CN109522148B - 一种低功耗看门狗电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低功耗看门狗电路，充能模块、储能模块、信号触发模块以及泄能开关模块；充能模块与储能模块连接以为储能模块充电；信号触发模块与储能模块连接以在储能模块储能达到阈值时产生并输出看门狗信号；泄能开关模块包括输入端、输出端以及控制端，泄能开关模块的输入端与储能模块连接，泄能开关模块的输出端接地，泄能开关模块的控制端与信号触发模块的输出端连接以根据控制泄能开关模块导通；本设计电路结构简单，在储能模块充能的过程中，信号触发模块处于静态，而储能模块只会储备小量的电能，功耗大大降低，同时，利用产生的看门狗信号来泄放储备的电能，使得本设计整个系统处于稳态，自动调整工作稳定性大大提高。

Description

一种低功耗看门狗电路
技术领域
本发明涉及电子电路领域，特别是一种看门狗信号触发电路。
背景技术
传统的看门狗电路，一般由晶振、定时器等元件构成，外部电源不断为各个元件供电，整个看门狗电路的各个元件都在运行的，需要不同程度地消耗电能，因此造成功耗较大，电路复杂。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种通过储能模块的储电过程来延时的看门狗电路，在储能模块的储电过程中，后续的电路元件处于静态，没有电能的消耗，在符合要求地产生看门狗信号的基础上，降低功耗，电路简单。
本发明采用的技术方案是：
一种低功耗看门狗电路，包括：
充能模块以及储能模块，充能模块与储能模块连接以为储能模块充电；
信号触发模块，与储能模块连接以在储能模块储能达到阈值时产生并输出看门狗信号；
泄能开关模块，泄能开关模块包括输入端、输出端以及控制端，泄能开关模块的输入端与储能模块连接，泄能开关模块的输出端接地，泄能开关模块的控制端与信号触发模块的输出端连接以根据控制泄能开关模块导通。
所述信号触发模块包括信号放大单元、整形单元以及信号生成单元，信号放大单元与储能模块连接以对储能模块储能达到阈值时产生的触发信号放大，整形单元与信号放大单元连接以对放大后的触发信号整形，信号生成单元与整形单元连接以根据触发信号产生看门狗信号，泄能开关模块的控制端与信号生成单元的输出端连接。
所述信号放大单元包括N沟道的晶体管MOS5、N沟道的晶体管MOS7、N沟道的晶体管MOS9、N沟道的晶体管MOS10、P沟道的晶体管MOS11以及P沟道的晶体管MOS12；
晶体管MOS5的栅极与储能模块连接以获取触发信号；
晶体管MOS5的漏极、晶体管MOS11的源极以及晶体管MOS12的源极均接入外部电源；
晶体管MOS5的源极分别与晶体管MOS7的漏极、晶体管MOS7的栅极、晶体管MOS9的栅极连接；
晶体管MOS9的漏极分别与晶体管MOS11的漏极以及晶体管MOS10的栅极连接；
晶体管MOS7的源极、晶体管MOS9的源极以及晶体管MOS10的源极均接地；
晶体管MOS11的栅极与晶体管MOS12的栅极均与充能模块连接；
晶体管MOS12的源极与晶体管MOS10的漏极并且输出放大后的触发信号。
所述信号放大单元还包括N沟道晶体管MOS8，晶体管MOS8的漏极与晶体管MOS9的栅极连接，晶体管MOS8的栅极与信号生成单元的输出端连接，晶体管MOS8的源极接地。
所述整形单元包括反相器U2以及反相器U3，反相器U2的输入端与信号放大单元的输出端连接，反相器U3的输入端与反相器U2的输出端连接，反相器U3的输出端与信号生成单元连接。
所述信号生成单元包括锁存器以及延时部件，锁存器的其一输入端与整形单元的输出端连接，锁存器的其一输出端与延时部件的输入端连接，延时部件的输出端与锁存器的另一输入端连接，锁存器的另一输出端产生看门狗信号并且锁存器的另一输出端与泄能开关模块的控制端连接。
所述锁存器包括第一或非门以及第二或非门，所述信号生成单元还包括非门U5，第一或非门的其一输入端与整形单元的输出端连接，第一或非门的输出端分别与第二或非门的其一输入端、延时部件的输入端连接，延时部件的输出端和非门U5的输入端连接，非门U5的输出端与第二或非门的另一输入端连接，第二或非门的输出端分别与第一或非门的的另一输入端、泄能开关模块的控制端连接并且输出看门狗信号。
所述泄能开关模块包括N沟道晶体管MOS6，晶体管MOS6的漏极与储能模块连接，晶体管MOS6的栅极与信号生成单元的输出端连接，晶体管MOS6的源极接地。
所述储能模块由电容构成。
所述充能模块包括N沟道的晶体管MOS1、N沟道的晶体管MOS3、P沟道的晶体管MOS2以及P沟道的晶体管MOS4；
外部电源与晶体管MOS1的漏极连接以提供电流源；
晶体管MOS3的栅极分别与晶体管MOS1的栅极、晶体管MOS1的漏极连接；
晶体管MOS1以及晶体管MOS3的源极均接地；
晶体管MOS3的漏极分别与晶体管MOS2的漏极、晶体管MOS2的栅极以及晶体管MOS4的栅极连接；
晶体管MOS2的源极以及晶体管MOS4的源极接入外部电源；
晶体管MOS4的漏极与储能模块连接。
本发明的有益效果：
本发明看门狗电路，通过充能模块为储能模块充电，当储能模块储能达到阈值，触发信号触发模块产生看门狗信号，同时泄能开关模块根据看门狗信号的产生来导通，泄放储能模块中储存的电能，电路结构简单，在储能模块充能的过程中，信号触发模块处于静态，各个元件都没有工作，在延时产生同一时间间隔的看门狗信号的基础上，延时的功能大部分由充能过程来实现，而传统的看门狗电路则需要定时器等部件不停运行来实现延时，而储能模块只会储备小量的电能，相比于传统支撑整个看门狗电路工作的电能，功耗大大降低，同时，利用产生的看门狗信号来泄放储备的电能，使得本设计整个系统处于稳态，自动调整工作稳定性大大提高。
信号触发单元由信号放大单元和整形单元构成，通过对触发信号的放大以及整形，能够提高信号的稳定性，抗噪声能力强。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明看门狗电路的电路示意图。
图2是本发明看门狗电路各个点信号的波形示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，一种低功耗看门狗电路，包括：
充能模块1以及储能模块2，充能模块1与储能模块2连接以为储能模块2充电；
信号触发模块3，与储能模块2连接以在储能模块2储能达到阈值时产生并输出看门狗信号；
泄能开关模块4，泄能开关模块4包括输入端、输出端以及控制端，泄能开关模块4的输入端与储能模块2连接，泄能开关模块4的输出端接地，泄能开关模块4的控制端与信号触发模块3的输出端连接以根据控制泄能开关模块4导通。
其中，储能模块2由至少一个电容构成，如图1所示，储能模块2包括电容C1，电容一端与充能模块1的输出端连接，电容C1的另一端接地，本设计通过充能模块1为储能模块2充电，当储能模块2储能达到阈值，触发信号触发模块3产生看门狗信号，同时泄能开关模块4根据看门狗信号的产生来导通，泄放储能模块4中储存的电能，电路结构简单，在储能模块2充能的过程中，信号触发模块3处于静态，各个元件都没有工作，在延时产生同一时间间隔的看门狗信号的基础上，延时的功能大部分由充能过程来实现，而传统的看门狗电路则需要定时器等部件不停运行来实现延时，而储能模块只会储备小量的电能，相比于传统支撑整个看门狗电路工作的电能，功耗大大降低，同时，利用产生的看门狗信号来泄放储备的电能，使得本设计整个系统处于稳态，自动调整工作稳定性大大提高。
而本设计充能模块1有多种形式，可以由一电源持续为储能模块2充电，而本设计优选实施例中，充能模块1包括N沟道的晶体管MOS1、N沟道的晶体管MOS3、P沟道的晶体管MOS2以及P沟道的晶体管MOS4；
外部电源与晶体管MOS1的漏极连接以提供电流源；
晶体管MOS3的栅极分别与晶体管MOS1的栅极、晶体管MOS1的漏极连接；
晶体管MOS1以及晶体管MOS3的源极均接地；
晶体管MOS3的漏极分别与晶体管MOS2的漏极、晶体管MOS2的栅极以及晶体管MOS4的栅极连接；
晶体管MOS2的源极以及晶体管MOS4的源极接入外部电源；
晶体管MOS4的漏极与储能模块2连接。
此处通过MOS1、MOS2、MOS3驱动MOS4的运行，在MOS4导通时，外部电源持续为电容C2供电。
而本设计的泄能开关模块4包括N沟道晶体管MOS6，晶体管MOS6的漏极与储能模块2连接，晶体管MOS6的栅极与信号触发模块3的输出端连接，晶体管MOS6的源极接地，当产生了开门狗信号，晶体管MOS6的栅极受到开门信号的触发，进而导通，泄放储能模块4上的电能，从而复位本电路。
进一步说明，本申请的开关管采用了MOS管，实际上可以采用三极管或者其他电控导通元件来构成，同时上下文中所述的N沟道MOS管和P沟道MOS管只是本设计的其中一种实施方式，根据电路的简单变化，N沟道MOS管和P沟道MOS管之间可以相互替换。
信号触发模块3包括信号放大单元31、整形单元32以及信号生成单元33，信号放大单元31与储能模块2连接以对储能模块2储能达到阈值时产生的触发信号放大，整形单元32与信号放大单元31连接以对放大后的触发信号整形，信号生成单元33与整形单元32连接以根据触发信号产生看门狗信号，泄能开关模块4的控制端与信号生成单元33的输出端连接。
其中，在储能模块2不断充能的过程中，电压逐渐升高，此处可连接以电压控制的开关管，在电压升高到能够触发开关管导通的条件时，开关管导通，从而产生触发信号，具体的结构有多种，此处不一一赘述，进一步地，获取此信号，能够将其进行放大处理。
本设计信号放大单元31优选实施例中，包括N沟道的晶体管MOS5、N沟道的晶体管MOS7、N沟道的晶体管MOS9、N沟道的晶体管MOS10、P沟道的晶体管MOS11以及P沟道的晶体管MOS12；
晶体管MOS5的栅极与储能模块连接以获取触发信号；
晶体管MOS5的漏极、晶体管MOS11的源极以及晶体管MOS12的源极均接入外部电源；
晶体管MOS5的源极分别与晶体管MOS7的漏极、晶体管MOS7的栅极、晶体管MOS9的栅极连接；
晶体管MOS9的漏极分别与晶体管MOS11的漏极以及晶体管MOS10的栅极连接；
晶体管MOS7的源极、晶体管MOS9的源极以及晶体管MOS10的源极均接地；
晶体管MOS11的栅极与晶体管MOS12的栅极均与充能模块1连接，此处为与MOS4的栅极连接，使得MOS11和MOS12处于导通的状态；
晶体管MOS12的源极与晶体管MOS10的漏极并且输出放大后的触发信号。
而此处的MOS7用于驱动MOS9运行，进一步地，信号放大单元31还包括N沟道晶体管MOS8，晶体管MOS8的漏极与晶体管MOS9的栅极连接，晶体管MOS8的栅极与信号生成单元33的输出端连接，晶体管MOS8的源极接地，当产生看门狗信号时，看门狗信号也能使得MOS8导通，从而使得MOS9的栅极电平拉低，关断信号放大电路以及后方电路的工作。
而整形单元32有多种形式，可以通过简单的RC电路或者比较器构成的电路来实现，而本设计整形单元32包括反相器U2以及反相器U3，反相器U2的输入端与信号放大单元31的输出端连接，反相器U3的输入端与反相器U2的输出端连接，反相器U3的输出端与信号生成单元连接，此处将信号波形整形为方波形式，作为数字信号输出。
本设计通过对触发信号的放大以及整形，能够提高信号的稳定性，抗噪声能力强。
进一步地，对于看门狗电路的生成，本设计信号生成单元33包括锁存器331以及延时部件332，锁存器331的其一输入端与整形单元32的输出端连接，锁存器331的其一输出端与延时部件332的输入端连接，延时部件332的输出端与锁存器331的另一输入端连接，锁存器331的另一输出端产生看门狗信号并且锁存器331的另一输出端与泄能开关模块4的控制端连接。
其中，此处的延时部件332可以由RC部件来构成，只需小段时间来配合锁存器331生成看门狗信号。
作为其一实施例，锁存器331包括第一或非门以及第二或非门，信号生成单元33还包括非门U5，第一或非门的其一输入端与整形单元32的输出端连接，第一或非门的输出端分别与第二或非门的其一输入端、延时部件332的输入端连接，延时部件332的输出端和非门U5的输入端连接，非门U5的输出端与第二或非门的另一输入端连接，第二或非门的输出端分别与第一或非门的的另一输入端、泄能开关模块4的控制端连接并且输出看门狗信号。
进一步地，在信号生成单元33的输出端(即第二或非门的输出端)处还串联有非门U7和非门U8，进一步地对信号整形，同时隔离外部的噪声干扰，提高抗噪性能。
本设计电路的工作流程为，结合图1和图2，充能模块为电容C1充能，电容C1的储能逐步提高，即A点电压抬高，到达阈值触发MOS5导通，即B点电压抬高，从而MOS9导通，拉低MOS10的栅极电压，即C点电压拉低，MOS10截止，通过到反相器U2和反相器U3产生高电平方波信号，即D点，初始状态下，G点电平为0，第一或非门的其一输入端输入高电平，使得第一或非门的输出端由1转为输出0，即E点电平，而第二或非门的另一输入端电平则从1转为0，从而第二或非门的输出端电平从0转为1，即G点电平(或者输出Vout)，产生看门狗信号的上升沿，而此时触发MOS6和MOS8导通，经过延时部件延时，以及非门U8信号翻转为1，即F点电平，第二或非门的其一输入端输入由0转为1，从而使得第二或非门的输出端电平从1转为0，产生看门狗信号的下降沿，完成看门狗信号的产生，即G点输出Vout，同时使得MOS6和MOS8截止，整个看门狗电路复位，形成一次循环，本设计自动循环运行，工作稳定，匹配性能良好，抗干扰能力强。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低功耗看门狗电路，其特征在于,包括：
充能模块以及储能模块，充能模块与储能模块连接以为储能模块充电；
信号触发模块，与储能模块连接以在储能模块储能达到阈值时产生并输出看门狗信号；
泄能开关模块，泄能开关模块包括输入端、输出端以及控制端，泄能开关模块的输入端与储能模块连接，泄能开关模块的输出端接地，泄能开关模块的控制端与信号触发模块的输出端连接以根据看门狗信号控制泄能开关模块导通；
所述信号触发模块包括信号放大单元、整形单元以及信号生成单元，信号放大单元与储能模块连接以对储能模块储能达到阈值时产生的触发信号放大，整形单元与信号放大单元连接以对放大后的触发信号整形，信号生成单元与整形单元连接以根据触发信号产生看门狗信号，泄能开关模块的控制端与信号生成单元的输出端连接；
所述信号生成单元包括锁存器以及延时部件，锁存器的其一输入端与整形单元的输出端连接，锁存器的其一输出端与延时部件的输入端连接，延时部件的输出端与锁存器的另一输入端连接，锁存器的另一输出端产生看门狗信号并且锁存器的另一输出端与泄能开关模块的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述信号放大单元包括N沟道的晶体管MOS5、N沟道的晶体管MOS7、N沟道的晶体管MOS9、N沟道的晶体管MOS10、P沟道的晶体管MOS11以及P沟道的晶体管MOS12；
晶体管MOS5的栅极与储能模块连接以获取触发信号；
晶体管MOS5的漏极、晶体管MOS11的源极以及晶体管MOS12的源极均接入外部电源；
晶体管MOS5的源极分别与晶体管MOS7的漏极、晶体管MOS7的栅极、晶体管MOS9的栅极连接；
晶体管MOS9的漏极分别与晶体管MOS11的漏极以及晶体管MOS10的栅极连接；
晶体管MOS7的源极、晶体管MOS9的源极以及晶体管MOS10的源极均接地；
晶体管MOS11的栅极与晶体管MOS12的栅极均与充能模块连接；
晶体管MOS12的源极与晶体管MOS10的漏极并且输出放大后的触发信号。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述信号放大单元还包括N沟道晶体管MOS8，晶体管MOS8的漏极与晶体管MOS9的栅极连接，晶体管MOS8的栅极与信号生成单元的输出端连接，晶体管MOS8的源极接地。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述整形单元包括反相器U2以及反相器U3，反相器U2的输入端与信号放大单元的输出端连接，反相器U3的输入端与反相器U2的输出端连接，反相器U3的输出端与信号生成单元连接。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述锁存器包括第一或非门以及第二或非门，所述信号生成单元还包括非门U5，第一或非门的其一输入端与整形单元的输出端连接，第一或非门的输出端分别与第二或非门的其一输入端、延时部件的输入端连接，延时部件的输出端和非门U5的输入端连接，非门U5的输出端与第二或非门的另一输入端连接，第二或非门的输出端分别与第一或非门的另一输入端、泄能开关模块的控制端连接并且输出看门狗信号。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述泄能开关模块包括N沟道晶体管MOS6，晶体管MOS6的漏极与储能模块连接，晶体管MOS6的栅极与信号生成单元的输出端连接，晶体管MOS6的源极接地。
7.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述储能模块由电容构成。
8.根据权利要求1所述的一种低功耗看门狗电路，其特征在于：所述充能模块包括N沟道的晶体管MOS1、N沟道的晶体管MOS3、P沟道的晶体管MOS2以及P沟道的晶体管MOS4；
外部电源与晶体管MOS1的漏极连接以提供电流源；
晶体管MOS3的栅极分别与晶体管MOS1的栅极、晶体管MOS1的漏极连接；
晶体管MOS1以及晶体管MOS3的源极均接地；
晶体管MOS3的漏极分别与晶体管MOS2的漏极、晶体管MOS2的栅极以及晶体管MOS4的栅极连接；
晶体管MOS2的源极以及晶体管MOS4的源极接入外部电源；
晶体管MOS4的漏极与储能模块连接。
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