CN110673712A - 一种用于mcu芯片的电源管理电路及方法 - Google Patents

一种用于mcu芯片的电源管理电路及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于MCU芯片的电源管理电路及方法，包括：第一电源模块，用于提供第一电压电源，给处于休眠状态的MCU芯片供电；第二电源模块，用于提供第二电压电源，给处于非休眠状态的MCU芯片供电；电源管理模块，采用低压逻辑设计，用于控制电源模式的切换；电平转换模块，用于当第一电压电源无效时，输出有效的高压使能信号；高压使能信号控制第二电源模块产生第二电压电源；当第二电压电源有效时，开关单元导通，将第二电压电源与第一电压电源短路。本发明降低了MCU芯片的电源系统的面积和成本，同时具备上电快速启动的优点。

Description

一种用于MCU芯片的电源管理电路及方法
技术领域
本发明涉及单片机领域，尤指一种用于MCU芯片的电源管理电路及方法。
背景技术
MCU(Micro Controller Unit，简称微控制器单元，又称为单片机)芯片的电源系统至关重要，通常希望电源系统以最小的面积来完成功能，以降低成本。
传统MCU的电源结构如图5所示，其中，BGR1是超低功耗的带隙基准源，LDO1是低压差线性稳压器，BGR1+LDO1提供第一电源1.5V(A)，其特点是精度差，启动时间很长(比如，10mS)，功耗很低，因而始终打开。而BGR2+LDO2提供第二电源1.5V(B)，其特点是精度高，启动快(比如，10uS)，但是功耗较高。当MCU芯片处于休眠状态时，为节省功耗，关闭BGR2和LDO2，仅BGR1和LDO1提供部分逻辑(比如IO电路)的维持电压，等待唤醒。唤醒后，第一电源1.5V(A)切换到第二电源1.5V(B)，由第二电源1.5V(B)为所有逻辑，比如SRAM、FLASH、Digital(数字逻辑电路)，提供1.5V电压。
第一电源1.5V(A)与第二电源1.5V(B)的切换，由HV PMU(电源管理单元)通过控制BGR2和LDO2的打开和关闭实现。其中，HVPMU使用高压逻辑设计，比如高压MOS管(5Vpower供电)。当5Vpower上电，1.5V(A)尚未生成时，HV PMU在5V power的驱动下产生有效的高压使能信号enable_hv，促使BGR2+LDO2快速提供第二电源1.5V(B)，从而实现MCU的快速上电启动。
但是使用高压逻辑设计HVPMU会带来较大面积，增加系统成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于MCU芯片的电源管理电路及方法，解决现有MCU芯片的电源系统的面积大、成本高的问题。
本发明提供的技术方案如下：
一种用于MCU芯片的电源管理电路，包括：第一电源模块，用于提供第一电压电源，所述第一电压电源给处于休眠状态的MCU芯片供电；第二电源模块，用于提供第二电压电源，所述第二电压电源给处于非休眠状态的MCU芯片供电；电源管理模块，与所述第一电源模块电连接，采用低压逻辑设计，工作在低压域，用于控制电源模式的切换；电平转换模块，分别与所述电源管理模块的输出端、所述第一电源模块的输出端、所述第二电源模块的输入端电连接，用于当所述第一电压电源无效时，输出有效的高压使能信号；所述第二电源模块，进一步用于当所述高压使能信号有效时，产生所述第二电压电源；开关单元，分别与所述第二电源模块的输出端和所述第一电源模块的输出端电连接，用于当所述第二电压电源有效时，所述开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路。
进一步地，所述第一电源模块相对所述第二电源模块，启动时间长，功耗低；所述所述第一电压电源和第二电压电源均为低压电源，且所述第二电压电源等于所述第一电压电源。
进一步地，所述电源管理模块，进一步用于当所述第一电压电源有效时，生成低压使能信号；所述电平转换模块，进一步用于当所述第一电压电源有效时，将所述低压使能信号转换成对应的高压使能信号；所述第二电源模块，进一步用于当所述高压使能信号无效时，停止产生第二电压电源。
进一步地，所述电平转换模块包括：中间电平产生电路，用于在第一电压电源下，将所述低压使能信号经过第一低压反相器，得到第一反相信号；所述第一反相信号经过第二低压反相器，得到第一同相信号；电平转换电路，工作在外部高压电源下，包括反相下拉电路、同相下拉电路、正反馈电路、上拉耦合电路；所述反相下拉电路的输入端用于接入所述第一反相信号，所述同相下拉电路的输入端用于接入所述第一同相信号；所述正反馈电路分别与所述反相下拉电路的输出端和所述同相下拉电路的输出端电连接，所述正反馈电路的同相输出端通过所述上拉耦合电路连接外部高压电源。
进一步地，所述电平转换模块还包括：输出缓冲电路，与所述正反馈电路的同相输出端相连，通过两个串联的反相器得到所述高压使能信号。
进一步地，所述同相下拉电路包括MOS管M6，所述MOS管M6的栅极与所述第一同相信号相连，所述MOS管M6的源极接地；所述反相下拉电路包括MOS管M5，所述MOS管M5的栅极与所述第一反相信号相连，所述MOS管M5的源极接地；所述正反馈电路包括MOS管M1、M2、M3、M4，所述MOS管M1与M3构成第一高压反相器，所述MOS管M2与M4构成第二高压反相器，所述第一高压反相器的输入端与所述第二高压反相器的输出端相连，所述第一高压反相器的输出端与所述第二高压反相器的输入端相连，所述第一高压反相器的输出端构成所述正反馈电路的同相输出端；所述MOS管M3的漏级与所述MOS管M5的漏级相连，所述MOS管M4的漏级与所述MOS管M6的漏级相连。
进一步地，所述上拉耦合电路包括MOS管M7，所述MOS管M7的源极和漏级接外部高压电源，所述MOS管M7的栅极与所述正反馈电路的同相输出端相连。
本发明还提供一种用于MCU芯片的电源管理方法，包括：上电启动，通过第一电源模块提供第一电压电源；当所述第一电压电源无效时，通过电平转换模块输出有效的高压使能信号，根据所述有效的高压使能信号控制第二电源模块产生第二电压电源；当所述第二电压电源有效时，开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路。
进一步地，当所述第一电压电源有效时，通过电源管理模块生成低压使能信号；当所述第一电压电源有效时，通过电平转换模块将所述低压使能信号转换成对应的高压使能信号，根据所述高压使能信号控制所述第二电源模块产生或停止第二电压电源。
进一步地，所述的当所述第一电压电源无效时，通过电平转换模块输出有效的高压使能信号，包括：通过将同相输出端上拉耦合外部高压电源、反相输出端悬空，当外部高压电源上电启动、且所述第一电压电源无效时，电平转换模块的所述同相输出端获得高压域的高电平；所述同相输出端经两级串联的反相器，获得有效的高压使能信号。
通过本发明提供的一种用于MCU芯片的电源管理电路及方法，能够带来以下有益效果：通过使用低压器件实现电源管理，能够降低电源系统的面积，从而降低成本；利用负载非对称的level shift电路，在上电时确定关键信号的初始态，从而避免自锁，取得了上电快速启动的优点。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种用于MCU芯片的电源管理电路及方法的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明的一种用于MCU芯片的电源管理电路的一个实施例的结构示意图；
图2是图1中电平转换模块的结构示意图；
图3是图1中电平转换模块的一种电路图；
图4是本发明的一种用于MCU芯片的电源管理方法的一个实施例的流程图；
图5是传统MCU芯片的电源结构示意图；
图6是本发明的一种MCU芯片的电源结构示意图。
附图标号说明：
100.第一电源模块，200.电源管理模块，300.电平转换模块，400.第二电源模块，500.开关单元，310.中间电平产生电路，320.电平转换电路，330.输出缓冲电路。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在本发明的另一个实施例中，如图1所示，一种用于MCU芯片的电源管理电路，包括：
第一电源模块100，用于提供第一电压电源，所述第一电压电源给处于休眠状态的MCU芯片供电；
第二电源模块400，用于提供第二电压电源，所述第二电压电源给处于非休眠状态的MCU芯片供电；
电源管理模块200，与所述第一电源模块电连接，采用低压逻辑设计，工作在低压域，用于控制电源模式的切换；
电平转换模块300，分别与所述电源管理模块的输出端、所述第一电源模块的输出端、所述第二电源模块的输入端电连接，用于当所述第一电压电源无效时，输出有效的高压使能信号；
所述第二电源模块400，进一步用于当所述高压使能信号有效时，产生所述第二电压电源；
开关单元500，分别与所述第二电源模块的输出端和所述第一电源模块的输出端电连接，用于当所述第二电压电源有效时，所述开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路。
具体的，第一电源模块由超低功耗的带隙基准电源(BGR)和低压差线性稳压器(LDO，LowDropoutRegulator)构成，在外部高压电源(比如，5v)的驱动下，输出一个基本不随外部环境变化而变化的低电压(比如，1.5v)，记为第一电压电源。第二电源模块也是由BGR和LDO构成，在外部高压电源(比如，5v)驱动下，生成另一个低电压(比如，1.5v)，记为第二电压电源。第二电压电源与第一电压电源的幅值相等。同样是根据外部5v电源，产生内部的1.5v电源，第一电源模块精度差，启动时间很长(比如10ms)，但功耗很低，因而第一电源模块始终打开；第二电源模块精度高，启动快(比如10us)，但是功耗较高。
MCU有两种状态，包括休眠状态和工作状态。在休眠状态下，MCU只有少部分逻辑(比如I/O模块)处于工作状态，需要继续供电，其他模块(比如SRAM、FLASH、其他数字逻辑等)处于关电状态，这样可以降低MCU的功耗。在工作状态时，MCU的所有逻辑和模块都处于工作状态，所以需要给所有的模块供电。
当MCU处于休眠状态时，为节省功耗，关闭第二电源模块，仅保留第一电源模块，由第一电源模块提供的第一电压电源给MCU内部仍需处于工作状态的少部分逻辑(比如I/O模块)供电，这是一种电源模式。当MCU被唤醒时，开启第二电源模块，由第二电源模块提供的第二电压电源给MCU内部所有的模块供电，这是另一种电源模式。
两种电源模式的切换，由电源管理模块PMU根据MCU的指示来控制。电源管理模块PMU由第一电压电源供电，第一电压电源是一低电压(比如1.5V)，PMU采用低压器件(比如低压MOS管)，从而减小PMU的面积(低压管(1.5V)比高压管(5V)面积小很多)。
第一电源模块、第二电源模块的输入端连接外部高压电源，都工作在高压域(即高压电源域)下(比如5v)，其使能信号为高压域下的高电平。由于第一电源模块始终打开，其使能信号始终为高电平(比如，也连接外部高压电源)。由于第二电源模块不是始终打开，所以需要一个受控的使能信号，称为高压使能信号。当该高压使能信号为高电平(即有效的高压使能信号)时，第二电源模块启动，输出第二电压电源。当该高压使能信号为低电平(即无效的高压使能信号)时，第二电源模块停止输出第二电压电源。
PMU工作在低压域(即低压电源域)下(比如1.5v)，其输出为一低压域下的信号，即低压使能信号。电平转换模块(比如，采用level shift电路)受第一电压电源和外部高压电源驱动，将低压使能信号转换为对应的高压使能信号(即低电平的低压使能信号转换为低电平的高压使能信号，高电平的低压使能信号转换为高电平的高压使能信号)，从而使PMU通过电平转换模块，根据与MCU的通信控制第二电源模块的启动与关闭。
上电启动时，第一电源模块启动时间长，所以存在一段时间，外部高压电源(比如5v)已启动，但第一电压电源没有启动完成(即第一电压电源无效)。在这段时间，由于没有第一电压电源，或者第一电压电源仍为零电位，PMU不输出低压使能信号。由于第一电压电源域为零电位，电平转换模块中该电源域的信号也均为低电平，此时电平转换模块始终输出有效的高压使能信号(即高电平)，该有效的高压使能信号启动第二电源模块，使第二电源模块快速产生第二电源电压，同时开关单元导通，使第二电压电源与第一电压电源短路，使PMU快速进入上电初始状态、MCU进入正常运行状态。PMU进入上电初始状态后，输出有效的低压使能信号(高电平)，有效的低压使能信号经电平转换模块转换成高压域的有效的高压使能信号，有效的高压使能信号启动第二电源模块，如此形成一个正循环。如此完成了MCU的快速上电启动。
当MCU需要转入休眠状态时，通知PMU关闭第二电源模块。PMU根据指示生成低电平的低压使能信号，通过电平转换模块，将高压使能信号转换为高压域的低电平，即高压使能信号无效，从而关闭第二电源模块。
当MCU被唤醒时，通知PMU(比如通过I/O模块通知)开启第二电源模块。PMU根据指示生成高电平的低压使能信号，通过电平转换模块，将高压使能信号转换为高压域的高电平，即高压使能信号有效，从而开启第二电源模块，产生第二电源电压，同时开关单元导通，使第二电压电源与第一电压电源短路，使MCU进入正常运行状态。
本实施例，通过使用低压器件设计PMU降低电源系统的面积，从而降低成本；以及在上电启动时确定高压使能信号的初始态，从而避免自锁，以很小的面积成本完成快速上电启动。
在本发明的另一个实施例中，如图1、图2所示，一种用于MCU芯片的电源管理电路，包括：
第一电源模块100，用于提供第一电压电源，所述第一电压电源给处于休眠状态的MCU芯片供电；
第二电源模块400，用于提供第二电压电源，所述第二电压电源给处于非休眠状态的MCU芯片供电；
电源管理模块200，与所述第一电源模块电连接，采用低压逻辑设计，工作在低压域，用于控制电源模式的切换；当所述第一电压电源有效时，生成低压使能信号；
电平转换模块300，分别与所述电源管理模块的输出端、所述第一电源模块的输出端、所述第二电源模块的输入端电连接，用于当所述第一电压电源无效时，输出有效的高压使能信号；当所述第一电压电源有效时，将所述低压使能信号转换成对应的高压使能信号；所述高压使能信号控制所述第二电源模块产生或停止第二电压电源；
所述电平转换模块包括：
中间电平产生电路310，用于在第一电压电源下，将所述低压使能信号经过第一低压反相器，得到第一反相信号；所述第一反相信号经过第二低压反相器，得到第一同相信号；
电平转换电路320，工作在外部高压电源下，包括反相下拉电路、同相下拉电路、正反馈电路、上拉耦合电路；
所述反相下拉电路的输入端用于接入所述第一反相信号，所述同相下拉电路的输入端用于接入所述第一同相信号；
所述正反馈电路分别与所述反相下拉电路的输出端和所述同相下拉电路的输出端电连接，所述正反馈电路的同相输出端通过所述上拉耦合电路连接外部高压电源。
输出缓冲电路330，与所述正反馈电路的同相输出端相连，通过两个反相器得到所述高压使能信号。
开关单元500，分别与所述第二电源模块的输出端和所述第一电源模块的输出端电连接，用于当所述第二电压电源有效时，所述开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路。
具体的，如图2所示，电平转换模块包括中间电平产生电路、电平转换电路、输出缓冲电路。
进一步，电平转换模块采用图3所示具体电路图，采用了负载非对称的levelshift电路。如图3所示，中间电平产生电路包括MOS管N1、N2、N3、N4，工作在低压域(1.5v)，N1的漏级与N3的漏级相连，N3的源极接地，N1的源极接电源(1.5v)，N1的栅极与N3的栅极相连，N1与N3构成第一低压反相器，第一低压反相器的输入端接入低压使能信号enable_1.5v，第一低压反相器输出第一反相信号。类似N1、N3的连接方式，N2、N4构成第二低压反相器，第二低压反相器的输入端与第一低压反相器的输出端相连，第二低压反相器输出第一同相信号。
电平转换电路包括反相下拉电路、同相下拉电路、正反馈电路、上拉耦合电路、输出缓冲电路，工作在高压域(5v)。
反相下拉电路包括MOS管M5，MOS管M5的栅极与第一低压反相器的输出端相连，MOS管M5的源极接地。当第一反相信号为高电平时，M5导通，M5的漏级电压被下拉。当第一反相信号为低电平时，M5截止。
同相下拉电路包括MOS管M6，MOS管M6的栅极与第二低压反相器的输出端相连，MOS管M6的源极接地。当第一同相信号为高电平时，M6导通，M6的漏级电压被下拉。当第一同相信号为低电平时，M6截止。
正反馈电路包括MOS管M1、M2、M3、M4，工作在高压域5v。MOS管M1与M3构成第一高压反相器，MOS管M2与M4构成第二高压反相器。MOS管M3的漏级电压构成第一高压反相器的输出端，M3的栅极电压构成第一高压反相器的输入端。MOS管M4的漏级构成第二高压反相器的输出端，M4的栅极电压构成第二高压反相器的输入端。MOS管M3的漏级与MOS管M5的漏级相连，MOS管M4的漏级与MOS管M6的漏级相连。
电压第一高压反相器的输入端与第二高压反相器的输出端相连，第一高压反相器的输出端与第二高压反相器的输入端相连，如此形成正反馈。第一高压反相器的输出端构成正反馈电路的同相输出端。
上拉耦合电路包括MOS管M7，M7的源极和漏级接外部高压电源，M7的栅极与正反馈电路的同相输出端相连。可选的，上拉耦合电路也可以采用其他常规手段，比如电容来实现上拉耦合。
输出缓冲电路，包括MOS管O1、O2、O3、O4，工作在高压域(5v)，O1与O3构成一反相器，O2与O4构成另一反相器。O1与O3所构成的反相器的输入端与正反馈电路的同相输出端相连，通过两个反相器得到高压使能信号enable_hv。当然正反馈电路的同相输出端的信号也可以作为高压使能信号。经过输出缓冲电路的缓冲驱动，更好的隔离与后级电路的相互影响。
当MCU芯片5V电源上电时，由于第一电源模块启动时间长，所以在第一电压电源没有建立好之前，即第一电压电源无效时，第一反相信号和第一同相信号都为低电平，M5、M6均处于关闭状态，而M1/M3和M2/M4是完全对称的，利用其负载非对称，即M1与M3构成的第一高压反相器的输出端netA、和M1与M3构成的第一高压反相器的输出端netB的负载不对称(netB通过上拉耦合电路接外部高压电源5v，还连接输出缓冲电路；而netA悬空)，可以稳定的使netB为高电平，从而使高压使能信号为高电平。有效的高压使能信号启动第二电源模块，使第二电压电源迅速建立，同时开关单元导通，使PMU快速进入上电初始状态。PMU进入上电初始状态后，输出有效的低压使能信号(高电平)，有效的低压使能信号经电平转换模块转换成高压域的有效的高压使能信号，有效的高压使能信号启动第二电源模块，如此形成一个正循环，建立稳定的内部1.5v电源，使MCU进入正常运行状态。
如图6所示，采用本实施例所述电源管理电路设计MCU芯片的电源结构，其中，BGR1+LDO1提供第一电压电源1.5V(A)，其特点是精度差，启动时间很长，功耗很低，因而始终打开。而BGR2+LDO2提供第二电压电源1.5V(B)，其特点是精度高，启动快，但是功耗较高。BGR1+LDO1、BGR2+LDO2都由外部5V电源供电。
第一电压电源1.5V(A)、第二电压电源1.5V(B)用于提供MCU芯片的内部电源。当MCU芯片处于休眠状态时，为节省功耗，关闭BGR2和LDO2，仅BGR1和LDO1提供IO电路的维持电压，等待唤醒。唤醒后，第一电压电源1.5V(A)切换到第二电压电源1.5V(B)，由第二电压电源1.5V(B)为SRAM、FLASH、Digital(数字逻辑电路)等提供1.5V电压。
第一电压电源1.5V(A)与第二电压电源1.5V(B)的切换，由1.5V PMU通过非对称level shift电路(Asymmetric level shift)控制BGR2和LDO2的打开和关闭实现。其中，1.5V PMU由1.5V电压供电，当1.5V电压有效时，1.5V PMU输出低压使能信号enable_1.5v。
非对称level shift电路采用图3所示电路，构成电平转换模块。当芯片5V电源上电时，由于LDO1启动时间很长，所以在第一电压电源1.5(A)没有建立好之前，即第一电压电源1.5(A)为0时，MOS管M5、M6均为关闭状态，而MOS管M1/M3和M2/M4是完全对称的，利用其负载非对称，即netA和netB的负载不对称，可以稳定的使netB为高电平，打开BGR2和LDO2，使第二电压电源1.5V(B)的电源域迅速建立，同时打开PowerSwitch，使1.5V(A)和1.5V(B)短路，使MCU快速上电启动、进入正常运行状态。
本实施例，利用负载非对称的level shift电路，电平转换模块在外部高压电源已建立、但内部的第一电压电源尚未有效建立时，使高压使能信号有效，从而快速建立内部的第二电压电源，使MCU进入正常运行状态，从而完成MCU芯片的上电快速启动。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，一种用于MCU芯片的电源管理方法，包括：
步骤S100上电启动，通过第一电源模块生成第一电压电源；
步骤S200当所述第一电压电源无效时，通过电平转换模块输出有效的高压使能信号，根据所述有效的高压使能信号控制第二电源模块产生第二电压电源；
步骤S300当所述第二电压电源有效时，开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路；
步骤S400当第一电压电源有效时，通过电源管理模块生成低压使能信号；
步骤S500当第一电压电源有效时，通过电平转换模块将所述低压使能信号转换成对应的高压使能信号，根据所述高压使能信号控制所述第二电源模块产生或停止第二电压电源。
具体的，通过第一电源模块、第二电源模块在外部高压电源(比如，5v)的驱动下，产生内部低压电源(比如，1.5v)，即第一电压电源和第二电压电源。第二电压电源与第一电压电源的幅值相等。虽然都是根据外部高压电源产生内部的低压电源，但第一电源模块精度差，启动时间很长，功耗很低；第二电源模块精度高，启动快，功耗较高。
MCU有两种状态，包括休眠状态和工作状态。在休眠状态下，MCU只有少部分逻辑(比如I/O模块)处于工作状态需要继续供电，其他模块处于关电状态，这样可以降低MCU的功耗。在工作状态时，MCU的所有逻辑和模块都处于工作状态。
当MCU处于休眠状态时，为节省功耗，关闭第二电源模块，仅保留第一电源模块，由第一电源模块提供的第一电压电源给MCU内部仍需处于工作状态的少部分逻辑(比如I/O模块)供电，这是一种电源模式。当MCU被唤醒时，开启第二电源模块，由第二电源模块提供的第二电压电源给MCU内部所有的模块供电，这是另一种电源模式。
两种电源模式的切换，由电源管理模块PMU根据MCU的指示来控制。电源管理模块PMU采用低压逻辑设计，由第一电压电源供电。通过使用低压管，可以减小PMU的面积。当第一电压电源有效时，PMU输出一低压域下的信号，即低压使能信号。当第一电压电源无效时，PMU不输出该低压使能信号。
电平转换模块受第一电压电源和外部高压电源驱动，将低压使能信号转换为对应的高压使能信号(即低电平的低压使能信号转换为低电平的高压使能信号，高电平的低压使能信号转换为高电平的高压使能信号)，从而使PMU通过电平转换模块，根据与MCU的通信控制第二电源模块的启动与关闭。
上电启动时，外部高压电源(比如5v)启动，但由于第一电源模块启动时间长，所以存在一段时间第一电压电源还没有启动完成(即第一电压电源无效)。在这段时间，由于没有第一电压电源，或者第一电压电源仍为零电位，PMU不输出低压使能信号。由于第一电压电源域为零电位，电平转换模块中该电源域的信号也均为低电平，此时电平转换模块始终输出有效的高压使能信号(即高电平)，该有效的高压使能信号再启动第二电源模块，使第二电源模块快速产生第二电压电源。
可选地，通过采用负载非对称的level shift电路，电平转换模块在上电启动、且第一电压电源尚未生成时，输出有效的高压使能信号；在第一电压电源有效时，将低压使能信号转换为对应的高压使能信号。进一步，通过将同相输出端上拉耦合外部高压电源、反相输出端悬空，构造负载非对称的level shift电路。当外部高压电源上电启动、且第一电压电源无效时，同相输出端获得高压域的高电平，再经两级串联的反相器，获得有效的高压使能信号。有效的高压使能信号启动第二电源模块产生第二电压电源。
当第二电压电源有效时，开关单元导通，使第二电压电源与第一电压电源短路，用第二电压电源更新第一电压电源，第一电压电源变为有效，进一步使PMU快速进入上电初始状态、MCU进入正常运行状态。PMU进入上电初始状态后，输出有效的低压使能信号(高电平)，有效的低压使能信号经电平转换模块转换成高压域的有效的高压使能信号，有效的高压使能信号启动第二电源模块，如此形成一个正循环。如此完成了MCU的快速上电启动。
在MCU上电启动后，当MCU需要转入休眠状态时，通知PMU关闭第二电源模块。PMU根据指示生成低电平的低压使能信号，通过电平转换模块，将高压使能信号转换为高压域的低电平，即高压使能信号无效，从而关闭第二电源模块。
当MCU被唤醒时，通知PMU(比如通过I/O模块通知)开启第二电源模块。PMU根据指示生成高电平的低压使能信号，通过电平转换模块，将高压使能信号转换为高压域的高电平，即高压使能信号有效，从而开启第二电源模块，产生第二电源电压，同时开关单元导通，使第二电压电源与第一电压电源短路，使MCU进入正常运行状态。
本实施例，使用低压器件设计PMU，减低MCU芯片的电源管理电路的面积和成本；利用负载非对称的电平转换模块，在外部高压电源已建立、但内部的第一电压电源尚未有效建立时，使高压使能信号有效，从而快速建立内部的第二电压电源，完成MCU芯片的上电快速启动。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于MCU芯片的电源管理电路，其特征在于，包括：
第一电源模块，用于提供第一电压电源，所述第一电压电源给处于休眠状态的MCU芯片供电；
第二电源模块，用于提供第二电压电源，所述第二电压电源给处于非休眠状态的MCU芯片供电；
电源管理模块，与所述第一电源模块电连接，采用低压逻辑设计，工作在低压域，用于控制电源模式的切换；
电平转换模块，分别与所述电源管理模块的输出端、所述第一电源模块的输出端、所述第二电源模块的输入端电连接，用于当所述第一电压电源无效时，输出有效的高压使能信号；
所述第二电源模块，进一步用于当所述高压使能信号有效时，产生所述第二电压电源；
开关单元，分别与所述第二电源模块的输出端和所述第一电源模块的输出端电连接，用于当所述第二电压电源有效时，所述开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路。
2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
所述第一电源模块相对所述第二电源模块，启动时间长，功耗低；所述第一电压电源和第二电压电源均为低压电源，且所述第二电压电源等于所述第一电压电源。
3.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于：
所述电源管理模块，进一步用于当所述第一电压电源有效时，生成低压使能信号；
所述电平转换模块，进一步用于当所述第一电压电源有效时，将所述低压使能信号转换成对应的高压使能信号；
所述第二电源模块，进一步用于当所述高压使能信号无效时，停止产生第二电压电源。
4.根据权利要求3所述的电源管理电路，其特征在于，所述电平转换模块包括：
中间电平产生电路，用于在第一电压电源下，将所述低压使能信号经过第一低压反相器，得到第一反相信号；所述第一反相信号经过第二低压反相器，得到第一同相信号；
电平转换电路，工作在外部高压电源下，包括反相下拉电路、同相下拉电路、正反馈电路、上拉耦合电路；
所述反相下拉电路的输入端用于接入所述第一反相信号，所述同相下拉电路的输入端用于接入所述第一同相信号；
所述正反馈电路分别与所述反相下拉电路的输出端和所述同相下拉电路的输出端电连接，所述正反馈电路的同相输出端通过所述上拉耦合电路连接外部高压电源。
5.根据权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于，所述电平转换模块还包括：
输出缓冲电路，与所述正反馈电路的同相输出端相连，通过两个串联的反相器得到所述高压使能信号。
6.根据权利要求4所述的电源管理电路，其特征在于：
所述同相下拉电路包括MOS管M6，所述MOS管M6的栅极与所述第一同相信号相连，所述MOS管M6的源极接地；
所述反相下拉电路包括MOS管M5，所述MOS管M5的栅极与所述第一反相信号相连，所述MOS管M5的源极接地；
所述正反馈电路包括MOS管M1、M2、M3、M4，所述MOS管M1与M3构成第一高压反相器，所述MOS管M2与M4构成第二高压反相器，所述第一高压反相器的输入端与所述第二高压反相器的输出端相连，所述第一高压反相器的输出端与所述第二高压反相器的输入端相连，所述第一高压反相器的输出端构成所述正反馈电路的同相输出端；所述MOS管M3的漏级与所述MOS管M5的漏级相连，所述MOS管M4的漏级与所述MOS管M6的漏级相连。
7.根据权利要求6所述的电源管理电路，其特征在于：
所述上拉耦合电路包括MOS管M7，所述MOS管M7的源极和漏级接外部高压电源，所述MOS管M7的栅极与所述正反馈电路的同相输出端相连。
8.一种用于MCU芯片的电源管理方法，其特征在于，应用权利要求1-7任一项所述的电源管理电路，包括：
上电启动，通过第一电源模块提供第一电压电源；
当所述第一电压电源无效时，通过电平转换模块输出有效的高压使能信号，根据所述有效的高压使能信号控制第二电源模块产生第二电压电源；
当所述第二电压电源有效时，开关单元导通，将所述第二电压电源与所述第一电压电源短路。
9.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于：
当所述第一电压电源有效时，通过电源管理模块生成低压使能信号；
当所述第一电压电源有效时，通过电平转换模块将所述低压使能信号转换成对应的高压使能信号，根据所述高压使能信号控制所述第二电源模块产生或停止第二电压电源。
10.根据权利要求8所述的电源管理方法，其特征在于，所述的当所述第一电压电源无效时，通过电平转换模块输出有效的高压使能信号，包括：
通过将同相输出端上拉耦合外部高压电源、反相输出端悬空，当外部高压电源上电启动、且所述第一电压电源无效时，电平转换模块的所述同相输出端获得高压域的高电平；
所述同相输出端经两级串联的反相器，获得有效的高压使能信号。
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