[发明专利]一种门延时稳定电路及方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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Kv0；

(2).随着环境温度的升高而增大，即Kt0；

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。