[發(fā)明專利]電源恢復電壓探測器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210361417.1
• 申請日: 2012-09-25
• 公開（公告）號: CN102970005A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設計）人: 王林;鄭堅斌
• 申請（專利權）人: 蘇州兆芯半導體科技有限公司
• 主分類號: H03K3/3565
• 分類號: H03K3/3565;G01R19/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發(fā)明涉及集成電路技術領域，特別涉及一種電源恢復電壓探測器。

背景技術

為降低電路的靜態(tài)功耗，現今的集成電路中已大量采用了電源閘控技術。采用電源閘控能夠降低內部電路靜態(tài)功耗的原因為當閘控MOSFET被關閉時，受電源閘控管控的內部電路的電壓將會低于外部電源電壓，從而靜態(tài)電流將會降低。然而，當電源閘控由關閉變?yōu)殚_啟時，電路隨即進入電源恢復狀態(tài)，外部電源將對內部電路電源進行充電（Power?Recovery），以使得內部電路的電壓恢復到能夠使電路正常工作的水平。在這一充電過程中，外部電源將會消耗大量的電荷，若電荷的消耗速度過快就會有電源噪聲產生，這個電源噪聲將會對未受電源閘控管控的電路造成影響。

為盡量減小外部電源對內部電源充電時產生的電源噪聲，通常做法為將電源閘控MOSFET分為兩個：一個尺寸較小驅動能力較弱的MOSFET做電源恢復之用；另一個尺寸較大的驅動能力較強的MOSFET做電路工作時供電之用。其電路原理如圖1所示，圖2為電源恢復時的控制時序。

圖1中的MP0為尺寸較小驅動能力較弱的MOSFET，其柵端受信號“Power_Down”控制；MP1為尺寸較大驅動能力較強的MOSFET，其柵端受信號“Weak_Power”控制。當電路進入電源恢復狀態(tài)時，信號“Power_Down”首先變?yōu)檫壿嫛?”，MP0開啟，電源Vdd通過MP0對內部電源（Internal_Power）進行充電。當內部電源被充高到一定程度，比如95%Vdd，此時信號“Weak_Power”變?yōu)檫壿嫛?”，雖然之后內部電源的充電速度會加快，但由于此前已經恢復到了一個較高的電壓，之后的快速充電只會消耗很少量的電荷，外部電源不會有電源噪聲產生。

由以上描述可知，沒有電源噪聲產生的前提為當內部電源上升到足夠高時信號“Weak_Power”才能夠被拉低，否則電源噪聲很難避免。電源恢復電路設計的難點即為如何設計出一種既簡單又有足夠精度的內部電壓探測電路，保證如圖1所示的電路中的控制信號“Weak_Power”只有在電壓上升到足夠高時才由高變?yōu)榈汀?/p>

傳統(tǒng)上電源電壓恢復時的內部電壓探測電路采用施密特觸發(fā)器（Schmitt?Trigger）組成，其具體實現具有兩種方式，分別如圖3和圖4所示。圖3與圖4電路的區(qū)別為：圖3的第一級為反相器，第二級為施密特觸發(fā)器，信號“Power_Down”作為第一級反相器的輸入且反相器的電源為內部電源（Internal_Power），當“Power_Down”為邏輯“0”且內部電源電壓足夠高時，施密特觸發(fā)器才會被翻轉從而將信號“Weak_Power”拉為低電壓；圖4的第一級為施密特觸發(fā)器且其電源為內部電源，第二級為反相器，反相器以外部電源Vdd作為電源，與圖3電路相同，“Power_Down”變?yōu)椤?”后內部電源只有升高到足夠高度才能將反相器翻轉將“Weak_Power”變?yōu)椤?”。

上述圖3和圖4所示的現有的內部電壓探測電路存在如下缺陷：

1、施密特觸發(fā)器的探測電壓難以達到期望的數值，例如一般希望探測電壓在90%Vdd以上，但在深亞微米工藝中，施密特觸發(fā)器翻轉電壓至多只能達到大約80%Vdd。

2、施密特觸發(fā)器的探測電壓隨半導體工藝、溫度、電源電壓的變化會產生較大的偏差，其原因為施密特觸發(fā)器的翻轉電壓與MOSFET的閾值電壓Vt密切相關，而眾所周知，Vt是一個與工藝、溫度、電壓十分相關的參數。

因此，施密特觸發(fā)器無法準確地探測內部電源的電壓到達較高的電壓值。

名詞解釋：

電源閘控（Power?Gating或Power?Switch）：為降低芯片的靜態(tài)功耗，芯片內部分或全部電路的電源或地通過一個通常由MOSFET構成的開關控制起來。當芯片處于工作狀態(tài)時，這個開關開啟，外部電源對芯片內電路正常供電；當芯片處于非工作狀態(tài)時，可以將這個開關全部或部分關閉，這樣芯片內部電路與外部電源的聯系減弱或完全斷絕，從而達到降低靜態(tài)功耗的目的。

電源噪聲（Power?Noise）：由于某種原因造成的電源電壓的抖動。當這種抖動過大時，有可能造成集成電路的錯誤動作或失效。