一種電源管理電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種電源管理電路，包括：主控數(shù)字邏輯模塊、工作模式電源穩(wěn)壓電路和休眠模式電源穩(wěn)壓電路；工作模式電源穩(wěn)壓電路的工作電源輸出端和休眠模式電源穩(wěn)壓電路的休眠電源輸出端均與主控數(shù)字邏輯模塊的主控電源輸入端連接；主控數(shù)字邏輯模塊的信號輸出端與工作模式電源穩(wěn)壓電路的控制端連接；在休眠模式時，主控數(shù)字邏輯模塊控制工作模式電源穩(wěn)壓電路關(guān)閉，以在休眠模式時通過休眠模式電源穩(wěn)壓電路為主控數(shù)字邏輯模塊提供工作電壓。該電源管理電路中，休眠模式電源穩(wěn)壓電路的功耗低于工作模式電源穩(wěn)壓電路的功耗，從而在休眠模式下降低功耗，達(dá)到了超低功耗的要求。
【專利說明】
一種電源管理電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明實施例涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電源管理電路?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，由電池提供電源的電子設(shè)備，如手持式移動設(shè)備，玩具和物聯(lián)網(wǎng)傳感器等應(yīng)用得到廣泛的發(fā)展和普及，如何降低系統(tǒng)的功耗，延長電池的使用壽命，也成了這方面系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵要求。
[0003]電子設(shè)備的系統(tǒng)中不是所有的模塊或電路都一直處于工作狀態(tài)，部分或所有模塊只需要在特定的時間或條件下工作，其他時間可以處于休眠狀態(tài)。基于降低系統(tǒng)功耗的考慮，當(dāng)系統(tǒng)或某些模塊在休眠狀態(tài)時，可以將其電源電路關(guān)閉，當(dāng)需要喚醒系統(tǒng)或模塊時， 再打開其供電電路。參考圖1，電源管理電路可以包括主控數(shù)字邏輯模塊，用于控制和管理整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)。在電源管理方面，可以通過一個或多個穩(wěn)壓電路將外部的電源電壓轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的工作電源電壓，給不同的電路模塊提供電源電壓。[〇〇〇4]在上述系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，各個模塊由穩(wěn)壓電路供電，提供正常的工作狀態(tài)功耗。當(dāng)系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)時，系統(tǒng)中大部分模塊及其穩(wěn)壓電源電路都可以處于關(guān)閉狀態(tài)，以降低功耗。但是，主控數(shù)字邏輯模塊還需要一個電源電壓，使其能夠維持最低功耗工作狀態(tài)，如保持寄存器和存儲器中的值，維持一個低速時鐘發(fā)生器，以及能夠接收外部喚醒信號，脫離休眠模式，發(fā)出啟動信號啟動其他電路模塊等等。因此，主控數(shù)字電路的穩(wěn)壓電源電路在休眠模式下必須還要保持開啟狀態(tài)。由于這個穩(wěn)壓電源電路需要滿足主控數(shù)字邏輯模塊在工作狀態(tài)下的電壓和功耗要求，其自身的功耗不可能做得很小，這樣就很難達(dá)到在休眠狀態(tài)下，系統(tǒng)維持超低功耗的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明實施例提供一種電源管理電路，以在休眠模式下降低功耗以達(dá)到超低功耗的要求。
[0006]本發(fā)明實施例提供了一種電源管理電路，包括主控數(shù)字邏輯模塊、工作模式電源穩(wěn)壓電路和休眠模式電源穩(wěn)壓電路；
[0007]所述工作模式電源穩(wěn)壓電路的工作電源輸出端和所述休眠模式電源穩(wěn)壓電路的休眠電源輸出端均與所述主控數(shù)字邏輯模塊的主控電源輸入端連接；
[0008]所述主控數(shù)字邏輯模塊的信號輸出端與所述工作模式電源穩(wěn)壓電路的控制端連接；
[0009]在休眠模式時，所述主控數(shù)字邏輯模塊控制所述工作模式電源穩(wěn)壓電路關(guān)閉，以在休眠模式時通過所述休眠模式電源穩(wěn)壓電路為所述主控數(shù)字邏輯模塊提供工作電壓。
[0010]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，通過增加與工作模式電源穩(wěn)壓電路并聯(lián)，且與主控數(shù)字邏輯模塊連接的休眠模式電源穩(wěn)壓電路。在休眠模式下，主控數(shù)值邏輯模塊控制工作模式電源穩(wěn)壓電路關(guān)閉，以在休眠模式時通過所述休眠模式電源穩(wěn)壓電路為主控數(shù)字邏輯模塊提供工作電壓。由于休眠模式電源穩(wěn)壓電路只需為處于休眠模式下的主控數(shù)字邏輯模塊供電，而工作模式電源穩(wěn)壓電路需為處于工作模式下的主控數(shù)字邏輯模塊供電，因而休眠模式電源穩(wěn)壓電路的功耗低于工作模式電源穩(wěn)壓電路的功耗，從而在休眠模式下降低功耗，達(dá)到了超低功耗的要求?！靖綀D說明】
[0011]圖1為相關(guān)的電源管理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實施例中提供的一種電源管理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明實施例中提供的一種休眠模式電源穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為本發(fā)明實施例中提供的又一種休眠模式電源穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明實施例中提供的又一種休眠模式電源穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖6為本發(fā)明實施例中提供的又一種休眠模式電源穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部結(jié)構(gòu)。
[0018]圖2為本發(fā)明實施例中提供的一種電源管理電路的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該電源管理電路包括主控數(shù)字邏輯模塊10、工作模式電源穩(wěn)壓電路20和休眠模式電源穩(wěn)壓電路 30；[〇〇19]工作模式電源穩(wěn)壓電路20的工作電源輸出端202和休眠模式電源穩(wěn)壓電路30的休眠電源輸出端302均與主控數(shù)字邏輯模塊10的主控電源輸入端101連接；
[0020]主控數(shù)字邏輯模塊10的信號輸出端102與工作模式電源穩(wěn)壓電路20的控制端203 連接；[0021 ]在休眠模式時，主控數(shù)字邏輯模塊10控制工作模式電源穩(wěn)壓電路20關(guān)閉，以在休眠模式時通過休眠模式電源穩(wěn)壓電路30為主控數(shù)字邏輯模塊10提供工作電壓。[〇〇22]其中，工作模式電源穩(wěn)壓電路20用于在工作模式下為主控數(shù)字邏輯模塊10供電， 以使主控數(shù)字邏輯模塊10能夠控制和管理系統(tǒng)的工作狀態(tài)。由于工作模式電源穩(wěn)壓電路20 需要滿足主控數(shù)字邏輯模塊10在工作狀態(tài)下的電壓和功耗要求，因而工作模式電源穩(wěn)壓電路20的功耗較大。休眠模式電源穩(wěn)壓電路30用于在休眠模式下為主控數(shù)字邏輯模塊10供電，以使主控數(shù)字邏輯模塊10維持較低功耗工作狀態(tài)，如僅需保持寄存器和存儲器中的值， 維持低速時鐘發(fā)生器，接收外部喚醒信號以脫離休眠模式，以及向其他電路模塊發(fā)送啟動 f目號等。
[0023]綜上，由于主控數(shù)字邏輯模塊10處于休眠模式下的功耗遠(yuǎn)低于處于工作模式下的功耗，因而休眠模式電源穩(wěn)壓電路30的功耗低于工作模式電源穩(wěn)壓電路20的功耗。
[0024]本實施例提供的技術(shù)方案，通過增加與工作模式電源穩(wěn)壓電路并聯(lián)，且與主控數(shù)字邏輯模塊連接的休眠模式電源穩(wěn)壓電路。在休眠模式下，主控數(shù)值邏輯模塊控制工作模式電源穩(wěn)壓電路關(guān)閉，以在休眠模式時通過休眠模式電源穩(wěn)壓電路為主控數(shù)字邏輯模塊提供工作電壓。由于休眠模式電源穩(wěn)壓電路只需為處于休眠模式下的主控數(shù)字邏輯模塊供電，而工作模式電源穩(wěn)壓電路需為處于工作模式下的主控數(shù)字邏輯模塊供電，因而休眠模式電源穩(wěn)壓電路的功耗低于工作模式電源穩(wěn)壓電路的功耗，從而在休眠模式下降低功耗， 達(dá)到了超低功耗的要求。
[0025]在工作模式下，由于工作模式電源穩(wěn)壓電路的設(shè)定輸出電壓要高于休眠模式電源穩(wěn)壓電路的設(shè)定輸出電壓，使得休眠模式電源穩(wěn)壓電路的輸出級自動關(guān)閉，不影響工作模式電源穩(wěn)壓電路的輸出電壓。
[0026]本實施例提供的休眠模式電源穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)，通過特殊的帶有自偏置功能的負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)超低功耗的穩(wěn)壓功能。
[0027]以上是本申請的核心思想，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)、清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下，所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0028]在上述實施例的基礎(chǔ)上，參考圖2,主控數(shù)字邏輯模塊10的信號輸入端103,用于接收休眠或喚醒信號，以依據(jù)接收的休眠或喚醒信號控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，如控制工作模式電源穩(wěn)壓電路20或其他電源穩(wěn)壓電路的工作狀態(tài)。并且，工作模式電源穩(wěn)壓電路20的電源輸入端201和休眠模式電源穩(wěn)壓電路30的電源輸入端301均與外部電源連接。
[0029]圖3為本發(fā)明實施例中提供的一種休眠模式電源穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖 3,該休眠模式電源穩(wěn)壓電路30可以包括休眠電源輸入端Vin、負(fù)反饋電路31、限流電阻R2、 源極跟隨器32和休眠電源輸出端Vout;
[0030]負(fù)反饋電路31的電源端311、輸出端312、輸入端313和接地端314,分別與休眠電源輸入端Vin、源極跟隨器32的輸入端323、休眠電源輸出端Vout和地線連接；
[0031]源極跟隨器32的電源端321通過限流電阻R2與休眠電源輸入端Vin連接，源極跟隨器32的輸出端322與休眠電源輸出端Vout連接。[〇〇32]參考圖3,該休眠模式電源穩(wěn)壓電路的工作原理如下:負(fù)反饋電路31的輸入端313 從休眠電源輸出端Vout接收穩(wěn)壓電路輸出電壓后，由于負(fù)反饋電路31的反相放大作用，負(fù)反饋電路31的輸出端312電壓隨輸入端313電壓反向變化，從而休眠電源輸出端Vout電壓保持穩(wěn)定。
[0033]在上述實施例的基礎(chǔ)上，負(fù)反饋電路可以通過負(fù)載電阻、N型場效應(yīng)管和P型場效應(yīng)管實現(xiàn)。參考圖4,負(fù)反饋電路31可以包括負(fù)載電阻R1、第二N型場效應(yīng)管MN2和第一 P型場效應(yīng)管MP1;[〇〇34]負(fù)載電阻R1的第一端作為負(fù)反饋電路31的電源端311，負(fù)載電阻R1的第二端與第二N型場效應(yīng)管MN2的漏極連接作為負(fù)反饋電路31的輸出端312，第二N型場效應(yīng)管MN2的柵極作為負(fù)反饋電路31的輸入端313,第二N型場效應(yīng)管MN2的源極與第一 P型場效應(yīng)管MP1的源極連接，且第一 P型場效應(yīng)管MP1的漏極和柵極連接作為負(fù)反饋電路31的接地端314。
[0035]參考圖4,由于此負(fù)反饋電路的特殊結(jié)構(gòu)的作用，可以使休眠模式電源穩(wěn)壓電路的輸出電壓Vout基本保持在一個N型場效應(yīng)管的閾值電壓加上一個P型場效應(yīng)管的閾值電壓再加上足夠的過驅(qū)動電壓。[〇〇36] 參考圖5,源極跟隨器32可以為第一 N型場效應(yīng)管MN1，第一 N型場效應(yīng)管MN1的柵極、漏極和源極，分別作為源極跟隨器32的輸入323、電源端321和輸出端322。
[0037]參考圖5,為了容許更低的外部電源，示例性的，第一N型場效應(yīng)管MN1可以為耗盡型(Native)場效應(yīng)管。具體的，由于第一N型場效應(yīng)管MN1的柵極電壓(輸入電壓)需要高于源極電壓(輸出電壓)一個閾值電壓的幅度，耗盡型場效應(yīng)管的閾值電壓接近于〇,因而第一 N型場效應(yīng)管MN1的柵極電壓可以接近或低于源極電壓，從而能夠有效降低外部電源的電壓。[〇〇38]參考圖5,示例性的，負(fù)載電阻R1的阻值可以是兆歐姆級。具體的，由于負(fù)載電阻R1 用來設(shè)置休眠模式電源穩(wěn)壓電路的工作電流，為了使休眠模式電源穩(wěn)壓電路的功耗為亞微安級，負(fù)載電阻R1的阻值可以為兆歐姆級。進(jìn)一步地，為了減少休眠模式電源穩(wěn)壓電路在芯片上的面積，負(fù)載電阻R1可以為多晶硅電阻或預(yù)設(shè)數(shù)值個串聯(lián)的柵極接地的窄長溝道P型場效應(yīng)管。需要說明的是，本實施例對預(yù)設(shè)數(shù)值不作具體限定，只需能夠使負(fù)載電阻R1的阻值達(dá)到兆歐姆級即可。[〇〇39]參考圖5,示例性的，限流電阻R2的阻值可以是千歐姆級。如果休眠電源輸出端 Vout與地線短路，限流電阻R2能夠限制第二N型場效應(yīng)管MN2及輸出電流，防止短路電流過大造成電路損壞。
[0040]并且，休眠模式電源穩(wěn)壓電路的輸出是和工作模式電源穩(wěn)壓電路的輸出接在一起的。在工作模式下，工作模式電源穩(wěn)壓電路的輸出要高于休眠模式電源穩(wěn)壓電路的本征輸出電壓，即第一 N型場效應(yīng)管的源極或第二N型場效應(yīng)管的柵極電壓被拉高，由于第二N型場效應(yīng)管的負(fù)反饋作用，第一 N型場效應(yīng)管的柵極電壓被拉低，使第一 N型場效應(yīng)管不導(dǎo)通，因而在工作模式下，休眠模式電源穩(wěn)壓電路不影響工作模式電源穩(wěn)壓電路的工作。
[0041]參考圖6,示例性的，休眠模式穩(wěn)壓電路可以包括補(bǔ)償電容C1，補(bǔ)償電容C1的一端與負(fù)反饋電路31的輸出端312連接，另一端接地。由于休眠模式穩(wěn)壓電路是負(fù)反饋結(jié)構(gòu)，需要補(bǔ)償電容C1使回路的開環(huán)相位裕量足夠大，讓休眠模式穩(wěn)壓電路能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)。 [〇〇42]參考圖6,示例性的，休眠模式穩(wěn)壓電路可以包括第三N型場效應(yīng)管MN3;第三N型場效應(yīng)管MN3的漏極與休眠電源輸出端Vout連接，第三N型場效應(yīng)管MN3的柵極和源極均接地。 由于第三N型場效應(yīng)管MN3的柵極接地，始終處于不導(dǎo)通狀態(tài)，只有納安或皮安級的漏電流， 使得休眠電源輸出端Vout在沒有負(fù)載的情況下也能保持電壓不會過高。[〇〇43]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，可以用在0.18um場效應(yīng)管工藝的射頻無線收發(fā)系統(tǒng)中，外部輸入電壓容許變化指標(biāo)1.9V?3.6V，核心電路工作電壓1.8V。在休眠模式下，休眠模式穩(wěn)壓電源電路的輸出變化范圍為1.3V?1.6V，整個系統(tǒng)休眠模式功耗小于luA。
[0044]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案，能夠在超低功耗下為主控數(shù)字邏輯控制模塊提供穩(wěn)定的電源電壓，并使系統(tǒng)可以容許較大的外部輸入電源電壓變化范圍，有效地延長電池的使用壽命，同時使系統(tǒng)應(yīng)用有更大的靈活性。[〇〇45]注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解， 本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、 重新調(diào)整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項】
1.一種電源管理電路，其特征在于，包括主控數(shù)字邏輯模塊、工作模式電源穩(wěn)壓電路和 休眠模式電源穩(wěn)壓電路；所述工作模式電源穩(wěn)壓電路的工作電源輸出端和所述休眠模式電源穩(wěn)壓電路的休眠 電源輸出端均與所述主控數(shù)字邏輯模塊的主控電源輸入端連接；所述主控數(shù)字邏輯模塊的信號輸出端與所述工作模式電源穩(wěn)壓電路的控制端連接；在休眠模式時，所述主控數(shù)字邏輯模塊控制所述工作模式電源穩(wěn)壓電路關(guān)閉，以在休 眠模式時通過所述休眠模式電源穩(wěn)壓電路為所述主控數(shù)字邏輯模塊提供工作電壓。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述主控數(shù)字邏輯模塊的信號輸入端，用 于接收休眠或喚醒信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述休眠模式穩(wěn)壓電路包括休眠電源輸入 端、負(fù)反饋電路、限流電阻、源極跟隨器和休眠電源輸出端；所述負(fù)反饋電路的電源端、輸出端、輸入端和接地端，分別與所述休眠電源輸入端、所 述源極跟隨器的輸入端、所述休眠電源輸出端和地線連接；所述源極跟隨器的電源端通過所述限流電阻與所述休眠電源輸入端連接，所述源極跟 隨器的輸出端與所述休眠電源輸出端連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述負(fù)反饋電路包括負(fù)載電阻、第二N型場效應(yīng)管和第一 P型場效應(yīng)管；所述負(fù)載電阻的第一端作為所述負(fù)反饋電路的電源端，所述負(fù)載電阻的第二端與所述 第二N型場效應(yīng)管的漏極連接作為所述負(fù)反饋電路的輸出端，所述第二N型場效應(yīng)管的柵極 作為所述負(fù)反饋電路的輸入端，所述第二N型場效應(yīng)管的源極與所述第一 P型場效應(yīng)管的源 極連接，且所述第一 P型場效應(yīng)管的漏極和柵極連接作為所述負(fù)反饋電路的接地端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述源極跟隨器為第一 N型場效應(yīng)管，所述第一 N型場效應(yīng)管的柵極、漏極和源極，分別 作為所述源極跟隨器的輸入端、電源端和輸出端。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述第一 N型場效應(yīng)管為耗盡型場效應(yīng)管。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電路，其特征在于，所述負(fù)載電阻的阻值是兆歐姆級，所述限 流電阻的阻值是千歐姆級。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述休眠模式穩(wěn)壓電路包括補(bǔ)償電容，所 述補(bǔ)償電容的一端與所述負(fù)反饋電路的輸出端連接，另一端接地。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述休眠模式穩(wěn)壓電路包括第三N型場效應(yīng)管；所述第三N型場效應(yīng)管的漏極與所述休眠電源輸出端連接，所述第三N型場效應(yīng)管的柵 極和源極均接地。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述負(fù)載電阻為多晶硅電阻或預(yù)設(shè)數(shù)值 個串聯(lián)的柵極接地的窄長溝道P型場效應(yīng)管。
【文檔編號】H02M1/00GK105958799SQ201610487946
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月28日
【發(fā)明人】郝虹宇
【申請人】上海晶曦微電子科技有限公司