Brevet FR2454137A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne un circuit d'initialisation ou de réinitialisation d'un microprocesseur respectivement lors de sa mise sous tension et lors des coupures même brèves de sa tension d'alimentation continue, dues généralement à des coupures du réseau. Il est bien connu de réinitialiser un microprocesseur ou mi#ro-ordinateur par la remise à zéro de plusieurs de ses composants, à chacune de ses mises sous tension (POWER ON CLEAR). Un circuit destiné à cat effet peut etre incorporé dans le circuit intégré (voir micro-ordinateur F 3870 de FAIRCHILD CAMERA AN-D INSTRUMENTS CORPORATION). Les microprocesseurs comportent généralement des entrées de remise à zéro par un état bas (RESET ou CLEAR) permettant de commander la réinitialisation au moyen d'un signal extérieur (constitué par une transition négative de l'état "haut" à l'état "bas"). La présente invention a pour objet un circuit d'initialisation simple et peu coûteux, permettant de réinitialiser un microprocesseur lors de sa mise ou remise sous tension après. une coupure, même brève, de sa tension d'alimentation. Suivant l'invention, un circuit d'initialisation ou de réinitialisation d'un microprocesseur comportant une entrée de remise a' zéro par un état prédéterminé, est remarquable notamment par le fait qu'il comporte un transistor bipolaire à jonction dont l'émetteur est relié à celle des entrées d'alimentation du microprocesseur qui est du potentiel de référence (masse), dont le collecteur est relié à l'entrée de remise à zéro de celui-ci et dont la base est couplée au moyen d'un condensateur à l'autre entrée d'alimentation du microprocesseur dont la tension varie par rapport au potentiel de référence lors de la mise en route ou lors des coupures. Une diode est reliée entre la base et l'émetteur du transistor ; elle est polarisée à l'envers par rapport à la jonction base-émetteur de celui-ci. Dans un mode de réalisation perfectionné, destiné å des microprocesseurs, notamment de type MOS, qui présentent une différence notable entre leurs tensions de fonctionnement et de décrochage, de circuit objet de l1invention comporte, en outre, un montage série composé d'une résistance et d'une diode Zener-dont la tension de Zener est légèrement supérieure à la tension de décrochage, le condensateur réunissant ici la base du transistor au point commun de la résistance et de la diode Zener. L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages ressortiront de la description ciaprès et des dessins annexés, donnés à titre d'exemple, sur lesquels - la figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation simple d'un circuit de Léinitialiuationn suivant l'invention, destiné à un microprocesseur dont la tension de fonctionnement et de décrochage sont voisines - la figure 2 est un schéma de principe d'un second mode de réalisation d'un circuit de réinitialisation de l'invention, adapté à un microprocesseur de faible consommation présentant une tension de fonctionnement notablement supérieure à sa tension de décrochage. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un mode de réalisation d'un circuit d'initialisation et de réinitialisation d'un microprocesseur unité centrale de traitement ou CPU) dont la tension de décrochage VD est proche de sa tension de fonctionnement Vcc nominale et qu'il faut réinitialiser chaque fois que sa tension d'alimentation continue diminue notamment suite à une coupure, même brève, du réseau alternatif. La tension de décrochage VD est celle pour laquelle quelques-uns des éléments logiques, notamment de mémoire accusent une perte de courant suffisante pour provoquer des changements d'état parasites, non prévus qui faussent le résultat des opérations.Dans les microprocesseurs et micro-ordinateurs intégrés, il est nécessaire d'initialiser, c'est-à-dire de les remettre à l'état initial définissant le début des opérations logiques programmées sur les données introduites, à chacune de leurs mise sous tension, car les basculeurs bistables qu'ils contiennent n'ont de préférence par aucun de leurs deux états. Si l'on veut éviter de faux résultats, il faut également provoquer des réinitialisations à chaque coupure de la tension d'alimentation lorsque celle-ci est tombée au-dessous de la tension de décrochage VD. Un certain nombre de types de microprocesseurs comprennent des circuits d'initialisation intégrés, d'autres qui nten comportent pas, nécessitent des circuits extérieurs spécialement prévus à cet effet. Dans le circuit de la figure 1, un microprocesseur MP réalisé sous la forme d'un circuit intégré comporte des broches d'interconnexion, notamment pour son alimentation,désignées par + Vcc et GND (masse) respectivement reliées aux pâles positif (+) et négatif (-) d'une alimentation continue AL comportant généralement en cascade un redresseur alimenté par la tension alternative du réseau, un filtre et un circuit régulateur de tension pouvant comporter un condensateur de filtrage en sortie. La présence de condensateurs de capacité élevée dans le filtre et/ou dans le circuit régulateur a pour effet de ralentir la chute de la tension d'alimentation lors d'une coupure de la tension du réseau, ces condensateurs se déchargeant graduellement par le courant consommé dans le microprocesseur MP.Lorsque la consommation de courant est relativement forte, comme c'est le cas les circuits intégrés à transistors à jonction bipolaires, la tension de décrochage est généralement peu inférieure à la tension d'ali- mentation nominale + Vcc Il est donc indispensable de réinitialiser le microprocesseur MP à chaque coupure dont la durée provoque une chute de la tension d'alimentation supérieure à 0,7 V. Ceci est obtenu à l'aide d'un transistor bipolaire à jonction T, de type NPN et de préférence, à commutation, c'est-à-dire du type passant de son état bloqué à son état saturé pour un faible écart de son courant de base. L'émetteur du transistor T est relié à la borne de masse (GND) du microprocesseur MP, tandis que son collecteur est relié à l'entrée de remise à l'état initial ou à zéro par un état bas, désignée par RESET, de celui-ci. Un état logique bas (c'est-à-dire une tension positive infériéure à quelques dizièmes de volts) de durée dépassant une valeur minimale prédéterminée, appliquée à cette entrée RESET, provoque la remise à un état prédéterminé dit initial de toutes les unités formant le microprocesseur Si cet état bas est suivi d'une transition vers l'état haut, le programme des opérations recommence par son début. La base du transistor T est reliée à l'une des armatures d'un condensateur de couplage C et à la cathode d'une diode Do L'autre armature du condensateur C est reliée à la borne d'alimentation positive + Vcc du microprocesseur MP. L'anode de la diode D est reliée à l'émetteur du transistor T, la diode D est donc connectée pour conduire dans un sens opposé par rapport à celui de la jonction base émetteur du transistor T. Une résistance est, de préférence, connectée entre la base et l'émetteur du transistor T. Chaque variation de la tension d'alimentation (+ Vcc) cc par rapport à la masse est transmise#par le condensateur C au point commun de la base du transistor T et de la cathode de la diode D Lorsqu'une variation dans le sens négatif, suite à une coupure du réseau, dépasse la tension de seuil de conduction de la diode D (de l'ordre de - 0,7 V), celle-ci se met à conduire de façon à limiter la tension négative appliquée å la base du transistor T à cette tension de seuil et si la coupure est longue, le condensateur C se décharge entièrement. Lors'au rétablissement de la tension du réseau, les condensateurs de filtrage du circuit d'alimentation se rechargent et cette variation positive de la tension a d'alimentation continue est transmise par le con- densateur C à la jonction de la base du transistor T et de la cathode de la diode D en bloquant celle-ci au cas où elle ne l'était pas déjà. Lorsque la variation de la tension atteint la valeur de seuil (de l'ordre de 0,7 V) de conduction de la diode constituée par la jonction base-émetteur du transistor T, celui-ci devient saturé de façon à connecter l'entrée d'initialisation RESET à la masse (GND), c'est-à-dire à lui appliquer une tension positive faible par rapport à celle-ci, égale à la tension collecteur-émetteur de saturation (VCE sat# du transistor T, qui constitue un état logique bas. Lorsque, après cessation de l'accroissement la tension, le condensateur C est chargé à la tension nominale à travers la jonction base-émetteur du transistor T, celui-ci se bloque après un.temps dit de stockage, nécessaire à l'évacuation des porteurs de charges minoritaires de la base. Dès que le. transistor T est bloqué, l'entrée RESET du microprocesseur MP qui est reliée à son entrée d'alimentation positive par une résistance, interne au circuit intégré ou éventuellement externe Rc, reçoit un état haut provoquant le redémarrage des opérations à leur début. On notera ici que, lorsque la coupure est suffisamment longue pour que la diode D ait cessée de conduire ou à chaque mise sous tension, la variation positive de la tension d'alimentation nécessaire pour amener le transistor à saturation est légèrement inférieure à celle qui est immédiatement précédée d'une variation négative rapide du fait du seuil de la conduction de la diode D. On remarquera également que le transistor T peut etre aisément remplacé par un inverseur logique ou équivalent (porte ET-NON avec entrées réunies) avec sortie à collecteur ouvert, réalisé en forme de circuit intégré de type TTL, au prix d'un accroissement du seuil de commutation de 0,7 environ à 2 V, ou par un comparateur de tension analogique en forme de circuit intégré linéaire, où le seuil de commutation peut être ajusté. Lorsque le microprocesseur est à faible consommation et présente une tension de décrochage VD notablement inférieure à sa tension de fonctionnement Vcc nominale, le décroissement de la tension d'alimentation aux bornes des condensateurs de filtrage est suffisamment lente pour que, lors d'une coupure brève, elle ne devienne pas inférieure à la tension de décrochage VD. Ceci est généralement le cas pour des microprocesseurs de type MOS. Dans ce cas, il faut éviter de réinitialiser le microprocesseur MP à chaque variation de la tension d'alimentation, supérieure au seuil précité (0,7 à 1 V),comme avec le circuit de la figure 1. La figure 2 montre le schéma d'un mode de réalisation d'un circuit de réinitialisation adapté à des microprocesseurs MP de type MOS, dans lesquels la réinitialisation n'est nécessaire que lorsque la tension d'alimentation tombe jusqu'a' ou au-dessus de la tension de décrochage VD, et où les memes éléments ont été désignés par le meme symboles que sur la figure 1. Le circuit de réinitialisation de la figure 2 comporte en outre un montage série composé d'une diode Zener Z et d'une résistance R, connecté entre la borne d'alimentation + Vcc et la cc borne de masse GND du microprocesseur MP. L'anode de la diode Zener Z est reliée à la borne de masse GND, sa cathode à l'une des bornes de la résistance R et à l'une des armatures du condensateur C. L'autre borne de la résistance R est reliée à la borne d'alimentation + Vcc et l'autre armature du condensateur C est reliée à la jonction de la base du transistor T avec la cathode de la diode D. La tension de Zener Vz de la diode Zener 2 est choisie supérieure à la tension de décrochage VD par au moins la tension de seuil de commutation du transistor T. On obtient de la sorte que, lorsque la tension d'alimentation V c est supérieure à la cc tension de Zener Vz, et donc à la tension de décrochage VD, la diode Zener Z conduit de façon à n'engendrer aucune variation notable de la tension à ses bornes, qui transmise par le condensateur C, provoquerait un déblocage du transistor T et par cela une réinitialisation. Par contre, si la tension d'alimentation Vcc tombe en dessous de la tension de Zener Vz, la diode Zener Z cesse de conduire et toute variation supplémentaire de la tension d'alimentation est transmise par le condensateur C à la cathode de la diode D et à la base du transistor T. La première variation positive de la tension d'alimentation survenant après que la diode Zener ait cessée de conduire et dont l'amplitude est supérieure ou égale à la tension de seuil de commutation, est transmise à travers la résistance R et le condensateur C en série à la base du transistor T de façon à provoquer la saturation de celui-ci et, par cela, la réinitialisation du microprocesseur MP. On peut voir aisément que le choix de la tension de Zener VZ permet d'obtenir que le microprocesseur MP n'est réini tialisé que lorsque la tension d'alimentation V devient infé cc rieure ou égale à la tension de décrochage VD Il est avantageux de ménager une marge de sécurité pour tenir compte des variations des caractéristiques du transistor T de la diode Zener et du microprocesseur MP, en choisissant une tension Zener Vz supérieure à la somme des tensions de décrochage VD et de seuil de commuta tion VBE sat. Il est à remarquer ici que lorsque le microprocesseur MP est alimenté par une tension négative par rapport à la masse (logique négative), c'est-à-dire lorsqu'il comporte une entrée d'alimentation négative - Vcc reliée au pale négatif (-) de l'alimentation AL et son autre entrée d'alimentation GND est reliée au pôle positif (+) de celle-ci ainsi qu'au potentiel de référence (masse), il comportera, de préférence, une entrée de remise à l'état initial (RESET) ou de réinitialisation par un état haut.Dans ce cas, le transistor T utilisé sera du type PNP avec son émetteur relié à l'autre entrée d'alimentation GND qui est à la masse, son collecteur relié à l'entrée de réinitialisation (RESET) et sa base reliée, d'une part, à l'anode de la diode D dont la cathode est reliée à son émetteur, et d'autre part, à l'une des bornes du condensateur C dont l'autre borne est réunie, soit directement, soit à travers la résistance R, à la borne d'alimentation négative - Vcc du microprocesseur. Dans ce dernier cas, l'anode de la diode Zener Z est reliée à la jonction de la résistance R et du condensateur C et sa cathode à la borne de masse GND. Le principal avantage des circuits de réinitialisation des figures 1 et 2 par rapport aux circuits de état de la technique réside dans le fait que, malgré leur simplicité et leur faible coût, ils permettent d'effectuer une réinitialisation même lors des coupures brèves pour lesquelles la tension d'alimentation ne tombe que de peu sous la tension de décrochage VD REVENDICATIONS 1. Circuit d'initialisation et de réinltialisation d'un microprocesseur, lors de sa mise sous tension et des fluctuations de sa tension d'alimentation dûes, éventuellement, à des coupures du réseau d'alimentation alternatif, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor bipolaire à jonction (T) dont l'émetteur est relié à la borne de masse (GND) du microprocesseur (MP) et dont le collecteur est relié à l'entrée de commande de la remise à l'état initial de celui-ci par un état logique prédéterminé (RESET), la base de ce transistor (T) étant reliée à la cathode d'une diode (D) dont l'anode est reliée à son émetteur, et en ce que cette base reçoit des signaux correspondant à des variations de la tension d'alimentation (Vcc) à travers un condensateur (C), dont celles qui dépassent une amplitude prédéterminée dans le sens de l'augmentation de cette tension (Vcc), provoquent la saturation temporaire au transistor (T). 2. Circuit suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le condensateur (6) est relié par l'une de ses armatures à la jonction de la base du transistor (T) avec la cathode de la diode (D). 3. Circuit suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre armature du condensateur (6) est directement reliée à la borne d'.alimentation (Vcc) du microprocesseur (MP). (Figure 1) 4. Circuit suivant la revendication 2, adapté à un microprocesseur (MP) du type dont la tension de décrochage (VD) est notablement inférieure à sa tension de fonctionnement, caractérisé en ce que l'autre armature du condensateur (6) est reliée à la jonction d'une résistance (R) avec l'une des électrodes d'une diode Zener (Z) dont la tension de Zener (VZ) est choisie légèrement supérieure à la tension de décrochage, la borne libre de la résistance (R) étant reliée à la borne d'alimentation (Vcc) et l'autre électrode de la diode Zener (Z) étant reliée à la borne de masse (GND) du microprocesseur (MP).