一种门延时稳定电路及方法技术

本发明专利技术公开了一种门延时稳定电路及方法，电路包括：温度传感器、模拟加法器、线性稳压器和内部逻辑电路；温度传感器、模拟加法器、线性稳压器和内部逻辑电路依次连接；所述的温度传感器，用于采集内部逻辑电路所处的环境温度，并将环境温度转化成正温度系数的电压信号VTS；所述的模拟加法器，用于将基准电压VREF和温度传感信号VTS进行数学求和，产生正温度系数的电压VCMP；所述的线性稳压器，用于以正温度系数的电压VCPM为参考，将外部电源电压Vpwr转化为正温度系数的内部电源电压VPTC，为内部逻辑电路提供电源。该门延时稳定电路很大程度上消除外部电源电压及环境温度对逻辑电路的影响，从而达到稳定门延时或时序的目的。

A Gate Delay Stabilization Circuit and Method

The invention discloses a gate delay stabilization circuit and method, which comprises a temperature sensor, an analog adder, a linear regulator and an internal logic circuit; a temperature sensor, an analog adder, a linear regulator and an internal logic circuit are connected sequentially; the temperature sensor is used to collect the ambient temperature of the internal logic circuit and convert the ambient temperature into positive temperature. The analog adder is used to sum the reference voltage VREF and the temperature sensing signal VTS mathematically to generate the voltage VCMP with positive temperature coefficient, and the linear regulator is used to convert the external power supply voltage Vpwr into the internal power supply voltage VPTC with positive temperature coefficient for reference. Source. The gate delay stabilization circuit largely eliminates the influence of external power supply voltage and ambient temperature on the logic circuit, so as to achieve the goal of stabilizing gate delay or timing.

【技术实现步骤摘要】
一种门延时稳定电路及方法
本专利技术涉及集成电路设计领域，具体为一种门延时稳定电路及方法。
技术介绍
自第一颗集成电路(芯片)诞生以来，其作为现代电子系统的基石，对近代社会的迅速发展发挥着巨大的推动作用。一般地，集成电路可分为模拟电路和数字逻辑电路。在一颗芯片中，数字逻辑电路通常由大量的基本逻辑门(如非门、与门、或门等)组成，它们以不同的拓扑结构组合起来，完成各种运算、通信、控制等功能，犹如人类的大脑，控制着电子系统有条不紊的工作。对于数字逻辑电路而言，各个逻辑门延时的稳定性决定其逻辑功能及时序的正确性和稳定性。通常，一个逻辑门的延时的稳定性受到电源电压、环境温度等外界因素的影响，其数学表达式如式(1)所示，具有以下两个特点：(1).随着电源电压的升高而减小，即Kv<0；(2).随着环境温度的升高而增大，即Kt>0；Td＝Td0*[1+Kv*(Vpwr-Vpwr0)+Kt*(T-T0)]-------(1)其中，Td0为常温T0、常压Vpwr0下的门延时，Kv和Kt为门延时的电压系数和温度系数。环形振荡器是一种典型的逻辑电路，通常由N个(奇数)非门组成(如图1b所示)，可作为门延时的“传感器”来监测逻辑门及逻辑电路内部时序的稳定性。假设一个非门的延时为Td(如式(1))，则环形振荡器输出时钟的周期Tcyc如式(2)所示，结合式(1)和式(2)可得输出时钟周期与电源电压和环境温度的数学关系(如式(3))，其中Tcyc0＝2*N*Td0。Tcyc＝2*N*Td----------------------------------(2)Tcyc＝Tcyc0*[1+Kv*(Vpwr-Vpwr0)+Kt*(T-T0)]----(3)如在某工艺下，取T0＝26℃,Vpwr0＝1.1V，则环形振荡器输出时钟的周期随电源电压和环境温度的趋势如图2所示；具体变化数据如下所示：电源电压Vpwr(1V～1.2V):24％～-15.5％，Kv＝-1975ppm/mV；环境温度(-40～125):-5.9％～7.4％，Kt＝806ppm/℃；电源电压+环境温度:-21.2％～～30.2％。由此可见，由各种门组成的逻辑电路的延时，受电源电压和环境温度的变化而有较大的偏差(一般可达±20％以上)；对于时序要求较高或者工作速度高的逻辑电路而言，在不同的电源电压和环境温度下，时序裕量变小很多，可能导致时序紊乱或逻辑功能失效，进而影响整个芯片的正常功能。为了减小逻辑电路的时序受电源电压、环境温度等外界因素的影响，图3为现有技术的解决方案。此方案增加了一个线性稳压器12，以基准电压VREF为参考，将外部电源电压Vpwr转化为内部电源电压VP(Vpwr大于VP)，为逻辑电路11提供电源。由线性稳压器的特性可知，其输出电压只与参考电压有关，基本不受外部电源电压的影响；由于基准电压VREF基本不受电压和温度的影响，所以线性稳压器产生的输出电压VP也基本不受电压和温度的影响，由此我们可为逻辑电路提供一个稳定的电源；由式(1)可知，Kv＝0，即逻辑电路的门延时如式(4)所示。Td＝Td0*[1+Kt*(T-T0)]-----------------------(4)Tcyc＝Tcyc0*[1+Kt*(T-T0)]----------------------(5)同样地，我们以环形振荡器为例，其输出时钟周期的表达式如式(5)所示。例如在某工艺下，取T0＝26℃,VP＝1.1V,则环形振荡器输出时钟的周期随电源电压和环境温度变化的趋势如图4所示，具体变化数据如下所示：外部电源电压Vpwr:0％～～0％，Kv＝0(此处Kv为外部电源电压系数)；环境温度T(-40～～125):-5.9％～～7.4％，Kt＝806ppm/℃；外部电源电压+环境温度:-5.9％～～7.4％。以上分析及实例表明，现有技术方案可将外界电源电压的影响消除掉，但门延时或者振荡器输出时钟周期仍然随环境温度的变化而有较大的变化(可达±7％)。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，在其基础上，本专利技术提出了一种门延时稳定电路及方法，该门延时稳定电路很大程度上消除外部电源电压及环境温度对逻辑电路的影响，从而达到稳定门延时或时序的目的。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术手段：一种门延时稳定电路，包括：温度传感器、模拟加法器、线性稳压器和内部逻辑电路；温度传感器、模拟加法器、线性稳压器和内部逻辑电路依次连接；所述的温度传感器，用于采集内部逻辑电路所处的环境温度，并将环境温度转化成正温度系数的电压信号VTS；所述的模拟加法器，用于将基准电压VREF和温度传感信号VTS进行数学求和，产生正温度系数的电压VCMP；所述的线性稳压器，用于以正温度系数的电压VCPM为参考，将外部电源电压Vpwr转化为正温度系数的内部电源电压VPTC，为内部逻辑电路提供电源；所述的内部逻辑电路，以电压VPTC为其电源进行工作。作为本专利技术的进一步改进，所述的温度传感器包括原始温度传感器及缓冲器，原始温度传感器包括第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第一放大器；其中，第一三极管、第二三极管的基极和集电极相连并接地，第一三极管的发射极与第一MOS管的漏极和第一放大器的负相输入端相连；第二三极管经过第一电阻与第二MOS管的漏极和第一放大器的正相输入端相连；第一放大器的输出端接第一MOS管、第二MOS管及第三MOS管的栅极，同时第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管的源极和背栅极均连接至外部电源Vpwr；第三MOS管的漏极经过第二电阻接地，其公共端为原始温度传感器的输出电压VTX；缓冲器包括输出端与负相输入端相连接的运算放大器，运算放大器的正相输入端接VTX，其输出端为温度传感器的输出电压VTS。作为本专利技术的进一步改进，所述的第二三极管由m个第三三极管并联而成，m为正整数。作为本专利技术的进一步改进，m＞3。作为本专利技术的进一步改进，所述的模拟加法器包括第三电阻、第四电阻和第五电阻；其中：第三电阻一端接基准电压VREF，另一端与第四电阻、第五电阻相连，形成公共端VCMP；第四电阻另一端接温度传感器的输出电压VTS；第五电阻另一端接地。作为本专利技术的进一步改进，所述的线性稳压器包括第二放大器、第六电阻和第七电阻；其中：第六电阻和第七电阻串联，一端接第二放大器的输出端VPTC，另一端接地，其公共连接端接第二放大器的反相输入端，形成一个负反馈回路；第二放大器的正相输入端接模拟加法器的输出VCMP，其电源端接外部电源Vpwr，用于把外部电源转化成为逻辑电路供电的内部电源VPTC。一种门延时稳定电路的稳定方法，包括以下步骤：温度传感器采集内部逻辑电路所处的环境温度，并将环境温度转化成正温度系数的电压信号VTS；模拟加法器将基准电压VREF和温度传感信号VTS进行数学求和，产生正温度系数的电压VCMP；同时，通过调整VREF来矫正由于工艺角偏差所引起的门延时及逻辑电路时序；线性稳压器以正温度系数的电压VCPM为参考，将外部电源电压Vpwr转化为正温度系数的内部电源电压VPTC，为内部逻辑电路提供电源。作为本专利技术的进一步改进，具体计算步骤包括：1)通过仿真得到门延时Td随电源电压变化的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种门延时稳定电路，其特征在于，包括：温度传感器(14)、模拟加法器(13)、线性稳压器(12)和内部逻辑电路(11)；温度传感器(14)、模拟加法器(13)、线性稳压器(12)和内部逻辑电路(11)依次连接；所述的温度传感器(14)，用于采集内部逻辑电路(11)所处的环境温度，并将环境温度转化成正温度系数的电压信号VTS；所述的模拟加法器(13)，用于将基准电压VREF和温度传感信号VTS进行数学求和，产生正温度系数的电压VCMP；所述的线性稳压器(12)，用于以正温度系数的电压VCPM为参考，将外部电源电压Vpwr转化为正温度系数的内部电源电压VPTC，为内部逻辑电路(11)提供电源；所述的内部逻辑电路(11)，以电压VPTC为其电源进行工作。

【技术特征摘要】
1.一种门延时稳定电路，其特征在于，包括：温度传感器(14)、模拟加法器(13)、线性稳压器(12)和内部逻辑电路(11)；温度传感器(14)、模拟加法器(13)、线性稳压器(12)和内部逻辑电路(11)依次连接；所述的温度传感器(14)，用于采集内部逻辑电路(11)所处的环境温度，并将环境温度转化成正温度系数的电压信号VTS；所述的模拟加法器(13)，用于将基准电压VREF和温度传感信号VTS进行数学求和，产生正温度系数的电压VCMP；所述的线性稳压器(12)，用于以正温度系数的电压VCPM为参考，将外部电源电压Vpwr转化为正温度系数的内部电源电压VPTC，为内部逻辑电路(11)提供电源；所述的内部逻辑电路(11)，以电压VPTC为其电源进行工作。2.根据权利要求1所述的一种门延时稳定电路，其特征在于，所述的温度传感器(14)包括原始温度传感器及缓冲器(149)，原始温度传感器包括第一三极管(141)、第二三极管(142)、第一电阻(143)、第二电阻(148)、第一MOS管(145)、第二MOS管(146)、第三MOS管(147)和第一放大器(144)；其中，第一三极管(141)、第二三极管(142)的基极和集电极相连并接地，第一三极管(141)的发射极与第一MOS管(145)的漏极和第一放大器(144)的负相输入端相连；第二三极管(142)经过第一电阻(143)与第二MOS管(146)的漏极和第一放大器(144)的正相输入端相连；第一放大器(144)的输出端接第一MOS管(145)、第二MOS管(146)及第三MOS管(147)的栅极，同时第一MOS管(145)、第二MOS管(146)、第三MOS管(147)的源极和背栅极均连接至外部电源Vpwr；第三MOS管(147)的漏极经过第二电阻(148)接地，其公共端为原始温度传感器的输出电压VTX；缓冲器(149)包括输出端与负相输入端相连接的运算放大器，运算放大器的正相输入端接VTX，其输出端为温度传感器(14)的输出电压VTS。3.根据权利要求2所述的一种门延时稳定电路，其特征在于，所述的第二三极管(142)由m个第三三极管并联而成，m为正整数。4.根据权利要求3所述的一种门延时稳定电路，其特征在于，m＞3。5.根据权利要求1所述的一种门延时稳定电路，其特征在于，所述的模拟加法器(13)包括第三电阻(131)、第四电阻(132)和第...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢永谊，武宝峰，韩艳，
申请(专利权)人：西安紫光国芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61