在電子系統上電時，電源通常需要經過比較長的時間才能達到穩定狀態。在這個過程中，數字集成電路或數模混合集成電路中的寄存器、控制器等單元的狀態是不確定的，這可能會導致芯片不能正常工作[1]。因此需要一種電路在電源上電時，對那些不確定的狀態進行初始化，我們通常使用上電復位電路來實現這種功能。

　　摘要：基于0.18mm工藝設計了一種可集成到低電源電壓數字IC或數模混合IC的上電復位電路。該POR（PowerOnReset）具有電源上電和掉電檢測功能，且對電源上電的速度不敏感，故可通過使用遲滯比較器實現對電源噪聲的免疫。corner仿真結果表明，該電路可以實現大于100ms的延時。相比于傳統POR，該電路工作電壓低、性能可靠、結構簡單。

　　關鍵詞：電力期刊發表論文,上電復位電路,延時,電源檢測,閾值電壓

　　0引言

　　隨著集成電路工藝的進步，芯片的工作電壓越來越低，對POR的性能要求也更高，傳統的POR電路越來越難以滿足如今的需求[2-5]。本文通過對傳統POR的研究，基于0.18μm設計了一種低壓低功耗的上電復位電路，該電路結構也適用于更小特征尺寸的CMOS工藝[8-10]。

　　1POR電路介紹

　　圖1（a）所示為傳統的片外POR電路，其主要由電阻、電容和二極管構成，電路的時間延遲由RC決定，當電源下電時，反向二極管對電容放電。這種電路的主要缺點是依賴電源的上電速度，在電源的上電速度較慢時，POR電路可能無法正常工作。圖1（b）為傳統的片上集成POR電路，檢測電壓由NMOS和PMOS的閾值電壓決定，當電源電壓高于檢測電壓時，電流鏡對電容充電，當充電電壓高于觸發器閾值時，電路復位。這種電路的缺點是在電源電壓低于閾值電壓時，電路也有充電電流存在，會減小電路的延遲時間；其次，管子的閾值電壓受工藝、溫度影響較大，再計入電源電壓的影響，這種電路延遲時間的離散度會非常大。

　　圖2所示的POR電路由帶隙基準電壓做參考電壓，它的檢測電壓值非常精確，誤差通常在5%以內。同時和其他POR相比，延遲時間受工藝、溫度、電壓的影響也較小。市場上廣泛應用的單片POR芯片811/812系列，便采用這種結構。圖2電路雖然性能優良，但是在集成電路的器件特征尺寸越來越小、電源電壓甚至低于帶隙基準的時候，這種結構顯然不利于片上集成。

　　圖1傳統POR電路

　　圖2基于帶隙基準的POR

　　2POR電路設計

　　本文設計的POR電路如圖3所示，M1～M8構成了電源電壓檢測電路，其中M1～M4和R1、R2用來產生偏置電流，INV1和M7，M8構成具有遲滯能力的比較器，上電檢測點和下電檢測點的回差電壓大于100mV。INV2、T1用來產生時間延遲，T1遲滯比較器用來產生復位信號。相比于文獻[9，10]的設計，本文POR大大提高了對噪聲的免疫能力，同時增加了延遲時間，提高了電路可靠性。

　　圖3POR電路

　　當電路啟動時，所有節點電壓的初始狀態為0，在0≤VDDIds1=Ids3，Ids3=Ids4，Ids5=Ids6（1）

　　Ids4=Vgs1/R1（2）

　　Vdet=Vgs1+Vgs2（3）

　　在VDD超過檢測電壓Vdet時，Vtri迅速拉低，BUF1打開，M9開始對MOS電容Mc充電，當Vc大于T1的閾值電壓時，T1輸出復位信號。從VDD達到Vdet到T1輸出復位信號的時間延遲TD由Ids9、Mc電容和T1閾值電壓決定。

　　在電路下電時，POR的工作過程是上電時的逆過程，由INV1、T7、T8構成的遲滯比較器使得下電檢測電壓低于上電檢測值，其回差電壓的大小可以通過改變M7的尺寸調整。當電源電壓小于下電檢測值時，Vs變為低電平，Vc節點通過BUF1迅速放電到0。由于Vc放電速度遠高于充電速度，該POR在上電的時候，即使出現由電源噪聲導致檢測電路反復觸發的現象，Vc依然會保持低電平，這極大的提高了電路對噪聲的抗干擾能力。

　　3電路仿真

　　為了模擬POR電路在電源上電時間為1ms時的工作情況，做不同corner組合的仿真。主要corner的仿真結果如圖4所示，仿真數據如表1所列。上電檢測電壓Vdet由于依賴于NMOS的閾值，隨工藝變化較大，仿真結果清晰地表明了這點。

　　表1仿真仿真設置VdetTD

　　MOS（tt），Res（tt），1.8V，271.01V193ms

　　MOS（ss），Res（ff），1.98V，1251.22V145ms

　　MOS（ff），Res（ss），1.68V，-45754mV232ms

　　典型工作條件下，Vdet和TD的蒙特卡洛仿真結果如圖5和圖6所示，其方差分別為25.76mV和2.72ms。

　　圖4主要corner仿真

　　圖5上電檢測電壓蒙特卡洛仿真

　　圖6TD蒙特卡洛仿真

　　4結語本文基于0.18mm工藝設計了一種適用于低電源電壓IC的可集成上電復位電路，該POR具有電源上電和掉電檢測能力，對電源的上電速度和噪聲不敏感，電路總功耗約9mW。所有corner的仿真結果表明，該電路可實現大于100ms的延時，蒙特卡洛仿真顯示該電路受工藝批次和器件失配影響較小。

　　參考文獻

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