CN107450377A

CN107450377A - 一种延时控制电路

Info

Publication number: CN107450377A
Application number: CN201710811809.6A
Authority: CN
Inventors: 王丽
Original assignee: North Electronic Research Institute Anhui Co., Ltd.
Current assignee: Anhui North Microelectronics Research Institute Group Co ltd
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2017-12-08
Anticipated expiration: 2037-09-11
Also published as: CN107450377B

Abstract

本发明公开了一种延时控制电路，包括电源模块、时钟电路、驱动模块和定时逻辑模块；时钟电路用于产生1MHz的工作时钟；定时逻辑模块接受时钟电路的同步控制，同时接受外部触发信号和电源模块状态，以向驱动模块发送相应的控制信号；电源模块输出的电源电压经电荷泵升压后为储能电容F1或F2充电；将储能电容F1或F2电压升值到2倍输入电压VDDI时，电荷泵输出的点火输出电压控制点火通路out接通。本发明将电源模块、时钟电路和驱动模块三个模拟模块集成在同一芯片上，大大地缩小了体积和重量，同时提高了抗过载能力；实现了掉电起爆、超时起爆和超时后的自动放电控制功能，确保系统在多种环境条件下的特殊处理。

Description

一种延时控制电路

技术领域

本发明属于半导体集成电路中测试设计领域，尤其涉及一种延时控制电路。

背景技术

现有技术中的引信模块设计中，电源管理电路、定时、大电流驱动均为关键的模块，仍存在许多缺点。

电源管理电路是一个独立的电路，可以购买成品进行组装。但是，在一个非常狭小的应用环境空间中，这样的使用就受到限制。所以，将电源电路集成在单个芯片上是一个有效措施。将电源管理集成在一个单片上存在的问题是，电源管理电路是一个模拟电路，它不同于普通的数字电路的设计，第二是电源的输入电压范围较大，需要使用高压工艺与高压技术，第三是在较宽的输入电压范围内还要求低功耗，所以，电源电路的设计是设计问题之一。

在定时模块中的关键是时钟系统。频率稳定性较好的是晶振，但是晶体的抗过载能力较差，引信电路普遍采用的是有抗过载能力的片外振荡器。采用片外振荡器的一个问题是体积问题，这对应用有很大限制，在体积要求非常严格的用户应用中，片外振荡器的方案是不可取的。在硅芯片上实现硅时钟是可行的，但随之而来的是时钟电路的稳定性和准确性，由于半导体工艺的偏差在所难免，所以，片上时钟电路的设计是设计问题之一。

大电流驱动是一个独立的功率电路，由于受体积的限制，将外部的大功率驱动管集成在单片上是一个有效的办法，以进一步缩小模块的体积和重量，但大电流的流动在常规芯片上的设计就是一个难点，所以，大驱动管的设计是设计问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种延时控制电路，缩小了电路的体积和重量，提高了抗过载能力；并且实现了掉电起爆、超时起爆和超时后的自动放电控制功能，确保系统在多种环境条件下的特殊处理。

为解决上述技术问题，本发明提供一种延时控制电路，其特征是，包括电源模块、时钟电路、驱动模块和定时逻辑模块；

时钟电路用于产生1MHz的工作时钟；

定时逻辑模块接受时钟电路的同步控制，同时接受外部触发信号和电源模块状态，以向驱动模块发送相应的控制信号；

电源模块输出的电源电压经电荷泵升压后为储能电容F1或F2充电；将储能电容F1或F2电压升值到2倍输入电压VDDI时，电荷泵输出的点火输出电压控制点火通路out接通。

当储能电容F1或F2提供的电压能够控制点火时使用储能电容F1或F2的电压控制，当储能电容F1或F2提供的电压不能满足点火要求时使用驱动模块输出的外部驱动点火电压VDD控制点火。

驱动模块包括两路驱动，第一驱动和第二驱动；

电源模块上电2s时，通过第一驱动解除保险，第一驱动输出有效低电平；

当第一驱动输出有效低电平后，如果触发定时逻辑模块的开始端START低电平有效，则通过第二驱动输出有效低电平控制点火；

当第一驱动输出有效低电平后，如果外部电源VDDE变低电平，则通过第二驱动输出有效低电平实现点火的断电自毁；

当定时逻辑模块的开始端START、外部电源VDDE都没有变化情况下，电源模块上电20s后，第二驱动输出有效低电平，实现超时自毁，电源模块自动卸放能量。

电源模块还产生复位信号、掉电信号和熔丝启动信号。

时钟电路包括启动电路、参考与偏置电路、振荡电路、延迟电路和频率调整电路。

当时钟电路产生的工作时钟频率发生偏差后，通过控制参考与偏置电路提供基准电压，参考与偏置电路控制启动电路启动工作；通过控制频率调整电路提供频率调整，使得频率向1MHz逼近，再通过延迟电路的上电过程中进行配置以调整频率。

本发明所达到的有益效果：

本发明，电路的集成方面主要体现在集成了电源模块、时钟电路和驱动模块三个模拟模块在同一芯片上，大大地缩小了子系统的体积和重量，同时提高了子系统的抗过载能力。电路的控制方面主要体现在实现了掉电起爆、超时起爆和超时后的自动放电控制功能，确保系统在多种环境条件下的特殊处理。同时还设置了两路驱动输出，通过外部的系统配置，可实现多种应用功能，此电路方法在延时电路设计中加以推广使用。

附图说明

图1为本发明所述电路功能框图。

图2为本发明所述电路功能时序。

图3为本发明所述电源模块结构。

图4为本发明所述驱动模块结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

电路由电源模块、时钟电路、驱动模块等模块组成。功能框图如图1所示，虚线框内的是本电路的结构。

图1中符号说明：

1）VDDI（输入电压）、VDDE（基准电压）给电源模块进行供电，负责给电荷泵和定时逻辑模块进行供电；

2）VDDO（输出电压）为电源模块的输出，外接稳压电容；

3）CLKO（时钟端）为时钟电路提供时钟频率，负责给定时逻辑模块提供时钟；

4）START（开始端）、TEST（测试端）、CTR（倍压端）定时逻辑模块负责给电荷泵模块、驱动1和驱动2提供逻辑时序；

5）驱动模块输出OUT1和OUT2,是大电流高电压的控制模块，以满足信号驱动要求；

6）VDD是驱动点火电压，此电压与点火头特性相关；

7）电荷泵储能电容F1或F2，为输出电压时必须接；

8）电荷泵升压电容CL和CH，在需要倍压时使用。

图1中关系说明：

电源电压加到电源模块，电源模块将各种电压输入变换成稳定的3V输出。当倍压端CTR=0时，电荷泵的点火输出电压F1/F2即为电源电压的2倍，当CTR=1时，F1或F2的电压等于电源电压。

时钟电路校准内部时钟频率并设置定时时间。第1个点火时间可设置为0s、1s、2s或3s四种情况，第2个点火时间可设置最长达255s。当第1个点火时间设置为0时，第1个点火就无效，本电路就只有一个延迟时间控制。外部控制信号是从第1个点火时刻以后开始的，如果第1个点火时间为0，则上电以后即可生效。时钟电路上电以后即开始振荡，振荡频率可通过测试调整，使其频率在1MHz左右。

定时逻辑模块接受时钟的同步控制，同时也接受外部触发信号和内部电源状态，以向驱动模块发送相应的控制信号。定时逻辑模块也按一定的时序要求进行例行控制。

当F1或F2提供的电压能够点火时可使用F1或F2，当F1或F2电压不能满足点火要求时可使用外部驱动点火电压VDD，VDD的最高电压是40V。

功能描述如下：

a) 上电复位；

b) 在CTR=0控制下F1/F2倍压；

c) 上电2s左右通过驱动1解除保险，驱动1低电平输出有效；

d) 驱动1低电平有效输出后，如果触发START低电平有效，则通过驱动2低电平有效输出点火实现功能；

e) 驱动1低电平有效输出后，如果外部电源VDDE变低，则通过驱动2低电平有效输出点火实现断电自毁；

f) 在START/VDDE都没有变化情况下，上电20s左右，驱动2低电平有效输出，实现超时自毁；

g) 21s左右，电源自动卸放能量，直至电路停止工作。

电路功能时序如图2所示。

具体电路设计如下：

1.宽范围的电源模块

在电源模块设计方面，电源模块的工作电压为20V满足电压工作范围，同时也可扩展应用范围。主要工作是在低温下的参数调整优化设计，需优化调整一些参数使得电源能在低温情况下启动和正常工作。

电源模块的输入是5V电压，输出的是3V电源电压和10V的点火电压，并产生复位信号、掉电信号和熔丝启动信号。最大输出电流1mA，典型输出电流15μA，自身功耗不大于15μA。电源模块结构如图3所示。其中，PMOS管Ct1，PMOS管Ct20，PMOS管Ct21，PMOS管Ct3，NMOS管Ct4。

升压电荷泵的工作原理如下：

1) Ct1=0、Ct4=1、Ct20=Ct21=Ct3=1时，输入电压VDDI对电容C1直接充电。

2) Ct20=Ct21=Ct3=0、Ct1=1、Ct4=0时，输入电压 VDDI通过电容C1对F1或F2充电，F1或F2电压等于电容C1电压加输入电压VDDI的充电电压。

3) 按第 1）步～第2）步循环进行，将F1或F2电压升值到2倍输入电压VDDI。

2.片上稳定准确的时钟电路

在片上时钟电路设计方面，为了降低功耗，对时钟电路的参考电流源进行了调整，将功耗由原来的30μA降低到15μA。并在低温范围仿真其频率变化，使其满足任务要求。

时钟电路用来产生1MHz的工作时钟，它由启动电路osc_star、参考与偏置电路osc_bandgap、振荡电路osc_core、延迟电路delay和频率调整电路osc_cop组成。

当频率发生偏差以后，即通过a0～a3控制参考与偏置电路osc_bandgap（提供基准电压），参考与偏置电路osc_bandgap控制启动电路osc_star（启动工作）。a4～a8控制频率调整电路osc_cop（提供频率调整）。参考与偏置电路osc_bandgap、启动电路osc_star和频率调整电路osc_cop振荡电路控制osc_core（提供时钟振荡），使得频率向1MHz逼近。在随后通过延迟电路delay（提供时钟延迟）的上电过程中就进行配置以调整频率。

3. 大电流驱动模块

在大电流驱动方面，采用已流片成功的驱动单元结构。

驱动模块结构图4所示，包括NMOS管NM1、NM2、PMOS管PM1和两个非门。定时逻辑模块提供的点火信号fire经过两个依次串联的非门连接至NMOS管NM2的栅极，NMOS管NM2的源极接PMOS管PM1的栅极，NMOS管NM2漏极接地；PMOS管PM1的漏极接点火通路out, PMOS管PM1的源极连接至NMOS管NM1的栅极，NMOS管NM1的漏极接地，NMOS管NM1的源极输出为点火通路out。点火信号fire控制点火通路out是否接通。当fire=0时，点火头通路断开，点火通路out可充电到点火电压或外部电压；当fire=1时，NMOS管NM1快速开通，接通点火通路。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种延时控制电路，其特征是，包括电源模块、时钟电路、驱动模块和定时逻辑模块；

时钟电路用于产生1MHz的工作时钟；

2.根据权利要求1所述的一种延时控制电路，其特征是，当储能电容F1或F2提供的电压能够控制点火时使用储能电容F1或F2的电压控制，当储能电容F1或F2提供的电压不能满足点火要求时使用驱动模块输出的外部驱动点火电压VDD控制点火。

3.根据权利要求1所述的一种延时控制电路，其特征是，驱动模块包括两路驱动，第一驱动和第二驱动；

4.根据权利要求1所述的一种延时控制电路，其特征是，电源模块还产生复位信号、掉电信号和熔丝启动信号。

5.根据权利要求1所述的一种延时控制电路，其特征是，时钟电路包括启动电路、参考与偏置电路、振荡电路、延迟电路和频率调整电路。

6.根据权利要求5所述的一种延时控制电路，其特征是，当时钟电路产生的工作时钟频率发生偏差后，通过控制参考与偏置电路提供基准电压，参考与偏置电路控制启动电路启动工作；通过控制频率调整电路提供频率调整，使得频率向1MHz逼近，再通过延迟电路的上电过程中进行配置以调整频率。