CN108173539B - 一种芯片唤醒的方法及电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种芯片唤醒方法及电路。所述电路包括：依次连接的带通动态放大器、脉冲宽度比较器、边沿计数器；所述带通动态放大器包括带通滤波器、放大管；所述带通滤波器分别耦合到所述放大管的栅极和源极。所述方法包括：检测芯片唤醒电路是否满足设定条件：带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔；边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值；若满足所述设定条件，则输出唤醒信号。通过本发明能有效防止芯片唤醒电路误触发，从而避免电池监测芯片误启动，延长了电池的使用寿命。

Description

一种芯片唤醒的方法及电路
技术领域
本发明涉及汽车电池芯片技术领域，特别是涉及一种芯片唤醒的方法及电路。
背景技术
唤醒电路的应用主要是为了节省功耗，通常信号通讯需要消耗很大的功耗，在没有信号传输时，可以让信号收发电路处于休眠状态，直到唤醒电路检测到有信号输入时才启动。
唤醒电路有广泛应用范围，常用于WSN(Wireless Sensor Network，无线传感器网络)、WPN(Wireless Personal Area Network，无线个域网)等无线网络系统，或USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、LAN(Local Area Network，局域网)、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)等有线通讯网络。有了唤醒电路，系统可以制定高效的节能机制，延长电池的使用寿命。用于无线通讯的唤醒电路大多由一级或多级整形电路加上比较电路构成，该电路的特点是低功耗，高灵敏度，但是应用环境限制在GHz以上的高频信号中，不适用于采用低频(约1MHz)，高信号幅值(1V)的有线通讯方式的汽车电池监测芯片。
发明内容
本发明提供一种芯片唤醒的方法，以解决现有芯片唤醒电路不适用于低频通讯的汽车电池监测芯片的问题。
依据本发明的一个方面，提供了一种芯片唤醒电路，所述电路包括：
依次连接的带通动态放大器、脉冲宽度比较器、边沿计数器；
所述带通动态放大器包括带通滤波器、放大管；
所述带通滤波器分别耦合到所述放大管的栅极和源极，以过滤输入端的高低频信号干扰；
当所述带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围，所述脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔，且所述边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值时，输出唤醒信号。
可选地，所述带通动态放大器还包括：
反相器；
所述放大管的漏极通过所述反相器连接所述带通动态放大器的输出端。
可选地，所述带通动态放大器中，连接所述差分低频信号正输入端的所述放大管与连接所述差分低频信号负输入端的所述放大管尺寸相同并且版图匹配；
所述带通动态放大器中，连接所述差分低频信号正输入端的电阻与连接所述差分低频信号负输入端的对应的电阻尺寸相同并且版图匹配；
所述带通动态放大器中连接所述差分低频信号正输入端的电容与连接所述差分低频信号负输入端的对应的电容尺寸相同并且版图匹配。
可选地，所述脉冲宽度比较器包括：
两个单稳态多谐振荡电路、与门、触发器、延迟电路；
所述两个单稳态多谐振荡电路通过所述与门连接所述触发器的脉冲信号输入端；
所述触发器的输出端经过所述延迟电路连接所述触发器的复位端。
可选地，所述边沿计数器采用上升沿触发的计数器；
所述边沿计数器的输入端连接所述脉冲宽度比较器中触发器的输出端，输出端输出唤醒信号。
根据本发明的另一方面，提供了一种芯片唤醒方法，所述方法包括：
检测芯片唤醒电路是否满足设定条件，其中所述芯片唤醒电路通过上述权利要求中任一项得出，所述设定条件包括：带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔；边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值；
若满足所述设定条件，则输出唤醒信号。
可选地，所述带通动态放大器用于在差分低频信号为上升沿时输出向上的脉冲信号。
可选地，所述脉冲宽度比较器用于输出设定时间间隔的窗口信号和对所述带通动态放大器的输出信号进行采样。
可选地，所述边沿计数器用于记录所述脉冲宽度比较器输出信号的脉冲次数，在所述脉冲次数达到设定阈值时输出唤醒信号。
依据本发明实施例，芯片唤醒电路包括依次连接的带通动态放大器、脉冲宽度比较器、边沿计数器，电路静态功耗为零，动态功耗较小。带通动态放大器包括带通滤波器、放大管；带通滤波器分别耦合到放大管的栅极和源极，可以有效过滤输入端的高低频信号干扰。当带通动态放大器的输入信号为差分模低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔，且边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值时，输出唤醒信号。带通滤波器的设置及芯片唤醒电路工作的条件能有效防止芯片唤醒电路误触发，从而避免电池监测芯片误启动，延长了电池的使用寿命。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例一的一种芯片唤醒电路的结构图；
图2是本发明实施例一的带通动态放大器的电路结构图；
图3是本发明实施例一的带通动态放大器的工作波形；
图4是本发明实施例一的脉冲宽度比较器的电路结构图；
图5是本发明实施例一的脉冲宽度比较器的工作波形；
图6是本发明实施例二的一种芯片唤醒的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
详细介绍本发明实施例提供的一种芯片唤醒电路。
参照图1，示出了本发明实施例中的一种芯片唤醒电路的结构图，所述电路包括：依次连接的带通动态放大器10、脉冲宽度比较器20、边沿计数器30；
所述带通动态放大器10包括带通滤波器、放大管Mp、Mn；所述带通滤波器分别耦合到所述放大管Mp、Mn的栅极和源极，以过滤输入端的高低频信号干扰，见图2；
当所述带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围，所述脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔，且所述边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值时，输出唤醒信号。
本实施例中，带通动态放大器10中包括放大管Mp、Mn，当输入信号为差分低频信号，并且差模电平满足设定电平范围时，放大管才能进入工作状态，当输入信号是共模信号时放大管不工作，带通动态放大器不产生响应。具体地，当输入信号的正端Vip由低变高时，则输入信号的负端Vin为由高变低，此时放大管Mp的栅极电压Vgp被抬高而源极电压Vsp被拉低，Mp管导通，Mp管的漏极电压Vdp降低。即在输入端信号上升时，在相应的放大管的输出端产生一个向下的脉冲信号。由于电阻Rsp和Rlp的放电作用，放大管Mp的栅极电压Vgp逐渐降低而源极电压Vsp逐渐升高，放大管Mp关闭，其漏极电压Vdp升高。本发明实施例中差分低频信号的设定电平范围根据放大管的开启电压而定，具体可以根据实际情况进行设置。
Vip和Vin分别为输入信号的正端和负端，输入端Vip通过由Rilp、Cilp、Cip、Rip构成的带通滤波器耦合到放大管Mp的栅极，通过对Rilp、Cilp、Cip、Rip的设置，限定了带通滤波器滤波的带宽，过滤输入端的高低频信号干扰，当输入信号为干扰信号或者输入信号中有干扰信号时，可以通过带通滤波器进行过滤。同样的，输入端Vin也通过带通滤波器耦合到放大管Mn的栅极。
输入端Vip通过由Rilp、Cilp、Ccp、Rsn构成的带通滤波器耦合到放大管Mn的源极，同样的，输入端Vin也通过带通滤波器耦合到放大管Mp的源极。
所述带通动态放大器还包括：反相器；
所述放大管的漏极通过所述反相器连接所述带通动态放大器的输出端。
本实施例中，当输入端信号上升时，在相应的放大管的输出端产生一个向下的脉冲信号，经反相器后在带通动态放大器的输出端产生一个向上的短脉冲。带通动态放大器的工作波形参见图3。
所述带通动态放大器中，连接所述差分低频信号正输入端的所述放大管与连接所述差分低频信号负输入端的所述放大管尺寸相同并且版图匹配；
所述带通动态放大器中，连接所述差分低频信号正输入端的电阻与连接所述差分低频信号负输入端的对应的电阻尺寸相同并且版图匹配；
所述带通动态放大器中连接所述差分低频信号正输入端的电容与连接所述差分低频信号负输入端的对应的电容尺寸相同并且版图匹配。
本实施例中，带通动态放大器中，放大管Mp连接差分低频信号的正输入端，放大管Mn连接差分低频信号的负输入端，Mn和Mp的尺寸相同，版图设计时需考虑位置、形状、大小等的匹配。带通动态放大器中，连接差分低频信号正输入端的电阻Rilp与连接差分低频信号负输入端的对应的电阻Riln尺寸相同并且版图匹配，其他电阻以此类推。
带通动态放大器中，连接差分低频信号正输入端的电容Cilp与连接差分低频信号负输入端的对应的电容Ciln尺寸相同并且版图匹配，其他电容以此类推。
同时，为确保每个周期内放大器的所有节点都能恢复到起始状态，将Rip和Cip之积RipCip设置为小于二分之一符号周期Tsymbol；Rsp和Ccn之积RspCcn设置为小于(1/2π)*(Ts/2)。
带通动态放大器中，Mp的增益Gm需大于Rlp与Rsp的比值，Mn的增益Gm需大于Rln和Rsn的比值。
所述脉冲宽度比较器包括：两个单稳态多谐振荡电路、与门、触发器、延迟电路；
所述两个单稳态多谐振荡电路通过所述与门连接所述触发器的脉冲信号输入端；
所述触发器的输出端经过所述延迟电路连接所述触发器的复位端。
本实施例中，由或非门、电阻Rl、电容Cl和反相器组成单稳态多谐振荡电路，同样的，由或非门、电阻Rs、电容Cs和反相器组成另一个单稳态多谐振荡电路，见如图4。两个单稳态多谐振荡电路产生同频率但是不同脉冲宽度的方波信号Vpl和Vps。方波信号Vps反向后与方波信号Vpl输入与门产生窗口信号Vwindow，窗口信号Vwindow输入触发器的脉冲信号输入端D，触发器的输出端Q经过延迟电路Delay连接触发器的复位端R，触发器复位电平高有效。通过与门得到的窗口信号Vwindow，用Von进行筛选，如果Von的上升沿发生Vwindow窗口内，触发器的输出端Vsp则输出一个脉冲电平，并且输出信号经过一段时间延迟后复位；如果Von的上升沿未发生Vwindow窗口内，则触发器的输出端Vsp保持低电平，见图5。
延迟复位是为了将脉冲宽度比较器30的电平复位为低电平，等待下次触发，并且将脉冲宽度比较器30的输出信号的脉冲时间延长便于计数。
所述边沿计数器采用上升沿触发的计数器；
所述边沿计数器的输入端连接所述脉冲宽度比较器中触发器的输出端，输出端输出唤醒信号。
本实施例中，边沿计数器30根据脉冲宽度比较器20的输出信号采用上升沿触发的计数器，也可以根据实际情况进行设置。边沿计数器30的输入端连接脉冲宽度比较器20中触发器的输出端Q，记录触发器的输出信号Vsp的次数，当边沿计数器30记录的脉冲次数达到设定阈值时，输出端输出唤醒信号。例如，设定阈值为5时，边沿计数器30记录Vsp的上升沿达到5次后，则输出唤醒信号。
综上所述，本发明实施中芯片唤醒电路包括依次连接的带通动态放大器、脉冲宽度比较器、边沿计数器，电路静态功耗为0，动态功耗较小。带通动态放大器包括带通滤波器、放大管；带通滤波器分别耦合到放大管的栅极和源极，可以有效过滤输入端的高低频信号干扰。当带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔，且边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值时，输出唤醒信号。带通滤波器的设置及芯片唤醒电路工作的条件能有效防止芯片唤醒电路误触发，从而避免了电池监测芯片误启动，实现了高效节能，延长了电池的使用寿命。
实施例二
参照图6，示出了本发明另一个实施例中的一种芯片唤醒方法的流程图。所述方法包括：
步骤201，检测芯片唤醒电路是否满足设定条件：带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔；边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值。
本实施例中，芯片唤醒电路通过实施例一得出。带通动态放大器的输入信号为差分低频信号，满足汽车电池监测芯片的使用频率；差模电平满足设定电平范围，即差分低频信号的电压达到放大管的开启电压。如果输入信号为共模信号，芯片唤醒电路不工作；如果差分低频信号的电压未达到放大管的开启电压，放大管未开启，芯片唤醒电路也不工作。所述带通动态放大器用于在差分低频信号为上升沿时输出端输出向上的脉冲信号，脉冲信号输入脉冲宽度比较器。
所述脉冲宽度比较器用于输出设定时间间隔的窗口信号和对所述带通动态放大器的输出信号进行采样。脉冲宽度比较器输出的应为有效宽度的脉冲信号，以便边沿计数器记录有效宽度的脉冲次数。因此，脉冲宽度比较器用于将所述带通动态放大器输出信号的上升沿和下降沿间隔设定时间，使输出信号的宽度达到有效宽度。同时，脉冲宽度比较器利用D触发器对Von进行采样，当Von在窗口内出现时输出高电平。
边沿计数器用于记录所述脉冲宽度比较器输出信号的脉冲次数，在所述脉冲次数达到设定阈值时输出唤醒信号。通常情况下，干扰信号不会同输入的差分低频信号一样，是有效的、持续的信号，因此，即使干扰信号通过带通动态放大器和脉冲宽度比较器到达边沿计数器，也会因为不是持续有效的信号而使边沿计数器记录的脉冲信号无法达到设定阈值，所以可以避免芯片唤醒电路误触发，有效防止电池监测芯片误启动。
步骤202，若满足所述设定条件，则输出唤醒信号。
本实施例中，当输入信号以及芯片唤醒电路的设置满足上述设定条件时，输出唤醒信号，以唤醒电池监测芯片进入工作状态。如果输入信号不满足设定条件，芯片唤醒电路不输出有效的唤醒信号。
综上所述，检测芯片唤醒电路是否满足设定条件：带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔；边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值；若满足设定条件，则输出唤醒信号。按照本发明实施例的方法设计的芯片唤醒电路，有多项防止误启动的机制，能有效防止芯片唤醒电路误触发，从而避免了电池监测芯片误启动，实现了高效节能，延长了电池的使用寿命。
需要说明的是，对于前述的方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明所必需的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。
在此提供的芯片唤醒方案不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造具有本发明方案的系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的芯片唤醒方案中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (9)

1.一种芯片唤醒电路，其特征在于，所述电路包括：
依次连接的带通动态放大器、脉冲宽度比较器、边沿计数器；
所述带通动态放大器包括带通滤波器、放大管；
所述带通滤波器分别耦合到所述放大管的栅极和源极，以过滤输入端的高低频信号干扰；
当所述带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围，所述脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔，且所述边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值时，输出唤醒信号；其中，所述边沿计数器记录脉冲次数的步骤包括：
所述带通动态放大器中的比较放大电路产生脉冲信号Vop和Von，并将所述脉冲信号传输至所述脉冲宽度比较器；
所述脉冲宽度比较器利用所述Vop产生一个窗口信号Vwindow；
所述脉冲宽度比较器中Von发生在所述Vwindow窗口内时，所述脉冲宽度比较器输出一个脉冲电平，并将所述脉冲电平输入所述边沿计数器中进行计数。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述带通动态放大器还包括：
反相器；
所述放大管的漏极通过所述反相器连接所述带通动态放大器的输出端。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述带通动态放大器中，连接所述差分低频信号正输入端的所述放大管与连接所述差分低频信号负输入端的所述放大管尺寸相同并且版图匹配；
所述带通动态放大器中，连接所述差分低频信号正输入端的电阻与连接所述差分低频信号负输入端的对应的电阻尺寸相同并且版图匹配；
所述带通动态放大器中连接所述差分低频信号正输入端的电容与连接所述差分低频信号负输入端的对应的电容尺寸相同并且版图匹配。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述脉冲宽度比较器包括：
两个单稳态多谐振荡电路、与门、触发器、延迟电路；
所述两个单稳态多谐振荡电路通过所述与门连接所述触发器的脉冲信号输入端；
所述触发器的输出端经过所述延迟电路连接所述触发器的复位端。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述边沿计数器采用上升沿触发的计数器；
所述边沿计数器的输入端连接所述脉冲宽度比较器中所述触发器的输出端，输出端输出唤醒信号。
6.一种芯片唤醒方法，其特征在于，所述方法包括：
检测芯片唤醒电路是否满足设定条件，其中所述芯片唤醒电路通过权利要求1-5中任一项得出，所述设定条件包括：带通动态放大器的输入信号为差分低频信号并且差模电平满足设定电平范围；脉冲宽度比较器输出的脉冲信号的上升沿和下降沿满足设定时间间隔；边沿计数器记录的脉冲次数达到设定阈值；
若满足所述设定条件，则输出唤醒信号。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述带通动态放大器用于在差分低频信号为上升沿时输出向上的脉冲信号。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脉冲宽度比较器用于输出设定时间间隔的窗口信号和对所述带通动态放大器的输出信号进行采样。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述边沿计数器用于记录所述脉冲宽度比较器输出信号的脉冲次数，在所述脉冲次数达到设定阈值时输出唤醒信号。
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