CN108809093A - 用于控制处理单元的电源的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于控制处理单元的电源的方法和装置。一种集成处理单元由存在于电容器的端子处的电源电压供电，该电容器被配置为供应最大允许电压降。生成周期小于或等于由最大允许电压降和处理单元的电流消耗确定的电流周期的周期性脉冲信号。以周期性脉冲信号的脉冲速率将电源电压与阈值电压相比较。从这个比较生成的控制信号被传送到处理单元，并且控制信号在电源电压大于或等于阈值电压时具有第一值并且在电源电压小于阈值电压时具有第二值。

Description

用于控制处理单元的电源的方法和装置

优先权声明

本申请要求于2017年5月4日提交的法国专利申请第1753917号的优先权，其公开内容在法律允许的最大程度上通过引用整体合并于此。

技术领域

本文中的实现和实施例涉及电子电路，尤其是那些包括一个或多个处理单元的电子电路，并且特别地涉及控制这种处理单元的电源。

背景技术

在电子电路中，处理单元通常由电容器的端子处的电源电压来供电。

但是，有一个临界电压阈值，低于这个阈值，处理单元将不能正常工作。例如，在电源故障的情况下，处理单元可能仅由根据处理单元的消耗而或多或少地快速放电的电容器来供电，并且因此电压降低到阈值以下。

因此，建议在达到这个阈值之前关闭或重新初始化处理单元，以便例如避免丢失信息或损坏处理单元。

存在用于监测处理单元的电源电压以及在检测阈值电压时关闭或重新初始化处理单元的解决方案。但是，这些解决方案具有显著的电流消耗，这在需要监测电源电压和低电流消耗两者的应用中可能是有问题的。

发明内容

在一个实现中，提供了一种用于监测诸如微控制器等处理单元的电源以便在电源达到阈值时通过限制由于这个监测引起的电流消耗来关闭或重新初始化上述微控制器的方法。

根据一个方面，提供了一种用于控制由存在于电容器的端子处的电源电压供电的集成处理单元的操作的方法，其中：限定电容器的端子处的最大允许电压降，生成周期性脉冲信号，该周期性脉冲信号具有的周期小于或等于根据所述最大允许电压降和处理单元的电流消耗确定的电流周期，以周期性脉冲信号的脉冲速率将所述电源电压与阈值电压相比较，以及向处理单元传送当电源电压大于或等于阈值电压时具有第一值并且当电源电压小于阈值电压时具有第二值的控制信号。

因此，通过以脉冲信号的脉冲速率而不是连续地比较电源电压，控制方法的电流消耗大大降低。

最大允许电压降可以被选择为小于阈值电压与小于阈值电压的临界电压之间的差值。

这尤其使得可以避免电源电压在脉冲信号的两个脉冲之间降低到临界电压以下，并且因此避免比较执行得太晚。

根据一个实施例，电源电压与阈值电压的比较包括将电源电压除以分压因子，并且将除得的电压与等于阈值电压除以所述分压因子的参考电压相比较。

这显然使得可以将除得的电压与更稳定的参考电压(例如，以本领域技术人员熟知的方式生成的带隙电压)相比较。

根据一个实施例，控制信号在跟随脉冲信号中的每个脉冲的出现的时间段之后生成。

处理单元可以被配置用于根据分别与处理单元的不同电流消耗相关联的不同操作模式来进行操作，并且脉冲信号的电流周期可以根据处理单元的电流操作模式来被调节。

脉冲信号的电流周期可以根据处理单元的温度和泄漏电流来被调节。

根据一个实施例，处理单元被提供有实时时钟信号，并且将脉冲信号的周期与实时时钟信号的周期相比较，并且保持两个周期中的较短的周期用于脉冲信号。

根据另一方面，提供了一种用于控制集成处理单元的操作的装置，包括：用于连接到处理单元的电源输入的电源端子；连接到电源端子的电容器；被配置为生成周期性脉冲信号的脉冲发生电路，周期性脉冲信号具有的周期小于或等于根据电容器的端子处的最大允许电压降和处理单元的电流消耗确定的电流周期；比较电路，被配置为以周期脉冲信号的脉冲速率将存在于电源端子处的电源电压与阈值电压相比较，并且向处理单元传送当电源电压大于或等于阈值电压时具有第一值并且当电源电压小于阈值电压时具有第二值的控制信号。

在控制装置的消耗与处理单元的消耗相比保持可忽略不计的情况下，脉冲信号的周期可以等于电流周期或者小于电流周期。

最大允许电压降可以小于阈值电压与小于阈值电压的临界电压之间的差值。

比较电路可以包括被配置用于将电源电压除以分压因子的分压器和被配置用于将除得的电压与等于阈值电压除以所述分压因子的参考电压相比较的比较器。

比较电路可以被配置为在跟随脉冲信号中的每个脉冲的发生的时间段之后传送控制信号。

这个时间段尤其对应于分压器的初始化时段，以便避免生成具有错误值的控制信号，例如，在所述值是在分压器的初始化期间生成的情况下。

根据一个实施例，处理单元被配置为根据分别与处理单元的不同电流消耗相关联的多个不同操作模式来进行操作，并且脉冲发生电路被配置为根据处理单元的电流操作模式来调节脉冲信号的电流周期。

脉冲发生电路可以被配置为根据处理单元的温度和因此泄漏电流来调节脉冲信号的电流周期。

处理单元可以被配置用于接收实时时钟信号，并且包括被配置为将脉冲信号的周期与实时时钟信号的周期相比较并且保持两个周期中的较短的周期用于脉冲信号的比较电路。

附图说明

本发明的其他优点和特征将在以绝非限制的方式对本发明的实现和实施例以及附图的详细描述进行检查时呈现，在附图中：

图1是处理单元的示意图；

图2是波形图；

图3是处理单元的示意图；

图4是处理单元的示意图；以及

图5是处理单元的示意图。

具体实施方式

图1是从包括耦合到电流源SC的电源端子BA的电源输入EA的处理单元UT(例如，微控制器)的电气观点来看的示意图。

电容器C耦合在电源端子BA与接地节点之间，并且尤其使得能够平滑处理单元UT的端子处的电压变化。

这里的处理单元UT包括电路装置DIS，电路装置DIS被配置用于管理电源电压中断的后果并且典型地防止处理单元UT在其电源电压小于或等于临界电压V_critical太低而无法正确操作时操作。

实际上，在电流源SC发生故障的情况下，处理单元UT可以仅由电容器C供电，电容器C尤其根据处理单元的电流消耗逐渐放电。因此，建议在电源电压(这里为电容器的端子处的电压V_c)达到临界电压V_critical之前关闭处理单元。

作为示例，电源电压V_c等于3伏，电容器C的电容C₁等于10微法，并且临界电压V_critical大约为1.6伏。

装置DIS包括比较电路MC，比较电路MC被配置用于比较电源电压与大于临界值V_critical的阈值V_threshold，并且只要电源电压V_c大于或等于阈值V_threshold，则生成具有第一值(例如，低逻辑状态)的控制信号RST，用于处理单元UT。如果电源电压变得小于阈值电压，则控制信号RST具有第二值，例如，高逻辑状态，导致处理单元UT例如停止其操作或被重新初始化。

作为示例，这里的阈值电压V_threshold等于1.7伏。

阈值电压V_threshold与临界电压V_critical之间的差值对应于安全余量。

如将在下面更详细地看到，与阈值电压的比较以周期性脉冲信号CK_hold的脉冲速率来执行。

这里的比较电路MC包括分压器P，其这里包括串联安装在电源输入与接地节点之间的两个电阻器R1、R2。

分压器P被配置用于传送两个电阻器R1和R2的公共节点NC处的中间电压V_i，中间电压V_i等于处理单元的电源电压除以分压因子，并且中间电压V_i耦合到比较器CMP的第一输入。

比较器CMP的第二输入被配置用于接收参考电压V_ref，参考电压V_ref等于阈值电压除以所述分压因子。

这个参考电压例如可以是以本领域技术人员熟知的方式生成的带隙电压。

然而，处理单元UT的电源电压可以直接与阈值电压V_threshold相比较。然而，使用带隙电压使得可以获取特别稳定的参考电压。

当中间电压V_i小于参考电压V_ref时，即，当电源电压V_c小于阈值电压V_threshold时，比较器CMP在AND逻辑门PL的输入处传送具有第二值的控制信号RST。

逻辑门PL包括被配置用于接收如将在下面看到的辅助脉冲信号ECH_B的第二输入，并且当逻辑门PL的第二输入处于高状态时，控制信号RST的逻辑值被复制到逻辑门PL的输出上。

如果逻辑门PL的第二输入处于低状态，则传送到处理单元UT的控制信号RST具有第一逻辑值，即，这里的零。

装置DIS包括脉冲发生电路MG，其这里包括时钟信号发生器GH，时钟信号发生器GH被配置用于传送具有电流周期T的周期性脉冲信号CK_hold并且耦合到定时电路MT。

定时电路MT被配置用于生成第一辅助脉冲信号ECH_A和第二辅助脉冲信号ECH_B。

这里的发生电路MG耦合到晶体管TR，晶体管TR本身耦合在第二电阻器R2与接地节点之间，晶体管TR的栅极被配置为接收辅助脉冲信号ECH_A。

如图2所示，定时电路MT被配置用于在接收到脉冲信号CK_hold的脉冲时生成具有第一持续时间(例如，30微秒)的第一辅助信号ECH_A的脉冲，并且在第一辅助脉冲信号ECH_A的生成之后的时间段(例如，15微秒)期满之后生成具有第二持续时间(例如，15微秒)的第二辅助信号ECH_B的脉冲。

定时电路MT是传统的并且本身是已知的，并且可以例如包括生成30微秒的脉冲的32千赫辅助时钟。

这里的第一辅助信号ECH_A被配置用于在处于高状态时将晶体管TR的栅极极化并且将其导通，并且将分压器P和比较器CMP开启(即，启用其操作)。

这里的第二辅助脉冲信号ECH_B被配置为用于在处于高状态时激活逻辑门PL并且因此使得可以传送控制信号RST的逻辑值。

相对于第一辅助脉冲信号的15微秒的延迟与分压器P和比较器CMP的初始化持续时间相对应，以便使公共节点NC处的电压V_i稳定。

这个延迟的持续时间有利地根据分压器P的电阻器的值及其相关联的电容(例如，其寄生电容)来限定。

有利地，这使得能够避免生成控制信号RST，控制信号RST例如在分压器P和比较器尚未完全初始化时生成并且因此将具有错误的值。

因此，装置DIS被配置用于仅响应于脉冲信号CK_hold的脉冲而执行比较，与连续地执行相同比较的装置相比，这有利地使得能够获得降低的电流消耗。

装置DIS的电流消耗I_d可以由等式定义

其中I_p是分压器的消耗，I_cmp是比较器的消耗，T_ECHA是信号ECH_A的脉冲的持续时间，T_c是脉冲信号CK_hold的周期。

作为一个变型，比较器可以仅在信号ECH_B的脉冲的持续时间期间开启。因此可以省去逻辑门PL的使用。

在这种情况下，装置DIS的消耗I_d可以由以下等式来定义：

其中T_ECHB是信号ECH_B的脉冲的持续时间。

然而，有利的是，尤其是在集成密度方面，设计比较器使得其消耗I_cmp远低于分压器P的消耗I_p。在这种情况下，这两种解决方案之间的消耗差异非常小，或者甚至是可忽略的。

如前所述，如果在比较期间电源电压V_c小于阈值电压V_threshold，则比较电路MC生成具有第二值的控制信号RST用于处理单元UT，处理单元UT然后被关断。

然而，可能的是，在参考脉冲信号CK_hold的脉冲期间，电压V_c稍微大于阈值电压V_threshold并且电容器C的端子处的电压降使得电压V_c在参考脉冲信号CK_hold的下一脉冲的生成之前下降到低于阈值电压V_threshold。

因此，在电容器C的端子处定义了最大允许电压降Δv。理论上，这个最大允许电压降Δv等于阈值电压V_threshold与临界电压V_critical之间的差值，但是出于明显的安全原因，这个电压降Δv有利地被选择为小于阈值电压V_threshold与临界电压V_critical之间的差值。作为示例，这里的允许电压降Δv是4毫伏。

脉冲信号CK_hold的电流周期T_c根据以下公式与定义的这个最大允许电压Δv相关联

其中C₁是电容器C的电容，ΔV是允许电压降，并且I_c是处理单元的电流消耗。

图3示出了一个实施例，其中处理单元UT被配置用于根据三个不同的操作模式进行操作，每个不同的操作模式与处理单元UT的可以例如通过模拟来确定的不同的电流消耗相关联。

例如，处理单元UT可以根据导致高电流消耗(这里是20微安)的第一操作模式进行操作，根据导致平均电流消耗(例如，2微安)的第二操作模式进行操作，以及在导致低电流消耗(例如，100纳安)的待机模式中进行操作。

在这个实施例中，脉冲CK_hold的发生器GH经由第一开关int0耦合到定时电路MT。

脉冲发生电路MG包括经由第二开关int1连接到定时电路MT的第一分频器DIV1和经由耦合在发生器GH与定时电路MT之间的第三开关int2连接到定时电路MT的第二分频器DIV2。

开关int0、int1和int2被配置为激活分频器DIV1和DIV2，并且在这里为了简化目的而示意性地使用。实际上，分频器DIV1和DIV2可以由任何类型的激活电路来激活。

开关int0、int1和int2例如由处理单元UT控制。

第一分频器DIV1被配置用于接收脉冲信号CK_hold并且传送第一分频脉冲信号H1，第一分频脉冲信号H1的频率等于初始脉冲信号CK_hold的频率除以第一因子，例如，这里的10。

第二分频器DIV2被配置用于接收第一分频脉冲信号H1并且传送第二分频脉冲信号H2，第二分频脉冲信号H2的频率等于第一分频脉冲信号H1的频率除以第二因子，例如，20。

当处理单元UT处于第一操作模式时，第二开关int1和第三开关int2断开并且第一开关int0闭合。分频器DIV1和DIV2不激活，并且定时电路MT接收具有周期T_c的初始脉冲信号CK_hold。

当处理单元处于其第二操作模式时，第一开关int0和第三开关int2断开并且第二开关int1闭合。只有第一分频器DIV1被激活，并且定时电路MT接收第一分频脉冲信号H1。

当处理单元UT处于待机状态时，第一开关int0断开，并且第二开关int1和第三开关int2闭合。第一分频器DIV1和第二分频器DIV2被激活，并且定时电路MT接收第二分频脉冲信号H2，第二分频脉冲信号H2的频率等于脉冲信号CK_hold的频率除以第一因子与第二因子的乘积。

因此，根据处理单元UT的电流消耗，可以调节被传送到定时电路MT的脉冲信号的频率和因此周期，以及与阈值电压执行的比较的脉冲速率。

这里，与第一操作模式相关联的周期是2毫秒，与第二操作模式相关联的周期是20毫秒，并且与待机模式相关联的周期是400毫秒。

传送到与每个操作模式相关联的定时电路MT的并且如上所述确定的脉冲信号的电流周期实际上是针对给定的Δv(例如，4mV)定义的最大值。但是，对于给定的操作模式，例如第二模式，这个电流周期(20ms)可以保持为用于另一操作模式(例如，待机模式)的周期，另一操作模式提供较长的电流周期(400ms)，条件是在这个另一操作模式中，用于监测电源的监测装置DIS的平均消耗与处理单元UT的电流消耗相比保持可忽略。在这种情况下，可以省去至少一些分频器。

在处理单元UT的操作期间，来自处理单元的泄漏电流可能导致电容器C的端子处的电压V_c不稳定，电容器C然后将与电流源SC断开连接。

这些泄漏电流可以例如对应于来自处理单元UT的晶体管以及处理单元UT的组件的P和N结的泄漏电流，并且根据处理单元UT的温度呈指数地变化。因此，这些泄漏在比环境温度(一般为25摄氏度)高的温度(例如，125摄氏度)下较大。

此外，根据制造处理单元UT的方法的技术变化，处理单元UT的组件的N结的泄漏电流可以不同于P结的泄漏电流。

因此建议在处理单元UT的消耗中考虑这些泄漏电流，以便最佳地改变周期性脉冲信号CK_hold的周期T。

因此，如图4所示，发生器GH包括电流发生器电路M1，电流发生器电路M1被配置用于生成代表来自处理单元UT的至少一个泄漏电流的至少一个主电流IPR，并且将所述至少一个主电流IPR传送给耦合在电路M1与接地节点之间的辅助电容器C_x。

例如，电路M1可以包括并联的非常大数目的结。

与辅助电容器C_x并联耦合的脉冲发生器电路BLC1被配置用于当辅助电容器C_x的端子处的电压达到特定阈值时生成电流脉冲，并且放电电路BLC2被配置用于使辅助电容器C_x在脉冲发生器电路BLC1每次生成脉冲时放电。因此在操作中，泄漏电流越大，脉冲速率越高。

这样由脉冲发生器电路BLC1生成的脉冲在这里形成脉冲信号CK_hold。

因此，处理单元UT的温度越高，泄漏电流越大，并且因此主电流IPR越大，并且初始脉冲信号CK_hold的周期越短。

参考脉冲信号CK_hold的周期因此有利地根据处理单元的泄漏电流来被适配，这实现了装置DIS的更高精度。

例如，在法国专利申请公开号3014266(通过引用并入)中更全面地描述了用于M1、BLC1、BLC2和C_x的电路，并且本领域技术人员将能够将其用于任何有用的目的。

根据图5所示的一个实施例，处理单元UT被配置用于接收实时时钟信号HTR，以在传统上允许处理单元UT对时间进行精确测量。信号HTR的周期可以根据温度而变化。

这里的脉冲发生电路MG包括比较电路CMP2，例如，第二比较器或多路复用器，比较电路CMP2耦合在脉冲信号发生器GH与定时电路MT之间，被配置用于接收周期性脉冲信号CK_hold或可选地接收脉冲信号H1或H2以及实时时钟信号HTR并且向定时电路传送脉冲信号，脉冲信号的周期等于周期性脉冲信号CK_hold的周期或可选地信号H1或H2的周期与实时时钟信号HTR的周期之间的最短周期。

有利的是，这使得能够设置用于对装置DIS的比较进行定时的最大周期。在这种情况下，比较可以被定时在小于周期性脉冲信号CK_hold的电流周期T_c的周期处。

尽管先前已经结合图1至图5给出了对包括用于避免生成具有错误值的控制信号RST的逻辑门PL的装置的描述，但是可以设想使用任何其他电路装置以便不生成具有错误值的控制信号RST，例如，锁存器、多路复用器或集成到比较器CMP中的电路。

尽管已经结合图2给出了对被配置用于生成共享相同时间范围的第一辅助信号ECH_A的脉冲和第二辅助信号ECH_B的脉冲的定时电路MT的描述，但是也可能的是，定时电路MT被配置用于生成具有例如15微秒的持续时间的第三辅助信号的脉冲、在第三信号的脉冲的下降沿生成的第二辅助信号ECH_B的脉冲、以及这里持续时间等于第二辅助信号和第三辅助信号的持续时间之和的第一辅助信号ECH_A的脉冲。

Claims (14)

1.一种用于控制由存在于电容器的端子处的电源电压供电的集成处理单元的操作的方法，其中所述电容器的所述端子处的最大允许电压降被限定，所述方法包括：

生成周期性脉冲信号，所述周期性脉冲信号具有的周期小于或等于根据所述最大允许电压降和所述处理单元的电流消耗确定的电流周期，

以所述周期性脉冲信号的脉冲速率将所述电源电压与阈值电压相比较，以及

生成用于向所述处理单元传送的控制信号，所述控制信号在所述电源电压大于或等于所述阈值电压时具有第一值并且在所述电源电压小于所述阈值电压时具有第二值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述最大允许电压降小于所述阈值电压与小于所述阈值电压的临界电压之间的差值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述电源电压与所述阈值电压相比较包括将所述电源电压除以分压因子，并且将除得的电压与参考电压相比较，所述参考电压等于所述阈值电压除以所述分压因子。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在跟随所述脉冲信号中的每个脉冲的出现的时间段之后生成所述控制信号。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理单元被配置用于根据分别与所述处理单元的不同电流消耗相关联的不同操作模式来进行操作，并且所述方法进一步包括根据所述处理单元的电流操作模式来调节所述脉冲信号的电流周期。

6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括根据所述处理单元的温度和泄漏电流来调节所述脉冲信号的电流周期。

7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：

接收用于所述处理单元的实时时钟信号；

将所述脉冲信号的周期与所述实时时钟信号的周期相比较；以及

保持所述两个周期中的较短的周期用于所述脉冲信号的生成。

8.一种用于控制集成处理单元的操作的装置，所述处理单元包括用于连接到所述处理单元的电源输入的电源端子和连接到所述电源端子的电容器，所述装置包括：

脉冲发生电路，被配置为生成周期性脉冲信号，所述周期性脉冲信号具有的周期小于或等于根据所述电容器的端子处的最大允许电压降和所述处理单元的电流消耗确定的电流周期，

比较电路，被配置为以所述周期性脉冲信号的脉冲速率将存在于所述电源端子处的电源电压与阈值电压相比较，并且向所述处理单元传送当所述电源电压大于或等于所述阈值电压时具有第一值并且当所述电源电压小于所述阈值电压时具有第二值的控制信号。

9.根据权利要求8所述的装置，其中所述最大允许电压降小于所述阈值电压与小于所述阈值电压的临界电压之间的差值。

10.根据权利要求8所述的装置，其中所述比较电路包括：

分压器，被配置为将所述电源电压除以分压因子；以及

比较器，被配置为将除得的电压与参考电压相比较，所述参考电压等于所述阈值电压除以所述分压因子。

11.根据权利要求8所述的装置，进一步包括延迟电路，所述延迟电路被配置为延迟来自所述比较电路的所述控制信号的传送，直到跟随所述脉冲信号中的每个脉冲的出现的时间段之后。

12.根据权利要求8所述的装置，其中所述处理单元被配置用于根据分别与所述处理单元的不同电流消耗相关联的不同操作模式来进行操作，并且其中所述脉冲发生电路被配置为根据所述处理单元的电流操作模式来调节所述脉冲信号的电流周期。

13.根据权利要求8所述的装置，其中所述脉冲发生电路进一步被配置为根据所述处理单元的温度和泄漏电流来调节所述脉冲信号的电流周期。

14.根据权利要求8所述的装置，其中所述处理单元被配置为接收实时时钟信号，并且所述装置进一步包括比较电路，所述比较电路被配置为将所述脉冲信号的周期与所述实时时钟信号的周期相比较并且保持所述两个周期中的较短的周期用于所述脉冲信号。