專利名稱：不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)低電壓重置電路，特別是關(guān)于一種不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置。
圖7顯示一種習知的低電壓重置電路其是利用BJT晶體管71的基極一射極接面電壓(Vbe)產(chǎn)生參考電壓，以電阻R2及R3來分壓而取得目前電壓源VDD一定比值電壓，利用一比較器72比較上述兩電壓的高低，而產(chǎn)生低電壓重置信號。此種習知電路有兩個缺點，首先，BJT晶體管的Vbe的溫度系數(shù)大，操作溫度將會影響偵測電壓的高低，其次，電阻R2與R3將形成直流路徑，在電阻R2與R3上的跨壓為VDD，流過電阻R2與R3的電流為I＝VDD/(R2+R3)，如果電阻R2和R3很小(例如100K)，假設(shè)VDD＝3V，則這個路徑將產(chǎn)生30uA的耗電。如果把電阻R2和R3放大(例如500K)以求省電，則電阻在集成電路內(nèi)將占很大面積，造成實施成本提高(在CMOS 0.6um的制程中，最常利用N-Well來當電阻，平均每1K的電阻將占12um*12um的面積。
如果為了避免溫度效應造成重置電壓(Reset Voltage)的漂移，如圖8所示，亦可利用能帶間隙(Bandgap)電路81取代BJT晶體管來產(chǎn)生參考電壓，同時以電阻R2及R3來分壓而取得目前電壓源VDD一定比值電壓，再利用比較器82比較兩個電壓大小，而可產(chǎn)生低電壓重置信號。這種習知電路可解決溫度造成的偏移，但仍無法改善上述利用電阻分壓所衍生的耗電或電阻面積過大的問題。因此，前述習知的低電壓重置電路實有予以改進的必要。
發(fā)明人爰因于此，本于積極發(fā)明的精神，亟思一種可以解決上述問題的“不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置”，幾經(jīng)研究實驗終至完成此項新穎進步的發(fā)明。
本發(fā)明的目的是提供一種不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，其電壓偵測范圍完整、比較的參考電壓準確、且使用的電阻較小而不占集成電路晶片的面積。
為達成前揭目的，本發(fā)明提供的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置包括一第一低電壓重置電路，是以能帶間隙電路產(chǎn)生參考電壓和一電壓源比較，當該電壓源小于一第一電壓時，輸出第一重置信號；一第二低電壓重置電路，是以MOS晶體管的臨界電壓當作參考電壓和該電壓源比較，當該電壓源小于一第二電壓時，輸出第二重置信號，其中，該第二電壓介于該第一電壓與該能帶間隙電路所能工作的最低電壓之間；一邏輯電路，是由該第一及第二低電壓重置電路的輸出而產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號，其中，當該電壓源小于該能帶間隙電路所能工作的最低電壓時，是由該第二重置信號產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號；當該電壓源介于該第二電壓及該能帶間隙電路所能工作的最低電壓時，是由該第一及第二重置信號同時產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號；當該電壓源介于第一及第二電壓之間時，是由該第一重置信號產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號。
由于本發(fā)明設(shè)計新穎，能提供產(chǎn)業(yè)上利用，且確有增進功效，故依法申請專利。
為使貴審查委員能進一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及目的，茲舉附以圖式及較佳具體實施例的詳細說明如下，其中

圖1是為本發(fā)明的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置的架構(gòu)圖；圖2是為圖1中的第一低電壓重置電路的電路圖；圖3a是關(guān)于第一低電壓重置電路的電壓源波形圖；圖3b是關(guān)于第一低電壓重置電路的參考電壓及電壓源代表電壓的波形圖；圖4是為圖1中的第二低電壓重置電路的電路圖；圖5a是關(guān)于第二低電壓重置電路的電壓源及重置信號的波形圖；圖5是關(guān)于第二低電壓重置電路的參考電壓及電壓源代表電壓的波形圖
圖6是顯示第一及第二低電壓重置電路產(chǎn)生重置信號的電壓范圍；圖7是顯示一種習知低電壓重置電路；圖8是顯示另一種習知低電壓重置電路。
圖1顯示本發(fā)明的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置的一較佳實施例，其是由第一低電壓重置電路11、第二低電壓重置電路12及一邏輯電路13所構(gòu)成，其中，該第一低電壓重置電路11是使用能帶間隙電路產(chǎn)生參考電壓，來和電壓源VDD比較以在輸出端LV1產(chǎn)生第一重置信號(LV1＝0)，該第二低電壓重置電路12是以MOS晶體管的臨界電壓(threshold voltage)當作參考電壓，來和電壓源VDD比較以在輸出端LV1產(chǎn)生第二重置信號(LV2＝0)。該第一、第二低電壓重置電路11及12的偵測輸出端LV1及LV2是連接至該邏輯電路13，以在邏輯電路輸出端Reset產(chǎn)生所需的低電壓重置信號(Reset＝0)。
圖2為該第一低電壓重置電路11的詳細電路圖，其中MOS晶體管MP1、MP2、MP3、MN1及MN2、BJT晶體管Q1、Q2及Q3與電阻R1及R2是構(gòu)成一所謂的能帶間隙參考電路，其可提供一能帶間隙參考電壓Vref。而在此電路中，晶體管MP1、MP2與MP3的大小相同，晶體管MN1及MN2的大小也相同，且晶體管MP1、MP2及MN1、MN2是為對稱，故在節(jié)點Nx與Ny上的電壓應為相等，而晶體管Q1與Q2的射極(Emitter)面積是預設(shè)為一定的比例關(guān)系(例如晶體管Q1∶Q2＝1∶8)，則電阻R1上的跨壓ΔVbe＝Vbe2-Vbe1，其中Vre是代表BJT晶體管的基極至射極電壓；而由于晶體管MP3的大小與MP1相同，如果晶體管Q3的射極面積與Q1相同，則通過晶體管MP1的電流與MP3亦是相等且Vbe1＝Vbe3，則Vref＝Vbe3+(R2/R1)ΔVbe＝Vbe3+(R2/R1)*Vt*In(n)，其中n為晶體管Q2與Q1射極的面積比。由于電路中的ΔVbe為正溫度系數(shù)，Vbe為負溫度系數(shù)，故適當調(diào)整電阻R1及R2的值可得到不受溫度影響的Vref。
而為比較電壓源VDD的大小，于該第一低電壓重置電路11中，源極連接VDD的晶體管MP2的汲極是與閘極相連，而在此相連處可提供一電壓源代表電壓Vp，其大小為電壓源VDD減去晶體管MP2的臨界電壓Vtp，此電壓源代表電壓Vp與前述的參考電壓Vref共同饋至一比較器Compl的正、負兩輸入端，以比較兩者的大小。當電壓源VDD小于一電壓Va時，將造成Vp＜Vref，比較器Compl的輸出端LV1為邏輯0，反之，當電壓源VDD大于該電壓Va時，Vp＞Vref時，比較器Compl的輸出端LV1為邏輯1，因此，此電路可在電壓源VDD低于Va時，產(chǎn)生重置信號(LV1＝0)。
前述第一低電壓重置電路11由于是以能帶間隙電路來產(chǎn)生參考電壓，因此，可不受溫度影響而精確地偵測電壓源VDD的變化，參照圖3a所示VDD從0V上升再下降時，Vref與Vp的電壓變化如圖3b，當VDD小于一電壓Vb(1.2V)時，能帶間隙電路無法正常工作，Vp與Verf無定性的關(guān)系。當Vb(1.2V)＜VDD＜Va(2V)時，Vref＞Vp，當VDD＞Va(2V)時，Vref＜Vp。因此，利用比較器Compl比較Vref與Vp的電壓大小即可得知目前VDD是否大于2V。因電路針對溫度作補償，并且利用雙載子晶體管來產(chǎn)生參考電壓，所以其輸出結(jié)果亦不受溫度與制程偏移影響。
圖4為該第二低電壓重置電路12的詳細電路圖，其利用MOS晶體管的臨界電壓當作參考電壓的低電壓重置電路，其中，串接的PMOS晶體管MP5及MP6的閘極接地而構(gòu)成一個電阻。NMOS晶體管MN3的汲極與閘極相接，因此其VDS等于MN3的臨界電壓Vnth3，同樣地，PMOS晶體管MP7的汲極與閘極相接，因此其VSD等于MP7的臨界電壓Vpth8，并由于晶體管MP7是連接晶體管MN3后再接地，因此，其源極端電壓的值可視為臨界電壓Vpth7與Vnth3相加的臨界參考電壓Vn(即Vn＝Vpth7+Vnth3)。又NMOS晶體管MN4與MN3形成一電流鏡(Current mirror)，可提供晶體管MP8的偏壓電流，而源極連接電壓源VDD的PMOS晶體管MP8的汲極與閘極相接，因此，其汲極端電壓值為VDD-Vpth8，此電壓可作為電壓源代表電壓Vp，并與臨界參考電壓Vn共同饋至一比較器Comp2的正、負兩輸入端，以比較兩者的大小。當電壓源VDD小于一電壓Vd時，將造成Vp＜Vn，比較器Comp2的輸出端LV2為邏輯0，反之，當電壓源VDD大于該電壓Vd時，Vp＞Vn時，比較器Comp2的輸出端LV2為邏輯1，因此，此電路可在電壓源VDD低于Vd時，產(chǎn)生重置信號(LV2＝0)。
前述該第二低電壓重置電路12由于是以臨界電壓為參考電壓，因此，可解決利用電阻分壓衍生的耗電或電阻面積過大的問題，但此電路的偵測電壓Vd會因制程偏移或溫度效應而改變，然其在電壓源VDD接近于系統(tǒng)低電壓(VSS)時，仍可正常工作，參照圖5a所示VDD從0V上升再下降時，Vn與Vp的電壓變化如圖5b，其顯示當VDD小于1.2V時，仍可正常工作。
參照圖6所示，前述第一低電壓重置電路11可提供精確的低電壓重置特性，而在電壓源VDD小于Va產(chǎn)生重置信號(LV1＝0)，但其必須工作在VDD＞Vb(1.2V)；而前述第二低電壓重置電路12則在VDD＜V仍可正常工作，因此，在設(shè)計上使Vd落于Va與Vb之間(即Vb＜Vd＞Va)，可組合前述第一及第二低電壓重置電路11及12的特性，以當電壓源VDD介于VSS與Va時產(chǎn)生低電壓重置信號。
因此，如圖1所示，本發(fā)明是以邏輯電路13將前述第一及第二低電壓重置電路11及12的輸出(LV1及LV2)進行處理而在輸出端Reset產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號，其中，該邏輯電路13是依據(jù)以下的情形產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號(Reset＝0)(A)當0＜VDD＜Vb時，由第二低電壓重置電路12輸出的第二重置信號(LV2＝0)來產(chǎn)生低電壓重置信號。
(B)當Vb＜VDD＜Vd時，由第一及第二低電壓重置電路11及12輸出的第一及第二重置信號(LV1＝0，LV2＝0)同時產(chǎn)生低電壓重置信號。
(C)當Vd＜VDD＜Va時，由第一低電壓重置電路11輸出的第一重置信號(LV1＝0)產(chǎn)生低電壓重置信號。
而當VDD＜Va時，則無重置信號產(chǎn)生，系統(tǒng)可開始工作。且如圖1所示，于本較佳實施例中，該邏輯電路13是可以一邏輯及(AND)閘所實現(xiàn)，該邏輯及的兩輸入端分別連接該第一及第二低電壓重置電路輸出端LV1及LV2，將該第一及第二低電壓重置電路11及12的輸出進行邏輯及的運算處理，便可產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號。
由以上的說明可知，本發(fā)明是以使用能帶間隙電路的低電壓重置電路來精確地偵測電壓源VDD的變化，并輔以使用MOS的臨界電壓的低電壓重置電路來偵測VDD小于1.2V時的電壓，可使本發(fā)明的電壓偵測范圍完整，且其重置電壓參考點為能帶間隙電路的輸出電壓加上一個MOS晶體管的臨界電壓，而由于能帶間隙電路能產(chǎn)生準確的參考電壓，其溫度系數(shù)小且與制程的臨界電壓偏移無關(guān)，因此，重置電壓參考將只受一個臨界電壓變化的影響，比單純使用MOS的臨界電壓的低電壓重置電路少了三倍。此外，電路中(如圖2所示)的電阻R1與R2的跨壓分別為VTln(N)0.059V與(R2/R1)VTln(N)0.59V，都遠小于VDD(3V-5V)，因此在相同的耗電流下，使用的電阻比習知技藝中分壓電阻串來得低，因此較不占集成電路晶片的面積而可以降低實施成本。
綜上所陳，本發(fā)明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異于習知技術(shù)的特征，為低電壓重置電路裝置制作上的一大突破，懇請貴審查委員明察，早日賜準專利，以嘉惠社會。惟應注意的是，上述實施例僅是為了便于說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限制于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，是用以偵測一電壓源，以自動產(chǎn)生一系統(tǒng)低電壓重置信號，其特征在于，該低電壓重置電路裝置主要包括一第一低電壓重置電路，是以能帶間隙電路產(chǎn)生參考電壓和該電壓源比較，以便當該電壓源小于一第一電壓時，輸出第一重置信號；一第二低電壓重置電路，是以MOS晶體管的臨界電壓當作參考電壓和該電壓源比較，以便當該電壓源小于一第二電壓時，輸出第二重置信號，其中，該第二電壓介于該第一電壓與該能帶間隙電路所能工作的最低電壓之間；一邏輯電路，是依據(jù)該第一及第二低電壓重置電路的輸出，以在前述任一低電壓重置電路產(chǎn)生重置信號時，產(chǎn)生系統(tǒng)低電壓重置信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，其特征在于，其中，該第一低電壓重置電路包括一能帶間隙電路以產(chǎn)生一參考電壓，以及一比較器以比較該參考電壓及一電壓源代表電壓的大小，以便在該電壓源小于該第一電壓時，在比較器輸出端輸出該第一重置信號，當中，該電壓源代表電壓是為該電壓源電壓減去該能帶間隙電路中的一個MOS晶體管的臨界電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，其特征在于，其中，該第二低電壓重置電路包括第一及第二晶體管，該第一晶體管為一NMOS晶體管，其汲極與閘極相接以在其汲極與源極間提供一第一臨界電壓，該第二晶體管為一PMOS晶體管，其汲極與閘極相接以在源極與汲極間提供一第二臨界電壓，該第二晶體管是連接該第一晶體管后再接地，以便其源極產(chǎn)生相等于該第一及第二臨界電壓相加的參考電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，其特征在于，其中，該第二低電壓重置電路還包含第三及第四晶體管，該第三晶體管為一PMOS晶體管，其源極連接電壓源且汲極與閘極相接，以在其汲極產(chǎn)生一相等于電壓源電壓減去該第三晶體管的臨界電壓的電壓源代表電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，其特征在于，其中，該第二低電壓重置電路還包含一比較器以比較該參考電壓及該電壓源代表電壓的大小，以便在電壓源小于該第二電壓時，在比較器輸出端輸出該第一重置信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置，其特征在于，其中，該邏輯電路是為一邏輯及閘，以將該第一及第二低電壓重置電路的輸出進行邏輯及的運算處理，而輸出系統(tǒng)低電壓重置信號。
全文摘要
本發(fā)明是為一種不受溫度及制程變化影響的低電壓重置電路裝置,其是由一以臨界電壓當作參考電壓的低電壓重置電路與一以較精確的能帶間隙低電壓重置電路所組成,其中能帶間隙低電壓重置電路用來提供精確的低電壓重置特征,但其必須工作在VDD>1.2V;而輔以在VDD<1.2V仍可正常工作的以臨界電壓為參考電壓的低電壓重置電路,可涵蓋低VDD電壓區(qū)。
文檔編號H03K17/00GK1368641SQ0110367
公開日2002年9月11日 申請日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月8日
發(fā)明者陳林謙 申請人:凌陽科技股份有限公司