CN105975041A - 一种开机按键检测电路 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种开机按键检测电路，包括：集成在芯片中的信号控制单元和电源PWR检测电路、以及芯片外按键开关Key，信号控制单元的第一输入端与第一电源端相连，信号控制单元的第二输入端与第二电源端相连，信号控制单元的输出端分别连接至PWR检测电路的检测端和Key的一端，Key的另一端接地；如果Key未被按下，信号控制单元在第一电源端和/或第二电源端有电时输出有效信号，PWR检测电路维持当前状态；如果Key被按下，PWR检测电路的检测端为无效信号，PWR检测电路在无效信号维持预定时间后改变当前状态。本申请无需在芯片外部增加开关以外的外围元件，不仅降低了系统成本，还减少了印刷电路板的面积，有助于便携设备的小型化。

Description

一种开机按键检测电路
技术领域
本申请涉及按键检测技术领域，尤其涉及一种开机按键检测电路。
背景技术
随着半导体工艺技术的发展，移动便携式设备的市场不断壮大，例如：运动手表、蓝牙耳机、蓝牙音箱等。
这些设备都需要开机键来启动系统或关闭系统，目前，在这些设备的系统中通常有两个电源输入(电池电压和充电器电压)，通过芯片外部的两个二极管、按键开关Key和芯片内部的下拉电阻和检测电路实现开机按键检测。用户对便携式设备的功能、价格和便利性的要求不断提高，然而，目前系统需要增加芯片外部的外围元件(两个二极管)，这不仅增加了成本而且增加了印刷电路板的面积，不利于便携设备的小型化。
现有技术不足在于：
现有开机按键检测电路成本高且印刷电路板面积较大，不利于小型化。
发明内容
本申请实施例提出了一种开机按键检测电路，以解决现有技术中开机按键检测电路成本高且印刷电路板面积较大，不利于小型化的技术问题。
本申请实施例提供了一种开机按键检测电路，包括：集成在芯片中的信号控制单元和PWR检测电路、以及芯片外按键开关Key，所述信号控制单元的第一输入端与第一电源端相连，所述信号控制单元的第二输入端与第二电源端相连，所述信号控制单元的输出端分别连接至所述PWR检测电路的检测端和所述Key的一端，所述Key的另一端接地；
如果所述Key未被按下，所述信号控制单元在所述第一电源端和/或所述第二电源端有电时输出有效信号，所述PWR检测电路根据所述有效信号维持系统当前状态；在所述第一电源端和第二电源端存在电压差时，所述信号控制单元控制所述第一电源端和第二电源端中电压较低的电源端与所述信号控制单元的输出端断开；
如果所述Key被按下，所述PWR检测电路的检测端为无效信号，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后改变系统当前状态。
有益效果如下：
由于本申请实施例所提供的开机按键检测电路，只需要在芯片内部集成信号控制单元和PWR检测电路，芯片外部只需要按键开关即可，无需在芯片外部增加开关以外的外围元件，不仅降低了系统成本，还减少了印刷电路板的面积，有助于便携设备的小型化。
附图说明
下面将参照附图描述本申请的具体实施例，其中：
图1示出了现有技术中开机按键检测电路的结构示意图；
图2示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图一；
图3示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图二；
图4示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图三；
图5示出了本申请实施例中二极管D3的结构示意图；
图6示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图四；
图7示出了本申请实施例中二极管D4的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
发明人在发明过程中注意到：
图1示出了现有技术中开机按键检测电路的结构示意图，如图所示，芯片外部需要两个二极管D1、D2和按键开关Key，芯片内部包括下拉电阻Rp和电源(PWR，POWER)检测电路。
当未按下按键Key时，节点B被电阻Rp下拉到地电位，PWR检测到低电平，系统维持当前状态；即，如果当前是开机状态，系统维持开机状态；如果当前是关机状态，系统维持关机状态。
当充电器插入时，一般VCHG电压(外部电源电压)高于VBAT电压(电池电压)，二极管D2正向导通，二极管D1反向截止，A节点电压被VCHG拉高等于VCHG电压。当按键Key被按下时，PWR检测电路将检测到高电平，当系统处于关机状态，如果PWR检测电路检测到按键Key持续一段时间(例如3秒)，则判断为开机动作，启动系统；当系统处于开机状态，如果PWR检测电路检测到按键Key持续一段时间(例如3秒)，则判断为关机动作，关闭系统。
当充电器未插入时，VCHG电压为零，二极管D1正向导通，二极管D2反向截止，A节点电压被VBAT拉高等于VBAT电压，当按键Key被按下时，PWR检测电路也将检测到高电平，当系统处于关机状态，如果PWR检测电路检测到按键Key持续一段时间(例如3秒)，则判断为开机动作，启动系统；当系统处于开机状态，如果PWR检测电路检测到按键Key持续一段时间(例如3秒)，则判断为关机动作，关闭系统。
如图1所示，现有开机按键检测电路需要系统中增加芯片外部的外围元件D1、D2，不仅增加了系统成本，而且增加了印刷电路板的面积，不利于便携系统的小型化。
发明人在发明过程中注意到：现有电路需要增加外围元件D1、D2的原因为，希望VCHG和VBAT任意一个有正常电压时，都能启动系统工作，且D1、D2可以防止其中一端有电时反灌到另一端进而导致漏电的问题。
基于此，本申请实施例提出了一种开机按键检测电路，下面进行说明。
图2示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图一，如图所示，所述开机按键检测电路可以包括：集成在芯片中的信号控制单元和PWR检测电路、以及芯片外按键开关Key，所述信号控制单元的第一输入端与第一电源端相连，所述信号控制单元的第二输入端与第二电源端相连，所述信号控制单元的输出端分别连接至所述PWR检测电路的检测端和所述Key的一端，所述Key的另一端接地；
如果所述Key未被按下，所述信号控制单元在所述第一电源端和/或所述第二电源端有电时输出有效信号，所述PWR检测电路根据所述有效信号维持系统当前状态；在所述第一电源端和第二电源端存在电压差时，所述信号控制单元控制所述第一电源端和第二电源端中电压较低的电源端与所述信号控制单元的输出端断开；
如果所述Key被按下，所述PWR检测电路的检测端为无效信号，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后改变系统当前状态。
具体实施时，如果所述Key未被按下，所述信号控制单元在所述第一电源端有电、第二电源端没电时可以输出有效信号，在所述第二电源端有电、第一电源端没电时也可以输出有效信号，在所述第一电源端和第二电源端均有电时同样可以输出有效信号，所述PWR检测电路通过其检测端检测到所述有效信号，所述PWR检测电路可以根据所述有效信号维持系统当前状态。
所述PWR检测电路可以控制电源电路和系统电路维持当前状态，如果当前为开机状态，则继续维持开机状态；如果当前为关机状态，则继续维持关机状态。
本申请实施例中在所述第一电源端和第二电源端存在电压差时，所述信号控制单元控制所述第一电源端和第二电源端中电压较低的电源端与所述信号控制单元的输出端断开，从而确保所述第一电源端和第二电源端中电压较低的电源端不会被电压较高的电源端反灌，避免漏电现象发生。
如果所述Key被按下，由于所述Key接地，所述PWR检测端为无效信号，所述PWR检测电路可以在所述无效信号维持预定时间后改变系统当前状态。
本申请实施例中第一电源端可以为电池电压VBAT、第二电源端可以为外部电源(例如：充电器)电压VCHG。
由于本申请实施例所提供的开机按键检测电路，只需要在芯片内部集成信号控制单元和PWR检测电路，芯片外部只需要按键开关即可，无需在芯片外部增加开关以外的外围元件，不仅降低了系统成本，还减少了印刷电路板的面积，有助于便携设备的小型化。
图3示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图二，如图所示，所述信号控制单元可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1和第二二极管D2，所述R1的第一端作为信号控制单元的第一输入端与所述第一电源端相连，所述R1的第二端与所述D1的正极相连，所述D1的负极与所述信号控制单元的输出端相连；所述R2的第一端作为信号控制单元的第二输入端与所述第二电源端相连，所述R2的第二端与所述D2的正极相连，所述D2的负极与所述信号控制单元的输出端相连。
当开关Key未被按下时，如果第一电源端(VBAT)和第二电源端(VCHG)中之一有电，则PWR检测端被上拉到高电平，即：
当VCHG电压高于VBAT时，VCHG电压通过电阻R2和二极管D2正向导通将PWR拉到高电平；
当VBAT电压高于VCHG电压时，VBAT电压通过电阻R1和二极管D1正向导通将PWR拉到高电平。
PWR检测电路检测到高电平，控制电源电路和系统电路维持之前状态，如果之前为开机状态，则继续维持开机状态；如果之前为关机状态，则继续维持关机。
当开关Key被按下时，PWR节点被下拉至地电平，PWR检测电路将检测到低电平，如果之前为关机状态，当开关Key被按下超过一定时间(例如3秒)，PWR节点持续为低电平将超过一定时间(例如3秒)，控制电源电路和系统电路启动，进入开机状态；如果之前为开机状态，当开关Key被按下超过一定时间(例如3秒)，PWR节点持续为低电平将超过一定时间(例如3秒)，控制电源电路和系统电路关闭，进入关机状态。
本申请实施例通过集成在芯片内的二极管D1、D2、限流电阻R1、R2、PWR检测电路和芯片外按键开关Key实现开机按键的检测，不需要在芯片外部增加二极管，从而在降低成本的同时缩小了印刷电路板的面积。
实施中，在所述第一电源端的电压高于所述第二电源端的电压时，所述D1正向导通、所述D2反向截止；在所述第一电源端的电压低于所述第二电源端的电压时，所述D1反向截止、所述D2正向导通。
本申请实施例中，两个二极管分别与两个电源端相连，在所述第一电源端和第二电源端存在电压差时，所述信号控制单元控制所述第一电源端和第二电源端中电压较低的电源端与所述信号控制单元的输出端断开，即，在所述第一电源端的电压高于所述第二电源端的电压时，所述D1正向导通、所述D2反向截止，第二电源端与所述信号控制单元的输出端断开；在所述第一电源端的电压低于所述第二电源端的电压时，所述D1反向截止、所述D2正向导通，所述第一电源端与所述信号控制单元的输出端断开，从而确保两个电源端均不会受到反灌导致漏电现象的发生。
图4示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图三，如图所示，所述信号控制单元可以包括两个第三二极管D3，所述两个二极管的正极分别作为所述信号控制单元的第一输入端、第二输入端，所述两个二极管的负极均连接至所述信号控制单元的输出端，所述D3内部具有预定电阻值的电阻区。
由于本申请实施例中的二极管D3内部具有预定电阻值的电阻区，相当于自带电阻的二极管，因此，不再需要在芯片内集成电阻R1、R2，从而进一步简化的了电路设计。
实施中，所述D3具体可以包括：多晶硅Poly层、阻挡层、位于多晶硅Poly层一端的P+掺杂区和位于多晶硅Poly层另一端的N+掺杂区，所述多晶硅Poly层为P型轻掺杂的多晶硅层，所述阻挡层覆盖所述多晶硅Poly层中部预定区域，被所述阻挡层覆盖的多晶硅区域形成具有预定电阻值的电阻区；所述P+掺杂区与所述电阻区通过未被阻挡层覆盖的多晶硅区域电气连接；所述N+掺杂区与所述电阻区相交形成P-N结；所述P+掺杂区作为二极管的正极，所述N+掺杂区作为二极管的负极。
采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体(通常是硅或锗)基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为P-N结。PN结具有单向导电性，是电子技术中许多器件所利用的特性，例如半导体二极管、双极性晶体管的物质基础。
图5示出了本申请实施例中二极管D3的结构示意图，如图所示，所述二极管D3可以包括N+注入层、P+注入层、多晶硅层、接触孔层、阻挡层，图中虚线代表N+掺杂区(简称N+)，粗实线框代表P+掺杂区(简称P+)，十字交叉框代表接触孔(Contact)，细实线框代表多晶硅Poly区(简称Poly)，斜线框代表电阻(Block)区。
一般为了实现电气连接还可以包括金属层(图5中未示出，一般连接到接触孔上形成电气连接)。
其中，N+中的+号表示重掺杂，即掺杂浓度高，N+表示N型重掺杂；P+中的+号表示重掺杂，P+表示P型重掺杂。
图5中的P+掺杂端可以为二极管的正极，多晶硅Poly层为P型轻掺杂的多晶硅层。阻挡层的设置是为了避免在集成电路工艺中，避免各种其他器件掺杂工序中导致电阻被掺杂，因此被阻挡层覆盖的多晶硅区域可以形成电阻值较高的电阻区。由于图5中电阻区的左侧都为P型掺杂(P+掺杂区和P型轻掺杂区)，因此两者是电气连接在一起的。
在N+掺杂区左边界上会形成P-N结，N+掺杂区左边界的左侧为P型轻掺杂区，而N+掺杂区左边界的右侧为N+掺杂区，因此形成P-N结，即二极管。N+掺杂区可以为二极管的负极。可见图5所示的结构形成了电阻和二极管串联的效果，即可以实现图3中R1和D1串联的效果。图3中R2和D2也可以相同方式形成。
本申请实施例可以通过两个图5所示的结构分别形成R1和D1、R2和D2，然后以金属连接成图3的连接方式。
本申请实施例中重掺杂的目的是为了形成欧姆接触，用于形成金属与半导体的低阻抗接触。具体实施时，N+掺杂和P+掺杂都可以形成欧姆接触。
为了进一步简化电路设计，本申请实施例还可以采用如下方式实施。
图6示出了本申请实施例中开机按键检测电路的结构示意图四，如图所示，所述信号控制单元可以包括第四二极管D4，所述D4的两端与中部预定区域分别形成P-N结，所述D4的任一端面至所述中部预定区域均包括具有预定电阻值的电阻区，所述D4的两端分别为所述信号控制单元的输入端，所述D4的中部预定区域为所述信号控制单元的输出端。
实施中，所述D4具体可以包括：多晶硅Poly层、阻挡层、位于所述多晶硅Poly层两端的P+掺杂区、以及位于所述多晶硅Poly层中部区域的N+掺杂区，所述多晶硅Poly层为P型轻掺杂的多晶硅层，所述阻挡层覆盖所述多晶硅Poly层中部区域，被所述阻挡层覆盖的多晶硅区域形成具有预定电阻值的电阻区，所述电阻区大于所述N+掺杂区；所述N+掺杂区的左右边界均形成P-N结，所述位于多晶硅Poly层两端的P+掺杂区分别为所述信号控制单元的输入端，所述N+掺杂区为所述信号控制单元的输出端。
图7示出了本申请实施例中二极管D4的结构示意图，如图所示，虚线代表N+掺杂区(简称N+)，粗实线框代表P+掺杂区(简称P+)，十字交叉框代表接触孔(Contact)，细实线框代表多晶硅Poly区(Poly)，斜线框代表电阻(Block)区，其中，Poly区域仍为轻掺杂P型区域。
在图7的左端形成了电阻R1，而电阻R2形成于右端。在N+区域的左边界上形成了第一P-N结，构成二极管D1；在N+区域的右边界上形成了第二P-N结，构成二极管D2。图7结构的左端P+区域可以连接VBAT，右端P+区域可以连接VCHG，结构中间的P+区域可以连接PWR节点，即可形成图3中电阻R1、R2、二极管D1、D2。相比图5，图7的实现方式占用芯片面积更小，制造成本更低。
实施中，所述P+掺杂区和所述N+掺杂区内均可以具有接触孔层，用于连接金属与半导体。
在发明过程中发明人注意到：
一般芯片设计的标准器件(由工艺厂家提供)不能支持正向导通的二极管，原因是：一般的二极管在硅衬底上形成，二极管导通会容易触发寄生三极管导通，从而形成闩锁效应，最终导致芯片损坏。
为了解决上述问题，本申请实施例还可以采用如下方式实施。
实施中，所述多晶硅层具体可以包括硅衬底和多晶硅，所述硅衬底可以设置有绝缘层，所述多晶硅淀积于所述硅衬底的绝缘层上。
本申请实施例提出了一种利用在硅衬底上的绝缘层上淀积多晶硅，并通过合适的掺杂步骤形成二极管，这种二极管由于与硅衬底之间通过绝缘层(例如可以为二氧化硅)绝缘，所以此二极管导通时不会触发硅衬底上其他电路的导通和闩锁效应。
实施中，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后改变系统当前状态，具体可以为：如果当前状态为开机状态，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后控制电源电路和系统电路关闭，进入关机状态；如果当前状态为关机状态，述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后控制电源电路和系统电路开启，进入开机状态。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

Claims (10)

1.一种开机按键检测电路，其特征在于，包括：集成在芯片中的信号控制单元和电源PWR检测电路、以及芯片外按键开关Key，所述信号控制单元的第一输入端与第一电源端相连，所述信号控制单元的第二输入端与第二电源端相连，所述信号控制单元的输出端分别连接至所述PWR检测电路的检测端和所述Key的一端，所述Key的另一端接地；
如果所述Key未被按下，所述信号控制单元在所述第一电源端和/或所述第二电源端有电时输出有效信号，所述PWR检测电路根据所述有效信号维持系统当前状态；在所述第一电源端和第二电源端存在电压差时，所述信号控制单元控制所述第一电源端和第二电源端中电压较低的电源端与所述信号控制单元的输出端断开；
如果所述Key被按下，所述PWR检测电路的检测端为无效信号，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后改变系统当前状态。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号控制单元包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管D1和第二二极管D2，所述R1的第一端作为信号控制单元的第一输入端与所述第一电源端相连，所述R1的第二端与所述D1的正极相连，所述D1的负极与所述信号控制单元的输出端相连；所述R2的第一端作为信号控制单元的第二输入端与所述第二电源端相连，所述R2的第二端与所述D2的正极相连，所述D2的负极与所述信号控制单元的输出端相连。
3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，在所述第一电源端的电压高于所述第二电源端的电压时，所述D1正向导通、所述D2反向截止；在所述第一电源端的电压低于所述第二电源端的电压时，所述D1反向截止、所述D2正向导通。
4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号控制单元包括两个第三二极管D3，所述两个二极管的正极分别作为所述信号控制单元的第一输入端、第二输入端，所述两个二极管的负极均连接至所述信号控制单元的输出端，所述D3内部具有预定电阻值的电阻区。
5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述D3具体包括：多晶硅Poly层、阻挡层、位于多晶硅Poly层一端的P+掺杂区和位于多晶硅Poly层另一端的N+掺杂区，所述多晶硅Poly层为P型轻掺杂的多晶硅层，所述阻挡层覆盖所述多晶硅Poly层中部预定区域，被所述阻挡层覆盖的多晶硅区域形成具有预定电阻值的电阻区；所述P+掺杂区与所述电阻区通过未被阻挡层覆盖的多晶硅区域电气连接；所述N+掺杂区与所述电阻区相交形成P-N结；所述P+掺杂区作为二极管的正极，所述N+掺杂区作为二极管的负极。
6.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述信号控制单元包括第四二极管D4，所述D4的两端与中部区域分别形成P-N结，所述D4的任一端面至所述中部区域均包括具有预定电阻值的电阻区，所述D4的两端分别为所述信号控制单元的输入端，所述D4的中部区域为所述信号控制单元的输出端。
7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述D4具体包括：多晶硅Poly层、阻挡层、位于所述多晶硅Poly层两端的P+掺杂区、以及位于所述多晶硅Poly层中部区域的N+掺杂区，所述多晶硅Poly层为P型轻掺杂的多晶硅层，所述位于多晶硅Poly层两端的P+掺杂区分别为所述信号控制单元的输入端，所述N+掺杂区为所述信号控制单元的输出端，所述阻挡层覆盖所述多晶硅Poly层中部区域，被所述阻挡层覆盖的多晶硅区域形成具有预定电阻值的电阻区，所述电阻区大于所述N+掺杂区；所述N+掺杂区的左右边界均形成P-N结。
8.如权利要求5或7所述的电路，其特征在于，所述P+掺杂区和所述N+掺杂区内均具有接触孔层，用于连接金属与半导体。
9.如权利要求5或7所述的电路，其特征在于，所述多晶硅层具体包括硅衬底和多晶硅，所述硅衬底设置有绝缘层，所述多晶硅淀积于所述硅衬底的绝缘层上。
10.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后改变系统当前状态，具体为：如果当前状态为开机状态，所述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后控制电源电路和系统电路关闭，进入关机状态；如果当前状态为关机状态，述PWR检测电路在所述无效信号维持预定时间后控制电源电路和系统电路开启，进入开机状态。
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