CN111221400A - 一种电源管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源管理系统,涉及集成电路技术领域。该电源管理系统包括在待机模式下为负载模块提供电源的超低功耗稳压器模块、在工作模式下为负载模块提供电源的高功耗稳压器模块以及:用以当所述负载模块进入待机模式时、接收使能信号以关断所述高功耗稳压器模块、并接通所述超低功耗稳压器模块,当所述负载模块由待机模式进入工作模式时、接通所述高功耗稳压器模块后、关断所述超低功耗稳压器模块的双边选择开关模块。本发明技术方案通过双边切换开关模块选择不同功耗、不同性能的稳压器模块为负载模块供电,满足负载模块在不同模式下的功耗与性能要求。

Description

一种电源管理系统
技术领域
本发明涉及集成电路技术,特别是涉及一种电源管理系统。
背景技术
目前,在市场上的某些电子设备在非工作状态时,仍然需要进行待机或运行以执行特定的功能,电源管理系统即是各种电子设备不可缺少的重要组成部分。而现有技术中的电子设备普遍存在待机功率很高,或者从待机状态切换为工作状态时,响应时间较长,影响电子设备的正常工作,增加模式切换时间和切换模式时的能量损耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电源管理系统,旨在减少模式切换时间和能量损耗。
为实现上述目的,本发明提供一种电源管理系统,包括在待机模式下为负载模块提供电源的超低功耗稳压器模块、在工作模式下为负载模块提供高性能电源的高功耗稳压器模块以及:用以当所述负载模块进入待机模式时、接收使能信号以关断所述高功耗稳压器模块、并接通所述超低功耗稳压器模块,当所述负载模块由待机模式进入工作模式时、接通所述高功耗稳压器模块后、关断所述超低功耗稳压器模块的双边选择开关模块。
优选地,双边选择开关模块包括第一开关管、第二开关管以及分别控制所述第一开关管和所述第二开关管开启/关断的第一控制支路和第二控制支路;所述第一开关管用以在待机模式下接通所述超低功耗稳压器模块和所述负载模块;所述第二开关管用以在工作模式下接通所述高功耗稳压器模块。
优选地,所述双边选择开关模块还包括控制所述高功耗稳压器模块启动/关闭的第三控制支路。
优选地,所述第一控制支路包括依次连接的第一与非门单元、第一延时单元、第一反相器单元、第二反相器单元和第三反相器单元,所述第三反相器单元的输出端连接于所述第一开关管的栅极;所述第二控制支路包括依次连接的第二与非门单元、第四反相器单元、第一或非门单元、第五反相器单元、第二延时单元和第六反相器单元,所述第六反相器单元的输出端连接于所述第二开关管的栅极;所述第三控制支路包括依次连接的第二或非门单元、第三延时单元和第七反相器单元,所述第七反相器单元的输出端连接于所述高功耗稳压器模块。
优选地,所述第一与非门单元的输入端分别连接于第一使能信号输出端和所述第二延时单元输出端;所述第二与非门单元的输入端分别连接于所述第一使能信号端、所述第七反相器单元输出端以及第二使能信号端;所述第一或非门单元的输入端分别连接于所述第四反相器单元的输出端和所述第一反相器的输出端;所述第二或非门单元的输入端分别连接于所述第一使能信号和所述第二延时单元的输出端。
优选地,所述第一使能信号端输出第一使能信号,以将待机模式切换为工作模式或将工作模式切换为待机模式。
优选地,所述第二使能信号端输出第二使能信号,所述第二使能信号为高功耗稳压器模块启动完成的指示信号。
本发明技术方案通过双边切换开关模块选择不同功耗、不同性能的稳压器模块为负载模块供电,满足负载模块在不同模式下的功耗与性能要求。在低功耗待机模式下,选择超低功耗的超低功耗稳压器模块为负载模块供电,节省功耗、优化电池寿命;在工作模式下,负载模块在工作过程中具有较大的瞬间电流和平均电流,此时双边选择开关模块选择高性能的高功耗稳压器模块为负载模块供电,满足其工作时的用电要求;此时超低功耗稳压器模块保持开启,并不会影响功耗,而且为下一次切换到待机模式节省切换时间,减小模式切换时的能量损耗。
附图说明
图1为本发明电源管理系统的原理示意图;
图2为本发明电源管理系统的电路原理示意图;
图3为本发明实施例中模式切换过程的时序图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明进一步说明。
一种电源管理系统,如图1、图2所示,包括在待机模式下为负载模块提供电源的超低功耗稳压器模块、在工作模式下为负载模块提供高性能电源的高功耗稳压器模块以及:用以当所述负载模块进入待机模式时、接收使能信号以关断所述高功耗稳压器模块、并接通所述超低功耗稳压器模块,当所述负载模块由待机模式进入工作模式时、接通所述高功耗稳压器模块后、关断所述超低功耗稳压器模块的双边选择开关模块。
超低功耗稳压器模块的功耗极低,便于用户在实际使用过程节省待机模式下的功耗;高功耗稳压器模块相较超低功耗稳压器模块,功耗大、性能高,便于在切换模式时,能快速响应切换、满足负载模块在工作模式的高性能应用。
具体地,双边选择开关模块包括第一开关管MP1、第二开关管MP2以及分别控制所述第一开关管MP1和所述第二开关管MP2开启/关断的第一控制支路和第二控制支路。
第一控制支路包括依次连接的第一与非门单元NA1、第一延时单元、第一反相器单元INV1、第二反相器单元INV2和第三反相器单元INV3,所述第三反相器单元INV3的输出端连接于所述第一开关管MP1的栅极。
所述第二控制支路包括依次连接的第二与非门单元NA2、第四反相器单元INV4、第一或非门单元NOR1、第五反相器单元INV5、第二延时单元和第六反相器单元INV6,所述第六反相器单元INV6的输出端连接于所述第二开关管MP2的栅极。
第一开关管MP1用以在待机模式下接通所述超低功耗稳压器模块和所述负载模块;第二开关管MP2用以在工作模式下接通所述高功耗稳压器模块。
双边选择开关模块还包括控制所述高功耗稳压器模块启动/关闭的第三控制支路。
第三控制支路包括依次连接的第二或非门单元NOR2、第三延时单元和第七反相器单元INV7,所述第七反相器单元INV7的输出端连接于所述高功耗稳压器模块。
具体地,所述第一与非门单元NA1的输入端分别连接于第一使能信号输出端和所述第二延时单元输出端;所述第二与非门单元NA2的输入端分别连接于所述第一使能信号端、所述第七反相器单元INV7输出端以及第二使能信号端;所述第一或非门单元NOR1的输入端分别连接于所述第四反相器单元INV4的输出端和所述第一反相器的输出端;所述第二或非门单元NOR2的输入端分别连接于所述第一使能信号输出端和所述第二延时单元的输出端。
具体地,第一使能信号端输出第一使能信号EN_PS,以将待机模式切换为工作模式或将工作模式切换为待机模式。第二使能信号端输出第二使能信号EN_OK,所述第二使能信号EN_OK为高功耗稳压器模块启动完成的指示信号。
在具体实施例中,第一使能信号EN_PS为外部输入的模式切换使能信号,当第一使能信号EN_PS为低时,负载模块处于待机模式,当第一使能信号EN_PS为高时,负载模块处于工作模式;
在具体实施例中,第二使能信号EN_OK为高功耗稳压器模块启动完成的指示信号;当第一使能信号EN_PS为高之后,高功耗稳压器模块会启动,当高功耗稳压器模块启动完成时,其输出电压达到设定值时,第二使能信号EN_OK变为高,否则第二使能信号EN_OK为低,即高功耗稳压器模块未启动或者其输出电压未达到设定值时,第二使能信号EN_OK均为低。
在具体实施例中,第一开关管MP1为超低功耗稳压器模块的供电选择开关,当节点A的电位为低时,第一开关管MP1导通,以接通负载模块与超低功耗稳压器模块。第二开关管MP2为高功耗稳压器模块的供电选择开关,当节点B的电位为低时,第二开关管MP2导通,以接通负载模块与高功耗稳压器模块。
在具体实施例中,第一延时单元和第二延时单元用以对输入的时钟信号的下降沿延时;第三延时单元用以对输入的时钟信号的上升沿延时。
在实际工作过程中,可以对各个延时单元的延时时间进行调整,以满足不同负载模块的工作需求,实现切换时间的最优化。
如图2、图3所示,以SRAM(Static Random-Access Memory,静态随机存取存储器)作为负载模块为例,本发明实施例的工作原理为:
将超低功耗稳压器模块输出电压预设为略低于高功耗稳压器模块输出电压,以利于待机模式与工作模式之间的顺利切换,并且符合低功耗和高性能分别对电源电压的要求。
在第一使能信号EN_PS为“0”时,节点A为“0”,第一开关管MP1导通,SRAM的电源电压VDD_SRAM约等于超低功耗稳压器模块输出电压,此时SRAM没有翻转,几乎没有动态功耗,SRAM的电源电压VDD_SRAM保持稳定;节点B电位为“1”,第二开关管MP2截止;第七反相器单元INV7的输出为“0”,高功耗稳压器模块关闭,系统只有很低的待机功耗。
当系统准备进入高性能模式时,首先第一使能信号EN_PS置为“1”,于是第七反相器单元INV7的输出翻为“1”,高功耗稳压器模块启动,在高功耗稳压器模块启动完成之前,第二使能信号EN_OK为“0”,节点A保持为“0”,节点B保持为“1”,第一开关管MP1导通而第二开关管MP2截止;直到高功耗稳压器模块启动完成,第二使能信号EN_OK翻转为“1”,节点B翻为“0”,第二开关管MP2开启,此时第一开关管MP1还未关闭,经过第一延时单元之后,节点A翻为“1”,第一开关管MP1截止,顺利切换到高功耗稳压器模块供电;切换完成之后,打开SRAM的时钟信号,SRAM进入高功耗的工作模式,SRAM的电源电压VDD_SRAM电源满足其需求。在低功耗切换到高性能的过程中,第一延时单元的延时时间T1内第一开关管MP1和第二开关管MP2同时导通,是为了保证在任何时刻都有电源为SRAM供电,避免任何瞬时的SRAM电源悬空状态。
由于高功耗稳压器模块静态功耗较高,启动速度非常快,而且SRAM的电源电压VDD_SRAM一直保持有电,不需要高功耗稳压器模块启动时再次对其充电,因此可以迅速切换到高性能模式。
当系统准备进入低功耗模式时,首先关闭SRAM的时钟信号,SRAM进入低功耗待机模式,然后第一使能信号EN_PS置为“0”,节点A翻为“0”,第一开关管MP1导通,此时第一开关管MP1和第二开关管MP2同时导通,第一开关管MP1导通之后再经过第二延时单元的延时,节点B翻为“1”,第二开关管MP2截止,顺利切换到超低功耗稳压器模块供电,第二开关管MP2导通之后,经过第三延时单元的延时,第七反相器单元INV7的输出翻为“0”,关闭高功耗稳压器模块。在工作模式切换到待机模式的过程中,第二延时单元的延时时间T2内第一开关管MP1和第二开关管MP2同时导通,是为了保证在任何时刻都有电源为SRAM供电,避免任何瞬时的SRAM电源悬空状态,高功耗稳压器模块在第三延时单元的延时之后再关闭高功耗稳压器模块,是为了避免关闭高功耗稳压器模块时的尖峰对SRAM的电源电压VDD_SRAM产生干扰。
由于超低功耗稳压器模块静态功耗非常低,在工作模式下不需要关闭,因此切换到待机模式时,可以省去超低功耗的启动过冲,可以迅速切换到待机模式。
应当理解的是,以上仅为本发明的优选实施例,不能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 (7)

1.一种电源管理系统,其特征在于,包括在待机模式下为负载模块提供电源的超低功耗稳压器模块、在工作模式下为负载模块提供电源的高功耗稳压器模块以及:用以当所述负载模块进入待机模式时、接收使能信号以关断所述高功耗稳压器模块、并接通所述超低功耗稳压器模块,当所述负载模块由待机模式进入工作模式时、接通所述高功耗稳压器模块后、关断所述超低功耗稳压器模块的双边选择开关模块。
2.根据权利要求1所述的电源管理系统,其特征在于,所述双边选择开关模块包括第一开关管、第二开关管以及分别控制所述第一开关管和所述第二开关管开启/关断的第一控制支路和第二控制支路;
所述第一开关管用以在待机模式下接通所述超低功耗稳压器模块和所述负载模块;所述第二开关管用以在工作模式下接通所述高功耗稳压器模块。
3.根据权利要求2所述的电源管理系统,其特征在于,所述双边选择开关模块还包括控制所述高功耗稳压器模块启动/关闭的第三控制支路。
4.根据权利要求3所述的电源管理系统,其特征在于,所述第一控制支路包括依次连接的第一与非门单元、第一延时单元、第一反相器单元、第二反相器单元和第三反相器单元,所述第三反相器单元的输出端连接于所述第一开关管的栅极;
所述第二控制支路包括依次连接的第二与非门单元、第四反相器单元、第一或非门单元、第五反相器单元、第二延时单元和第六反相器单元,所述第六反相器单元的输出端连接于所述第二开关管的栅极;
所述第三控制支路包括依次连接的第二或非门单元、第三延时单元和第七反相器单元,所述第七反相器单元的输出端连接于所述高功耗稳压器模块。
5.根据权利要求4所述的电源管理系统,其特征在于,所述第一与非门单元的输入端分别连接于第一使能信号输出端和所述第二延时单元输出端;
所述第二与非门单元的输入端分别连接于所述第一使能信号端、所述第七反相器单元输出端以及第二使能信号端;
所述第一或非门单元的输入端分别连接于所述第四反相器单元的输出端和所述第一反相器的输出端;
所述第二或非门单元的输入端分别连接于所述第一使能信号和所述第二延时单元的输出端。
6.根据权利要求5所述的电源管理系统,其特征在于,所述第一使能信号端输出第一使能信号,以将待机模式切换为工作模式或将工作模式切换为待机模式。
7.根据权利要求6所述的电源管理系统,其特征在于,所述第二使能信号端输出第二使能信号,所述第二使能信号为高功耗稳压器模块启动完成的指示信号。
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