实施例四

本实施例与实施例三的区别在于：还包括分压电路，所述分压电路的输入端接输入电源vin，所述分压电路的输出端接阈值产生电路的输入端。

本具体实施例中，分压电路与实施例二的分压电路结构相同，具体可以参考实施例二，此不再细说。

本实施例的工作原理与实施例二相似，具体可以参考实施例二，此不再详细说明。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。