CN110703896B - 一种用于低功耗soc芯片的常开电路 - Google Patents

一种用于低功耗soc芯片的常开电路 Download PDF

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Abstract

针对现有技术的不足，本发明涉及一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，通过单芯片实现RTC、电压监测、低电压唤醒、唤醒源监测和PWM输出多种功能。在集成了多种功能的前提下还需要保证功耗小，有利于长时间的待机。为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，包括连接在唤醒源合并装置上的：RTC实时时钟装置，电池电压检测控制器装置，以及唤醒源输入监测装置。本发明通过这样的技术方案，通过单个芯片中的常开电路允许多个外设唤醒源触发芯片从待机状态恢复到正常工作状态。所有触发源的状态都被记录，以便芯片唤醒后可以查询是什么事件触发的唤醒。

Description

一种用于低功耗SOC芯片的常开电路
技术领域
本发明涉及一种电子电路，尤其是涉及一种用于低功耗SOC芯片的常开电路。
背景技术
电子产品芯片的制造通常采用SOC技术(System on Chip，系统级芯片)，SOC技术能够使所有的处理部件集成到单个芯片上。一般的SOC芯片中常开电路为了实现低功耗待机休眠，都只包含RTC(Real-Time Clock，实时时钟)功能。但对处于待机休眠状态的SOC芯片，需要一种硬件机制唤醒。现有技术中系统方案集成商为了实现触发源监测和唤醒，以及PWM(Pulse Width Modulation脉冲脉宽调制)呼吸灯输出等需求，需要再单独外挂一颗待机功耗低的MCU(Microcontroller Unit，微处理器)芯片。该芯片在检测到唤醒条件后通过控制电源管理芯片给SOC芯片上电，实现唤醒的目的。如果需要增加别的功能也需要对应添加额外的芯片，不仅需要重新设计电路，而且整体功耗也显著增加。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明涉及一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，通过单芯片实现了RTC、电压监测、低电压唤醒、唤醒源监测和PWM输出多种功能。在集成了多种功能的前提下还需要保证功耗小，有利于长时间的待机。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其输出端连接于电源管理装置，包括连接在唤醒源合并装置上的：
RTC实时时钟装置：实现计时和定时器的功能；
电池电压检测控制器装置：设置电池电压检测装置中报警电压的阈值，电压检测的周期频率，屏蔽报警的时间段；
以及唤醒源输入监测装置：连接并监测多个唤醒源的状态；
其中唤醒源合并装置根据不同的触发事件唤醒整颗芯片，对于多个触发源合并成一个唤醒信号，并保留所有触发源的状态。
还包括PWM呼吸灯输出装置用于提醒或标识电路的状态。
所述唤醒源输入监测装置上连接有管脚功能选择装置。
管脚功能选择装置将未使用的唤醒源输入或PWM呼吸灯输出的管脚复用为非常开电路中普通的GPIO功能，当有唤醒源不常用，所述唤醒源管脚在闲置时，通过管脚功能选择装置将所述管脚复用为其他功能，当所述唤醒源被触发时，再将该管脚切换为唤醒源输入。
优选的，每个唤醒源输入信号可以用高低电平的变化来表示是否需要唤醒，唤醒源输入监测装置监测到输入信号边沿有突变时即通知常开电路有唤醒源唤醒事件发生。
优选的，所述电池电压检测控制器装置从RTC实时时钟装置获取时钟信息并以此控制电池电压检测装置实施电压检测的周期频率，及屏蔽报警的时间段。
优选的，所述电池电压检测装置采用多级电压比较器的模拟电路实现方式将电池电量分成多个区域并由电池电压检测控制器装置设置对应报警阈值的范围。
优选的，电池电压检测控制器装置设置的完整检测过程包括以下步骤：
步骤1：打开电池电压检测装置，将电池电压检测装置标记为空闲状态；
步骤2：记录RTC传递过来的当前时间，等待检测触发时间；
步骤3：检测周期计时阶段，检测触发时间到后判定是否夜间时段；
步骤4：步骤3判断为夜间时段时，进行计时并等待屏蔽时段结束后进入步骤5；否则直接进入步骤5；
步骤5：启动电池电压检测装置进行检测，判断检测结果是否低于唤醒电压阈值；
当检测结果是高于唤醒电压阈值时，本次检测完成，清空电池电压检测装置等待下一次检测；
当检测结果是低于唤醒电压阈值时，本次检测完成，电池电压检测控制器装置发送唤醒信号。
优选的，同时集成所述电源管理装置，收到唤醒信号后电源管理芯片自行进行上电过程，唤醒整个SOC芯片。
优选的，电源管理装置为外置的单独电源管理芯片，收到唤醒信号后电源管理芯片进行上电过程，唤醒整个SOC芯片。
本发明通过这样的技术方案，通过单个芯片中的常开电路允许多个外设唤醒源触发芯片从待机状态恢复到正常工作状态；同时还能匹配PWM(Pulse Width Modulation，脉冲脉宽调制)输出，用于呼吸灯指示；通过管脚复用提高芯片管脚的利用率；同时还能兼顾电压监测和低电压报警等功能。所有触发源的状态都被记录，以便芯片唤醒后可以查询是什么事件触发的唤醒。
附图说明
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1是本发明的整体结构框图；
图2是本发明的电池电压检测装置工作流程框图；
图3是本发明的管脚功能选择工作流程框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示：本发明一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其输出端连接于电源管理装置，包括连接在唤醒源合并装置上的：RTC实时时钟装置：实现计时和定时器的功能；这是常开电路中必备的装置。电池电压检测控制器装置：直接连接并控制电池电压检测装置，设置电池电压检测装置中报警电压的阈值，电压检测的周期频率，屏蔽报警的时间段；电池电压检测控制器装置需要的时间信息来自于RTC实时时钟装置，当周期监测的时间到达，电池电压检测控制器装置才会打开电池电压检测装置，具体的检测过程如图2所示：包括以下步骤：
步骤1：打开电池电压检测装置，将电池电压检测装置标记为空闲状态；
步骤2：记录RTC传递过来的当前时间，等待检测触发时间；
步骤3：检测周期计时阶段，检测触发时间到后判定是否夜间时段；
步骤4：步骤3判断为夜间时段时，进行计时并等待屏蔽时段结束后进入步骤5；否则直接进入步骤5；
步骤5：启动电池电压检测装置进行检测，判断检测结果是否低于唤醒电压阈值；
当检测结果是高于唤醒电压阈值时，本次检测完成，清空电池电压检测装置等待下一次检测；当检测结果是低于唤醒电压阈值时，本次检测完成，电池电压检测控制器装置发送唤醒信号。
电池电压检测装置则没有选用常见的SAR ADC(逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器)电路方案，而是用的多级电压比较器的模拟电路实现方式，将电池电量分成多个区域，比如12级，其中低电量区域分级密度高，高电量区域分级密度低。实际应用中的低压报警功能并不需要十分精确的电压值，重要的是报警阈值的范围，以手机应用为例，可以在电量剩余1％、5％，10％，20％等几个值内通知用户即可，相比较于SAR ADC的电压监测方案，本发明常开电路中选用更为简单的多级电压比较器方案功耗低、面积小和交互控制逻辑简单，优势较大。
以及唤醒源输入监测装置：连接并监测多个唤醒源的状态；其中唤醒源合并装置根据不同的触发事件唤醒整颗芯片，对于多个触发源合并成一个唤醒信号，并保留所有触发源的状态。
实施方式1：
以生物识别考勤门禁中的指纹人脸锁产品为例，在工作日的考勤时间内是处于正常工作状态，其余的大部分时间均处于待机休眠状态。因此在设定的工作日的考勤时间，例如周1早上7：30-9：00期间，由RTC实时时钟装置直接唤醒整个SOC芯片。该唤醒信号传输到唤醒源合并装置，唤醒源合并装置对本次唤醒动作进行记录然后触发SOC芯片的唤醒，由于是RTC实时时钟装置直接唤醒，本次唤醒同时启动RTC实时时钟装置中的定时器，在此期间设备不会再次进入休眠状态。
此类门禁产品通常由锂电池或干电池供电。由于产品是安装在大门上，锂电池充电并不方便。如果是干电池，频繁需要更换新电池会引起消费者极大的反感。当有人要开门时，可以先打开按键上面的滑盖，或者停留在摄像头前片刻，让摄像头捕捉到人像，这些操作都可以作为唤醒源被唤醒源输入监测装置采集到传输到唤醒源合并装置，唤醒源合并装置对本次唤醒动作进行记录然后触发SOC芯片的唤醒，让SOC芯片从待机休眠模式转换到正常工作模式，SOC芯片唤醒后就可以准备接收用户按键输入密码，从而后续的开锁等动作。
而且指纹人脸锁产品可以长期在待机休眠状态按照设定的时间间隔进行电池电量检测，电池电压检测装置如果发现电池电压过低时也会唤醒芯片，该唤醒信号传输到唤醒源合并装置，唤醒源合并装置对本次唤醒动作进行记录然后触发SOC芯片的唤醒，提醒用户更换电池。
指纹人脸锁产品在休眠状态可以激活PWM呼吸灯用于提醒或标识常开电路的状态。当电路出现故障时也可以通过PWM呼吸灯进行提醒。
整个常开电路的平均功耗只有10uA左右，并且集成了大量的功能，功耗极低。
实施方式2：
整体使用方式如实施方式1，
为了提高芯片的复用能力，在常开电路中还设有管脚功能选择装置，根据预设的多功能GPIO(General-Purpose Input/Output Ports,通用I/O端口)管理单元方案，允许每个常开电路里面的GPIO作为专用唤醒源的输入接口，专用PWM呼吸灯的输出接口或者普通的GPIO功能管脚用于其他功能。图3为管脚功能选择装置的工作原理示意图，如图3所示，对于单个管脚，可以预设为唤醒源的输入接口，专用PWM呼吸灯的输出接口或者普通的GPIO功能管脚用于其他功能。如果有不常用的唤醒源，该管脚在闲置时可以通过管脚功能选择装置定义其他功能，当唤醒源被触发时再进行管脚功能切换。
以生物识别考勤门禁中的指纹人脸锁产品为例，可以预设一个输入特定密码进入工程模式的唤醒源，但是正常操作过程中很少进入工程模式，此时可以将对应此唤醒源的管脚和PWM呼吸灯进行复用，平时该管脚用于控制PWM呼吸灯的工作，而PWM呼吸灯本身用于指示休眠时常开电路状态，在唤醒后无需工作。这样就有效节省了管脚利用率和整体电路的体积以及功耗。
综上所述本发明最终的有益效果包括
(1)单芯片实现了RTC、电压监测、低电压唤醒、唤醒源监测和PWM输出多种功能，极大的减缓了常开电路的结构；
(2)功耗极低，功耗只有10uA左右，远远低于现有技术中的同类产品。耗电较高的电池电压检测装置不需要实时打开，只需定时监测一次就关闭。
(3)成本低，灵活，功能完整，尤其通过管脚复用利用较小的芯片能实现完整的功能。
(4)通过唤醒源合并装置不同唤醒动作进行记录，数据反馈后对后续产品优化提供了支持。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其输出端连接于电源管理装置，其特征在于：包括连接在唤醒源合并装置上的：
RTC实时时钟装置：实现计时和定时器的功能；
电池电压检测控制器装置：设置电池电压检测装置中报警电压的阈值，电压检测的周期频率，屏蔽报警的时间段；
以及唤醒源输入监测装置：连接并监测多个唤醒源的状态；
其中唤醒源合并装置根据不同的触发事件唤醒整颗芯片，对于多个触发源合并成一个唤醒信号，并保留所有触发源的状态；
PWM呼吸灯输出装置：用于提醒或标识电路的状态；
所述唤醒源输入监测装置上连接有管脚功能选择装置；
管脚功能选择装置将未使用的唤醒源输入或PWM呼吸灯输出的管脚复用为非常开电路中普通的GPIO功能，当有唤醒源不常用，所述唤醒源管脚在闲置时，通过管脚功能选择装置将所述管脚复用为其他功能，当所述唤醒源被触发时，再将该管脚切换为唤醒源输入。
2.如权利要求1所述的一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其特征在于：每个唤醒源输入信号可以用高低电平的变化来表示是否需要唤醒，唤醒源输入监测装置监测到输入信号边沿有突变时即通知常开电路有唤醒源唤醒事件发生。
3.如权利要求1所述的一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其特征在于：所述电池电压检测控制器装置从RTC实时时钟装置获取时钟信息并以此控制电池电压检测装置实施电压检测的周期频率，及屏蔽报警的时间段。
4.如权利要求3所述的一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其特征在于：所述电池电压检测装置采用多级电压比较器的模拟电路实现方式将电池电量分成多个区域并由电池电压检测控制器装置设置对应报警阈值的范围。
5.如权利要求3或4所述的一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其特征在于：电池电压检测控制器装置设置的完整检测过程包括以下步骤：
步骤1：打开电池电压检测装置，将电池电压检测装置标记为空闲状态；
步骤2：记录RTC传递过来的当前时间，等待检测触发时间；
步骤3：检测周期计时阶段，检测触发时间到后判定是否夜间时段；
步骤4：步骤3判断为夜间时段时，进行计时并等待屏蔽时段结束后进入步骤5；否则直接进入步骤5；
步骤5：启动电池电压检测装置进行检测，判断检测结果是否低于唤醒电压阈值；
当检测结果是高于唤醒电压阈值时，本次检测完成，清空电池电压检测装置等待下一次检测；
当检测结果是低于唤醒电压阈值时，本次检测完成，电池电压检测控制器装置发送唤醒信号。
6.如权利要求1所述的一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其特征在于：同时集成所述电源管理装置，收到唤醒信号后电源管理芯片自行进行上电过程，唤醒整个SOC芯片。
7.如权利要求1所述的一种用于低功耗SOC芯片的常开电路，其特征在于：电源管理装置为外置的单独电源管理芯片，收到唤醒信号后电源管理芯片进行上电过程，唤醒整个SOC芯片。
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