CN106951049B - 一种适用于模块类设备的复位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于模块类设备的复位装置，包括：接口电压预处理电路、电压比较电路和复位电路；其中，接口电压预处理电路输入端连接接口电压，通过电阻R1、R2串联接地，以R1、R2的连接点作为接口电压预处理电路的输出，输出处理后的接口电压；电压比较电路的两个输入端分别接供电电压和处理后的接口电压；复位电路的输入为电压比较电路的输出。本发明提出了一种适用于模块类设备的复位装置及方法，在具有一般复位电路功能的前提下，不增加大量外围器件，集成度高，更便于小型化封装；同时保证在供电关闭但接口电压存在的情况下设备处于复位状态；不包含复杂的模拟电路，可靠性强。

Description

一种适用于模块类设备的复位装置及方法

技术领域

本发明涉及电路复位技术领域，尤其涉及一种适用于模块类设备的复位装置及方法。

背景技术

模块类设备的供电依赖于宿主机，当宿主机关闭设备供电后，若宿主机与模块设备的通信接口电压仍存在，模块类设备可能在接口保护电路的反向电流驱动下处于不稳定的工作状态。这种现象对于存储类设备没有太大的影响，但可能导致有CPU的智能模块设备下次上电时上电复位失败，内部程序逻辑混乱等问题。

为了避免上述问题，通常采用带有阈值检测的复位电路实时监测供电电压，当供电电压低至正常阈值以下时，复位芯片输出复位信号使得CPU处于复位状态，这样就可保证设备始终处于复位或正常工作的可控状态。

目前的现有技术中，通过分立元件来设计复位电路，通过精确比较内部基准电压源与供电电压的压差，输出复位信号。业界也大量采用专用的复位芯片实现上电复位和实时供电电压检测功能。当供电电压下降到设定阈值以下时，立即输出复位信号，保证CPU处于复位状态；当供电电压短暂升到设定阈值以上时，仍保持复位状态，防止CPU工作不稳定；只有供电电压稳定的高于阈值电压时，CPU方可正常工作。

但是现有技术中通常使用大量分立元件来设计复位电路，增加了整体设计的复杂度，对设计的一致性和可靠性影响很大，并且分立元件过多导致设备很难集成度很难提高，与模块类设备的特点背道而驰。

使用复位芯片的方法问题在于复位阈值的选择困难。由于现有模块类设备均工作在宽压范围(通常2.7V-3.3V)，且由保护二极管引入的接口反向驱动电压较接口电压下降的幅度与芯片制作工艺相关(约为0.7V)。在实际使用场景中，各宿主机一般提供2.7-3.3V之间的供电电压，此时复位阈值应至少比2.7V低，比2.6V(3.3-0.7)高，复位阈值选择区间较窄，设备的鲁棒性不足，可靠性变差。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种适用于模块类设备的复位装置及方法，用以解决上述技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的，

在基于本发明实施例的一个方面，提供了一种适用于模块类设备的复位装置，包括：

接口电压预处理电路、电压比较电路和复位电路；

其中，接口电压预处理电路输入端连接接口电压，通过电阻R1、R2串联接地，以R1、R2的连接点作为接口电压预处理电路的输出，输出处理后的接口电压；

电压比较电路的两个输入端分别接供电电压和处理后的接口电压；

复位电路的输入为电压比较电路的输出。

在基于本发明装置的另一个实施例中，当U_接口电压＝1.1U_供电电压时，

否则，

在基于本发明装置的另一个实施例中，还包括一个弱上拉电阻R0，R0连接在供电电压与接口电压预处理电路的输入端之间。

在基于本发明装置的另一个实施例中，还包括电容C1，所述电容C1连接在接口电压预处理电路输出与接地端之间。

在基于本发明装置的另一个实施例中，当供电电压高于或等于处理后的接口电压时，电压比较器输出高电平；当供电电压低于处理后的接口电压时，电压比较器输出低电平。

在基于本发明装置的另一个实施例中，当电压比较电路输出引脚为开漏输出，则还包括一个上拉电阻R3，R3一端连接供电电压，另一端连接比较电路的输出端。在基于本发明装置的另一个实施例中，复位电路为复位芯片、RC电路或芯片内部的POR模块。

在基于本发明实施例的另一个方面，提供了一种适用于模块类设备复位装置的方法，具体包括：

S1、实测接口电压和供电电压的数值；

S2、根据步骤S1的数值调整R1、R2的大小；

S3、将处理后的接口电压与供电电压进行比较，根据二者的相对压差控制复位电路工作。

在基于本发明方法的另一个实施例中，当U_接口电压＝1.1U_供电电压时，

否则，

在基于本发明方法的另一个实施例中，步骤S3中根据二者的相对压差控制复位电路工作具体包括：当供电电压高于或等于处理后的接口电压，电压比较电路输出高电平，不触发复位动作；当供电电压低于处理后的接口电压，电压比较电路输出低电平，触发复位动作。

本发明有益效果如下：本发明提出了一种适用于模块类设备的复位装置及方法，在具有一般复位电路功能的前提下，不增加大量外围器件，集成度高，更便于小型化封装；同时保证在供电关闭但接口电压存在的情况下设备处于复位状态；不包含复杂的模拟电路，可靠性强。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1反向驱动原理框图；

图2为本发明一个实施例的复位装置示意图；

图3为本发明改进后的另一个实施例的复位装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

图1是本方案要解决的核心问题产生机理，CPU所有的通信接口引脚均有防止静电及过压保护电路，该电路的前级一般为两个二极管，当接口电压过高时，则经由二极管由电源网络导出，后级承受的电压仅为Vinterface–Vforward，其中Vinterface为接口电压，Vforward为二极管的前向导通电压；当接口电压过低时，过低的电压经由二极管由地网络导出，后级承受电压仅为-Vforward。

模块类设备是与宿主机配合使用的小型化的完成特定功能的设备，包括含有可读写加密芯片的设备，比如SIM卡、TF卡等。通常情况下模块类设备的电源、地管脚先于或与接口电源同时上电，此时该电路能够很好的完成保护功能。但在某些情况下若主机先切断电源以完成诸如低功耗等功能时，若接口电源仍然维持高电平且为非高阻状态，则接口电源会通过上述保护电路的保护二极管向模块设备的电源网络充电，此时电源网络电压取决于二极管的导通电压，接口的驱动能力及模块类设备的功耗情况。

长时间存在反向导通情况可能导致复位电路失效，下次正常上电时无复位动作；一些低功耗的设备由于所需电流较小，可能一直处于或断断续续的处于工作状态，导致设备的软件逻辑错误等问题。

根据本发明的一个具体实施例，如图2所示公开了一种适用于模块类设备的复位装置，包括：接口电压预处理电路、电压比较电路和复位电路；

接口电压预处理电路选用非通信状态为高电平的接口信号做为后级电压比较电路的一个比较源，输入端连接口电压，通过电阻R1、R2串联接地，以R1、R2的连接点作为接口电压预处理电路的输出。R1、R2对接口电压进行下拉分压处理，可以获得接口电压的R2/(R1+R2)的电压，可有效抵消正常通信过程中的反射影响，当U_接口电压＝1.1U_供电电压时，

否则，

同时考虑到对增加电阻会增加静态功耗，R1、R2均需为百KΩ以上。

优选地，如果模块类设备的CPU有上拉或电路其他位置有上拉，只需保证下拉的R1+R2较上拉电阻高一个数量级以上即能满足接口正常通信时对高电平电压的要求。

具体地，模块类设备CPU的上拉能力约为几十KΩ，且下拉电阻越大对功耗的影响越小，故R1取值为100KΩ，R2取值为1MΩ，此时接口电压约为供电电压的1.1倍。

进一步地，如图3所示，在无上拉或上拉较弱时，还包括一个弱上拉电阻R0，R0连接在供电电压与接口电压预处理电路的输入端之间，保证在正常的通信过程中，接口的电压满足通信需求。R0的阻值可选范围在几KΩ到几十KΩ，优选10KΩ、4.7KΩ。

进一步地，通信过程中如果反射和噪声造成的最大超幅值大于15％就是恶劣情况认为此时反射较严重，则在接口电压预处理电路输出与接地端之间连接一个小电容C1，但该电容值不能影响正常通信，取值为几十pF。

电容C1的选取依照以下步骤：首先根据实测观察反射及其它信号干扰对通信线路的主要噪声频率；其次选取谐振频率在噪声频率附近的电容；最后加入电容后若观察对通信信号及噪声的影响，动态微调电容，在通信信号的上升时间衰减满足通信协议要求的前提下，尽量减少反射及噪声的影响，如sd接口通信频率20MHz，上升时间要求小于5ns，噪声频率约200MHz，选pf级别的电容进行试验，尽量保证反射及噪声造成的超幅电压最小。

电压比较电路的两个输入端分别接供电电压和处理后的接口电压(即接口电压预处理电路的输出)。当供电电压高于或等于处理后的接口电压时，电压比较器输出高电平；当供电电压低于处理后的接口电压时，电压比较器输出低电平。电压比较电路根据供电电压和处理后的接口电压的差值来输出用于复位电路的特定电压，后级复位电路据此完成相应的复位动作。

具体地，电压比较电路的工作电压在1.2v以上，应远低于设备的工作电压。电压比较器1.2v以上就能工作其它器件典型2.7v或更高才能工作，这样在正常情况比较器和其它器件均能工作，在不正常情况下，整个电源域电压小于其它芯片正常工作电压典型2V却高于比较器电压1.2v这样比较器部分始终能工作，也就保证了复位电路始终能工作，其它部分虽然电压不足但处于复位状态，不会造成不可控影响。

进一步地，如图3所示，当电压比较电路输出引脚为开漏输出，则还包括一个上拉电路，上拉电阻即为R3，R3连接在供电电压与比较电路的输出端。R3阻值为10KΩ。

复位电路的输入为电压比较电路的输出，根据实际情况选择通用的复位芯片、RC电路或芯片内部的POR模块，

具体地，当设备有检测供电电压的需求，则需使用复位芯片，此时将电压比较电路的输出信号连接至复位芯片的手动复位引脚处，此时在上电、供电电压低于设定阈值及供电电压低于处理后的接口电压时均可触发复位动作。

当设备只需要简单的上电复位功能可仅仅使用RC电路，此时电压比较器输出信号和RC电路并行接入芯片的复位引脚，当供电电压低于处理后的接口电压时可触发复位动作；

若芯片内部有POR模块，则仅仅需要将比较器的输出连接至芯片的外部复位引脚。

本发明提供的复位装置利用供电电压和接口电压的比较来判断设备是否处于反向驱动的不正常状态。正常情况下，设备的供电电压大于等于设备的接口电压，此时电压比较器不改变设备的工作/复位状态。在设备供电不正常时，由于反向驱动电流的存在，接口电压通过芯片的保护二极管串入设备的电源域，导致芯片的工作不正常，此时设备供电的电源域电压较接口电压低0.4-0.7V，电压比较器将设备状态钳位在复位状态，使得设备内部逻辑不被破坏。

本发明提供的复位装置采用动态阈值，根据R1、R2调整。动态阈值根据供电电压与处理后的接口电压的差值进行判断，不管供电电压是多少，当供电电压大于等于处理后接口电压时即为正常工作，小于处理后接口电压就为复位，灵活高效。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种适用于模块类设备的复位方法，具体包括步骤：

S1、实测接口电压和供电电压的数值；

S2、根据步骤S1的数值调整R1、R2的大小；

当U_接口电压＝1.1U_供电电压时，

否则，

同时考虑到对增加电阻会增加静态功耗，R1、R2均需为百KΩ以上。

S3、将处理后的接口电压与供电电压进行比较，根据二者的相对压差控制复位电路是否复位。

本设计利用电压差来判断设备是否处于反向驱动状态，这种判断方法与供电电压和接口电压的绝对电压值无关，只与其相对压差有关，使得本方法的适用性强，通用性更好。

本发明有益效果如下：本发明提出了一种适用于模块类设备的复位装置及方法，在具有一般复位电路功能的前提下，不增加大量外围器件，集成度高，更便于小型化封装；同时保证在供电关闭但接口电压存在的情况下设备处于复位状态；不包含复杂的模拟电路，可靠性强。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种适用于模块类设备的复位装置，其特征在于，包括：

接口电压预处理电路、电压比较电路和复位电路；

其中，接口电压预处理电路输入端连接接口电压，通过电阻R1、R2串联接地，以R1、R2的连接点作为接口电压预处理电路的输出，输出处理后的接口电压；

电压比较电路的两个输入端分别接供电电压和处理后的接口电压；

复位电路的输入为电压比较电路的输出；

当U_接口电压＝1.1U_供电电压时，

否则，

当供电电压高于或等于处理后的接口电压时，电压比较器输出高电平；当供电电压低于处理后的接口电压时，电压比较器输出低电平；

所述接口电压为CPU的通信接口电压；在供电电压先断开，接口电压维持高电平且为非高阻状态时，通过CPU保护电路的保护二极管向模块设备的电源网络充电；

正常情况下，设备的供电电压大于等于设备的接口电压，此时电压比较器不改变设备的工作/复位状态；在设备供电不正常时，由于反向驱动电流的存在，接口电压通过芯片的保护二极管串入设备的电源域，导致芯片的工作不正常，此时设备供电的电源域电压较接口电压低0.4-0.7V，电压比较器将设备状态钳位在复位状态，使得设备内部逻辑不被破坏；

还包括一个弱上拉电阻R0，R0连接在供电电压与接口电压预处理电路的输入端之间；

还包括电容C1，所述电容C1连接在接口电压预处理电路输出与接地端之间；

当电压比较电路输出引脚为开漏输出，则还包括一个上拉电阻R3，R3一端连接供电电压，另一端连接比较电路的输出端；

复位电路为复位芯片、RC电路或芯片内部的POR模块。

2.一种使用权利要求1所述装置的复位方法，其特征在于，具体包括：

S1、实测接口电压和供电电压的数值；

S2、根据步骤S1的数值调整R1、R2的大小；

S3、将处理后的接口电压与供电电压进行比较，根据二者的相对压差控制复位电路工作；

当U_接口电压＝1.1U_供电电压时，

否则，

步骤S3中根据二者的相对压差控制复位电路工作具体包括：当供电电压高于或等于处理后的接口电压，电压比较电路输出高电平，不触发复位动作；当供电电压低于处理后的接口电压，电压比较电路输出低电平，触发复位动作。

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