专利名称：低功耗延时可编程的上电复位方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明属电学领域，涉及一种上电复位方法及电路，尤其涉及一种CMOS集成电路 中电源管理电路的上电复位方法及电路。
背景技术：
在电源管理电路中，上电复位电路Power On Reset (POR)来为电路提供复位信号， 用来检测电源电压是否达到使供电电路的正常工作。上电复位电路被用来保证电路在上电 初期，不会因为电源电压的不稳定而使系统发生错误。通常情况下，要求上电复位电路在电 源电压超过检测阈值后能够提供一定的延迟时间输出有效信号，以确保电路在稳定的电源 电压条件下工作。图1所示为目前常见的上电复位电路示意图，电路主要由电压检测电路，延迟单 元和输出缓冲级构成。其中电压检测电路用来对电源电压的上电情况进行检测，延时单元 通过对电容CO充电起到延时作用，输出缓冲级放大延时电路的输出输出信号并作为上电 复位电路的输出。上电复位电路的上电过程如图2所示，在电源电压VDD上电过程中，当电源电压超 过电压检测电路的阈值VDETl时，电压检测电路输出V_det点由逻辑低电平变为逻辑高电 平；延时单元开始工作，向电容CO充电，V_delay点电压波形如图2所示；当V_delay点电 压高于输出缓冲级电路的阈值电压VTH+后，施密特触发器的输出P0R_RESET由逻辑低电平 变为逻辑高电平信号。如图2中P0R_RESET点波形在电源电压高于检测电压VDETl后，延 时Tdelay时间后，上电复位电路的输出P0R_RESET由逻辑低电平变为逻辑高电平信号。电源电压下降时，当电源电压低于VDET2，V_det信号由逻辑高电平变为逻辑低电 平，延时单元放电，放电时间迅速，远小于充电时间，V_delay点电压变低，放电时间迅速，远 小于充电时间，因此经过很小的一个延时后该点电压小于输出缓冲级电路由高变低的阈值 电压VTH-，上电复位电路的输出P0R_RESET变为低电平信号。图1所示的上电复位电路，如果采用片内集成的电阻和电容来实现延时，因为片 上电容密度非常小，在版图面积合理的情况下只能实现Pf级电容，无法达到毫秒量级的延 迟。这就需要在片外采用nF级别或者uF级别的电容来实现延迟，这样做的缺陷是增加了 一个封装管脚和外围器件的数量；同时，因为片上的电阻电容值大小是固定的，很难通过编 程的方法来改变上电复位电路的延时。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种在不增加外部元件 的情况下使上电复位电路实现较大的延时并可实现编程化操作的低功耗延时可编程的上 电复位电路。本发明的技术解决方案是一种低功耗延时可编程的上电复位方法，包括以下步骤
1通过η比特输入的控制端Ctrl对可编程计数器的计数值m进行编程；2振荡器产生振荡周期为Tl的脉冲波形信号给可编程计数器；3当电源电压高于阈值时，可编程计数器开始对振荡器产生的脉冲波形信号进行 计数；4当可编程计数器的计数值达到设定值后，可编程计数器输出由逻辑低电平变为 逻辑高电平；5对可编程计数器的输出信号具有锁存和清零功能的输出缓冲电路的输出由逻 辑低电平变为逻辑高电平作为上电复位信号；6用输出缓冲电路输出的逻辑高电平关闭振荡器和可编程计数器。一种低功耗延时可编程的上电复位电路，包括电压检测电路以及输出缓冲电路； 所述电压检测电路的输入端接电源电压VDD，接地端接地；其特殊之处在于还包括振荡 器、可编程计数器以及反相器；电压检测电路的输出端V_det接计数器的使能端EN_CNT，同 时接输出缓冲电路的控制输入端，用于控制输出缓冲电路的工作；振荡器的输出端Freq_ out接可编程计数器的输入端，振荡器的使能端EN_0SC接输出缓冲电路的输出端P0R_ RESET经反相器后的信号；可编程计数器具有一个对计数值进行编程的η比特输入的控制 端Ctrl ；可编程计数器的输出端V_ctrl接输出缓冲电路的输入端。上述输出缓冲电路是能实现锁存功能的触发器电路或锁存器电路。上述输出缓冲电路是D触发器电路；D触发器电路的信号输入端D接电源电压 VDD ；电压检测电路的输出端V_det通过反相器后接D触发器电路的复位端Reset ；D触发 器电路输出端Q经反相器后接振荡器的使能端EN_0SC ；可编程计数器的输出端V_ctrl接D 触发器电路的时钟输入端CLK。本发明的优点是1、本发明提供了一种低功耗的延时可编程的上电复位方法及电路，通过加入振荡 器，可编程计数器和反相器等逻辑电路，使得上电复位电路可以在不增加外部元件的情况 下实现上电复位电路需要的延时，并且该延时值可以通过可编程计数器的输入控制端Ctrl 进行编程。2、本发明在振荡器产生周期为Tl的脉冲波形信号的情况下，通过可编程计数器 的η比特输入控制信号Ctrl设定可编程计数器的计数值为m，通过对振荡器输出的脉冲波 形信号进行计数，即可以实现上电复位电路所需要的延时Tdelay为mXTl。3、在本发明可实现片上延时的上电复位电路中，由于振荡器以及计数器只在电源 电压上电过程中工作，P0R_RESET信号变为逻辑高电平后，振荡器以及计数器即被关闭，振 荡器和可编程计数器仅在上电复位电路的电源上电过程中消耗功耗，因此电路仅存在很小 的瞬时功耗。4、本发明适用于高度集成化的SOC芯片，不需要任何外接元件，使得该电路适合 不同项目的需要。
图1是传统的上电复位电路POR的电路结构示意图；图2是图1所示传统的上电复位电路POR中各节点的电压波形示意图3是本发明低功耗延时可编程的上电复位电路POR的电路结构示意图；图4是本发明低功耗延时可编程的上电复位电路POR的一种具体电路结构图；图5是图4所示的低功耗延时可编程的上电复位电路POR中各节点的电压波形示 意图。
具体实施例方式本发明提供了一种低功耗延时可编程的上电复位方法，该方法包括以下步骤1通过η比特输入的控制端Ctrl对可编程计数器的计数值m进行编程；2振荡器产生振荡周期为Tl的脉冲波形信号给可编程计数器；3当电源电压高于阈值时，可编程计数器开始对振荡器产生的脉冲波形信号进行 计数；4当可编程计数器的计数值达到设定值后，可编程计数器输出由逻辑低电平变为 逻辑高电平；5对可编程计数器的输出信号具有锁存和清零功能的输出缓冲电路的输出由逻 辑低电平变为逻辑高电平作为上电复位信号；6用输出缓冲电路输出的逻辑高电平关闭振荡器和可编程计数器。本发明在提供了一种低功耗延时可编程的上电复位方法的同时，还提供了一种基 于该方法的低功耗延时可编程的上电复位电路，参见图3，本发明所提供的低功耗延时可 编程的上电复位电路包括电压检测电路，振荡器，可编程计数器，输出缓冲电路和反相器 等逻辑电路。其中，电压检测电路的输入端接电源电压VDD，接地端接地，输出端V_det接 可编程计数器电路的使能端EN_CNT，同时用来控制输出缓冲电路的工作；振荡器的输出端 Freq_0Ut接计数器电路的输入端；可编程计数器有一个η比特的输入控制端Ctrl，它的 计数值m可由输入控制端Ctrl进行编程，当输入脉冲波形信号为m个周期后，可编程计数 器的输出信号由逻辑低电平变为逻辑高电平，可编程计数器的输出端V_ctrl接输出缓冲 电路；输出缓冲电路的输入端为可编程计数器的输出端V_ctrl和电压检测电路的输出V_ det，输出端即为上电复位电路POR的输出端P0R_RESET，P0R_RESET通过反相器后接振荡器 的使能端EN_0SC。其中输出缓冲电路一般采用能实现锁存和清零功能的逻辑电路，比如锁存器，触 发器等，尤其可采用D触发器。输出缓冲电路采用D触发器的具体电路参见图4。D触发器电路的信号输入端D接 电源电压VDD，时钟输入端CLK接可编程计数器的输出端V_ctrl，清零输入端Reset接电压 检测电路的输出端V_det经过反相器后的信号，D触发器的输出端Q即为上电复位电路的输 出端P0R_RESET，同时上电复位电路的输出端P0R_RESET经反相器后接振荡器的使能端EN_ OSC ；当D触发器的时钟输入信号elk遇到输入信号的上升沿时，其输出值Q变为与其输入 值D相等；当清零信号Reset由低变高时，其输出值Q被清零为低电平。本发明延时可编程的上电复位电路的工作原理是参见图5，电源电压VDD上电过程中，电压检测电路和振荡器开始工作，当电源电 压VDD高于检测电压VDETl (电压检测电路的阈值)后，电压检测电路的输出点V_det由逻 辑低电平变为逻辑高电平，使可编程计数器开始工作；振荡器输出周期为Tl的脉冲波形信号给可编程计数器进行计数，可编程计数器的计数值由输入控制信号Ctrl编程决定，可编 程计数器根据输入的脉冲波形信号开始计数，当计数值达到计数器设定值后，可编程计数 器的输出由逻辑低电平变为逻辑高电平信号，通过D触发器电路，使输出信号P0R_RESET变 为逻辑高电平信号，同时P0R_RESET的逻辑高电平将关闭振荡器，使之不再工作，因为P0R_ RESET被D触发器锁存，因此仍会保持高电平。振荡器和可编程计数器电路仅在电源上电过 程中工作，当上电结束，上电复位电路输出由逻辑低电平信号变为逻辑高电平信号后，振荡 器和可编程计数器电路停止工作。振荡器和可编程计数器仅在上电复位电路的电源上电过 程中消耗功耗。如图5所示，在上电复位电路POR电路输入电压高于检测电压VDETl后，延时 Tdelay时间后，电路的输出信号P0R_RESET由逻辑低电平变为逻辑高电平，延时Tdelay的 值由振荡器产生脉冲波形的周期和可编程计数器的设定计数值所决定，假设振荡器产生的 脉冲波形信号的周期为Tl，可编程计数器的计数值为m，则上电复位电路的延时Tdelay为 mXTl，延时Tdelay可以通过改变可编程计数器的计数值进行编程。在振荡器产生的脉冲 波形信号周期不变的情况下增加或者减少可编程计数器的计数值m，可以很容易的改变上 电复位电路的延时时间。需要的情况下，可以容易的实现一个较大的(大于ms级)延时。电源电压下降时，当电源电压VDD下降到低于电压检测电路的低压检测电压 VDET2(电压检测电路的阈值)时，V_det由逻辑高电平变为逻辑低电平，通过D触发器的清 零端，上电复位电路的输出点P0R_RESET变为逻辑低电平。
权利要求
1.一种低功耗延时可编程的上电复位方法，其特征在于包括以下步骤 1通过η比特输入的控制端Ctrl对可编程计数器的计数值m进行编程； 2振荡器产生振荡周期为Tl的脉冲波形信号给可编程计数器；3当电源电压高于阈值时，可编程计数器开始对振荡器产生的脉冲波形信号进行计数；4当可编程计数器的计数值达到设定值后，可编程计数器输出由逻辑低电平变为逻辑 高电平；5对可编程计数器的输出信号具有锁存和清零功能的输出缓冲电路的输出由逻辑低 电平变为逻辑高电平作为上电复位信号；6用输出缓冲电路输出的逻辑高电平关闭振荡器和可编程计数器。
2.一种低功耗延时可编程的上电复位电路，包括电压检测电路以及输出缓冲电路；所 述电压检测电路的输入端接电源电压(VDD)，接地端接地；其特征在于还包括振荡器、可编程计数器以及反相器；电压检测电路的输出端(V_det)接计数器的使能端(EN_CNT)，同时接输出缓冲电路的 控制输入端，用于控制输出缓冲电路的工作；振荡器的输出端(Freq_0Ut)接可编程计数器的输入端，振荡器的使能端(EN_0SC)接 输出缓冲电路的输出端(P0R_RESET)经反相器后的信号；可编程计数器具有一个对计数值进行编程的η比特输入的控制端(Ctrl)；可编程计数 器的输出端(V_ctrl)接输出缓冲电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的低功耗延时可编程的上电复位电路，其特征在于所述输出 缓冲电路是能实现锁存功能的触发器电路或锁存器电路。
4.根据权利要求3所述的低功耗延时可编程的上电复位电路，其特征在于所述输出 缓冲电路是D触发器电路；D触发器电路的信号输入端⑶接电源电压(VDD)；电压检测电路的输出端(V_det)通过反相器后接D触发器电路的复位端(Reset)； D触发器电路输出端(Q)经反相器后接振荡器的使能端(EN_0SC)； 可编程计数器的输出端(V_ctrl)接D触发器电路的时钟输入端(CLK)。
全文摘要
低功耗延时可编程的上电复位方法及电路，包括电压检测电路、振荡器、可编程计数器、反相器以及输出缓冲电路；通过可编程计数器的控制端设定计数值为m，振荡器产生周期为T1的脉冲波形信号，可编程计数器对脉冲波形信号进行计数，当达到设定值m后，计数器输出变为逻辑高电平；输出缓冲电路输出逻辑高电平作为上电复位信号，即可以实现延时Tdelay为m×T1，再用缓冲电路输出的逻辑高电平关闭可编程振荡器和计数器。本发明解决了现有上电复位电路在不采用片外电容的情况下难以达到毫秒量级的延迟，也无法改变延时时间的技术问题，具有延时值可以编程改变、可实现毫秒量级的延迟、电路仅存在很小的瞬时功耗等优点。
文档编号H03K17/22GK102122943SQ20101061256
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月29日 优先权日2010年12月29日
发明者马岩, 高彬 申请人:山东华芯半导体有限公司