低功耗复位电路

压下对电路进行仿真。结果显示，该新型上电复位电路的
静态电流为63 nA，在电源缓慢上电、高电源纹波和快速 掉电/上电等情况下，电路均能正常输出有效复位脉冲。
新型低功耗上电复位电路
新型上电复位电路由电源检测延时电路、延迟整形电路 和脉冲产生电路三部分构成。
电源检测电路
电源上电时，A点电压通过NM0的栅 电容跟随电源电压上升，此时 PM0 处于 截止状态。当 A 点电压上升到一定值时， 两个以二极管形式连接的NMl和NM2亚阈 值导通，此后 A 点电位缓慢降低，导致 PM0导通，电源对NM3的栅电容充电。当 B 点电压达到施密特触发器 SCHl 的翻转 电压时，触发器发生翻转，此时SCH1的 输出由高电平跳变为低电平。在电源检 测延时过程中，C点的翻转时刻取决于B 点的电压，而B点充电情况由A点电压变 化决定， A 点电压的变化取决于二极管 串联的数目以及二极管的尺寸，故二极 管的导通时间tDIO以及NM3的栅电容充电 时间 tNM3 决定电路的延时，所以，电源 检测延时电路的延时为：t1=tDIO+tNM3
传统上电复位电路
这种电路基于 RC 充放电原理。利用NMOS 管 NM0 的栅电容和 PMOS 管 PM0 的导通电阻来调 整RC时间常数，通过RC延时来定义节点A电位 的上升速率。PMl和反相器INV3组成反馈锁存 结构。电源电压VDD在上升过程中，当超过PM0 的阈值电压后，电源开始对NM0栅电容充电， 与此同时，上电复位信号Vout也跟着上升。当 NM0栅电压升至反相器INVl的翻转电压时，上
电路功耗分析
由图 2 可看出，电路中连接 MOS 电容的支路Biblioteka Baidu不会有电
流消耗，电流通路只出现在门电路和施密特触发器中。在
电路工作时，门电路存在动态功耗,时间极短,可通过调节 MOS管尺寸来降低动态电流。例如，在脉冲产生电路中，增
大门电路中MOS管的栅长。而门电路的静态电流几乎为零，
近似无功耗。
传统施密特触发器
表2给出近几年发表的上电复位电路的电源电压、功耗和
面积的对比。可以看出，本文所讲的电路在功耗和面积上都具
有明显优势。
结论
本文讲述了一种新型上电复位电路。该电路由电源检
测延时电路、延迟整形电路和脉冲产生电路三部分构成。
电路采用一种低功耗施密特触发器，输出复位脉冲出现时 间和脉冲宽度可调。基于40nm CMOS工艺，在1.1 V电源电
电复位信号由高变低，即Vout信号发生翻转，
从而输出有效复位脉冲。
缺点
（1）当电源电压短时间内突然掉电后再快速上电时，电 容不能完全放电，再次充电时不能产生有效复位脉冲； （ 2 ）当电源电压上升到翻转点附近抖动时，电路会多 次出现复位脉冲； （3）有效复位脉冲出现时间和脉冲宽度不可控制。 这几个问题对芯片的功能和性能影响较大，本文提出 的上电复位电路可以有效地解决上述问题。
仿真结果与分析
如图 4 所示，电源 VDD 在 1ms 内从 0 V 上升到 1.1 V ，新型上电复 位电路在3.55 ms时输出1.1 V的复位脉冲，脉冲宽度为4.5us。电 路的静态电流为 63 nA ，瞬态峰值电流为 44.5uA 。表 1 给出电源 VDD 在不同上电情况下的仿真结果。
图 5 所示为电路在三种不同情 况下的可靠性仿真结果。 第一个时间段为上电缓慢仿真： 当上电时间为30 ms，正常输出1.1 V 的复位脉冲信号，表明电路在上 电缓慢的条件下也能正常工作； 第二个时间段为电源出现较大 波动时的仿真：电源由 1.1 V 降到 0.7 V后再升至1.1 V，没有输出复 位脉冲，表明电路具有较强的抗电 源噪声能力； 第三个时间段为二次上电仿真： 电源在上电后，突然在 1us 内快速 掉电，接着在 1us 内快速上电，输 出 1.1 V 正常复位脉冲，表明电路 快速掉电后迅速重启时能正常工作。
延迟整形电路
C 点到 E点之间为延迟整形电路， PM2、PM3、PM4、NM4构成反相器结构； 同样， PM6 、 PM7 、 NM6 也构成反相器 结构， NM5 和 NM7 为 MOS 电容。反相器 结构以及 MOS 管尺寸决定电容的充电 速率，进而影响延迟时间。 MOS 电容 NM5 达到施密特触发器翻转电压所需 的充电时间 tNM5 决定 C 点信号到 D 点信 号的延迟；同样，MOS电容NM7的充电 时间 tNM7 决定 D 点信号到 E 点信号的延 迟。 D 点和 E 点之间的延迟时间 tNM7 是 复位脉冲的宽度，可通过调节反相器 和 MOS 电容来改变时间常数，从而控 制复位脉冲宽度。信号经过延迟整形 电路所需的时间为： t2=tNM5+tNM7
脉冲产生电路
经过整形和延迟的 D 点和 E 点信号经过异或门 XOR后再经过反相器INV和或非门NOR可输出复位脉 冲，最终VPOR输出正常的有效复位脉冲信号，保证 电路可以准确无误地工作。由于信号通过门电路 的时间极短，脉冲产生电路几乎没有信号延时。 至此,电路输出复位脉冲开始时间为： t3=tDIO+tNM3+tNM5 复位脉冲宽度为tNM7，则输出脉冲结束时间为： t4=tDIO+tNM3+tNM5+tNM7 电路中,MOS管PM1、PM5、PM8作反偏二极管使 用，其作用是在电源快速掉电后为 MOS 电容 NM3 、 NM5 、 NM7 提供一条放电通路，以便快速释放电容 上的电荷，确保电源二次快速上电能正常产生复 位脉冲，提升电路的可靠性。
新型低功耗上电复位电路
总述
上电复位 (Power-on reset) 电路广泛应用于各种数字电路和 数模混合电路中，对触发器、寄存器以及锁存器等单元电路进行 复位，保证电路在上电过程中能正常启动。 系统在上电过程中，当电源电压未达到正常工作电压时，逻 辑电路会发生工作混乱。上电复位电路在电源电压上升过程中首 先输出无效复位电平，直到电源电压达到系统规定的正常工作电 压后，才迅速产生一个有效复位电平，该复位电平可对数字电路 进行复位操作。有效复位电平维持一段时间后变为无效复位电平， 形成有效复位脉冲。 系统的开发朝着低功耗和高可靠性的方向发展。本文针对传 统上电复位电路存在的问题，设计了一种新型低功耗上电复位电 路。
传统的施密特触发器在工作过程中会出现两条通路在两个不 同的时间段内分别导通，因此会有较大的电流消耗，这对于低功 耗电路的应用来说是不可取的。
低功耗施密特触发器
低功耗施密特触发器由三个 NMOS 管和三个PMOS管构成，如图3所示。当 Vin为高电平时，PM1截止，NM1导通， PM2 导通， NM2 截止， PM0 截止， NM0 导 通， Vout 输出低电平。反之，当 Vin 为 低电平时，Vout输出高电平。在工作过 程中，PM1的源端不能升到电源电压， NM1的源端也不能降至地电位，故电路 具有迟滞效应。由于电路中电流通路 必经过PM0和NM0，这两个MOS管在电路 稳定时总有一个处于截止状态，只流 极小的漏电流，且电路动态电流时间 极短，因此，该施密特触发器功耗极 低。