专利名称：电源恢复电压探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种电源恢复电压探测器。
背景技术：
为降低电路的静态功耗，现今的集成电路中已大量采用了电源闸控技术。采用电源闸控能够降低内部电路静态功耗的原因为当闸控MOSFET被关闭时，受电源闸控管控的内部电路的电压将会低于外部电源电压，从而静态电流将会降低。然而，当电源闸控由关闭变为开启时，电路随即进入电源恢复状态，外部电源将对内部电路电源进行充电(PowerRecovery),以使得内部电路的电压恢复到能够使电路正常工作的水平。在这一充电过程中，外部电源将会消耗大量的电荷，若电荷的消耗速度过快就会有电源噪声产生，这个电源噪声将会对未受电源闸控管控的电路造成影响。 为尽量减小外部电源对内部电源充电时产生的电源噪声，通常做法为将电源闸控MOSFET分为两个一个尺寸较小驱动能力较弱的MOSFET做电源恢复之用；另一个尺寸较大的驱动能力较强的MOSFET做电路工作时供电之用。其电路原理如图I所示，图2为电源恢复时的控制时序。图I中的MPO为尺寸较小驱动能力较弱的MOSFET，其栅端受信号“Power_Down”控制；MP1为尺寸较大驱动能力较强的M0SFET，其栅端受信号“Weak_P0Wer”控制。当电路进入电源恢复状态时，信号“PoWer_DoWn”首先变为逻辑“0”，MPO开启，电源Vdd通过MPO对内部电源(Internal_Power)进行充电。当内部电源被充高到一定程度，比如95%Vdd,此时信号“Weak_P0Wer”变为逻辑“0”，虽然之后内部电源的充电速度会加快，但由于此前已经恢复到了一个较高的电压，之后的快速充电只会消耗很少量的电荷，外部电源不会有电源噪声产生。由以上描述可知，没有电源噪声产生的前提为当内部电源上升到足够高时信号“Weak_PoWer”才能够被拉低，否则电源噪声很难避免。电源恢复电路设计的难点即为如何设计出一种既简单又有足够精度的内部电压探测电路，保证如图I所示的电路中的控制信号“Weak_P0Wer ”只有在电压上升到足够高时才由高变为低。传统上电源电压恢复时的内部电压探测电路采用施密特触发器(SchmittTrigger)组成，其具体实现具有两种方式，分别如图3和图4所示。图3与图4电路的区别为图3的第一级为反相器，第二级为施密特触发器，信号“P0Wer_D0Wn”作为第一级反相器的输入且反相器的电源为内部电源(InternalPower)，当“P0Wer_D0Wn”为逻辑“0”且内部电源电压足够高时，施密特触发器才会被翻转从而将信号“Weak_PoWer”拉为低电压；图4的第一级为施密特触发器且其电源为内部电源，第二级为反相器，反相器以外部电源Vdd作为电源，与图3电路相同，“P0Wer_D0Wn”变为“0”后内部电源只有升高到足够高度才能将反相器翻转将“Weak_PoWer”变为“O”。上述图3和图4所示的现有的内部电压探测电路存在如下缺陷I、施密特触发器的探测电压难以达到期望的数值，例如一般希望探测电压在90%Vdd以上，但在深亚微米工艺中，施密特触发器翻转电压至多只能达到大约80%Vdd。2、施密特触发器的探测电压随半导体工艺、温度、电源电压的变化会产生较大的偏差，其原因为施密特触发器的翻转电压与MOSFET的阈值电压Vt密切相关，而众所周知，Vt是一个与工艺、温度、电压十分相关的参数。因此，施密特触发器无法准确地探测内部电源的电压到达较高的电压值。名词解释电源闸控(Power Gating或Power Switch):为降低芯片的静态功耗,芯片内部分或全部电路的电源或地通过一个通常由MOSFET构成的开关控制起来。当芯片处于工作状态时，这个开关开启，外部电源对芯片内电路正常供电；当芯片处于非工作状态时，可以将这个开关全部或部分关闭，这样芯片内部电路与外部电源的联系减弱或完全断绝，从而达到降低静态功耗的目的。 电源噪声(Power Noise):由于某种原因造成的电源电压的抖动。当这种抖动过大时，有可能造成集成电路的错误动作或失效。施密特触发器(Schmitt Trigger):—种逻辑功能与反相器类似的电路,当输入为0时，输出为I ;当输入为I时，输出为O。但其与反相器的不同之处在于反相器的翻转不论是由I到0的翻转还是由0到I的翻转均发生在输入电压大约等于电源电压的1/2时，而施密特触发器由0到I的翻转发生在输入降低到非常接近0电压时，由I到0的翻转却发生在输入上升到非常接近电源电压Vdd时。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何准确地探测内部电源的电压到达较高的电压值。(二)技术方案为解决上述技术问题，本发明提供了一种电源恢复电压探测器，包括输入电路、电容耦合电压产生电路、脉冲产生电路、感应放大器及RS触发器；所述输入电路用于将外部电源信号传输至所述电容耦合电压产生电路，所述电容耦合电压产生电路用于将所述外部电源信号转换成电容耦合电压信号，并将所述电容耦合电压信号分别传输至脉冲产生电路及所述感应放大器的第一输入端，所述脉冲产生电路用于根据所述电容耦合电压信号产生脉冲信号，并将所述脉冲信号传输至所述感应放大器的启动端，所述感应放大器的第二输入端连接内部电源，输出端Q和QB分别连接所述RS触发器的两个输入端，所述外部电源信号通过第一反相器连接所述RS触发器的一个输入端，所述RS触发器输出信号反馈连接至所述输入电路，并通过第二反相器输出。其中，所述输入电路包括第三反相器和三输入的或非门，时钟信号通过所述第三反相器连接至所述三输入的或非门的第一输入端，所述三输入的或非门的第二输入端连接所述外部电源信号，第三输入端连接所述RS触发器的输出端，所述三输入的或非门的输出端连接所述电容耦合电压产生电路。其中，所述电容耦合电压产生电路包括第四反相器、第一NMOS管、第二NMOS管和PMOS管，所述第一 NMOS管的栅极和第二 NMOS管的栅极均连接所述PMOS管的漏极，且连接至所述感应放大器的第一输入端，所述PMOS管的栅极和第四反相器的输入端均连接所述三输入的或非门的输出端，所述PMOS管的源极连接外部电源，所述第四反相器的输出端与第一 NMOS管的源漏极连接，且与所述脉冲产生电路连接，第二 NMOS管的源漏极接地。其中，所述电容耦合电压产生电路包括第四反相器、第一PMOS管、第二PMOS管和第三PMOS管，所述第一 PMOS管的源漏极和第二 PMOS管的源漏极均连接所述第三PMOS管的漏极，且连接至所述感应放大器的第一输入端，所述第三PMOS管的栅极和第四反相器的输入端均连接所述三输入的或非门的输出端，所述第三PMOS管的源极连接外部电源，所述第四反相器的输出端与第一 PMOS管的栅极连接，且与所述脉冲产生电路连接，第二 PMOS管的栅极接地。
其中，所述脉冲产生电路包括第五反相器、第六反相器、第七反相器和与非门，所述第五反相器、第六反相器和第七反相器依次连接，第七反相器的输出端连接所述与非门的第一输入端，所述第五反相器的输入端和所述与非门的第二输入端连接所述电容稱合电压产生电路，所述与非门的输出端连接所述感应放大器的启动端。其中，所述第五反相器的输入端和所述与非门的第二输入端通过若干延时反相器连接所述第四反相器的输出端；所述与非门的输出端通过第八反相器连接所述感应放大器的启动端。其中，还包括时钟产生器，所述时钟产生器的第一输入端连接所述RS触发器的输出端，第二输入端连接所述外部电源信号，输出端连接所述输入电路。其中，所述RS触发器中包括一个三输入的与非门，所述外部电源信号通过第一反相器连接所述三输入的与非门的其中一个输入端。其中，所述感应放大器为锁存式感应放大器。(三)有益效果本发明的电源恢复电压探测器能够准确地探测内部电源的电压到达较高的电压值。
图I是现有技术中的一种电源闸控电路示意图；图2是图I电路的时序图；图3是现有技术中的一种基于施密特触发器的内部电压探测电路；图4是现有技术中的另一种基于施密特触发器的内部电压探测电路；图5是本发明实施例的一种电源恢复电压探测器电路结构示意图；图6是图5中采用的锁存型感应放大器电路结构示意图；图7是图5电路的时序图；图8是本发明实施例的另一种电源恢复电压探测器电路结构示意图；图9是本发明实施例的又一种电源恢复电压探测器电路结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例I本实施例的电源恢复电压探测器电路如图5所示，包括输入电路、电容耦合电压产生电路、脉冲产生电路、感应放大器SA及RS触发器。输入电路用于将外部电源信号传输至电容耦合电压产生电路，电容耦合电压产生电路用于将外部电源信号转换成电容耦合电压信号，并将电容耦合电压信号分别传输至脉冲产生电路及感应放大器SA的第一输入端。脉冲产生电路用于根据电容耦合电压信号产生脉冲信号，并将脉冲信号传输至感应放大器SA的启动端，感应放大器SA的第二输入端连接内部电源，输出端Q和QB分别连接RS触发器的两个输入端。外部电源信号通过第一反相器Il连接RS触发器的一个输入端。RS触发器输出信号反馈连接至输入电路 ，并通过第二反相器12输出。RS触发器SA有一个两输入的与非门NANDl和三输入的与非门NAND2组成，SA的输出端Q和QB分别连接与非门NANDl的第一输入端和与非门NAND2的第一输入端。外部电源信号通过第一反相器Il连接与非门NAND2的第二输入端，RS触发器的输出端为与非门NANDl的输出端，将输出信号反馈至输入电路。其中，感应放大器SA为锁存式感应放大器，结构如图6所示，也可以是其它类型的感应放大器。本实施例中，输入电路包括第三反相器13和三输入的或非门N0R。时钟信号CK通过第三反相器13连接至三输入的或非门NOR的第一输入端。三输入的或非门NOR的第二输入端连接外部电源信号Power_Down,第三输入端连接RS触发器的输出端，即与非门NANDl的输出端，三输入的或非门NOR的输出端连接电容耦合电压产生电路。本实施例中，电容耦合电压产生电路包括第四反相器14、第一 NMOS管丽I、第二NMOS管MN2和PMOS管MPO。MNl的栅极和MN2的栅极均连接MPO的漏极，且连接至感应放大器SA的第一输入端。MPO的栅极和第四反相器14的输入端均连接三输入的或非门NOR的输出端，MPO的源极连接外部电源，其电压为Vdd。第四反相器14的输出端和丽I的源漏极连接，且与脉冲产生电路连接，MN2的源漏极接地。本实施例中，脉冲产生电路包括第五反相器15、第六反相器16、第七反相器17和与非门NAND0。第五反相器15、第六反相器16和第七反相器17依次连接，第七反相器17的输出端连接与非门NANDO的第一输入端,第五反相器15的输入端和与非门NANDO的第二输入端连接电容耦合电压产生电路，与非门NANDO的输出端连接感应放大器SA的启动端。其中，第五反相器15的输入端和与非门NANDO的第二输入端通过若干反相器19"! 11连接第四反相器14的输出端。与非门NANDO的输出端通过第八反相器18连接感应放大器的启动端。本实施例的电源恢复电压探测器工作原理如下其输入信号为外部电源信号“Power_Down”和时钟信号“CK” ；其输出为“Weak_Power，，。当“PoWer_Down”为I时，整个电路处于非工作状态，RS触发器，输出“Weak_Power”被置为I ;内部节点“ChargeB”为0，因此PMOS “MP0”处于开启状态，节点“V_NBST”电压保持为外部电源电压Vdd。当“P0Wer_D0Wn”变为0且“CK”由0变为I时，电路将被启动，电路的工作时序如图7所示I) “ChargeB” 变为 1，关闭 PMOS “MP0” ；2)“NBST”变为0，通过电容耦合效应，“V_NBST”的电压会降低一定的数值，若NMOS管丽I和丽2的栅端电容相较“V_NBST”的其它部分寄生电容较大，耦合后“V_NBST”电压
值Vnbst大约为
权利要求
1.一种电源恢复电压探测器，其特征在于，包括输入电路、电容耦合电压产生电路、脉冲产生电路、感应放大器及RS触发器；所述输入电路用于将外部电源信号传输至所述电容耦合电压产生电路，所述电容耦合电压产生电路用于将所述外部电源信号转换成电容耦合电压信号，并将所述电容耦合电压信号分别传输至脉冲产生电路及所述感应放大器的第一输入端，所述脉冲产生电路用于根据所述电容耦合电压信号产生脉冲信号，并将所述脉冲信号传输至所述感应放大器的启动端，所述感应放大器的第二输入端连接内部电源，输出端Q和QB分别连接所述RS触发器的两个输入端，所述外部电源信号通过第一反相器连接所述RS触发器的一个输入端，所述RS触发器输出信号反馈连接至所述输入电路，并通过第二反相器输出。
2.如权利要求I所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述输入电路包括第三反相器和三输入的或非门，时钟信号通过所述第三反相器连接至所述三输入的或非门的第一输入端，所述三输入的或非门的第二输入端连接所述外部电源信号，第三输入端连接所述 RS触发器的输出端，所述三输入的或非门的输出端连接所述电容耦合电压产生电路。
3.如权利要求2所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述电容耦合电压产生电路包括第四反相器、第一 NMOS管、第二 NMOS管和PMOS管，所述第一 NMOS管的栅极和第二 NMOS管的栅极均连接所述PMOS管的漏极，且连接至所述感应放大器的第一输入端，所述PMOS管的栅极和第四反相器的输入端均连接所述三输入的或非门的输出端，所述PMOS管的源极连接外部电源，所述第四反相器的输出端与第一 NMOS管的源漏极连接，且与所述脉冲产生电路连接，第二 NMOS管的源漏极接地。
4.如权利要求2所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述电容耦合电压产生电路包括第四反相器、第一 PMOS管、第二 PMOS管和第三PMOS管，所述第一 PMOS管的源漏极和第二 PMOS管的源漏极均连接所述第三PMOS管的漏极，且连接至所述感应放大器的第一输入端，所述第三PMOS管的栅极和第四反相器的输入端均连接所述三输入的或非门的输出端，所述第三PMOS管的源极连接外部电源，所述第四反相器的输出端与第一PMOS管的栅极连接，且与所述脉冲产生电路连接，第二 PMOS管的栅极接地。
5.如权利要求3或4所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述脉冲产生电路包括第五反相器、第六反相器、第七反相器和与非门，所述第五反相器、第六反相器和第七反相器依次连接，第七反相器的输出端连接所述与非门的第一输入端，所述第五反相器的输入端和所述与非门的第二输入端连接所述电容耦合电压产生电路，所述与非门的输出端连接所述感应放大器的启动端。
6.如权利要求5所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述第五反相器的输入端和所述与非门的第二输入端通过若干延时反相器连接所述第四反相器的输出端；所述与非门的输出端通过第八反相器连接所述感应放大器的启动端。
7.如权利要求I所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，还包括时钟产生器，所述时钟产生器的第一输入端连接所述RS触发器的输出端，第二输入端连接所述外部电源信号，输出端连接所述输入电路。
8.如权利要求I所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述RS触发器中包括一个三输入的与非门，所述外部电源信号通过第一反相器连接所述三输入的与非门的其中一个输入端。
9.如权利要求I所述的电源恢复电压探测器，其特征在于，所述感应放大器为锁存式感应放大器。
全文摘要
本发明公开了一种电源恢复电压探测器，涉及集成电路技术领域，包括输入电路、电容耦合电压产生电路、脉冲产生电路、感应放大器及RS触发器。本发明的电源恢复电压探测器能够准确地探测内部电源的电压到达较高的电压值。
文档编号H03K3/3565GK102970005SQ20121036141
公开日2013年3月13日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者王林, 郑坚斌 申请人:苏州兆芯半导体科技有限公司