CN109586396A - 一种支持双电源供电的电源管理供电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种支持双电源供电的电源管理供电装置；本发明包括并联的电池供电单元和电磁场感应供电单元，电池供电单元和电磁场感应供电单元均与稳压电路电性连接；本发明同时支持电池和电磁场感应对芯片供电，不同的供电电路采用二极管来防止电流倒灌；本发明供电模式实现简单、配置方便灵活，其为物联网应用、设备配置应用、射频标签应用等提供了稳定可靠的电源供电，具备良好的适应性和实用性。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种支持双电源供电的电源管理供电装置。
背景技术
目前物联网和电子标签技术其应用范围极为广阔，而物联网节点设备和RFID标签的需求也是海量市场。物联网市场中，很多设备对功耗及成本十分敏感，一般只会选用众多无线技术中的一种作为其通信方式。对于物联网中的无线技术的发展，在MCU中集成一些无线通信功能是未来的发展趋势。物联网产品往往需要电池供电，因此必须要求是低功耗的，超低功耗MCU+无线收发器将成为适用于电池供电、小体积的智能家居、RFID、网络传感器、安全和访问控制、资产跟踪、远距离控制等无线连接产品。
在上述物联网和RFID应用中，对物联网和RFID内芯片进行低功耗电源供电，如果单纯采用电池供电，供电方式比较单一，且故障率也会更高，出现故障后没有必用的供电，将极大影响其工作。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其同时支持电池和电磁场感应对芯片供电，不同的供电电路采用二极管来防止电流倒灌。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种支持双电源供电的电源管理供电装置，用于给芯片供电，所述芯片内设置有串联的用于产生电源供电电压的稳压电路和用于进行供电的电源管理功能模块，其中，包括并联的电池供电单元和电磁场感应供电单元，所述电池供电单元和电磁场感应供电单元均与所述稳压电路电性连接；当所述电池供电单元产生的电压大于或等于所述电磁场感应供电单元产生的电压时，所述电池供电单元工作，所述电磁场感应供电单元停止工作；当所述电池供电单元产生的电压小于所述电磁场感应供电单元产生的电压时，所述电磁场感应供电单元工作，所述电池供电单元停止工作；
作为本发明的一种改进，所述电池供电单元包括串联的用于与电池接触电性连接的接触/电池供电端、用于可进行电压翻转复位的上电复位电路、用于控制PMOS电源开关通断的开关电路、PMOS电源开关和一个顺着所述接触/电池供电端正向导通的第一二极管；其中，所述接触/电池供电端与所述PMOS电源开关电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述电磁场感应供电单元包括串联的13.56M天线、用于对所述13.56M天线产生的电压进行整流、稳压的谐振/整流/限幅/稳压电路和一个顺着所述13.56M天线的场供电方向的第二二极管。
作为本发明的更进一步改进，所述电池供电单元还包括用于对所述开关电路进行定时唤醒的休眠管理电路，所述休眠管理电路包括定时器，当定时器内的时钟计时与预置的时间匹配后，进行定时中断，产生休眠信号至所述开关电路。
作为本发明的更进一步改进，所述开关电路包括串联的用于将不同信号的电压域转换成与所述开关电路相同的电压域的电平转换器、用于将所述电平转换器转换后的信号同步到所述开关电路的时钟域的时钟同步器、用于进行与运算的与门和用于导通所述PMOS电源开关的D触发器。
作为本发明的更进一步改进，所述上电复位电路内根据芯片的工作电压设定有复位翻转电压值和迟滞电压值。
作为本发明的更进一步改进，所述PMOS电源开关内设置有并联的若干个PMOS管。
作为本发明的更进一步改进，所述电磁场感应供电单元还包括用于发送进场指示信号给所述电池供电单元的进场信号产生电路，所述进场信号产生电路与所述谐振/整流/限幅/稳压电路电性连接。
作为本发明的更进一步改进，所述电磁场感应供电单元还包括用于检测所述电磁场感应供电单元产生的电压是否达到设定电压值的电压检测电路，所述电压检测电路分别与所述稳压的谐振/整流/限幅/稳压电路、第二二极管电性连接。
作为本发明的更进一步改进，所述第一二极管采用正向导通电压为1.5V～2V的二极管。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明其同时支持电池和电磁场感应对芯片供电，不同的供电电路采用二极管来防止电流倒灌；本发明供电模式实现简单、配置方便灵活，其为物联网应用、设备配置应用、射频标签应用等提供了稳定可靠的电源供电，具备良好的适应性和实用性。
附图说明
图1为本发明的电源管理供电装置的内部电路连接示意图；
图2为本发明的开关电路的内部电路连接示意图；
图3为本发明的第一二极管、第二二极管与稳压电路的电路连接示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明提供一种支持双电源供电的电源管理供电装置，用于给芯片供电，芯片内设置有串联的用于产生电源供电电压的稳压电路和用于进行供电的电源管理功能模块。
如图1所示，本发明一种支持双电源供电的电源管理供电装置包括并联的电池供电单元和电磁场感应供电单元，电池供电单元和电磁场感应供电单元均与稳压电路电性连接。
当所述电池供电单元产生的电压大于或等于所述电磁场感应供电单元产生的电压时，所述电池供电单元工作，所述电磁场感应供电单元停止工作。
当所述电池供电单元产生的电压小于所述电磁场感应供电单元产生的电压时，所述电磁场感应供电单元工作，所述电池供电单元停止工作。
如图1所示，电池供电单元包括串联的用于与电池接触电性连接的接触/电池供电端、用于可进行电压翻转复位的上电复位电路、用于控制PMOS电源开关通断的开关电路、PMOS电源开关和一个顺着所述接触/电池供电端正向导通的第一二极管；其中，接触/电池供电端与PMOS电源开关电性连接；接触/电池供电端与电池接触电性连接，输入电源电压，上电复位电路进行电压翻转复位，开关电路控制PMOS电源开关通断，PMOS电源开关导通时，通过第一二极管向稳压电路输入电源电压，给芯片的电源管理功能模块进行供电。
在上电复位电路内根据芯片的工作电压设定有复位翻转电压值和迟滞电压值，复位翻转电压值应根据实际的芯片工作电压设定，可以但不限于以下值：1.4V,1.5V，1.6V等，此上电复位电路应设置的迟滞电压值具有电压的迟滞功能，当接触/电池供电端的电压已经稳定工作时，可能出现电源电压的毛刺，导致输入电压短时间内下降，此时上电复位电路不应立即复位，而应该在复位翻转电压再减去一定的迟滞电压值后再进行复位，此迟滞电压值可以为0.1V，0.2V，0.3V等。在本发明中以复位翻转电压1.4V，迟滞电压值0.1V为例：上电时，上电复位电路在1.4V以下处于复位状态，1.4V以上处于复位释放状态；掉电时，上电复位电路在1.3V以上为复位释放状态，在1.3V以下为复位状态，上述设计可以使得电源电压的波动对芯片内部的误操作等影响降低，从而增强本发明的电源管理供电装置稳定性。当接触/电池供电端的电压低于复位翻转电压值时，上电复位电路使得开关电路处于复位状态，PMOS电源开关不打开；随着外部输入电压的持续升高，当接触/电池供电端的电压超过上电复位电路的复位翻转电压后，上电复位电路释放，开关电路打开PMOS电源开关。
在本发明中，PMOS电源开关内设置有并联的若干个PMOS管，本发明的PMOS管相对于NMOS，其开启电压为低电平，因此传输高电平时没有电压损耗，在设计实现中，计算最大工作电流除以单个PMOS管的电流承载能力，再加上一定的设计余量，可以计算得出所需的PMOS管个数。接触/电池供电端此时可以通过PMOS电源开关，然后经过第一二极管，输入到芯片内部的稳压电路，此稳压电路将产生核心电源电压，提供给芯片的电源管理功能模块使用，第一二极管需要选用正向导通电压小的器件，以减小电源电压的损失，例如，第一二极管采用正向导通电压为1.5V～2V的二极管。
在本发明中，电池供电单元还包括用于对开关电路进行定时唤醒的休眠管理电路，休眠管理电路包括定时器，当定时器内的时钟计时与预置的时间匹配后，进行定时中断，产生休眠信号至所述开关电路。
如图2所示，开关电路包括串联的用于将不同信号的电压域转换成与开关电路相同的电压域的电平转换器、用于将电平转换器转换后的信号同步到所述开关电路的时钟域的时钟同步器、用于进行与运算的与门和用于导通所述PMOS电源开关的D触发器。具体地讲，向开关电路输入的信号包括上电复位信号、13.56M天线产生的进场指示信号、休眠管理电路产生的休眠唤醒信号、开关通断信号四种控制输入信号，上述信号首先进入电平转换器，将不同信号的电压域转换为与开关电路相同的电压域；经过电平转换器转换的信号再经过时钟同步器同步到开关电路的时钟域，上述控制输入信号可根据需要进一步扩展，指示电平转换器、时钟同步器、与门的输入引脚相应增加即可；控制输入信号经过电平转换和时钟同步器后，输入到一个四输入的与门，进行与运算后存入到D触发器，PMOS电源开关是低电平开启，使得PMOS管的源端和漏端导通，因此，只要有一个控制信号输入为有效信号即为低电平，则与门的输出为低电平，经过D触发器采样存储后，即可稳定的控制PMOS电源开关的关断，当PMOS电源开关打开后，如果需要关断，则需要控制器配置关断信号，从而使得PMOS电源开关整体进入关断状态；休眠管理电路的休眠唤醒信号可以支持时钟计时唤醒，也可以支持外部IO口唤醒，其采用低功耗的定时器，当时钟计时和预置的时间匹配后，产生定时中断即可作为休眠唤醒信号。如果是对IO口信号，进行电平或者跳沿检测也可作为休眠唤醒信号。
如图1所示，电磁场感应供电单元包括串联的13.56M天线、用于对13.56M天线产生的电压进行整流、稳压的谐振/整流/限幅/稳压电路和一个顺着13.56M天线的场供电方向的第二二极管；13.56M天线产生电压，再由谐振/整流/限幅/稳压电路进行整流和稳压，再通过第二二极管输入稳压电路内。
在本发明中，电磁场感应供电单元还包括用于发送进场指示信号给电池供电单元的进场信号产生电路，进场信号产生电路分别与开关电路、谐振/整流/限幅/稳压电路电性连接，从而发送进场指示信号至开关电路处。
在本发明中，电磁场感应供电单元还包括用于检测电磁场感应供电单元产生的电压是否达到设定电压值的电压检测电路，电压检测电路分别与稳压的谐振/整流/限幅/稳压电路、第二二极管电性连接；经过13.56M天线产生电压后，通过谐振/整流/限幅/稳压电路的整流和稳压后可以将此电平作为一个电源对外输出，同时，通过电压检测电路检测到场感应电压达到2V以上即可认为进入了13.56M天线的场区，上述电压值可以在1.5至3.5V之间，可以根据近场通信的应用来灵活设定。
在本发明中，如图3所示，第一二极管D1和第二二极管D2均采用正向导通电压为1.5V～2V的二极管，优选，第一二极管D1和第二二极管D2均采用正向导通电压为2V的二极管；两个二级管(第一二极管D1和第二二极管D2)的连接方向如图3所示，第一二极管D1顺着接触/电池供电端导通，第二二极管D2顺着场供电的方向导通，两个二级管(第一二极管D1和第二二极管D2)在采用同样的工艺和器件，电路尺寸完全相同，以保证相同的电学参数，因为二极管的逆向几乎不导通，因此可以有效解决单独一端供电时的漏电问题；当接触/电池供电端和场供电同时存在时，哪一路的电压较高，则稳压电路的输入端会有一个较高的电位，则另一路的二极管会截止，这样可以有效防止电流倒灌电源引起的风险。
本发明同时可以支持电池和13.56M天线电磁感应场对芯片供电，同时可实现低功耗休眠和能量收集；不同的供电通路采用二极管来防止电流倒灌，采用低功耗控制电路对多个PMOS电路并联来进行供电开关控制，从13.56M天线感应的产生的能量经过稳压和整流后，在电源管理功能模块进行处理，同时还可以对外供电；本发明的供电模式实现简单、配置方便灵活，为物联网应用、设备配置应用、射频标签应用等提供了稳定可靠的电源供电，具备良好的适应性和实用性。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种支持双电源供电的电源管理供电装置，用于给芯片供电，所述芯片内设置有串联的用于产生电源供电电压的稳压电路和用于进行供电的电源管理功能模块，其特征在于，包括并联的电池供电单元和电磁场感应供电单元，所述电池供电单元和电磁场感应供电单元均与所述稳压电路电性连接；当所述电池供电单元产生的电压大于或等于所述电磁场感应供电单元产生的电压时，所述电池供电单元工作，所述电磁场感应供电单元停止工作；当所述电池供电单元产生的电压小于所述电磁场感应供电单元产生的电压时，所述电磁场感应供电单元工作，所述电池供电单元停止工作。
2.根据权利要求1所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述电池供电单元包括串联的用于与电池接触电性连接的接触/电池供电端、用于可进行电压翻转复位的上电复位电路、用于控制PMOS电源开关通断的开关电路、PMOS电源开关和一个顺着所述接触/电池供电端正向导通的第一二极管；其中，所述接触/电池供电端与所述PMOS电源开关电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述电磁场感应供电单元包括串联的13.56M天线、用于对所述13.56M天线产生的电压进行整流、稳压的谐振/整流/限幅/稳压电路和一个顺着所述13.56M天线的场供电方向的第二二极管。
4.根据权利要求2所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述电池供电单元还包括用于对所述开关电路进行定时唤醒的休眠管理电路，所述休眠管理电路包括定时器，当定时器内的时钟计时与预置的时间匹配后，进行定时中断，产生休眠信号至所述开关电路。
5.根据权利要求2或4所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述开关电路包括串联的用于将不同信号的电压域转换成与所述开关电路相同的电压域的电平转换器、用于将所述电平转换器转换后的信号同步到所述开关电路的时钟域的时钟同步器、用于进行与运算的与门和用于导通所述PMOS电源开关的D触发器。
6.根据权利要求2所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述上电复位电路内根据芯片的工作电压设定有复位翻转电压值和迟滞电压值。
7.根据权利要求2所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述PMOS电源开关内设置有并联的若干个PMOS管。
8.根据权利要求3所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述电磁场感应供电单元还包括用于发送进场指示信号给所述电池供电单元的进场信号产生电路，所述进场信号产生电路与所述谐振/整流/限幅/稳压电路电性连接。
9.根据权利要求3所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述电磁场感应供电单元还包括用于检测所述电磁场感应供电单元产生的电压是否达到设定电压值的电压检测电路，所述电压检测电路分别与所述谐振/整流/限幅/稳压电路、第二二极管电性连接。
10.根据权利要求2所述的一种支持双电源供电的电源管理供电装置，其特征在于，所述第一二极管采用正向导通电压为1.5V～2V的二极管。
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