CN111953330A - 一种与温度无关的低功耗上电复位电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种与温度无关的低功耗上电复位电路，包括：第一负温度系数电压产生模块,用于产生负温度系数的第一比较电压VP；第二负温度系数电压产生模块，用于产生负温度系数的第二比较电压VN；比较器模块，用于将所述负温度系数的第一比较电压VP与负温度系数的第二比较电压VN进行比较以在电源电压VDD达到设定阈值时产生上电复位所需的输出信号，即上电复位信号。

Description

一种与温度无关的低功耗上电复位电路
技术领域
本发明涉及一种上电复位电路，特别是涉及一种与温度无关的低功耗上电复位电路。
背景技术
上电复位电路广泛应用于大规模数字集成电路或数模混合信号集成电路中，其主要功能是保证电路在上电过程中工作在正确的状态下。由于集成电路***中往往存在大量的数字逻辑、状态寄存器、控制字寄存器等功能单元，在电源开始加到芯片上时，这些功能单元状态是不确定的，这些不确定的值可能导致整个芯片误动作或者电路逻辑门发生非正常“翻转”从而造成整个电路逻辑的混乱。上电复位电路就是在电源电压上升过程中一直保持有效复位电平，直至电源电压稳定达到能保证电路正常工作阈值，一旦电源电压达到阈值电压，上电复位电路就会释放内部复位信号。
上电复位电路作为***电压的一种检测电路，必须一直处于工作状态，因此，希望上电复位电路耗能越低越好。例如现有的无源物联网芯片***，由于其工作所需的能量完全由从周边的环境中获取，所能获取的能量极其有限，通常这种芯片的***功耗在几微瓦与几十微瓦之间，为了不影响***工作的性能，上电复位电路的功耗必须限制在1微瓦以内。此外，现有的上电复位电路往往受周围环境温度影响，上电复位电压随温度而变化，从而影响***工作的稳定性。
发明内容
为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种与温度无关的低功耗上电复位电路，以实现一种与温度、电源电压无关的低功耗上电复位电路。
为达上述及其它目的，本发明提出一种与温度无关的低功耗上电复位电路，包括：
第一负温度系数电压产生模块,用于产生负温度系数的第一比较电压VP；
第二负温度系数电压产生模块，用于产生负温度系数的第二比较电压VN；
比较器模块，用于将所述负温度系数的第一比较电压VP与负温度系数的第二比较电压VN进行比较以在电源电压VDD达到设定阈值时产生上电复位所需的输出信号，即上电复位信号。
优选地，所述第一负温度系数电压产生模块包括第一PMOS管(PM1)、第二PMOS管(PM2)、第一恒流源(I1)和第二恒流源(I2)，所述第一PMOS管(PM1)源极接电源VDD，栅极与所述第二PMOS管(PM2)的栅极和漏极相连并连接至所述第一恒流源(I1)的上端，所述第一PMOS管(PM1)的漏极与所述第二PMOS管(PM2)的源极、第二恒流源(I2)的上端相连并连接所述比较器模块形成第一比较电压VP节点，所述第一恒流源(I1)的下端和第二恒流源(I2)的下端接地。
优选地，所述第二负温度系数电压产生模块包括PNP三极管(Q1)、第一NMOS管(NM1)、第二NMOS管(NM2)和第三恒流源(I3)，所述第三恒流源(I3)的上端接电源VDD，第三恒流源(I3)的下端接所述PNP三极管(Q1)的发射极和第一NMOS管(NM1)的栅极，所述PNP三极管(Q1)的基极和集电极接地，第一NMOS管(NM1)的漏极接电源VDD，所述第一NMOS管(NM1)的源极、第二NMOS管NM2的栅极和漏极相连并连接至所述比较器模块形成第二比较电压VN节点，所述第二NMOS管(NM2)的源极接地。
优选地，所述第一比较电压VP节点连接所述比较器模块的同相输入端，所述第二比较电压VN节点连接所述比较器模块的反相输入端。
优选地，所述第一PMOS管(PM1)、所述第二PMOS管(PM2)、所述第一NMOS管(NM1)、所述第二NMOS管(NM2)为场效应晶体管，均工作在亚阈值状态。
优选地，所述电路中所有电流均处于纳安级别。
优选地，根据下式：
Figure BDA0002659694100000031
通过调整各参数值得到与温度、电源电压无关的上电复位电路。
其中，VT＝kT/q为正温度系数，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷，Sa、Sb为所述第一PMOS管(PM1)、所述第二PMOS管(PM2)的宽长比，VBE为所述PNP三极管(Q1)发射级-基极电压VBE，为负温度系数。
与现有技术相比，本发明一种与温度无关的低功耗上电复位电路通过利用第一负温度系数电压产生模块产生负温度系数的第一比较电压VP，利用第二负温度系数电压产生模块产生负温度系数的第二比较电压VN，由比较器模块将所述负温度系数的第一比较电压VP与负温度系数的第二比较电压VN进行比较以在电源电压VDD达到设定阈值时产生上电复位所需的输出信号，即上电复位信号，实现了一种与温度、电源电压无关的低功耗上电复位电路。
附图说明
图1为本发明一种与温度无关的低功耗上电复位电路之较佳实施例的电路结构图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图1为本发明一种与温度无关的低功耗上电复位电路之较佳实施例的电路结构图。如图1所示，在本发明较佳实施例中，一种与温度无关的低功耗上电复位电路，包括：第一负温度系数电压产生模块10、第二负温度系数电压产生模块20和比较器模块30。
其中，第一负温度系数电压产生模块10由第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一恒流源I1和第二恒流源I2组成，用于产生负温度系数的第一比较电压VP；第二负温度系数电压产生模块20由PNP三极管Q1、第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2和第三恒流源I3组成，用于产生负温度系数的第二比较电压VN；比较器模块30由比较器及其***电路(未示出)组成，用于将负温度系数的第一比较电压VP与负温度系数的第二比较电压VN进行比较以在电源电压VDD达到设定阈值时产生上电复位(Power On Reset)所需的输出信号VOUT即上电复位信号POR。
第一PMOS管PM1源极接电源VDD，第一PMOS管PM1的栅极与第二PMOS管PM2的栅极和漏极相连并连接至第一恒流源I1的上端，第一PMOS管PM1的漏极与第二PMOS管PM2的源极、第二恒流源I2的上端以及比较器模块30的同相输入端相连组成第一比较电压VP节点，第一恒流源I1的下端和第二恒流源I2的下端接地VSS。第三恒流源I3的上端接电源VDD，第三恒流源I3的下端接PNP三极管Q1的发射极和第一NMOS管NM1的栅极，PNP三极管Q1的基极和集电极接地VSS，第一NMOS管NM1的漏极接电源VDD，第一NMOS管NM1的源极与比较器模块30的反相输入端以及第二NMOS管NM2的栅极和漏极相连组成第二比较电压VN节点，第二NMOS管NM2的源极接地VSS，比较器模块30的输出VOUT即上电复位信号连接至后续电路。
以下说明本发明的工作原理：
本发明中，场效应晶体管PM1、PM2、NM1、NM2均工作在亚阈值状态，所有电流均处于纳安级别。
在本发明中，第一比较电压VP为：
Figure BDA0002659694100000051
其中Sa、Sb为第一PMOS管PM1与第一PMOS管PM2的宽长比(W/L)。
由于PNP三极管Q1基极和集电极相连组成二极管，其发射级-基极电压VBE即为第二比较电压VN：
Figure BDA0002659694100000052
上式中N为第一NMOS管和第二NMOS管的分压比，当比较器模块30的输入电压差为正时比较器输出翻转导致输出信号VOUT翻转，即要求
VP-VN＞0
代入第一比较电压VP和第二比较电压VN并作移项处理，上式变换为
Figure BDA0002659694100000053
第一项为正温度系数(VT＝kT/q为正温度系数，其中，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷)，第二项为负温度系数(VBE为负温度系数)。通过调整各参数值即可得到与温度、电源电压无关的上电复位电路。
综上所述，本发明一种与温度无关的低功耗上电复位电路通过利用第一负温度系数电压产生模块产生负温度系数的第一比较电压VP，利用第二负温度系数电压产生模块产生负温度系数的第二比较电压VN，由比较器模块将所述负温度系数的第一比较电压VP与负温度系数的第二比较电压VN进行比较以在电源电压VDD达到设定阈值时产生上电复位所需的输出信号，即上电复位信号，实现了一种与温度、电源电压无关的低功耗上电复位电路。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (7)

1.一种与温度无关的低功耗上电复位电路，包括：
第一负温度系数电压产生模块,用于产生负温度系数的第一比较电压VP；
第二负温度系数电压产生模块，用于产生负温度系数的第二比较电压VN；
比较器模块，用于将所述负温度系数的第一比较电压VP与负温度系数的第二比较电压VN进行比较以在电源电压VDD达到设定阈值时产生上电复位所需的输出信号，即上电复位信号。
2.如权利要求1所述的一种与温度无关的低功耗上电复位电路，其特征在于：所述第一负温度系数电压产生模块包括第一PMOS管(PM1)、第二PMOS管(PM2)、第一恒流源(I1)和第二恒流源(I2)，所述第一PMOS管(PM1)源极接电源VDD，栅极与所述第二PMOS管(PM2)的栅极和漏极相连并连接至所述第一恒流源(I1)的上端，所述第一PMOS管(PM1)的漏极与所述第二PMOS管(PM2)的源极、第二恒流源(I2)的上端相连并连接所述比较器模块形成第一比较电压VP节点，所述第一恒流源(I1)的下端和第二恒流源(I2)的下端接地。
3.如权利要求2所述的一种与温度无关的低功耗上电复位电路，其特征在于：所述第二负温度系数电压产生模块包括PNP三极管(Q1)、第一NMOS管(NM1)、第二NMOS管(NM2)和第三恒流源(I3)，所述第三恒流源(I3)的上端接电源VDD，第三恒流源(I3)的下端接所述PNP三极管(Q1)的发射极和第一NMOS管(NM1)的栅极，所述PNP三极管(Q1)的基极和集电极接地，第一NMOS管(NM1)的漏极接电源VDD，所述第一NMOS管(NM1)的源极、第二NMOS管NM2的栅极和漏极相连并连接至所述比较器模块形成第二比较电压VN节点，所述第二NMOS管(NM2)的源极接地。
4.如权利要求3所述的一种与温度无关的低功耗上电复位电路，其特征在于：所述第一比较电压VP节点连接所述比较器模块的同相输入端，所述第二比较电压VN节点连接所述比较器模块的反相输入端。
5.如权利要求3所述的一种与温度无关的低功耗上电复位电路，其特征在于：所述第一PMOS管(PM1)、所述第二PMOS管(PM2)、所述第一NMOS管(NM1)、所述第二NMOS管(NM2)为场效应晶体管，均工作在亚阈值状态。
6.如权利要求5所述的一种与温度无关的低功耗上电复位电路，其特征在于：所述电路中所有电流均处于纳安级别。
7.如权利要求6所述的一种与温度无关的低功耗上电复位电路，其特征在于，根据下式：
Figure FDA0002659694090000021
通过调整各参数值得到与温度、电源电压无关的上电复位电路，
其中，VT＝kT/q为正温度系数，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷，Sa、Sb为所述第一PMOS管(PM1)、所述第二PMOS管(PM2)的宽长比，VBE为所述PNP三极管(Q1)发射级-基极电压VBE，为负温度系数。
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