一种上电复位电路的制作方法

1.本发明涉及集成电路领域，更具体的，涉及一种芯片的上电复位电路。


背景技术：

2.目前，上电复位电路，通常应用于集成电路中，在芯片上电未完成、电源电压处于缓慢爬升的阶段内，为芯片中的后级电路提供一个控制信号，以确保电源完成上电、电源电压稳定后，芯片才执行正常的电路程序，并防止低电源所导致的芯片逻辑错误。
3.在具备多个电压域的芯片中，例如同时具备模拟电源、数字电源的芯片中，上电复位电路需要同时对多个不同电源的上电状态进行检测，从而在所有电源都充分上电后，执行芯片的正常逻辑。现有技术中，通常是采用欠压锁定逻辑来判断数字电源是否上电，在将数字电源上电的判断信号输入至由模拟电源控制的电平位移器中，以确保在模拟电路同样上电后，输出芯片上电复位信号。
4.然而，这种类型的上电复位电路仍然存在着一些问题，例如，当数字电源上电完成，但模拟电源尚未上电完成时，电平位移器接收到数字电源的上电信号后，会产生不定态的输出，从而导致发出错误上电复位信号的可能，使得芯片在上电过程中提前进入正常的工作状态，出现各类错误或故障。
5.针对上述问题，本发明中提出了一种新的上电复位电路。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种上电复位电路，分别获取数字电源和模拟电源的上电状态，并将数字上电判断电压转换为数字上电判断电流后，通过逻辑模块，实现芯片上电复位信号的输出。
7.本发明采用如下的技术方案。
8.本发明第一方面，涉及一种上电复位电路，电路包括模拟电源判断单元、数字电源判断单元、电流转换单元和逻辑单元；其中，模拟电源判断单元和数字电源判断单元，分别通过欠压锁定逻辑判定模拟电源、数字电源的上电状态，并输出模拟上电判断电压和数字上电判断电压；电流转换单元，与数字电源判断单元连接，接收数字上电判断电压并生成数字上电判断电流；逻辑单元，与电流转换单元、模拟电源判断单元分别连接，并基于数字上电判断电流和模拟上电判断电压实现芯片上电复位信号的输出。
9.优选的，模拟电源判断单元与数字电源判断单元的电路结构相同；并且，电路结构中包括带隙基准源、分压支路、比较器和反相器；其中，带隙基准源在数字电源或模拟电源的驱动下生成参考电压vref，分压支路对数字电源或模拟电源进行分压并生成分压电压vdiv；比较器，对于参考电压vref和分压电压vdiv进行比较后将比较电压输出至反相器；反相器输出模拟上电判断电压或数字上电判断电压。
10.优选的，电源转换单元包括第一至第三电流源、第一开关管、第二开关管、第一镜像管、第二镜像管和电容；其中，第一电流源一端接入数字电源电压，另一端通过第一开关
管接入至第一镜像管，第一开关管的栅极与数字电源判断单元的输出端连接；第一镜像管的栅极和漏极分别接入至第二电流源的一端、第二镜像管的栅极；第一镜像管的源极、第二镜像管的源极、第二电流源的另一端均接入至模拟地；第三电流源一端接模拟电源电压，另一端与第二镜像管的漏极连接，第二开关管的源漏极并联在第三电流源的两端，栅极与模拟电源判断单元的输出端的反向信号连接；电容并联在第二镜像管的漏源极两端。
11.优选的，逻辑单元包括非门、与门；其中，非门的一端与数字上电判断电流连接，另一端接入至与门的第一输入端；与门的第二输入端与模拟上电判断电压连接，输出端生成芯片上电复位信号。
12.优选的，当模拟电源尚未上电完成时，无论数字电源是否上电完成，模拟上电判断电压为低电平，芯片上电复位信号均为低电平。
13.优选的，当模拟电源上电完成时，若数字电源尚未上电完成，则第一开关管关断，数字上电判断电流使得电容充电，并为逻辑单元中的非门输入端提供高电平信号，芯片上电复位信号为低电平；若数字电源上电完成，则第一开关管导通，数字上电判断电流使得电容放电，并为逻辑单元中的非门输入端提供低电平信号，芯片上电复位信号为高电平。
14.优选的，当模拟电源上电完成、数字电源尚未上电完成时，数字上电判断电流为i1；当模拟电源、数字电源均上电完成时，数字上电判断电流为n*(i
pord-i0)-i1；其中，i
pord
、i0和i1分别为第一电流源、第二电流源和第三电流源的电流值，n为第一镜像管和第二镜像管的电流镜像倍数。
15.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种上电复位电路，能够分别获取数字电源和模拟电源的上电状态，并将数字上电判断电压转换为数字上电判断电流后，通过逻辑模块，实现芯片上电复位信号的输出。本发明方法简单、思路巧妙，有效规避了电平位移器的使用，使得电路通过电压电流互换的方式实现了对多个不同范围电源电压上电状态的共同检验。
16.本发明的有益效果还包括：
17.1、由于增加了电流转换单元，本发明中不再需要通过电平位移器将数字电源的电压范围转换为模拟电源的电压范围，这样，就避免了电平位移器出现输出错误的问题。另外，由于本发明中将数字上电判断电压转化为了相应的电流，又将该电流实现了为电容的充放电，从而使得逻辑单元能够采集到与该电流完全相关的电容电压，而实现准确的逻辑输出。
18.2、本发明中，为了防止电流转换单元中电流镜可能出现的异常，为电流镜中两个镜像mos管的栅极接入了一个较小的电流源，在不影响电流转换单元基本逻辑的基础上，将两个镜像mos管的栅极电压vx进行了限定，使得vx无论在何种情况下均不会出现浮空的状态，因此进一步的确保了逻辑的准确。
附图说明
19.图1为现有技术中一种多电源芯片中上电复位电路的电路结构示意图；
20.图2为本发明一种上电复位电路中数字电源判断单元的电路结构示意图；
21.图3为本发明一种上电复位电路中模拟电源判断单元、电源转换单元和逻辑单元的电路结构示意图；
22.图4为本发明一种上电复位电路中芯片上电完成时电流转换单元生成数字上电判断电流的示意图；
23.图5为本发明一种上电复位电路中芯片上电未完成时电流转换单元生成数字上电判断电流的示意图。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。本技术所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明精神，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的有所其它实施例，都属于本发明的保护范围。
25.图1为现有技术中一种多电源芯片中上电复位电路的电路结构示意图。如图1所示，现有技术中在这种多电源芯片中，为了同时判定芯片中各个电源是否上电完成，会在用于判定数字电源dvdd(digital vdd)的欠压锁定电路后接入电平位移器level shifter，由于该电平位移器是由模拟电源avdd(analog vdd)控制的，因此理想情况下只有在模拟电源上电时，电路才会提供芯片上电复位信号aporb。
26.然而，在实际情况中，当数字电源已经完成上电，而模拟电源尚未完成充分的上电时，电路会提供高电平的dporb信号，该信号在输入至电平位移器后，将可能导致电平位移器的输出不定态。
27.为了克服这种问题，本发明提供了新的上电复位电路。
28.图2为本发明一种上电复位电路中数字电源判断单元的电路结构示意图。如图2所示，一种上电复位电路，包括模拟电源判断单元、数字电源判断单元、电流转换单元和逻辑单元；其中，模拟电源判断单元和所述数字电源判断单元，分别通过欠压锁定逻辑判定模拟电源、数字电源的上电状态，并输出模拟上电判断电压和数字上电判断电压；电流转换单元，与数字电源判断单元连接，接收数字上电判断电压并生成数字上电判断电流；逻辑单元，与所述电流转换单元、模拟电源判断单元分别连接，并基于数字上电判断电流和模拟上电判断电压实现芯片上电复位信号的输出。
29.可以理解的是，本发明中的模拟电源判断单元和数字电源判断单元，可以采用现有技术中常用的欠压锁定逻辑。由于现有技术中的欠压锁定逻辑电路并不唯一，因此，本发明中可以根据芯片的具体情况来合理选择电路的结构和模式。本发明实施例中提供的这种欠压锁定逻辑电路，其本质是在比较器的一端，通过dvdd电压来生成一个电压值相对稳定的带隙参考电压，而在比较器的另一端，通过对dvdd电压进行分压，来感知dvdd的大小。比较器对dvdd的分压vdiv与大小不变的参考电压vref进行比较后，获得高电平或低电平。其中高电平表示vref相对vdiv较大，因此dvdd上电未完成，而低电平则代表vref相对vdiv较小，dvdd上电完成。比较器生成的比较信号cmp再次经过反相器后，作为本发明中的数字上电判断电压dporb。
30.优选地，模拟电源判断单元与数字电源判断单元的电路结构相同；并且，电路结构中包括带隙基准源、分压支路、比较器和反相器；其中，带隙基准源在数字电源或模拟电源的驱动下生成参考电压vref，分压支路对数字电源或模拟电源进行分压并生成分压电压vdiv；比较器，对于参考电压vref和分压电压vdiv进行比较后将比较电压输出至反相器；反
相器输出模拟上电判断电压或数字上电判断电压。
31.可以理解的是，本发明中对于dvdd和avdd进行判定的欠压锁定逻辑电路的结构可以是完全相同的，当然也可以根据芯片的实际情况，例如dvdd和avdd的电压范围而进行一定程度上的调节。但是，通过欠压锁定逻辑来实现上电是否完成的判断这一思路仍然是不变的。
32.图3为本发明一种上电复位电路中模拟电源判断单元、电源转换单元和逻辑单元的电路结构示意图。如图3所示，优选的，电源转换单元包括第一至第三电流源、第一开关管、第二开关管、第一镜像管、第二镜像管和电容；其中，第一电流源一端接入数字电源电压，另一端通过第一开关管接入至第一镜像管，第一开关管的栅极与数字电源判断单元的输出端连接；第一镜像管的栅极和漏极分别接入至第二电流源的一端、第二镜像管的栅极；第一镜像管的源极、第二镜像管的源极、第二电流源的另一端均接入至模拟地；第三电流源一端接模拟电源电压，另一端与第二镜像管的漏极连接，第二开关管的源漏极并联在第三电流源的两端，栅极与模拟电源判断单元的输出端的反向信号连接；电容并联在第二镜像管的漏源极两端。
33.可以理解的是，本发明中，虽然能够分别获取到模拟上电判断电压和数字上电判断电压，但是上述两个电压在处于高电平状态下时，并不保持在同样的电压值上。换言之，由于dvdd和avdd电压范围的不同，两个不同大小的电压信号并不能够直接通过逻辑单元进行比较。而由于前文中记载的内容，电平移位器也应当尽量避免使用在本发明中，以防止输出逻辑有误。
34.在这种情况下，本发明中将dvdd或avdd的其中一个电压转换为合理的电流大小后，在通过电容的充放电方式转换回与另一个电压具有相同范围的电压，再通过逻辑单元进行信号的逻辑变换。
35.由此，本发明在现有技术的电路中，增加了新的电流转换单元。该单元中，第一开关管能够感知数字上电判断电压的大小，并确认是否输出相应的数字上电判断电流。而经过电流镜后，该电流转换单元的另一端则可以实现对于该数字上电判断电流的镜像，同时通过该电流来影响电容的充放电。
36.另一方面，如果该单元中第一开关管处于断开状态，那么第三电流源则会接入至电路中，此时电流镜本身不会输出任何电流，而第三电流源的电流则通过与镜像电流相反的流动方向来修改电容的充放电状态。
37.在上述电流的共同作用下，电容可以根据电路的上电状态来实现充电或放电，而相应的为逻辑电路提供合理的电容电压vc。
38.优选的，逻辑单元包括非门、与门；其中，非门的一端与数字上电判断电流连接，另一端接入至与门的第一输入端；与门的第二输入端与模拟上电判断电压连接，输出端生成芯片上电复位信号。
39.可以理解的是，本发明中逻辑单元的电路能够将转换后的数字上电判断电压、未经转换的模拟上电判断电压进行相应的逻辑转换，从而基于上述两个电压信号生成准确的芯片上电复位信号。
40.优选的，当模拟电源尚未上电完成时，无论数字电源是否上电完成，模拟上电判断电压为低电平，芯片上电复位信号均为低电平。
41.对图2和图3中的电路进行分析可知，当模拟电源未上电完成时，即使ipord能够将电流通过s1输入至电流镜中，但是由于cmpa信号仍然为高电平，从而导致aporb_mid信号为低电平，通过与门后输出低电平的aporb信号。
42.图4为本发明一种上电复位电路中芯片上电完成时电流转换单元生成数字上电判断电流的示意图。图5为本发明一种上电复位电路中芯片上电未完成时电流转换单元生成数字上电判断电流的示意图。如图4和图5所示，优选的，当模拟电源上电完成时，若数字电源尚未上电完成，则第一开关管和第二开关管关断，数字上电判断电流使得电容充电，并为逻辑单元中的非门输入端提供高电平信号，芯片上电复位信号为低电平；若数字电源上电完成，则第一开关管和第二开关管导通，数字上电判断电流使得电容放电，并为逻辑单元中的非门输入端提供低电平信号，芯片上电复位信号为高电平。
43.优选的，当模拟电源上电完成、数字电源尚未上电完成时，数字上电判断电流为i1；当模拟电源、数字电源均上电完成时，数字上电判断电流为n*(i
pord-i0)-i1；其中，i
pord
、i0和i1分别为第一电流源、第二电流源和第三电流源的电流值，n为第一镜像管和第二镜像管的电流镜像倍数。
44.可以理解的是，如果avdd已经完成了充分的上电，那么此时可以根据dvdd的上电状态，将电路的输出情况分为两种不同的状况。首先，如图4所示，当dvdd也完成了上电，此时开关管s1会处于导通状态，并将第一电流源的电流ipord输入至电流镜中。本发明中，考虑到稳定电流镜在各种情况下的状态，而在两个电流镜的栅极与模拟地电位之间增加了一个第二电流源i0。在该电流源的作用下，并非所有的电流ipord都被输入至电流镜中，电流镜所产生的电流大小仅为ipord-i0。当avdd充分上电时，cmpa为低电平，因此第二开关管也始终处于关断状态，第三电流源能够持续的为电流镜提供电流i1。
45.因此，当dvdd完成上电的情况下，电容侧所接收到的放电电流为n*(i
pord-i0)-i1。容易想到的是，为了使得电容在这种情况下充分放电，应当设置ipord-i0能够大于i1一个合适的大小。由于电容的放电，vc点的电压降低，从而使得逻辑单元输出的aporb信号为高电平状态。
46.另一方面，如果dvdd尚未完成上电，则电流镜不会接收到任何输入，也不会提供输出电流i2，因此电容侧所接收到的放电电流应当等于i1。此时，电容会在i1的作用下进行充电，并将vc点的电压升高，此时aporb信号处于低电平状态。
47.通过这种方式，本发明就有效的实现了电路的准确输出，使得芯片能够根据芯片上电复位信号的状态提供准确的执行逻辑。
48.本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中的一种上电复位电路，分别获取数字电源和模拟电源的上电状态，并将数字上电判断电压转换为数字上电判断电流后，通过逻辑模块，实现芯片上电复位信号的输出。
49.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。