**1. **por的必要性

①有些簡單的異步SRAM芯片為了與CPU配合使用可能只需要一個3.3V的電源，但為了減小面積（或者說提高容量）芯片內部存儲陣列可能會選用coredevice，core device的電源（如0.8V）要遠低于IO電源（3.3V），這就需要內置一個3.3V轉0.8V的LDO，SRAM陣列檢測到0.8V電源trigger到一定閾值（如0.6V）再進行后續的讀寫操作，按順序完成整個上電過程，否則會出現讀寫錯誤。

②對于規模比較大的FPGA芯片，往往需要3、4個甚至更多電源。FPGA正常工作之前要經過上電檢測、數字模塊的復位清零、內部SRAM輸出使能、阻抗校正、全局寫使能等一系列操作。

因此，上電檢測是芯片正常工作的第一道保障，其重要性不言而喻。

2. por****舉例

假設芯片包含vdd09、vdd1p2、vdd1p8和vddio，其中vdd09為芯片內部coredevice供電；vdd1p2為輸入輸出buffer供電；vdd1p8為內部模擬電路（如bandgap，ldo等）供電；vddio為IO電源，IO電源需要兼容1.8V、2.5V和3.3V。

當4路電源達到trigger閾值后，por電路產生por_b信號，指示上電完成，可以進行后續操作。下面介紹一下4路電源的por電路如何實現。

2.1 vdd09 por****電路

vdd09por電路如圖1所示，圖中所有管子均為0.9V的低壓管，Mp2Mp4和Mn3Mn5構成Schmitt觸發器 ^[1-3]^ ，Schmitt觸發器有兩個重要的特性：①對于一個變化很慢的輸入波形，在輸出端有一個快速翻轉響應；②對正向和負向變化的輸入信號有不同的開關閾值。Schmitt觸發器的一個主要用途是把一個含噪聲或緩慢變化的輸入信號轉變成一個“干凈”的數字信號。

Fig1. vdd09的por電路

我們把vdd09的上電過程分三步進行解析：

①當vdd09A = vdd09，porb_vdd09 = 0；

②當vdd09上升到Vth,n附近時，M1和M2開始導通，此時V A = vdd09 - IR1，porb_vdd09= 0，I為流過R1的電流，由于I很小，隨著vdd09的抬高VA繼續增大，但此時VA變化的斜率逐漸變緩；

③當vdd09繼續升高到大于Vth,n時，I急劇增大，此時隨著vdd09的變高VA將快速變小，當VA減小到Schmitt觸發器的翻轉閾值時，porb_vdd09由低變高輸出vdd09。

整個上下電過程中A點和B點電壓和Schmitt觸發器的翻轉閾值變化如圖2所示，兩條曲線的交點即為上下電時的trigger電壓（V H ，V L ），圖中A1、A2、A3區域對應①、②、③步。下電過程與上電過程類似，這里不再贅述。

Fig2. vdd09上下電過程各點波形

2.2 vdd1p2 por****電路

vdd1p2 por電路如圖3所示，圖中除Mp5和Mn8為0.9V的低壓管，其余均為1.2V device。

Fig3. vdd1p2的por電路

對比圖1和圖3結構，可以看出vdd1p2的por電路與vdd09的por電路結構基本一致，只是增加了1.2V的device。

2.3 vdd1p8 por****電路

vdd1p8 por電路如圖4所示，圖中除Mp6和Mn8為0.9V的低壓管，其余均為1.8V device。

Fig4. vdd1p8的por電路

對比圖1和圖4結構，可以看出vdd1p8的por電路與vdd09的por電路類似，唯一不同的是Mn1和Mn2柵極的連接方式，由于0.9V低壓管和1.8V高壓管閾值電壓差別不大，但設計時vdd1p8的trigger電壓要比vdd09的trigger電壓高，若Mn1和Mn2仍接到vdd1p8，此時vdd1p8的por電路trigger電壓很難做高，將Mn1和Mn2的柵極與B點相連，可以抬高vdd1p8的trigger電壓。

2.4 vddio por****電路

vddio por電路如圖5所示，圖中除Mp7和Mn8為0.9V的低壓管，其余均為1.8V device。

Fig5. vdd1p8的por電路

vddio por電路是設計難點，因為PDK里沒有高于1.8V的device且vddio要兼容1.8V/2.5V/3.3V電平標準，要考慮器件耐壓問題。假設vddio開始上電時vdd1p8已經完成上電，此時Schmitt觸發器翻轉閾值保持不變，A點電壓為：

隨著vddio的抬高，A點電壓上升到Schmitt觸發器的翻轉閾值，此時的vddio電壓即為上電時刻的trigger電壓。

在實際電路設計時要注意以下兩點：

①為了保證電路的可靠性，應確保VA不高于1.8V，取R2+R3+R4≈R1從而保證了VA最高為1.65V左右。

②當溫度升高時，Schmitt觸發器的翻轉閾值會減小，若VA由純電阻分壓得到，在溫度變化時VA將基本保持不變，從而使得trigger電壓發生較大的偏移。為了補償溫度對trigger電壓的影響，電路引入了Mn1管，這樣A點電壓將隨著溫度的升高而降低，從而補償了施密特觸發器翻轉閾值隨溫度的變化。

**3. **總結

2.1~2.4節完成了vdd09/vdd1p2/vdd1p8/vddio的上電檢測，檢測完成后經過與邏輯后，產生整體的por_b信號，指示后續電路完成4路電源的上電檢測。