JP2018117235A - Power-on reset circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーオンリセット回路に関する。 The present invention relates to a power-on reset circuit.
太陽電池などのエネルギー・ハーベスト技術において用いられる電源によって動作する装置の導入が進展している。例えば、手持ち型の位置検出器には、電源として、太陽電池が搭載されている。この位置検出器では、太陽電池に照射される光が低照度である場合には太陽電池の出力電圧が低くなり、組み込まれている検出回路などの半導体装置が安定して動作できない、不安定な電圧領域が存在する。また、この不安定な電圧領域では、システムのいずれかの部位が異常な動作を行うことも考えられ、そのために消費電流が大きくなると、照度が高くなったとしてもシステムが正常に起動できないという不具合が生じ得る。 The introduction of devices that operate with a power source used in energy harvesting technologies such as solar cells is advancing. For example, a solar cell is mounted as a power source in a hand-held position detector. In this position detector, when the light applied to the solar cell is low illuminance, the output voltage of the solar cell becomes low, and the built-in detection circuit and other semiconductor devices cannot operate stably. There is a voltage domain. In addition, in this unstable voltage range, any part of the system may operate abnormally, so if the current consumption increases, the system will not start normally even if the illuminance increases. Can occur.
そのため、こうした装置は、所定の電圧よりも電源電圧が低い場合にはシステムがリセット状態になるように、かつ、電源電圧が所定の電圧に到達したらリセットが解除されるように設計される。このような機能を実現するための構成として、パワーオンリセット回路が知られている。パワーオンリセット回路として、一般に、時間遅延に基づく回路と電圧に基づく回路とが知られている。 Therefore, such a device is designed such that the system is in a reset state when the power supply voltage is lower than the predetermined voltage, and the reset is released when the power supply voltage reaches the predetermined voltage. As a configuration for realizing such a function, a power-on reset circuit is known. As a power-on reset circuit, a circuit based on time delay and a circuit based on voltage are generally known.
時間遅延に基づく回路(例えば、特許文献1)は、電源投入後の電圧の立ち上がりが早い場合にリセットを解除するためのパルス信号を供給する。一方、電圧に基づく回路(例えば、特許文献2及び3)は、電圧検出回路を有し、電圧検出回路が電源電圧と所定の基準電圧とを比較し、電源電圧が所望の電圧に達したことを検出して、リセットを解除する信号を出力する。 A circuit based on a time delay (for example, Patent Document 1) supplies a pulse signal for releasing reset when the voltage rises quickly after power-on. On the other hand, circuits based on voltage (for example, Patent Documents 2 and 3) have a voltage detection circuit, and the voltage detection circuit compares the power supply voltage with a predetermined reference voltage, and the power supply voltage has reached a desired voltage. Is detected and a signal for releasing the reset is output.
しかし、上述した時間遅延に基づく回路は、電源投入後の電圧の立ち上がりが早い電源には用いることができるが、太陽電池のような電圧の立ち上がりが緩やかな電源では、正常にパルス信号を供給することができない。 However, the above-described circuit based on the time delay can be used for a power supply whose voltage rises quickly after power-on, but normally supplies a pulse signal with a power supply with a slow voltage rise such as a solar cell. I can't.
また、上述した電圧に基づく回路においても、電源電圧の比較対象である基準電圧は、電源電圧がある程度高くなった後に正確な値に達するのであって、電源電圧が過度に低い場合には正しい値にはならない。そのため、こうした基準電圧生成回路には、電源電圧を抵抗分圧して基準電圧を生成するものが考え得る。システムをできるだけ低照度で動作させるためには、電圧検出回路の消費電流を抑制する必要があるので、分圧抵抗の値を大きくしなければならない。この場合、抵抗素子が占める面積が大きくなり、システムを搭載するチップのコストが増大してしまう。 Also, in the circuit based on the voltage described above, the reference voltage to be compared with the power supply voltage reaches an accurate value after the power supply voltage has increased to some extent, and is correct when the power supply voltage is excessively low. It will not be. Therefore, such a reference voltage generation circuit can be considered to generate a reference voltage by dividing the power supply voltage by resistance. In order to operate the system with as low illuminance as possible, it is necessary to suppress the current consumption of the voltage detection circuit, so the value of the voltage dividing resistor must be increased. In this case, the area occupied by the resistance element increases, and the cost of the chip on which the system is mounted increases.
一方、電圧検出回路の平均消費電流を抑制する方法も考え得る。この場合、分圧抵抗の値を小さくすることで抵抗素子の面積を抑制し、かつ、電圧検出回路を間欠的に動作させることで、消費電流を抑制できる。これには、電圧検出回路の間欠的な動作を制御するためのシステムクロックが必要となるが、正確なシステムクロックはリセット解除後でないと生成できない。よって、このような電圧検出回路を実現するのは困難である。 On the other hand, a method for suppressing the average current consumption of the voltage detection circuit is also conceivable. In this case, the current consumption can be suppressed by reducing the area of the resistance element by reducing the value of the voltage dividing resistor and intermittently operating the voltage detection circuit. This requires a system clock for controlling intermittent operation of the voltage detection circuit, but an accurate system clock can only be generated after reset release. Therefore, it is difficult to realize such a voltage detection circuit.
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、電源電圧の立ち上がり特性によらず、低電力で安定してリセット信号を出力できるパワーオンリセット回路を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power-on reset circuit that can stably output a reset signal with low power regardless of the rising characteristics of the power supply voltage. That is.
本発明の第1の態様であるパワーオンリセット回路は、電源電圧が基準電圧よりも低い場合には前記電源電圧を出力し、前記電源電圧が前記基準電圧以上の場合には前記基準電圧を出力する前記基準電圧源と、一方の入力に基準電圧源が出力する電圧が印加され、他方の入力に前記電源電圧が印加され、前記電源電圧が前記基準電圧よりも所定値だけ大きい値になった場合に、出力端子から出力するリセット信号を遷移させるコンパレータと、を有するものである。 The power-on reset circuit according to the first aspect of the present invention outputs the power supply voltage when the power supply voltage is lower than the reference voltage, and outputs the reference voltage when the power supply voltage is equal to or higher than the reference voltage. The reference voltage source to be applied and the voltage output from the reference voltage source to one input are applied, the power supply voltage is applied to the other input, and the power supply voltage becomes a value larger than the reference voltage by a predetermined value. And a comparator that transitions a reset signal output from the output terminal.
本発明の第2の態様であるパワーオンリセット回路は、上記のパワーオンリセット回路であって、前記基準電圧源は、前記電源電圧とグランドとの間に直列接続されるデプレション型MOSトランジスタ及びエンハンスメント型の第1のMOSトランジスタを備え、前記デプレション型MOSトランジスタと前記第1のMOSトランジスタとの間の第1のノードが、前記コンパレータの一方の入力に接続され、前記デプレション型MOSトランジスタの一端に前記電源電圧が印加され、他端が前記第1のMOSトランジスタの一端と接続され、前記第1のMOSトランジスタの他端は、前記グランドと接続されることが望ましい。 A power-on reset circuit according to a second aspect of the present invention is the power-on reset circuit described above, wherein the reference voltage source includes a depletion type MOS transistor connected in series between the power supply voltage and the ground, and An enhancement-type first MOS transistor is provided, and a first node between the depletion-type MOS transistor and the first MOS transistor is connected to one input of the comparator, and the depletion-type MOS transistor The power supply voltage is applied to one end of the first MOS transistor, the other end is connected to one end of the first MOS transistor, and the other end of the first MOS transistor is preferably connected to the ground.
本発明の第3の態様であるパワーオンリセット回路は、上記のパワーオンリセット回路であって、前記基準電圧源は、一端に電源電圧が印加される電流源又は抵抗と、一端が前記電流源又は前記抵抗の他端と接続され、他端が前記グランドと接続される第2のMOSトランジスタと、を備え、前記第1及び第2のMOSトランジスタのゲートと、前記デプレション型MOSトランジスタのゲートとは、前記電流源又は前記抵抗と前記第2のMOSトランジスタとの間の第2のノードに接続されることが望ましい。 A power-on reset circuit according to a third aspect of the present invention is the power-on reset circuit described above, wherein the reference voltage source includes a current source or a resistor to which a power supply voltage is applied at one end, and the current source at one end. Or a second MOS transistor connected to the other end of the resistor and the other end connected to the ground, the gates of the first and second MOS transistors, and the gate of the depletion type MOS transistor Is preferably connected to a second node between the current source or the resistor and the second MOS transistor.
本発明の第4の態様であるパワーオンリセット回路は、上記のパワーオンリセット回路であって、前記コンパレータは、ゲートに前記基準電圧源が出力する前記電圧が印加される第1の入力トランジスタと、ゲートに前記電源電圧が印加される第2の入力トランジスタと、を有し、前記第1の入力トランジスタの前記ゲートと前記第2の入力トランジスタの前記ゲートとに同じ電圧が印加された場合に、前記第1の入力トランジスタに第1の電流が流れ、前記第2の入力トランジスタに前記第1の電流よりも小さな第2の電流が流れる差動入力段と、前記電源電圧と前記出力端子との間に接続され、前記第2の電流を複製した電流を流す第3のMOSトランジスタと、前記グランドと前記出力端子との間に接続され、ゲートが前記第2のノードと接続され第4のMOSトランジスタと、を備え、前記出力端子と前記グランドとの間に電圧源を接続した場合、かつ、前記電源電圧が前記基準電圧と等しい場合に、前記第4のMOSトランジスタに流れる電流が前記第3のMOSトランジスタに流れる電流よりも大きくなるように、前記差動入力段、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタが設計されることが望ましい。 A power-on reset circuit according to a fourth aspect of the present invention is the power-on reset circuit described above, wherein the comparator includes a first input transistor to which the voltage output from the reference voltage source is applied to a gate. A second input transistor to which the power supply voltage is applied to the gate, and the same voltage is applied to the gate of the first input transistor and the gate of the second input transistor. A differential input stage in which a first current flows in the first input transistor and a second current smaller than the first current flows in the second input transistor, the power supply voltage, and the output terminal And a third MOS transistor for passing a current replicating the second current, connected between the ground and the output terminal, and having a gate connected to the second node. And a fourth MOS transistor, and when the voltage source is connected between the output terminal and the ground, and when the power supply voltage is equal to the reference voltage, the fourth MOS transistor It is desirable that the differential input stage, the third MOS transistor, and the fourth MOS transistor are designed so that the current flowing through the third MOS transistor is larger than the current flowing through the third MOS transistor.
本発明の第5の態様であるパワーオンリセット回路は、上記のパワーオンリセット回路であって、前記第4のMOSトランジスタに流れる電流を前記第3のMOSトランジスタに流れる電流で除した値は、1.5以上であることが望ましい。 A power-on reset circuit according to a fifth aspect of the present invention is the power-on reset circuit described above, wherein a value obtained by dividing the current flowing through the fourth MOS transistor by the current flowing through the third MOS transistor is: It is desirable that it is 1.5 or more.
本発明の第6の態様であるパワーオンリセット回路は、上記のパワーオンリセット回路であって、前記差動入力段は、一端が前記電源電圧と接続される第5及び第6のMOSトランジスタと、一端が前記グランドと接続され、ゲートが前記第2のノードと接続される第7のMOSトランジスタと、を備え、前記第1の入力トランジスタの一端が前記第5のMOSトランジスタの他端及びゲートに接続され、他端が前記第7のMOSトランジスタの他端と接続され、ゲートが前記第1のノードと接続され、前記第2の入力トランジスタの一端が前記第6のMOSトランジスタの他端及びゲートと、前記第3のMOSトランジスタのゲートと、に接続され、他端が前記第7のMOSトランジスタの他端と接続され、ゲートに前記電源電圧が印加されることが望ましい。 A power-on reset circuit according to a sixth aspect of the present invention is the power-on reset circuit described above, wherein the differential input stage includes fifth and sixth MOS transistors connected at one end to the power supply voltage. A seventh MOS transistor having one end connected to the ground and a gate connected to the second node, wherein one end of the first input transistor is the other end of the fifth MOS transistor and a gate , The other end is connected to the other end of the seventh MOS transistor, the gate is connected to the first node, and one end of the second input transistor is connected to the other end of the sixth MOS transistor and The gate is connected to the gate of the third MOS transistor, the other end is connected to the other end of the seventh MOS transistor, and the power supply voltage is applied to the gate. Rukoto is desirable.
本発明によれば、電源電圧の立ち上がり特性によらず、低電力で安定してリセット信号を出力できるパワーオンリセット回路を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a power-on reset circuit capable of stably outputting a reset signal with low power regardless of the rising characteristics of the power supply voltage.
本発明の上述及び他の目的、特徴、及び長所は以下の詳細な説明及び付随する図面からより完全に理解されるだろう。付随する図面は図解のためだけに示されたものであり、本発明を制限するためのものではない。 The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more fully understood from the following detailed description and the accompanying drawings. The accompanying drawings are presented for purposes of illustration only and are not intended to limit the present invention.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as necessary.
実施の形態1
実施の形態1にかかるパワーオンリセット回路について説明する。図1は、実施の形態1にかかるパワーオンリセット回路の構成を模式的に示すブロック図である。図1に示すように、実施の形態1にかかるパワーオンリセット回路1は、基準電圧源10及びコンパレータ20を有する。
A power-on reset circuit according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of the power-on reset circuit according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1, the power-on
基準電圧源10は、電源2とグランドGNDとの間に接続されることで電源供給される。基準電圧源10が出力すべき一定の基準電圧Vrefよりも電源電圧VDDが小さい場合には、基準電圧源10は基準電圧Vrefに代えて、電源電圧VDDを出力する。電源電圧VDDが基準電圧Vref以上である場合には、基準電圧源10は一定の基準電圧Vrefを出力する。
The
コンパレータ20は、電源2とグランドGNDとの間に接続されることで電源供給される、オフセット付きのコンパレータとして構成される。コンパレータ20の反転入力端子(第1の入力)には基準電圧源10が出力する電圧が入力され、非反転入力端子(第2の入力)には電源電圧VDDが入力される。コンパレータ20は、基準電圧源10が基準電圧Vrefを出力している状態で、基準電圧Vrefに所定の入力オフセットΔVを加算した値(Vref+ΔV)と、電源電圧VDDの値と、を比較し、比較結果に応じてリセット信号である出力信号OUTの電圧レベルを遷移させる。この例では、コンパレータ20は、出力電圧OUTのレベルをLOWからHIGHに遷移させることで、リセット信号を出力する。なお、言うまでもないが、コンパレータ20は、出力電圧OUTのレベルをHIGHからLOWに遷移させることで、リセット解除信号を出力してもよい。
The
本実施の形態では、電源2は例えば太陽電池であり、照射される光の照度に応じて出力する電源電圧VDDが変動する電源を用いるものとする。但し、電源2は太陽電池に限られるものではなく、電圧変動が大きな他の電源や、電圧変動が小さな安定的な電源など、各種の電源を用いてもよい。 In the present embodiment, the power source 2 is, for example, a solar cell, and a power source that changes the power source voltage VDD output according to the illuminance of the irradiated light is used. However, the power source 2 is not limited to the solar cell, and various power sources such as another power source having a large voltage fluctuation or a stable power source having a small voltage fluctuation may be used.
以下、パワーオンリセット回路1の構成について更に詳しく説明する。図2は、実施の形態1にかかるパワーオンリセット回路の構成を模式的に示す回路図である。
Hereinafter, the configuration of the power-on
基準電圧源10は、電流源11、デプレッション型のNMOS(N-Channel Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタDN、エンハンスメント型のNMOSトランジスタMN11(第2のMOSトランジスタとも称する)及びMN12(第1のMOSトランジスタとも称する)を有する。
The
電流源11の一端には電源電圧VDDが印加され、他端はNMOSトランジスタMN11のドレインと接続される。NMOSトランジスタMN11のソースは、グランドGNDと接続される。NMOSトランジスタDNのドレインには電源電圧VDDが印加され、ソースはNMOSトランジスタMN12のドレインと接続される。NMOSトランジスタMN12のソースは、グランドGNDと接続される。NMOSトランジスタDN、NMOSトランジスタMN11及びMN12のゲートは、電流源11とNMOSトランジスタMN11との間のノードN1(第2のノードとも称する)に接続される。NMOSトランジスタDNのソースとNMOSトランジスタMN12のドレインとの間のノードN2(第1のノードとも称する)は、基準電圧源10の出力ノード、すなわち出力端子であり、コンパレータ20の反転入力端子(後述するNMOSトランジスタMN21のゲート)と接続される。
The power source voltage VDD is applied to one end of the
コンパレータ20は、エンハンスメント型のPMOS(P-Channel Metal-Oxide Semiconductor)トランジスタMP21〜MP23、及び、エンハンスメント型のNMOSトランジスタMN21〜MN24を有する。コンパレータ20では、PMOSトランジスタMP21及びMP22、NMOSトランジスタMN21〜MN23が差動入力段21を構成する。また、PMOSトランジスタMP23及びNMOSトランジスタMN24は、差動入力段21の出力に応じて出力電圧OUTの電圧レベルを遷移させる、出力段22を構成する。
The
なお、以下では、PMOSトランジスタMP23を第3のMOSトランジスタ、NMOSトランジスタMN24を第4のMOSトランジスタ、PMOSトランジスタMP21を第5のMOSトランジスタ、PMOSトランジスタMP22を第6のMOSトランジスタ、NMOSトランジスタMN21を第1の入力トランジスタ、NMOSトランジスタMN22を第2の入力トランジスタ、NMOSトランジスタMN23を第7のMOSトランジスタとも称する。 Hereinafter, the PMOS transistor MP23 is the third MOS transistor, the NMOS transistor MN24 is the fourth MOS transistor, the PMOS transistor MP21 is the fifth MOS transistor, the PMOS transistor MP22 is the sixth MOS transistor, and the NMOS transistor MN21 is the second MOS transistor. 1, the NMOS transistor MN22 is also referred to as a second input transistor, and the NMOS transistor MN23 is also referred to as a seventh MOS transistor.
差動入力段21について説明する。PMOSトランジスタMP21のソースには、電源電圧VDDが印加される。PMOSトランジスタMP21のドレインは、PMOSトランジスタMP21のゲート及びNMOSトランジスタMN21のドレインと接続される。PMOSトランジスタMP22のソースには、電源電圧VDDが印加される。PMOSトランジスタMP22のドレインは、PMOSトランジスタMP22のゲートと、NMOSトランジスタMN22のドレインと、出力段22のPMOSトランジスタMP23のゲートとに接続される。NMOSトランジスタMN21及びMN22のソースは、NMOSトランジスタMN23のドレインと接続される。NMOSトランジスタMN21のゲートは、基準電圧源10の出力端子、すなわちノードN2と接続される。NMOSトランジスタMN22のゲート(すなわち、コンパレータ20の非反転入力端子)には、電源電圧VDDが印加される。NMOSトランジスタMN23のソースは、グランドGNDと接続される。NMOSトランジスタMN23のゲートは、電流源11のノードN1と接続される。
The
出力段22について説明する。PMOSトランジスタMP23のソースには、電源電圧VDDが印加される。PMOSトランジスタMP23のドレインは、NMOSトランジスタMN24のドレインと接続される。NMOSトランジスタMN24のソースは、グランドGNDと接続される。NMOSトランジスタMN24のゲートは、電流源11のノードN1と接続される。
The
ここでは、電流源を用いて基準電圧源を構成する例について説明したが、基準電圧源の構成はこれに限定されるものではない。例えば、上記の電流源を抵抗に置換して基準電圧源を構成してもよい。 Here, an example in which a reference voltage source is configured using a current source has been described, but the configuration of the reference voltage source is not limited to this. For example, the reference voltage source may be configured by replacing the current source with a resistor.
続いて、電源電圧VDDの値に応じたパワーオンリセット回路1の動作について説明する。ここでは、まず、基準電圧源10の動作について説明する。本構成では、デプレッション型のNMOSトランジスタDN及びNMOSトランジスタMN12のゲート電圧が小さく、NMOSトランジスタMN12に電流が流れていない場合、仮にデプレッション型のNMOSトランジスタDNのゲート電圧が0[V]の場合でも、デプレッション型のNMOSトランジスタDNはオンとなる。その結果、デプレッション型のNMOSトランジスタDNとNMOSトランジスタMN12との間のノードN2から、コンパレータ20へ電源電圧VDDが出力される。
Next, the operation of the power-on
その後、電源電圧VDDが上昇すると、NMOSトランジスタMN11、MN12、MN23及びMN24がオンとなって電流が流れる。そして、電源電圧が十分に大きな値に到達すると、NMOSトランジスタMN12のスレッショルド電圧からデプレッション型のNMOSトランジスタDNのスレッショルド電圧を減じた一定の値の電圧が、基準電圧VrefとしてノードN2から出力されることとなる。つまり、電源電圧VDDが十分に高い場合には、温度変化の影響を受けにくい基準電圧Vrefを得ることができる。 Thereafter, when the power supply voltage VDD rises, the NMOS transistors MN11, MN12, MN23, and MN24 are turned on and a current flows. When the power supply voltage reaches a sufficiently large value, a constant voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the depletion type NMOS transistor DN from the threshold voltage of the NMOS transistor MN12 is output from the node N2 as the reference voltage Vref. It becomes. That is, when the power supply voltage VDD is sufficiently high, it is possible to obtain the reference voltage Vref that is not easily affected by temperature changes.
次いで、コンパレータ20における入力オフセットとその動作について説明する。コンパレータ20は、所定の入力オフセットΔVを有するコンパレータとして構成されている。図3は、実施の形態1にかかるパワーオンリセット回路1において電源電圧VDDが基準電圧Vrefと等しいときの電流を示す図である。図3では、コンパレータ20における入力オフセットの理解を容易にするため、出力端子(すなわち、出力電圧OUTを出力する端子)に電圧源(例えば、VDD/2の電圧を出力する電圧源、図3の符号Vhで示される電圧源)を仮想的に接続し、PMOSトランジスタMP23及びNMOSトランジスタMN24に流れる電流に着目して説明する。
Next, the input offset and its operation in the
なお、図3では、PMOSトランジスタMP21のゲート幅WMP21、PMOSトランジスタMP22のゲート幅WMP22、及び、PMOSトランジスタMP23のゲート幅WMP23を「10」、NMOSトランジスタMN21のゲート幅WMN21を「25」、NMOSトランジスタMN22のゲート幅WMN22を「5」、NMOSトランジスタMN23のゲート幅WMN23を「6」、NMOSトランジスタMN24のゲート幅WMN24を「4」とする。また、NMOSトランジスタMN11のゲート幅WMN11を「5」とする。ここでは、コンパレータ20内のMOSトランジスタ及びNMOSトランジスタMN11のゲート長は、同一であるものとする。
In FIG. 3, the gate width W MP22 gate width W MP21, PMOS transistor MP22 of the PMOS transistors MP21 and "10" the gate width W MP23 of the PMOS transistor MP23, "25 the gate width W MN21 of the NMOS transistor MN21 The gate width W MN22 of the NMOS transistor MN22 is “5”, the gate width W MN23 of the NMOS transistor MN23 is “6”, and the gate width W MN24 of the NMOS transistor MN24 is “4”. In addition, the gate width W MN11 of the NMOS transistor MN11 is set to "5". Here, it is assumed that the gate lengths of the MOS transistor and the NMOS transistor MN11 in the
図3に示すように、PMOSトランジスタMP22及びPMOSトランジスタMP23はカレントミラーを構成している。PMOSトランジスタMP22に流れる電流をiMP22、PMOSトランジスタMP23に流れる電流をiMP23とすると、以下の式(1)に示す関係が成立する。
As shown in FIG. 3, the PMOS transistor MP22 and the PMOS transistor MP23 constitute a current mirror. When the current flowing through the current flowing through the PMOS transistor MP22 to i MP22, PMOS transistors MP23 and i MP23, relationship is established as shown in formula (1).
また、NMOSトランジスタMN23及びNMOSトランジスタMN24も、カレントミラーを構成している。NMOSトランジスタMN23に流れる電流をiMN23、NMOSトランジスタMN24に流れる電流をiMN24とすると、以下の式(2)に示す関係が成立する。
The NMOS transistor MN23 and the NMOS transistor MN24 also constitute a current mirror. When the current flowing through the current flowing through the NMOS transistor MN23 to i MN23, NMOS transistors MN24 and i MN24, relationship is established as shown in formula (2).
コンパレータ20の入力トランジスタであるNMOSトランジスタMN21及びNMOSトランジスタMN22は、ソースカップルでNMOSトラジスタMN23に接続されている。よって、NMOSトランジスタMN21に流れる電流をiMN21(第1の電流とも称する)、NMOSトランジスタMN22に流れる電流をiMN22(第2の電流とも称する)とすると、以下の式(3)に示す関係が成立する。
The NMOS transistor MN21 and the NMOS transistor MN22, which are input transistors of the
電源電圧VDDが基準電圧Vrefと等しい(VDD=Vref)ときには、NMOSトランジスタMN21のゲート電圧とNMOSトランジスタMN22のゲート電圧とは同じとなるので、両者に流れる電流はゲート幅に依存することとなり、以下の式(4)が成立する。
When the power supply voltage VDD is equal to the reference voltage Vref (VDD = Vref), the gate voltage of the NMOS transistor MN21 and the gate voltage of the NMOS transistor MN22 are the same, so that the current flowing through both depends on the gate width. Equation (4) is established.
また、PMOSトランジスタMP22とNMOSトランジスタMN22とは直列に接続されているので、両者に流れる電流は等しくなり、以下の式(5)が成立する。
In addition, since the PMOS transistor MP22 and the NMOS transistor MN22 are connected in series, the currents flowing through them are equal, and the following equation (5) is established.
以上より、PMOSトランジスタMP23の電流iMP23とNMOSトランジスタMN24の電流iMN24との比は、以下の式(6)で表される。
ここで、ゲート幅のそれぞれに上記で説明した値を代入すると、PMOSトランジスタMP23の電流iMP23とNMOSトランジスタMN24の電流iMN24との比は以下の式(7)で求められる。
式(7)で示されるように、この例では、NMOSトランジスタMN24の電流iMN24は、PMOSトランジスタMP23の電流iMP23の4倍の値をとることとなる。この場合、この電流比により生じるコンパレータ20の入力オフセットΔVは、約80mVとなる。換言すれば、電源電圧VDDが基準電圧Vrefよりも約80mV大きくなったときに、コンパレータ20の出力電圧OUTがLOWからHIGHに遷移することとなる。結果として、コンパレータ20は、電源電圧VDDが基準電圧Vrefよりも所定の入力オフセットΔV(この例では約80mV)だけ大きくなったときに、リセット信号である出力電圧OUTを遷移させる。これにより、電源電圧VDDが緩やかに立ち上がるときでも、電源電圧VDDが上昇し、回路が不安定な領域を脱したときにリセット解除信号を出力することができる。
Thus, the ratio of the current i MN24 of the current i MP23 and NMOS transistors MN24 of the PMOS transistor MP23 is represented by the following equation (6).
Here, when substituting the values described above, each of the gate width, the ratio between the current i MN24 of the current i MP23 and NMOS transistors MN24 of the PMOS transistor MP23 is obtained by the following expression (7).
As shown in Expression (7), in this example, the current i MN24 of the NMOS transistor MN24 takes a value four times the current i MP23 of the PMOS transistor MP23. In this case, the input offset ΔV of the
以上のように、本実施の形態によれば、コンパレータ内のトランジスタに流れる電流比を適切に設計することで、コンパレータの入力オフセットを生じさせ、出力電圧OUTの遷移条件を適切な条件に設定することができる。一般に、MOSトランジスタの特性バラつきを考慮した場合、入力オフセットを20mV以上とすることが好ましく、これに対応する電流比(iMN24/iMP23)は1.5以上が望ましいことが理解できる。 As described above, according to the present embodiment, by appropriately designing the ratio of the current flowing through the transistors in the comparator, an input offset of the comparator is generated, and the transition condition of the output voltage OUT is set to an appropriate condition. be able to. In general, when considering the characteristic variation of the MOS transistor, it is preferable that the input offset is 20 mV or more, and the current ratio (i MN24 / i MP23 ) corresponding to this is preferably 1.5 or more.
本構成によれば、例えば装置やシステムにパワーオンリセット回路1と集積回路等とが搭載される場合、集積回路等が安定して動作できる電圧に対応するように基準電圧を設定することで、電源電圧が十分な高さに到達した状態になった後に、パワーオンリセット回路1から集積回路等に与えるリセット解除信号により、集積回路等のリセットを解除することができる。これにより、集積回路等を安定した状態で起動し、動作させることが可能となる。
According to this configuration, for example, when the power-on
また、本構成によれば、基準電圧の生成に抵抗分圧を必要としないので、抵抗分圧を用いる場合と比べて消費電力を低減することができる。かつ、上述したように、分圧抵抗を用いた電圧検出回路を間欠動作させる必要がないので、間欠動作をせずとも消費電力を低減することができる。 Further, according to this configuration, since the resistance voltage division is not required for generating the reference voltage, the power consumption can be reduced as compared with the case where the resistance voltage division is used. In addition, as described above, since it is not necessary to intermittently operate the voltage detection circuit using the voltage dividing resistor, power consumption can be reduced without performing the intermittent operation.
以上説明したように、本構成によれば、電源電圧の立ち上がり特性によらず、低電力で安定してリセット信号を出力できるパワーオンリセット回路を提供することができる。 As described above, according to this configuration, it is possible to provide a power-on reset circuit that can stably output a reset signal with low power regardless of the rising characteristics of the power supply voltage.
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述のデプレッション型のMOSトランジスタ及びエンハンスメント型のMOSトランジスタの導電型は、適宜入れ替えることが可能である。すなわち、NMOSトランジスタをPMOSトランジスタに置換し、かつ、PMOSトランジスタをNMOSトランジスタに置換することが可能である。
Other Embodiments The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. For example, the conductivity types of the depletion-type MOS transistor and the enhancement-type MOS transistor described above can be switched as appropriate. That is, the NMOS transistor can be replaced with a PMOS transistor, and the PMOS transistor can be replaced with an NMOS transistor.
1 パワーオンリセット回路
2 電源
10 基準電圧源
11 電流源
20 コンパレータ
21 差動入力段
22 出力段
DN NMOSトランジスタ
MN11、MN12、MN21〜MN24 NMOSトランジスタ
MP21〜MP23 PMOSトランジスタ
GND グランド
N1、N2 ノード
OUT 出力電圧
VDD 電源電圧
Vref 基準電圧
DESCRIPTION OF
Claims (6)
一方の入力に前記基準電圧源が出力する電圧が印加され、他方の入力に前記電源電圧が印加され、前記電源電圧が前記基準電圧よりも所定値だけ大きい値になった場合に、出力端子から出力するリセット信号を遷移させるコンパレータと、を備える、
パワーオンリセット回路。 When the power supply voltage is lower than the reference voltage, the power supply voltage is output, and when the power supply voltage is equal to or higher than the reference voltage, the reference voltage source that outputs the reference voltage;
When the voltage output from the reference voltage source is applied to one input, the power supply voltage is applied to the other input, and the power supply voltage becomes a value larger than the reference voltage by a predetermined value, the output terminal A comparator that transitions a reset signal to be output,
Power-on reset circuit.
前記電源電圧とグランドとの間に直列接続されるデプレション型MOSトランジスタ及びエンハンスメント型の第1のMOSトランジスタを備え、
前記デプレション型MOSトランジスタと前記第1のMOSトランジスタとの間の第1のノードが、前記コンパレータの一方の入力に接続され、
前記デプレション型MOSトランジスタの一端に前記電源電圧が印加され、他端が前記第1のMOSトランジスタの一端と接続され、
前記第1のMOSトランジスタの他端は、前記グランドと接続される、
請求項1に記載のパワーオンリセット回路。 The reference voltage source is
A depletion type MOS transistor and an enhancement type first MOS transistor connected in series between the power supply voltage and the ground;
A first node between the depletion type MOS transistor and the first MOS transistor is connected to one input of the comparator;
The power supply voltage is applied to one end of the depletion type MOS transistor, the other end is connected to one end of the first MOS transistor,
The other end of the first MOS transistor is connected to the ground.
The power-on reset circuit according to claim 1.
一端に電源電圧が印加される電流源又は抵抗と、
一端が前記電流源又は前記抵抗の他端と接続され、他端が前記グランドと接続される第2のMOSトランジスタと、を備え、
前記第1及び第2のMOSトランジスタのゲートと、前記デプレション型MOSトランジスタのゲートとは、前記電流源又は前記抵抗と前記第2のMOSトランジスタとの間の第2のノードに接続される、
請求項2に記載のパワーオンリセット回路。 The reference voltage source is
A current source or resistor to which a power supply voltage is applied at one end;
A second MOS transistor having one end connected to the other end of the current source or the resistor and the other end connected to the ground;
The gates of the first and second MOS transistors and the gate of the depletion type MOS transistor are connected to a second node between the current source or the resistor and the second MOS transistor,
The power-on reset circuit according to claim 2.
ゲートに前記基準電圧源が出力する前記電圧が印加される第1の入力トランジスタと、ゲートに前記電源電圧が印加される第2の入力トランジスタと、を有し、前記第1の入力トランジスタの前記ゲートと前記第2の入力トランジスタの前記ゲートとに同じ電圧が印加された場合に、前記第1の入力トランジスタに第1の電流が流れ、前記第2の入力トランジスタに前記第1の電流よりも小さな第2の電流が流れる差動入力段と、
前記電源電圧と前記出力端子との間に接続され、前記第2の電流を複製した電流を流す第3のMOSトランジスタと、
前記グランドと前記出力端子との間に接続され、ゲートが前記第2のノードと接続され第4のMOSトランジスタと、を備え、
前記出力端子と前記グランドとの間に電圧源を接続した場合、かつ、前記電源電圧が前記基準電圧と等しい場合に、前記第4のMOSトランジスタに流れる電流が前記第3のMOSトランジスタに流れる電流よりも大きくなるように、前記差動入力段、前記第3のMOSトランジスタ及び前記第4のMOSトランジスタが設計される、
請求項3に記載のパワーオンリセット回路。 The comparator is
A first input transistor to which the voltage output from the reference voltage source is applied to a gate; and a second input transistor to which the power supply voltage is applied to a gate. When the same voltage is applied to the gate and the gate of the second input transistor, a first current flows through the first input transistor, and the second input transistor has a higher current than the first current. A differential input stage through which a small second current flows;
A third MOS transistor connected between the power supply voltage and the output terminal and configured to flow a current that is a duplicate of the second current;
A fourth MOS transistor connected between the ground and the output terminal and having a gate connected to the second node;
When a voltage source is connected between the output terminal and the ground, and when the power supply voltage is equal to the reference voltage, a current flowing through the fourth MOS transistor flows through the third MOS transistor. The differential input stage, the third MOS transistor, and the fourth MOS transistor are designed to be larger than
The power-on reset circuit according to claim 3.
請求項4に記載のパワーオンリセット回路。 The value obtained by dividing the current flowing through the fourth MOS transistor by the current flowing through the third MOS transistor is 1.5 or more.
The power-on reset circuit according to claim 4.
一端が前記電源電圧と接続される第5及び第6のMOSトランジスタと、
一端が前記グランドと接続され、ゲートが前記第2のノードと接続される第7のMOSトランジスタと、を備え、
前記第1の入力トランジスタの一端が前記第5のMOSトランジスタの他端及びゲートに接続され、他端が前記第7のMOSトランジスタの他端と接続され、ゲートが前記第1のノードと接続され、
前記第2の入力トランジスタの一端が前記第6のMOSトランジスタの他端及びゲートと、前記第3のMOSトランジスタのゲートと、に接続され、他端が前記第7のMOSトランジスタの他端と接続され、ゲートに前記電源電圧が印加される、
請求項4又は5に記載のパワーオンリセット回路。 The differential input stage is:
Fifth and sixth MOS transistors having one ends connected to the power supply voltage;
A seventh MOS transistor having one end connected to the ground and a gate connected to the second node;
One end of the first input transistor is connected to the other end and gate of the fifth MOS transistor, the other end is connected to the other end of the seventh MOS transistor, and a gate is connected to the first node. ,
One end of the second input transistor is connected to the other end and gate of the sixth MOS transistor and the gate of the third MOS transistor, and the other end is connected to the other end of the seventh MOS transistor. And the power supply voltage is applied to the gate,
The power-on reset circuit according to claim 4 or 5.
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