[发明专利]电源恢复电压探测器

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种电源恢复电压探测器。

背景技术

为降低电路的静态功耗，现今的集成电路中已大量采用了电源闸控技术。采用电源闸控能够降低内部电路静态功耗的原因为当闸控MOSFET被关闭时，受电源闸控管控的内部电路的电压将会低于外部电源电压，从而静态电流将会降低。然而，当电源闸控由关闭变为开启时，电路随即进入电源恢复状态，外部电源将对内部电路电源进行充电（Power Recovery），以使得内部电路的电压恢复到能够使电路正常工作的水平。在这一充电过程中，外部电源将会消耗大量的电荷，若电荷的消耗速度过快就会有电源噪声产生，这个电源噪声将会对未受电源闸控管控的电路造成影响。

为尽量减小外部电源对内部电源充电时产生的电源噪声，通常做法为将电源闸控MOSFET分为两个：一个尺寸较小驱动能力较弱的MOSFET做电源恢复之用；另一个尺寸较大的驱动能力较强的MOSFET做电路工作时供电之用。其电路原理如图1所示，图2为电源恢复时的控制时序。

图1中的MP0为尺寸较小驱动能力较弱的MOSFET，其栅端受信号“Power_Down”控制；MP1为尺寸较大驱动能力较强的MOSFET，其栅端受信号“Weak_Power”控制。当电路进入电源恢复状态时，信号“Power_Down”首先变为逻辑“0”，MP0开启，电源Vdd通过MP0对内部电源（Internal_Power）进行充电。当内部电源被充高到一定程度，比如95%Vdd，此时信号“Weak_Power”变为逻辑“0”，虽然之后内部电源的充电速度会加快，但由于此前已经恢复到了一个较高的电压，之后的快速充电只会消耗很少量的电荷，外部电源不会有电源噪声产生。

由以上描述可知，没有电源噪声产生的前提为当内部电源上升到足够高时信号“Weak_Power”才能够被拉低，否则电源噪声很难避免。电源恢复电路设计的难点即为如何设计出一种既简单又有足够精度的内部电压探测电路，保证如图1所示的电路中的控制信号“Weak_Power”只有在电压上升到足够高时才由高变为低。

传统上电源电压恢复时的内部电压探测电路采用施密特触发器（Schmitt Trigger）组成，其具体实现具有两种方式，分别如图3和图4所示。图3与图4电路的区别为：图3的第一级为反相器，第二级为施密特触发器，信号“Power_Down”作为第一级反相器的输入且反相器的电源为内部电源（Internal_Power），当“Power_Down”为逻辑“0”且内部电源电压足够高时，施密特触发器才会被翻转从而将信号“Weak_Power”拉为低电压；图4的第一级为施密特触发器且其电源为内部电源，第二级为反相器，反相器以外部电源Vdd作为电源，与图3电路相同，“Power_Down”变为“0”后内部电源只有升高到足够高度才能将反相器翻转将“Weak_Power”变为“0”。

上述图3和图4所示的现有的内部电压探测电路存在如下缺陷：

1、施密特触发器的探测电压难以达到期望的数值，例如一般希望探测电压在90%Vdd以上，但在深亚微米工艺中，施密特触发器翻转电压至多只能达到大约80%Vdd。

2、施密特触发器的探测电压随半导体工艺、温度、电源电压的变化会产生较大的偏差，其原因为施密特触发器的翻转电压与MOSFET的阈值电压Vt密切相关，而众所周知，Vt是一个与工艺、温度、电压十分相关的参数。

因此，施密特触发器无法准确地探测内部电源的电压到达较高的电压值。

名词解释：

电源闸控（Power Gating或Power Switch）：为降低芯片的静态功耗，芯片内部分或全部电路的电源或地通过一个通常由MOSFET构成的开关控制起来。当芯片处于工作状态时，这个开关开启，外部电源对芯片内电路正常供电；当芯片处于非工作状态时，可以将这个开关全部或部分关闭，这样芯片内部电路与外部电源的联系减弱或完全断绝，从而达到降低静态功耗的目的。

电源噪声（Power Noise）：由于某种原因造成的电源电压的抖动。当这种抖动过大时，有可能造成集成电路的错误动作或失效。