一种新型低压上电复位电路设计

1、一种新型低压上电复位电路设计 在电子系统上电时，电源通常需要经过比拟长的时间才能到达稳定状态。在这个过程中，数字集成电路或数模混合集成电路中的存放器、控制器等单元的状态是不确定的，这可能会导致芯片不能正常工作【1】。因此需要一种电路在电源上电时，对那些不确定的状态进行初始化，我们通常使用上电复位电路来实现这种功能。摘要：基于0.18mm工艺设计了一种可集成到低电源电压数字IC或数模混合IC的上电复位电路。该PORPowerOnReset具有电源上电和掉电检测功能，且对电源上电的速度不敏感，故可通过使用迟滞比拟器实现对电源噪声的免疫。corner仿真结果说明，该电路可以实现大于100ms的延时。

2、相比于传统POR，该电路工作电压低、性能可靠、结构简单。关键词：上电复位电路,延时,电源检测,阈值电压0引言随着集成电路工艺的进步，芯片的工作电压越来越低，对POR的性能要求也更高，传统的POR电路越来越难以满足如今的需求。本文通过对传统POR的研究，基于0.18m设计了一种低压低功耗的上电复位电路，该电路结构也适用于更小特征尺寸的CMOS工艺。1POR电路介绍图1a所示为传统的片外POR电路，其主要由电阻、电容和二极管构成，电路的时间延迟由RC决定，当电源下电时，反向二极管对电容放电。这种电路的主要缺点是依赖电源的上电速度，在电源的上电速度较慢时，POR电路可能无法正常工作。图1b为传统的片

3、上集成POR电路，检测电压由NMOS和PMOS的阈值电压决定，当电源电压高于检测电压时，电流镜对电容充电，当充电电压高于触发器阈值时，电路复位。这种电路的缺点是在电源电压低于阈值电压时，电路也有充电电流存在，会减小电路的延迟时间；其次，管子的阈值电压受工艺、温度影响较大，再计入电源电压的影响，这种电路延迟时间的离散度会非常大。图2所示的POR电路由带隙基准电压做参考电压，它的检测电压值非常精确，误差通常在5%以内。同时和其他POR相比，延迟时间受工艺、温度、电压的影响也较小。市场上广泛应用的单片POR芯片811/812系列，便采用这种结构。图2电路虽然性能优良，但是在集成电路的器件特征尺寸越来

4、越小、电源电压甚至低于带隙基准的时候，这种结构显然不利于片上集成。图1传统POR电路图2基于带隙基准的POR2POR电路设计本文设计的POR电路如图3所示，M1M8构成了电源电压检测电路，其中M1M4和R1、R2用来产生偏置电流，INV1和M7，M8构成具有迟滞能力的比拟器，上电检测点和下电检测点的回差电压大于100mV。INV2、T1用来产生时间延迟，T1迟滞比拟器用来产生复位信号。相比于文献的设计，本文POR大大提高了对噪声的免疫能力，同时增加了延迟时间，提高了电路可靠性。图3POR电路当电路启动时，所有节点电压的初始状态为0，在0≤VDDIds1=Ids3，Ids3=Ids

5、4，Ids5=Ids61Ids4=Vgs1/R12Vdet=Vgs1+Vgs23在VDD超过检测电压Vdet时，Vtri迅速拉低，BUF1翻开，M9开始对MOS电容Mc充电，当Vc大于T1的阈值电压时，T1输出复位信号。从VDD到达Vdet到T1输出复位信号的时间延迟TD由Ids9、Mc电容和T1阈值电压决定。在电路下电时，POR的工作过程是上电时的逆过程，由INV1、T7、T8构成的迟滞比拟器使得下电检测电压低于上电检测值，其回差电压的大小可以通过改变M7的尺寸调整。当电源电压小于下电检测值时，Vs变为低电平，Vc节点通过BUF1迅速放电到0。由于Vc放电速度远高于充电速度，该POR在上电的

6、时候，即使出现由电源噪声导致检测电路反复触发的现象，Vc依然会保持低电平，这极大的提高了电路对噪声的抗干扰能力。3电路仿真为了模拟POR电路在电源上电时间为1ms时的工作情况，做不同corner组合的仿真。主要corner的仿真结果如图4所示，仿真数据如表1所列。上电检测电压Vdet由于依赖于NMOS的阈值，随工艺变化较大，仿真结果清晰地说明了这点。表1仿真仿真设置VdetTDMOSff，Resss，1.68V，-45754mV232ms典型工作条件下，Vdet和TD的蒙特卡洛仿真结果如图5和图6所示，其方差分别为25.76mV和2.72ms。图4主要corner仿真图5上电检测电压蒙特卡洛仿

7、真图6TD蒙特卡洛仿真4结语本文基于0.18mm工艺设计了一种适用于低电源电压IC的可集成上电复位电路，该POR具有电源上电和掉电检测能力，对电源的上电速度和噪声不敏感，电路总功耗约9mW。所有corner的仿真结果说明，该电路可实现大于100ms的延时，蒙特卡洛仿真显示该电路受工艺批次和器件失配影响较小。参考文献【1】张俊安，陈良，杨毓军，等.一种基于0.18mCMOS工艺的上电复位电路.微电子学，2021，422：238–241.【2】YASUDAT，YAMAMOTOM，NISHIT.Apower-onresetpulsegeneratorforlowvoltageap

8、plications/IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems.：IEEE，20214：599-601.【3】LAIXin-quan，YUWei-xue，LIGang，etal.Alowquiescentcurrentandresettimeadjustablepower-onresetcircuit/ASICON20216thInternationalConferenceOnASIC.Shanghai，China：ASICON，20212：559-562.【4】LAZARA，FLOREAM，BURDIAD.Abandgapreferencecircuitdesignforpower-onresetrelatedcircuits/InternationalSymposiumonSignals，CircuitsandSystems.：ISSCS，2021：1-4.【5】TANZAWAT.Aprocess-andtemperature-tolerantpower-onresetcircuitwithaflexibledetectionlevelhigherthanthebandgapvoltage/IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems.：IEEE，2021：2302-23