专利名称：适用于低电压芯片的内电源启动重置电路及方法
技术领域：
本发明有关一种电源启动重置电路(Power-On Reset Circuit)，尤其有关一种低电压芯片的内电源启动重置电路及方法。
(2)背景技术一般电源启动重置有两种方法，一种是利用电阻电容迟滞(RC delay)来实现，请参看图1电路示意图及图2相关电压时脉图；另一种是利用主动装置(activedevice)的临界电压来触发，请参看图3电路示意图及图4相关电压时脉图。如图1所示是利用电阻电容迟滞的电源启动重置电路，包含一电阻电容分压器11、一比较器12、一电压源VDD、一与电压源VDD输出的电压大小成固定比率的输入电压αVDD、一重置信号Reset与一接地端13。其中，该电阻电容分压器11进一步包含一分压器的电阻111、一分压器的电容112及一分压器的输出电压VRC。该比较器12比较该输入电压αVDD与该分压器的输出电压VRC，当一开始因电阻电容迟滞作用而使VRC＜αVDD时，该比较器将会产生一高电位(high)的重置信号Reset，直至VRC＞＝αVDD时，此时该比较器产生一低电位(low)的重置信号Reset，并结束重置。由图2的时脉图可看出，当电源启动时，电压源VDD输出一暂态电压，其大小由0开始，随时间而增加。一开始，当VRC＜αVDD时，该比较器将会产生一高电位(high)的重置信号Reset，当从VRC＜αVDD转变成为VRC＞＝αVDD的瞬间，重置信号亦由高电位转变为低电位。如图3所示是为利用电阻金属氧化物半导体分压器的电源启动重置电路，包含一电阻金属氧化物半导体分压器21、一比较器22、一电压源VDD、一与电压源VDD输出的电压成固定比率的输入电压αVDD、一重置信号Reset与一接地端23，其中该电阻金属氧化物半导体分压器21进一步包含一分压器的电阻211、一分压器的金属氧化物半导体212及一分压器的输出电压Vth。该比较器22用于比较该输入电压αVDD与该电阻金属氧化物半导体分压器的输出电压Vth，当分压器的金属氧化物半导体212的临界电压Vth＞αVDD时，该比较器22会产生一高电位(high)的重置信号Reset，而当Vth＜＝αVDD，该比较器22则产生一低电位(low)的重置信号Reset，并结束重置。由图4的时脉图可看出，当电源启动时，电压源VDD输出一暂态电压，其大小由0开始，随时间而增加。一开始，当Vth＞αVDD时，该比较器将会产生一高电位(high)的重置信号Reset，当从Vth＞αVDD转变成为Vth＜＝αVDD瞬间，重置信号亦由高电位转变为低电位。但上述习知技术仍存在其缺点，现分述如下利用电阻电容迟滞(RC delay)的方式，通常需要外挂电容才能得到够大的迟滞(delay)时间，而利用主动装置(active device)如金属氧化物半导体的临界电压来触发的方式，则临界电压的大小很容易地由于制程的差异(processvariation)、环境温度变化及其他条件而改变。故信号结束的条件并不一致，且会随着环境条件的改变而作变化。这样，会造成重置信号无法结束或太早结束的错误。在越低的工作电压时，电压源VDD输出的工作电压越小，则在电源启动时，暂态电压的变化就越小，因此可容忍的临界电压变化就越小。因此习知的电源启动重置电路并不适合用于低工作电压。
(3)发明内容本发明的主要目的在于提供一种适用于低电压的芯片内的电源启动重置电路，该重置电路可应用于低工作电压下，而不致因制程的差异(processvariation)或是温度变化而产生电源启动后重置动作的误动作。
本发明的另一主要目的在于提供一种适用于低电压的芯片内的电源启动重置电路，该电路利用环状振荡器(Ring Oscillator)提供的振荡频率随暂态电压升高而升高的特性控制切换开关的导通，使电容充放电，转换产生第一电压，于该暂态电压经分压器产生的一第二电压进行比较，决定是否重置该电路。
根据本发明的构想，提供一种电源启动(power on)重置电路，包含一电源，其中，当该电源启动时，用于提供一暂态电压，该暂态电压的量值是随时间而升高；一振荡器，电连接于该电源，该振荡器是用于产生一振荡信号，其中，该振荡信号的振荡频率是随该暂态电压而增加；一频率检测器，电连接于该电源与该振荡器，该频率检测器是用于依据该振荡信号的振荡频率输出相对应的一第一输出电压；以及一重置信号输出电路，用于依据该第一输出电压输出一重置信号。
根据本发明另一构想，提供一种电源启动重置方法，应用一电源启动重置电路，该电源启动重置电路包括一振荡器、一频率检测器及一比较器，其特征在于，该方法包含下列步骤当电源启动时，提供一暂态电压，其中该暂态电压的量值是随时间而增加；依据该暂态电压提供相对应的一振荡信号，其中，该振荡信号的振荡频率随该暂态电压的逐渐升高而随之升高；根据该振荡信号输出相对应的一第一输出电压；比较该第一输出电压及一第二输出电压；以及依据该第一及第二输出电压的比较结果，输出一重置信号。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
(4)
图1是为使用电阻电容迟滞的电源启动重置电路示意图；图2是为使用电阻电容迟滞的电源启动重置电路的相关电压时脉图；图3是为使用金属氧化物半导体临界电压的电源启动重置电路示意图；图4是为使用金属氧化物半导体临界电压的电源启动重置电路的相关电压时脉图；图5是为本发明较佳实施例的一种电源启动重置电路示意图；以及图6是为本发明较佳实施例的一种电源启动重置电路的相关电压时脉图。
(5)具体实施方式
请参看图5，本发明的运作原理是利用一个振荡器31及频率检测器32配合比较器电路33来产生重置信号Reset以重置一芯片上具有低工作电压的数字电路(未显示)。其中，振荡器31输出的振荡信号ck的频率是与暂态电压的大小有关。故本发明是藉由电源启动时，暂态电压VDD的量值变化，来决定振荡器31输出的振荡信号ck的频率，进而控制重置信号Reset的状态。由于本发明所提出的电路其操作方式不受低工作电压所影响，故适用于低工作电压的情况。
本发明的电路架构如图5所示，该电路包括一振荡器31、频率检测器32、一电压源VDD、一比较器电路33及一接地端34。其中该振荡器31是包含一至少三个以上奇数个彼此串连的反向器311及一反馈电路312电连接于最后一个反向器的输出端与第一个反向器的输入端。其中，每个反相器皆分别与VDD耦接。该振荡器31并可产生一振荡信号ck。该频率检测器32是电连接于一电压源VDD并包含一电流源321、一第一电容322、一第二电容323、一第一开关324及一第二开关325。该频率检测器32可依据该振荡器31所产生的该振荡信号ck输出一第一输出电压VFD。其中该电流源321电连接于该电压源VDD，该第一电容322，包含一第一端电连接该电流源321的输出端以及一第二端接地34，该第二电容323与该第一电容322共地端34，该第一开关324是电连接该第一电容322的第一端与该第二电容323的另一端，以及该第二开关325是与该第二电容323并联连接。其中该比较器电路33包含一电阻分压器331、一比较器332。电阻分压器331是电连接于一电压源VDD，并可藉助该电阻分压器311的第一电阻3311与第二电阻3312以产生一与该电压源VDD成固定比率的第二输出电压αVDD，该比较器332是用以比较该第一输出电压VFD与该第二输出电压αVDD，当该第一输出电压VFD大于该第二输出电压αVDD时，该比较器332产生一高电位的重置信号Reset(H)；当该第一输出电压VFD小于或等于该第二输出电压αVDD时，该比较器332产生一低电位重置信号Reset(L)。
此较佳实施例中，当电源启动时，电压源VDD会输出暂态电压，其大小由0开始，随时间而增加。该振荡器31的振荡信号ck其振荡频率会随暂态电压上升而增加。且其振荡频率亦会随着振荡器31中串接反相器的数目而降低。故藉由控制输入这些反相器的暂态电压的大小，以及串接反相器的数目，即可决定振荡器31输出的振荡信号ck的振荡频率。在频率检测器32中，其第一开关324及第二开关325的切换是藉由振荡信号ck来控制。且第一开关324的状态是与第二开关的状态相反。即当第一开关324为接通(ON)时，第二开关325为断开(OFF)，反之，当第一开关324为OFF时，第二开关325为ON。由于振荡信号ck是依据一振荡频率进行振荡，故第一开关324及第二开关325的ON/OFF状态是为随着该振荡信号ck的振荡频率进行交替的切换，且第一开关324及第二开关325的切换状态各不相同。在电路的实现上，相当于第一开关324是依据振荡信号ck来进行切换，而第一开关324则依据振荡信号ck的反相信号来进行切换，如图5所示。频率检测器32中具有一电流源321及两并联的第一/第二电容322、323。当第一开关324及第二开关325的ON/OFF状态是为随着该振荡信号ck的振荡频率进行交替的切换时，则电流源321会依据第一开关324及第二开关325的ON/OFF状态分别对第一/第二电容322、323进行充放电。当振荡信号ck的振荡频率较小时，第一/第二电容322、323每次充放电的时间较长，此时第一输出电压VFD的大小会接近暂态电压VDD。当振荡信号ck的振荡频率较大时，第一/第二电容322、323每次充放电的时间较短，此时第一输出电压VFD会小于暂态电压VDD，且随着振荡信号ck的振荡频率的增加而降低。设若该频率检测器32中该电流源321的一电流值为I，而该第一电容322的一电容值为C1，该第二电容323的一电容值为C2，该振荡信号ck的振荡频率为fck，则该频率检测器32所产生的第一输出电压VFD的大小为VFD＝(I/fck).((2.C1+C2)/(C1.C2))。
由上述公式可得知，该频率检测器32的第一输出电压VFD与振荡频率ck的振荡频率fCK成反比，当振荡频率ck的值fck越高时，第一输出电压VFD就会越低。
比较器电路33的工作原理及操作方式是与习知技术近似，请参照前文相对应的描述，于此不再赘述。
需注意的是，在本发明中，比较器电路33亦可以一反相器来实现。反相器接收该第一输出电压VFD，并依据该第一输出电压VFD的大小来决定输出的重置信号的位准。当电源刚启动时，该第一输出电压VFD的值小于反相器预设的一临界值，此时，反相器将该第一输出电压VFD视为一低位准信号，并反相输出一高位准的重置信号Reset(H)。而随着该第一输出电压VFD的值随时间而增加，当该第一输出电压VFD的值大于反相器预设的一临界值时，反相器将该第一输出电压VFD视为一高位准信号，并反相输出一低位准的重置信号Reset(H)。与前述的比较器电路33相比，使用反相器的优点在于电路较简单，不需要利用电阻分压来产生第二输出电压。但缺点是无法如比较器电路33那样精准地切换重置信号。
此实施例中，该电源启动重置电路3的工作原理请参阅图6。由于振荡器31输出的振荡信号ck，其振荡频率是与暂态电压VDD的大小有关。当暂态电压VDD较低时，振荡器31输出的振荡信号ck，其振荡频率fCK也较低。由上述的第一输出电压VFD的公式可知，第一输出电压VFD会接近VDD，故第一输出电压VFD会大于αVDD。当第一输出电压VFD大于αVDD时，比较器332的输出是一高电位(high)的重置信号Reset(H)，此时该芯片上需被重置的数字电路即处于重置(reset)状态。而随着暂态电压VDD上升，振荡信号ck的振荡频率fck变高，此时，第一输出电压VFD便会逐渐下降。当下降到小于或等于αVdd时，比较器332的输出就会变为一低电位(go low)的重置信号Reset(L)，也就是重置(reset)结束，此时数字电路便可开始工作。实际使用时，以上电路中的电流源321可用电阻取代，比较器332亦可用一般反向器取代，使此电路可在较低工作电压工作，而特性仍符合需求。
如前所述，本发明已改善有关电源启动重置电路习知技术的诸多缺点。如以往利用电阻电容迟滞(RC delay)的方式，通常需要外挂电容才能得到够大的迟滞(delay)时间，而利用主动装置(active device)如金属氧化物半导体的临界电压来触发的方式，则很容易由于制程差异(process variation) 及温度变化而改变重置信号切换的条件，造成重置信号无法结束或太早结束的错误。本发明除了可以改善上述习知电路的诸多缺点，并可在低工作电压的环境正常工作。
权利要求
1.一种电源启动重置电路，其特征在于，包含一电源，用于当该电源启动时提供一暂态电压，该暂态电压的量值是随时间而升高；一振荡器，电连接于该电源用以产生一振荡信号，该振荡信号的振荡频率是随该暂态电压而增加；一频率检测器，电连接于该电源与该振荡器，用以依据该振荡信号的振荡频率输出相对应的一第一输出电压；以及一重置信号输出电路，用以依据该第一输出电压输出一重置信号。
2.如权利要求1所述的电源启动重置电路，其特征在于，该振荡器是为一环状振荡器及一压控振荡器二者之一，该环状振荡器包含多个反向器，这些反向器是串联形成一环状串接，这些反相器的数目是为一大于一的奇数。
3.如权利要求1所述的电源启动重置电路，其特征在于，该频率检测器包含一电流源，电连接于该电源；一第一电容，包含一第一端电连接该电流源的输出端以及一第二端接地；一第二电容与该第一电容共地端；一第一开关是电连接该第一电容的第一端与该第二电容的另一端；以及一第二开关是与该第二电容并联连接；其中，该第一电容的第一端是用以输出该第一输出电压。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，该第一开关及该第二开关是依据该振荡信号来决定该第一开关及该第二开关的状态，该第一开关为接通时，该第二开关为断开，且该第一开关为断开时，该第二开关为接通。
5.如权利要求3所述的电源启动重置电路，其特征在于，该第一输出电压的大小是与该振荡信号的振荡频率成反比。
6.如权利要求3所述的电源启动重置电路，其特征在于，该电流源是为一电阻。
7.如权利要求1所述的电源启动重置电路，其特征在于，该重置信号输出电路是为一比较器电路，与该频率检测器耦接，用以依据该第一输出电压及一第二输出电压输出相对应的重置信号，该第二输出电压的量值是与该暂态电压呈一固定比例，其中，当该第一输出电压大于该第二输出电压时，该重置信号具有一第一位准，当该第一输出电压小于该第二输出电压时，该重置信号具有一第二位准。
8.如权利要求7所述的电源启动重置电路，其特征在于，该第二输出电压是由一分压器所输出，该分压器包括一第一电阻，是与该电源耦接；以及一第二电阻，一端与该第一电阻耦接于一输出节点，另一端接地；其中，该输出节点是用以输出该第二输出电压，且该第二输出电压的量值是由该第一电阻及该第二电阻的阻值所决定。
9.如权利要求1所述的电源启动重置电路，其特征在于，该重置信号输出电路是为一反相器，用以依据该第一输出电压输出该重置信号。
10.一种电源启动重置方法，应用一电源启动重置电路，该电源启动重置电路包括一振荡器、一频率检测器及一比较器，其特征在于，该方法包含下列步骤当电源启动时，提供一暂态电压，其中该暂态电压的量值是随时间而增加；依据该暂态电压提供相对应的一振荡信号，其中，该振荡信号的振荡频率随该暂态电压的逐渐升高而随之升高；根据该振荡信号输出相对应的一第一输出电压；比较该第一输出电压及一第二输出电压；以及依据该第一及第二输出电压的比较结果，输出一重置信号。
全文摘要
本发明是揭示一种电源启动重置电路及方法，该电路包含一电源、一振荡器、一频率检测器及一重置信号输出电路。其中，该电源提供一暂态电压，该振荡器产生一振荡频率，随该暂态电压的升高而增加，该频率检测器将该振荡频率转换为一第一输出电压，而该重置信号输出电路则依据该第一输出电压输出一重置信号。
文档编号H03K17/22GK1549449SQ03123849
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月13日 优先权日2003年5月13日
发明者康宗弘 申请人:瑞昱半导体股份有限公司