基于电流检测与求差的上下电复位电路系统的制作方法

1.本发明涉及电路技术领域，具体地，涉及一种基于电流检测与求差的上下电复位电路系统。


背景技术：

2.在soc芯片中，数字电路需要一个特定电压下的复位信号以使内部寄存器得到特定的初始状态，而且部分模拟电路也需要一个特定电压下的复位信号以实现较低的休眠功耗。随着cmos技术的高速发展，集成电路复杂度越来越高，在商用芯片中，数模混合电路已经占据芯片市场的大部分份额，por和bor电路也越来越被广泛使用，以保证整个soc可以正常工作。在大多数por和bor电路中通常采用电压检测与比较器触发的方式实现电路的复位功能，这种实现方式在实现较高精度的同时消耗了过多的功耗和面积，导致了较大的成本开销。
3.公开号为cn110971218b的专利文献公开一种高精度低功耗的上电复位电路，包括电压检测电路和比较器。电压检测电路用于检测电源电压，包括第一输出端和第二输出端、并联连接在地与电源电压之间的第一支路和第二支路；比较器的同相输入端连接到所述电压检测电路的第一输出端，反相输入端连接到所述电压检测电路的第二输出端，用于输出上电复位信号。公开号为cn112217500b的专利文献公开了一种高精度低功耗的上电复位电路，包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、由8个相同的第一三极管并联的三极管组和第二三极管；本上电复位电路结构简单，消耗较少的功耗。但是上述专利文献基于电压检测实现方式，电压产生模块和比较器需要消耗比较大的功耗，低功耗的实现会浪费一定的面积。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于电流检测与求差的上下电复位电路系统。
5.根据本发明提供的一种基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，包括电源模块、跨导模块、电流检测与求差模块及逻辑模块；
6.所述电源模块连接所述跨导模块、所述电流检测与求差模块及所述逻辑模块；所述跨导模块连接所述电流检测与求差模块，所述电流检测与求差模块连接所述逻辑模块；所述逻辑模块输出flag信号。
7.优选的，所述跨导模块包括恒定跨导器模块和线性跨导器模块；
8.所述电源模块连接所述恒定跨导器模块和所述线性跨导器模块，所述恒定跨导器模块和所述线性跨导器模块均连接所述电流检测与求差模块。
9.优选的，所述恒定跨导器模块包括nmos管mn1和电阻r1；
10.所述nmos管mn1的栅极分别连接所述nmos管mn1的漏极和所述电流检测与求差模块；
11.所述nmos管mn1的源极连接所述电阻r1的一端，所述电阻r1的另一端连接所述地电位。
12.优选的，所述恒定跨导器模块的等效跨导g
m,eq
为：
[0013][0014]
式中g
m,mn1
是所述nmos管mn1的跨导。
[0015]
优选的，所述线性跨导器模块为nmos管mn2；
[0016]
所述nmos管mn2的栅极分别连接所述nmos管mn2的漏极和所述电流检测与求差模块；
[0017]
所述nmos管mn2的源极连接所述地电位。
[0018]
优选的，所述线性跨导器模块的等效跨导g
m,mn2
为：
[0019][0020]
式中μ表示电子迁移率，c
ox
表示单位面积的栅氧化层电容，表示所述nmos管mn2的宽长比，v
gs
表示所述nmos管mn2的栅源电压，v
th
表示所述nmos管mn2的阈值电压。
[0021]
优选的，所述电流检测与求差模块包括nmos管mn3、nmos管mn4、电阻r2、pmos管mp3及pmos管mp4；
[0022]
所述pmos管mp3的源极分别连接所述电源模块、所述跨导模块及所述pmos管mp4的源极，所述pmos管mp3的栅极分别连接所述pmos管mp3的漏极、所述pmos管mp4的栅极及所述nmos管mn3的漏极；
[0023]
所述pmos管mp4的漏极分别连接所述逻辑模块和所述nmos管mn4的漏极；
[0024]
所述nmos管mn3的栅极连接所述跨导模块，所述nmos管mn3的源极连接地电位；
[0025]
所述nmos管mn4的栅极连接所述跨导模块，所述nmos管mn4的源极连接所述电阻r2的一端，所述电阻r2的另一端连接所述地电位。
[0026]
优选的，所述逻辑模块包括施密特触发器和反相器；
[0027]
所述施密特触发器的输入端连接所述电流检测与求差模块，所述施密特触发器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反向器的输出端输出flag信号。
[0028]
优选的，还包括pmos管mp1；
[0029]
所述pmos管mp1的源极分别连接所述电源模块和所述电流检测与求差模块，所述pmos管mp1的漏极连接所述恒定跨导器模块，所述pmos管mp1的栅极连接地电位。
[0030]
优选的，还包括pmos管mp2；
[0031]
所述pmos管mp2的源极连接所述pmos管mp1的源极，所述pmos管mp2的漏极连接所述线性跨导器模块，所述pmos管mp2的栅极连接地电位；
[0032]
所述pmos管mp1的栅极连接所述pmos管mp2的栅极。
[0033]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0034]
1、本发明利用电流检测与求差原理的实现方法，可以在精度与功耗和面积之间得到很好的折衷，在合理的精度范围内得到更优的功耗和较小的面积；
[0035]
2、本发明利用mos管电流特性以及局部电流反馈技术在电源上/下电过程中产生
对应的复位释放信号和复位信号来控制芯片的工作状态，而且电路比较易实现，极大简化了电路的复杂性；
[0036]
3、本发明方法实现原理简单，避免使用电压参考和比较器电路，在合理的精度内节省了系统的功耗和面积。
附图说明
[0037]
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0038]
图1为本发明的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统的系统框图；
[0039]
图2为本发明的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统的电路原理图；
[0040]
图3为本发明实施例2中的节点电流和输出标志电压与电源电压vdd的关系图。
[0041]
图中示出：
[0042]
电源模块1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电流检测与求差模块3
[0043]
跨导模块2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
逻辑模块4
[0044]
恒定跨导器模块201
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
flag信号5
[0045]
线性跨导器模块202
具体实施方式
[0046]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0047]
实施例1：
[0048]
本实施例提供的一种基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，包括电源模块1、跨导模块2、电流检测与求差模块3及逻辑模块4，电源模块1连接跨导模块2、电流检测与求差模块3及逻辑模块4，跨导模块2连接电流检测与求差模块3，电流检测与求差模块3连接逻辑模块4，逻辑模块4输出flag信号。还包括pmos管mp1，pmos管mp1的源极分别连接电源模块1和电流检测与求差模块3，pmos管mp1的漏极连接恒定跨导器模块201，pmos管mp1的栅极连接地电位，还包括pmos管mp2，pmos管mp2的源极连接pmos管mp1的源极，pmos管mp2的漏极连接线性跨导器模块202，pmos管mp2的栅极连接地电位，pmos管mp1的栅极连接pmos管mp2的栅极。
[0049]
电流检测与求差模块3包括nmos管mn3、nmos管mn4、电阻r2、pmos管mp3及pmos管mp4，pmos管mp3的源极分别连接电源模块1、跨导模块2及pmos管mp4的源极，pmos管mp3的栅极分别连接pmos管mp3的漏极、pmos管mp4的栅极及nmos管mn3的漏极，pmos管mp4的漏极分别连接逻辑模块4和nmos管mn4的漏极，nmos管mn3的栅极连接跨导模块2，nmos管mn3的源极连接地电位，nmos管mn4的栅极连接跨导模块2，nmos管mn4的源极连接电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接地电位。逻辑模块4包括施密特触发器和反相器，施密特触发器的输入端连接电流检测与求差模块3，施密特触发器的输出端连接反相器的输入端，反向器的输出端输出flag信号。
[0050]
跨导模块2包括恒定跨导器模块201和线性跨导器模块202，电源模块1连接恒定跨导器模块201和线性跨导器模块202，恒定跨导器模块201和线性跨导器模块202均连接电流检测与求差模块3。恒定跨导器模块201包括nmos管mn1和电阻r1，nmos管mn1的栅极分别连接nmos管mn1的漏极和电流检测与求差模块3，nmos管mn1的源极连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接地电位。线性跨导器模块202为nmos管mn2，nmos管mn2的栅极分别连接nmos管mn2的漏极和电流检测与求差模块3，nmos管mn2的源极连接地电位。
[0051]
恒定跨导器模块201的等效跨导g
m,eq
为：
[0052][0053]
式中g
m,mn1
是nmos管mn1的跨导。
[0054]
线性跨导器模块202的等效跨导g
m,mn2
为：
[0055][0056]
式中μ表示电子迁移率，c
oo
表示单位面积的栅氧化层电容，表示nmos管mn2的宽长比，v
gs
表示nmos管mn2的栅源电压，v
th
表示nmos管mn2的阈值电压。
[0057]
pmos管mp1的源极分别连接pmos管mp2的源极、pmos管mp3的源极、pmos管mp4的源极及电源模块1，pmos管mp1的栅极连接pmos管mp2的栅极，pmos管mp1的漏极分别连接nmos管mn1的漏极、nmos管mn1的栅极及nmos管mn4的栅极；pmos管mp2的漏极分别连接nmos管mn2的漏极、nmos管mn2的栅极及nmos管mn3的栅极，pmos管mp2的栅极连接地电位；pmos管mp3的漏极分别连接pmos管mp3的栅极、pmos管mp4的栅极及nmos管mn3的漏极；pmos管mp4的漏极分别连接施密特触发器的输入端和nmos管mn4的漏极；nmos管mn1的源极连接电阻r1的一端，电阻r1的另一端连接地电位；nmos管mn2的源极连接地电位；nmos管mn3的源极连接地电位；nmos管mn4的源极连接电阻r2的一端，电阻r2的另一端连接地电位；施密特触发器的输出端连接反相器的输入端，反相器的输出端输出flag信号5。
[0058]
实施例2：
[0059]
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
[0060]
本发明的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统包括四个部分：整个电路的电源电压、跨导模块2、电流检测与求差模块3及逻辑模块4，107是输出的flag信号。在跨导模块2中包含与电源电压成线性正相关的线性跨导器模块202和恒定跨导器模块201。
[0061]
soc：片上系统(system-on-chip)；por：上电复位(power-on-reset)；bor：掉电复位(brown-out-reset)；nmos：n型场效应晶体管(n-metal-oxide-semiconductor)；pmos：p型场效应晶体管(p-metal-oxide-semiconductor)；cmos：互补金属氧化物半导体(complementary-metal-oxide-semiconductor)。
[0062]
恒定跨导器模块201由nmos管mn1和电阻r1组成，电阻r1在nmos管mn1源极起到了局部电流反馈的作用，恒定跨导器模块201的等效跨导g
m,eq
可表示为：
[0063]
[0064]
式中g
m,mn1
是nmos管mn1的跨导，若在整个电源电压范围内，上式满足g
m,mn1
·
r1＞＞1，那么g
m,eq
可以简化为这就实现了在全电压范围内的恒定跨导所以流过nmos管mn1的电流可以表示为：
[0065][0066]
从上式可以看出i
mn1
与电源电压v
dd
呈线性正相关。
[0067]
线性跨导器模块202为单独的二极管连接形式的nmos管mn2，其等效跨导可表示为：
[0068][0069]
式中μ表示电子迁移率，c
ox
表示单位面积的栅氧化层电容，表示晶体管mn2的宽长比，v
gs
表示nmos管mn2的栅源电压，v
tth
表示nmos管mn2的阈值电压。从上式可以看出g
m,mn2
与电源电压近似为线性关系，且呈现正相关特性。那么流过nmos管mn2的电流可表示为：
[0070][0071]
电流检测与求差模块3由nmos管mn3、nmos管mn4、电阻r2以及pmos管mp3、pmos管mp4组成。流过nmos管mn3的电流与流过nmos管mn2的电流成比例，而流过nmos管mn4的电流与流过nmos管mn1的电流成比例，pmos管mp3和pmos管mp4构成基本电流镜，对nmos管mn3的电流进行复制。如若流过pmos管mp4的电流大于流过nmos管mn4的电流，那么节点x就会被充电至电源电压，充电电流为：
[0072]icharge
＝i
mp4-i
mn4
[0073]
如若流过pmos管mp4的电流小于流过nmos管mn4的电流，那么节点x就会被放电至地电压，放电电流为：
[0074]icharge
＝i
mn4-i
mp4
[0075]
逻辑模块4由施密特触发器(schmitt-trigger)和反相器(inverter)组成。
[0076]
图3是图2中nmos管mn1和nmos管mn2的电流随电源电压v
dd
的变化曲线。
[0077]
从图3可以看出，在上电过程中，v
dd
小于a点之前，nmos晶体管均未开启，流过nmos管mn1和nmos管mn2的电流为0，此时输出标志电压por_flag为低电平，在电源电压v
dd
位于v
th
≤v
dd
≤v1之间时，i
mn1
＞i
mn2
，故i
mn4
＞i
mp4
，使得节点x被电流i
mn4-i
mp4
放电至低电平，最终的输出标志电压por_flag为低电平，此时电路处于复位状态；随着v
dd
继续上升，i
mn1
呈线性增加，而i
mn2
呈抛物线趋势增加，当v
dd
＞v1后，i
mn1
开始小于i
mn2
，也就是说i
mn4
开始小于i
mp4
，使得节点x被电流(i
mp4-i
mn4
)进行充电至高电平，最终使得输出标志电压por_flag为高电平，标志着整个电路的复位结束并进入工作状态。
[0078]
在电源电压v
dd
小于v1之前，输出标志电压por_flag始终为低电平，电路处于复位状态，直到电源电压v
dd
大于v1之后，输出标志电压por_flag变为高电平，电路结束复位。
[0079]
电源掉电过程分析与上面类似。
[0080]
在芯片上电过程中，当电源电压(v
dd
)大于por电压(v
por
)时，por电路输出por释放
信号，标志整个芯片复位结束并开始正常工作；在芯片掉电过程中，当电源电压(v
dd
)小于bor电压(v
bor
)时，bor电路输出bor复位信号，标志整个芯片进入复位状态并停止工作。
[0081]
本发明利用电流检测与求差原理的实现方法，可以在精度与功耗和面积之间得到很好的折衷，在合理的精度范围内得到更优的功耗和较小的面积。本发明利用mos管电流特性以及局部电流反馈技术在电源上/下电过程中产生对应的复位释放信号和复位信号来控制芯片的工作状态，而且电路比较易实现，极大简化了电路的复杂性。
[0082]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，包括电源模块(1)、跨导模块(2)、电流检测与求差模块(3)及逻辑模块(4)；所述电源模块(1)连接所述跨导模块(2)、所述电流检测与求差模块(3)及所述逻辑模块(4)；所述跨导模块(2)连接所述电流检测与求差模块(3)，所述电流检测与求差模块(3)连接所述逻辑模块(4)；所述逻辑模块(4)输出flag信号。2.根据权利要求1所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，所述跨导模块(2)包括恒定跨导器模块(201)和线性跨导器模块(202)；所述电源模块(1)连接所述恒定跨导器模块(201)和所述线性跨导器模块(202)，所述恒定跨导器模块(201)和所述线性跨导器模块(202)均连接所述电流检测与求差模块(3)。3.根据权利要求2所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，所述恒定跨导器模块(201)包括nmos管mn1和电阻r1；所述nmos管mn1的栅极分别连接所述nmos管mn1的漏极和所述电流检测与求差模块(3)；所述nmos管mn1的源极连接所述电阻r1的一端，所述电阻r1的另一端连接所述地电位。4.根据权利要求3所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，所述恒定跨导器模块(201)的等效跨导g
m,eq
为：式中g
m,mn1
是所述nmos管mn1的跨导。5.根据权利要求2所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路，其特征在于，所述线性跨导器模块(202)为nmos管mn2；所述nmos管mn2的栅极分别连接所述nmos管mn2的漏极和所述电流检测与求差模块(3)；所述nmos管mn2的源极连接所述地电位。6.根据权利要求5所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，所述线性跨导器模块(202)的等效跨导g
m,mn2
为：式中μ表示电子迁移率，c
ox
表示单位面积的栅氧化层电容，表示所述nmos管mn2的宽长比，v
gs
表示所述nmos管mn2的栅源电压，v
th
表示所述nmos管mn2的阈值电压。7.根据权利要求1所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，所述电流检测与求差模块(3)包括nmos管mn3、nmos管mn4、电阻r2、pmos管mp3及pmos管mp4；所述pmos管mp3的源极分别连接所述电源模块(1)、所述跨导模块(2)及所述pmos管mp4的源极，所述pmos管mp3的栅极分别连接所述pmos管mp3的漏极、所述pmos管mp4的栅极及所述nmos管mn3的漏极；所述pmos管mp4的漏极分别连接所述逻辑模块(4)和所述nmos管mn4的漏极；所述nmos管mn3的栅极连接所述跨导模块(2)，所述nmos管mn3的源极连接地电位；
所述nmos管mn4的栅极连接所述跨导模块(2)，所述nmos管mn4的源极连接所述电阻r2的一端，所述电阻r2的另一端连接所述地电位。8.根据权利要求1所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，所述逻辑模块(4)包括施密特触发器和反相器；所述施密特触发器的输入端连接所述电流检测与求差模块(3)，所述施密特触发器的输出端连接所述反相器的输入端，所述反向器的输出端输出flag信号。9.根据权利要求2所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，还包括pmos管mp1；所述pmos管mp1的源极分别连接所述电源模块(1)和所述电流检测与求差模块(3)，所述pmos管mp1的漏极连接所述恒定跨导器模块(201)，所述pmos管mp1的栅极连接地电位。10.根据权利要求9所述的基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，其特征在于，还包括pmos管mp2；所述pmos管mp2的源极连接所述pmos管mp1的源极，所述pmos管mp2的漏极连接所述线性跨导器模块(202)，所述pmos管mp2的栅极连接地电位；所述pmos管mp1的栅极连接所述pmos管mp2的栅极。

技术总结
本发明提供了一种基于电流检测与求差的上下电复位电路系统，包括电源模块、跨导模块、电流检测与求差模块及逻辑模块；所述电源模块连接所述跨导模块、所述电流检测与求差模块及所述逻辑模块；所述跨导模块连接所述电流检测与求差模块，所述电流检测与求差模块连接所述逻辑模块；所述逻辑模块输出FLAG信号。本发明利用电流检测与求差原理的实现方法，可以在精度与功耗和面积之间得到很好的折衷，在合理的精度范围内得到更优的功耗和较小的面积。精度范围内得到更优的功耗和较小的面积。精度范围内得到更优的功耗和较小的面积。


技术研发人员：董伟忠
受保护的技术使用者：上海申矽凌微电子科技有限公司
技术研发日：2022.02.11
技术公布日：2022/5/25