CN112286334B - 用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法 - Google Patents

用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112286334B
CN112286334B CN202011193405.3A CN202011193405A CN112286334B CN 112286334 B CN112286334 B CN 112286334B CN 202011193405 A CN202011193405 A CN 202011193405A CN 112286334 B CN112286334 B CN 112286334B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
power
mcu
low
ldo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011193405.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112286334A (zh
Inventor
郑轩
宋振宇
黄杨程
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangzhou Hongbo Microelectronics Technology Co ltd
Original Assignee
Guangzhou Hongbo Microelectronics Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangzhou Hongbo Microelectronics Technology Co ltd filed Critical Guangzhou Hongbo Microelectronics Technology Co ltd
Priority to CN202011193405.3A priority Critical patent/CN112286334B/zh
Publication of CN112286334A publication Critical patent/CN112286334A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112286334B publication Critical patent/CN112286334B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/266—Arrangements to supply power to external peripherals either directly from the computer or under computer control, e.g. supply of power through the communication port, computer controlled power-strips
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3234—Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/3243—Power saving in microcontroller unit
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode
    • G06F1/3234—Power saving characterised by the action undertaken
    • G06F1/3293—Power saving characterised by the action undertaken by switching to a less power-consuming processor, e.g. sub-CPU

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本申请实施例公开了一种用于MCU的低功耗电源切换电路及其实现方法；包括：高性能LDO电路、低功耗LDO电路和MCU电路；高性能LDO电路包括第一放大器、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻和第一MCU电源输出端；低功耗LDO电路包括第二放大器、可调电阻、第四电阻、第五电阻、第一开关、第二开关和第二MCU电源输出端；本申请实施例保证了低功耗LDO电路的输出电压不超过高性能LDO电路的输出电压且切换时低功耗LDO电路的输出电压能够慢速平稳下降，避免MCU在切换到低功耗工作模式时产生掉电的风险；同时避免MCU在低功耗模式和正常模式相互切换的时候低功耗LDO或高性能LDO无法正常供电，产生掉电的风险，避免MCU电路错误的复位，同时电路结构简单，功耗低，实现低成本。

Description

用于MCU的低功耗电源切换电路及其实现方法
技术领域
本申请实施例涉及电源管理电路技术领域，尤其涉及一种用于MCU的低功耗电源切换电路及其实现方法。
背景技术
MCU即微控制单元，又称单片微型计算机或者单片机，是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、UART、PLC、DMA、GPIO等周边接口，还有模数转换器，比较器，运算放大器等探测电路，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
近年来随着物联网和人工智能的大发展，消费电子与计算机的差异越来越小，消费电子的功能需求越来越高而设计也越来越复杂。所以很多消费电子产品都选用MCU作为其产品控制的核心。随着手持设备越来越成为消费电子的主流，对MCU的低功耗低成本的要求也成为了现在发展的主流趋势。比如MCU在蓝牙设备的应用中，一般要求MCU每隔几百毫秒才唤醒一次进行数据处理，所以MCU绝大部分时间都处于休眠状态即低功耗模式，这就要求MCU在休眠的时候功耗足够低才能满足电池长时间工作的要求。
通常MCU的电源管理电路如图1所示，在MCU正常工作时，电源通过一个高功耗高性能的LDO给MCU里面不同的模块供电。当MCU在低功耗模式时，高性能的LDO就会和其他不需要的功能一起被关闭，MCU由低功耗LDO的电源供电。但是MCU在不同模式切换时，MCU电源在高性能LDO和低功耗LDO切换的时候，如果控制不当就会面临掉电的风险，从而使MCU错误的复位。
发明内容
本申请实施例提供一种用于MCU的低功耗电源切换电路及其实现方法，以解决现有技术中MCU电源在高性能LDO和低功耗LDO切换的时候，容易出现掉电的风险，从而使MCU错误的复位的问题。
在第一方面，本申请实施例提供了一种用于MCU的低功耗电源切换电路，包括：高性能LDO电路、低功耗LDO电路和MCU电路；所述高性能LDO电路包括第一放大器、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻和第一MCU电源输出端；所述低功耗LDO电路包括第二放大器、第二NMOS管、可调电阻、第四电阻、第五电阻、第一开关、第二开关和第二MCU电源输出端。
所述第一放大器的输出端连接所述第一NMOS管的栅极，同相输入端连接参考电源端，反相输入端连接所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端，使能信号输入端连接使能反信号端；所述第一NMOS管的漏极连接电源端，源极连接所述第一电阻的第一端和所述第一MCU电源输出端；所述第二电阻的第二端连接接地端；所述第一MCU电源输出端连接所述MCU电路；
所述第二放大器的输出端连接所述第二NMOS管的栅极，同相输入端连接参考电源端，反相输入端连接所述可调电阻的第二端和所述第四电阻的第一端；所述第二NMOS管的漏极连接电源端，源极连接所述可调电阻的第一端和所述第一开关的第一端；所述第四电阻的第二端连接接地端；所述第一开关的第二端连接所述第二MCU电源输出端；所述第二MCU电源输出端连接所述MCU电路。
进一步的，还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一MCU电源输出端、所述第二MCU电源输出端和所述MCU电路，所述第一电容的第二端连接接地端。
进一步的，所述可调电阻的最大阻值不大于所述第一电阻的阻值。
进一步的，所述第一NMOS管、所述第二NMOS管均采用低阈值电压的NMOS管。
进一步的，所述第一NMOS管、所述第二NMOS管均采用耗尽型NMOS管。
在第二方面，本申请实施例提供了一种用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，所述方法包括：
MCU电路工作在正常模式，低功耗LDO电路与MCU电路断开，高性能LDO电路正常工作为MCU电路提供电源；
MCU电路进入低功耗模式，到达第一设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第二设定时间后，高性能LDO电路与MCU电路断开，通过低功耗LDO电路工作为MCU电路提供电源；
MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第三设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路断开，通过高性能LDO电路为MCU电路提供电源。
进一步的，所述MCU电路工作在正常模式，低功耗LDO电路与MCU电路断开，高性能LDO电路正常工作为MCU电路提供电源包括：
在MCU电路工作在正常模式时，第一开关断开，低功耗LDO电路与MCU电路的电源断开；使能反信号端输入低电平信号，高性能LDO电路正常工作；
第二开关闭合，第五电阻为低功耗LDO电路提供负载电流；其中，低功耗LDO电路的输出电压与高性能LDO电路的输出电压相同，第一NMOS管和第二NMOS管正常工作，此时低功耗LDO电路进入待机模式，高性能LDO电路正常工作为MCU电路提供电源。
进一步的，所述MCU电路进入低功耗模式，到达第一设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第二设定时间后，高性能LDO电路与MCU电路断开，通过低功耗LDO电路工作为MCU电路提供电源包括：
MCU电路进入低功耗模式，在第一时间段内，关闭MCU电路的高频主时钟，复位MCU电路中高性能工作模式下的电路；在第一时间段后，第一开关闭合，低功耗LDO电路接到MCU电路的电源上，此时高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；
同时高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电经过第二时间段后，使能反信号端输入高电平信号，高性能LDO电路关闭，MCU电路的电源由低功耗LDO电路提供；
调节可调电阻的阻值，使得低功耗LDO电路的输出电压阶梯式下降，当低功耗LDO电路稳定到达目标电压时，第二开关断开，低功耗LDO电路的负载电流关闭。
进一步的，所述MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第三设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路断开，通过高性能LDO电路为MCU电路提供电源包括：
MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路的使能反信号端输入低电平信号，高性能LDO电路启动；当第一NMOS管的栅极电压减去第一NMOS管的阈值电压小于MCU电路正常工作的电压时，第一NMOS管截至，MCU电路的电压由低功耗LDO电路提供；
当第一NMOS管的栅极电压减去第一NMOS管的阈值电压大于MCU电路正常工作的电压时，MCU电路的电压由高性能LDO电路提供；此时低功耗LDO电路的反馈电压高于目标电压，第二NMOS管截至，低功耗LDO电路停止为MCU电路供电，通过高性能LDO电路为MCU电路提供电源；
经过第三时间段之后，第一开关断开,低功耗LDO电路与MCU电路断开；低功耗LDO电路进入待机模式；同时开启MCU电路的高频主时钟，释放复位信号使MCU电路开始进入正常工作模式。
进一步的，所述经过第三时间段之后，第一开关断开,低功耗LDO电路与MCU电路断开之后还包括：
第一开关断开,第二NMOS管的栅极电压为0，低功耗LDO电路的输出产生负脉冲直到第二NMOS管的栅极电压恢复正常；
同时第二开关闭合，第五电阻接到低功耗LDO电路的负载，可调电阻重置为最大值使低功耗LDO电路的输出电压与高性能LDO电路的输出电压相同，低功耗LDO电路进入待机模式。
本申请实施例通过将低功耗LDO电路和高性能LDO电路分别与MCU连接，为MCU提供不同模式的供电，在低功耗LDO电路设置可调电阻，实现调整低功耗LDO电路的输出电压，保证低功耗LDO电路的输出电压不超过高性能LDO电路的输出电压且切换时低功耗LDO电路的输出电压能够慢速平稳下降，避免MCU在切换到低功耗模式时产生掉电的风险。通过在低功耗LDO电路设置开关，控制低功耗LDO电路接入和退出MCU的时序，避免MCU在低功耗模式和正常模式相互切换的时候低功耗LDO和高性能LDO无法正常供电，产生掉电的风险，避免MCU电路错误的复位，同时电路结构简单，功耗低，实现低成本。
附图说明
图1是MCU的低功耗电源管理电路模块的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种用于MCU的低功耗电源切换电路的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种用于MCU的低功耗电源切换电路的MCU电路电源切换波形图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各项操作(或步骤)描述成顺序的处理，但是其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
本申请提供的用于MCU的低功耗电源切换电路通过将低功耗LDO电路和高性能LDO电路分别与MCU连接，为MCU提供不同模式的供电，在低功耗LDO电路设置可调电阻，实现调整低功耗LDO电路的输出电压，保证低功耗LDO电路的输出电压不超过高性能LDO电路的输出电压且切换时低功耗LDO电路的输出电压能够慢速平稳下降，避免MCU在切换到低功耗工作模式时产生掉电的风险。通过在低功耗LDO电路设置开关，控制低功耗LDO电路接入和退出MCU的时序，避免MCU在低功耗模式和正常模式相互切换的时候低功耗LDO和高性能LDO无法供电，产生掉电的风险，避免MCU电路错误的复位，同时电路结构简单，功能可靠，实现成本低。在MCU正常工作时，电源通过一个高功耗高性能的LDO给MCU里面不同的模块供电。当MCU在低功耗模式时，高性能的LDO就会和其他不需要的功能一起被关闭，MCU由低功耗LDO的电源供电。但是MCU在不同模式切换时，MCU电源在高性能LDO和低功耗LDO切换的时候，如果控制不当就会面临掉电的风险，从而使MCU错误的复位；本申请实施例通过设置电路，控制MCU在正常模式和低功耗模式切换时，避免高性能LDO电路或者低功耗LDO电路无法顺利及时地为MCU供电，从而产生MCU掉电和错误复位的风险，同时电路简单，功能可靠，功耗低，实现低成本。
图2为本申请实施例提供的一种用于MCU的低功耗电源切换电路的结构示意图。参考图2，该电路具体包括：高性能LDO电路100、低功耗LDO电路200和MCU电路。
所述高性能LDO电路100包括第一放大器U1、第一NMOS管NM1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一MCU电源输出端；所述低功耗LDO电路200包括第二放大器U2、第二NMOS管NM2、可调电阻R3、第四电阻R4、第一开关S1、第二开关S2、第五电阻R5和第二MCU电源输出端。
其中，所述第一放大器U1的输出端连接所述第一NMOS管NM1的栅极，同相输入端连接参考电源端VREF_ldo，反相输入端连接所述第一电阻R1的第二端和所述第二电阻R2的第一端，使能信号输入端连接使能反信号端；所述第一NMOS管NM1的漏极连接电源端Vdd_in，源极连接所述第一电阻R1的第一端和所述第一MCU电源输出端；所述第二电阻R2的第二端连接接地端；所述第一MCU电源输出端连接所述MCU电路；
其中，所述第二放大器U2的输出端连接所述第二NMOS管NM2的栅极，同相输入端连接参考电源端VREF_ldo，反相输入端连接所述可调电阻的第二端和所述第四电阻R4的第一端；所述第二NMOS管NM2的漏极连接电源端Vdd_in，源极连接所述可调电阻的第一端和所述第一开关S1的第一端；所述第四电阻R4的第二端连接接地端；所述第一开关S1的第二端连接所述第二MCU电源输出端；所述第二MCU电源输出端连接所述MCU电路；所述第二开关S2的第一端连接所述第一开关S1的第一端，所述第二开关S2的第二端连接所述第五电阻R5的第一端，所述第五电阻R5的第二端连接接地端。
在本实施例中，在MCU低功耗模式时，通过低功耗LDO电路200进行供电；在MCU正常工作模式时，通过高性能LDO电路100进行供电。高性能LDO电路100正常供电，第一NMOS管NM1导通，第一NMOS管NM1的源极输出电压到MCU电路；在MCU低功耗模式时，低功耗电路正常供电，第二NMOS管NM2导通，第一开关S1闭合，第二开关S2断开，通过第二NMOS管NM2的源极输出电压到MCU电路。
其中，在MCU从正常工作模式切换到低功耗模式时，首先在第一时间段内，保证MCU电路的高频主时钟关闭，MCU电路中高性能工作模式下的电路复位，MCU电路的电源上的负载为其最小负载；第一时间段后，第一开关S1闭合，第二开关S2也为闭合状态，此时高性能LDO电路100跟低功耗LDO电路200同时工作第二时间段，保证MCU电路上的负载为其最小负载；然后在第一NMOS管NM1的使能反信号端输入高电平信号，控制高性能LDO电路100关闭，此时MCU电路的电源由低功耗LDO电路200提供；同时调节调节可调电阻R3的阻值，使得低功耗LDO电路200的输出电压阶梯式下降，当低功耗LDO的输出电压达到目标电压时，第二开关S2断开，关闭低功耗LDO电路200的负载电流以节省功耗。
其中，在MCU从低功耗切换到正常工作模式时，使能反信号端输入低电平信号，高性能LDO电路100启动开始工作，第一NMOS管NM1的栅极电压上升，当第一NMOS管NM1的栅源电压小于第一NMOS管NM1的阈值电压，第一NMOS管NM1截至，MCU电路的电压由低功耗LDO电路200提供；当第一NMOS管NM1的栅源电压大于第一NMOS管NM1的阈值电压时,MCU电路的电压由高性能LDO电路100提供；此时低功耗LDO电路200的反馈电压高于目标电压，第二NMOS管NM2的栅极电压为0，第二NMOS管NM2截至，低功耗LDO电路200停止为MCU电路供电，通过高性能LDO电路100为MCU电路提供电源；经过一个时间段即第三时间段后，确保高性能LDO电路100为MCU电路正常供电，断开第一开关S1,低功耗LDO电路200与MCU电路断开，低功耗LDO电路200进入待机模式；同时开启MCU电路的高频主时钟，释放复位信号使MCU电路开始进入正常工作模式。
其中，第一开关S1断开,第二NMOS管NM2的栅极电压为0，低功耗LDO电路200的输出产生负脉冲直到第二NMOS管NM2的栅极电压恢复正常；同时第二开关S2闭合，第五电阻R5接到低功耗LDO电路200的负载，可调电阻R3重置为最大值使低功耗LDO电路200的输出电压与高性能LDO电路100的输出电压相同，低功耗LDO电路200进入待机模式，为下次MCU进入低功耗模式，低功耗LDO做好准备。
其中，第一时间段、第二时间段和第三时间段根据低功耗LDO电路200和高性能LDO电路100的参数进行设置。
在本实施例中，还包括第一电容C1，所述第一电容C1的第一端连接所述第一MCU电源输出端、所述第二MCU电源输出端和所述MCU电路，所述第一电容C1的第二端连接接地端。
在本实施例中，所述可调电阻的最大阻值不大于所述第一电阻R1的阻值；保证低功耗LDO电路200的输出电压不超过所述高性能LDO电路100的输出电压。
在本实施例中，所述第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2均采用低阈值电压的NMOS管或者耗尽型NMOS管；可以简化LDO的稳定性设计。
在上述实施例的基础上，本申请实施例还提供了一种用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，本实施例提供的用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法包括：
MCU电路工作在正常模式，低功耗LDO电路200与MCU电路断开，高性能LDO电路100正常工作为MCU电路提供电源；
MCU电路进入低功耗模式，到达第一设定时间后，低功耗LDO电路200与MCU电路接通，通过高性能LDO电路100和低功耗LDO电路200同时供电；到达第二设定时间后，高性能LDO电路100与MCU电路断开，通过低功耗LDO电路200工作为MCU电路提供电源；
MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路100与MCU电路接通，通过高性能LDO电路100和低功耗LDO电路200同时供电；到达第三设定时间后，低功耗LDO电路200与MCU电路断开，通过高性能LDO电路100为MCU电路提供电源。
在本实施例中，所述MCU电路工作在正常模式，低功耗LDO电路200与MCU电路断开，高性能LDO电路100正常工作为MCU电路提供电源包括：
在MCU电路工作在正常模式时，即MCU电路的低功耗信号为低电平信号Sleep＝0，第一开关S1触点为低电平信号lpldo_sw_on＝0，第一开关S1断开，低功耗LDO电路200与MCU电路的电源断开；使能反信号端Sleep_hpldo输出低电平信号Sleep_hpldo＝0，高性能LDO电路100正常工作；第二开关S2闭合，第五电阻R5为低功耗LDO电路200提供负载电流；MCU的电源由高性能LDO电路100的输出电压决定，低功耗LDO电路200的输出电压选择为其最高电压即与高性能LDO电路100相同的输出电压；第一节点eao_hp和第二节点eao_lp都在其正常的工作点上，第一节点eao_hp为第一NOMS管的栅极与第一放大器U1输出端的交点，第二节点eao_lp为第二NMOS管NM2的栅极与第二放大器U2输出端的交点；此时低功耗LDO电路200在MCU的正常模式下进入待机模式。
在本实施例中，所述MCU电路进入低功耗模式，低功耗LDO电路200与MCU电路接通，通过高性能LDO电路100和低功耗LDO电路200同时供电；到达第二设定时间后，高性能LDO电路100与MCU电路断开，通过低功耗LDO电路200工作为MCU电路提供电源包括：
MCU电路进入低功耗模式，即MCU电路的低功耗信号为低电平信号Sleep由0变为1，在第一时间段内，关闭MCU电路的高频主时钟，MCU电路的电源上的负载要为其最小负载以避免低功耗LDO电路200驱动能力不够导致MCU电路的电源被MCU电路自身的工作电流拉低；经过第一时间段后，第一开关S1触点为高电平信号lpldo_sw_on＝1，第一开关S1闭合，低功耗LDO电路200接到MCU电路的电源上，此时高性能LDO电路100和低功耗LDO电路200一起工作保证MCU电路的电源不会掉电；然后高性能LDO电路100和低功耗LDO电路200一起工作第二时间段之后，使能反信号端Sleep_hpldo输出高电平信号Sleep_hpldo＝1，高性能LDO电路100停止工作，低功耗LDO电路200接管MCU的电源；第二时间段的时间尽量短，例如100ns，这样即使高性能LDO电路100的电压高于低功耗LDO电路200的输出电压,第一节点eao_lp的电压下降会导致高性能LDO电路100关闭时,MCU的电源电压下降，但是在T2的短时间内，低功耗LDO电路200由于其低功耗低速度特性，其输出电压的下降幅度也会在一个可以接受的范围内。第二时间段之后，低功耗LDO电路200接入MCU电路的电源上,高性能LDO电路100关闭；为了进一步降低MCU的功耗和漏电，低功耗LDO电路200的电源要下降到更低的电压。此时通过调节可调电阻R3的阻值实现低功耗LDO电路200输出阶梯式下降，例如每隔50us下降100mV直到低功耗LDO电路200的输出从1.2V下降到0.9V。当低功耗LDO电路200稳定在目标电压之后例如0.9V，第二开关S2触点为低电平信号en_pdres＝0，第二开关S2关闭，低功耗LDO电路200的负载电流关闭以节省功耗。此时MCU的电源管理电路用最小的功耗为MCU提供低功耗模式所需的电流。
在本实施例中，所述MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路100与MCU电路接通，通过高性能LDO电路100和低功耗LDO电路200同时供电；到达第三设定时间后，低功耗LDO电路200与MCU电路断开，通过高性能LDO电路100为MCU电路提供电源包括：
MCU电路退出低功耗模式，即MCU电路的低功耗信号为低电平信号Sleep由1变为0，第一开关S1触点保持高电平信号lpldo_sw_on＝1，使能反信号端Sleep_hpldo输出低电平信号Sleep_hpldo＝0，高性能LDO电路100启动；第一节点eao_hp的电压上升，当V_eao_hp-Vth_nch1<MCU电源时，即当第一NMOS管NM1的栅极的电压减去第一NMOS管NM1的阈值电压小于MCU电路正常工作模式的电压时，MCU电源由低功耗LDO电路200决定；此时低功耗LDO电路200的反馈电压等于目标电压，电压反馈环路决定第二节点eao_lp的输出电压和输出功率管第二NMOS管NM2处于正常工作状态，高性能LDO电路100不能为MCU供电,只有低功耗LDO电路200在正常工作并为MCU提供电源。
当eao_hp-Vth_nch1>MCU电源时,即当第一NMOS管NM1的栅极的电压减去第一NMOS管NM1的阈值电压大于MCU电路正常工作模式的电压时，MCU的电源就会由高性能LDO电路100决定；此时低功耗LDO电路200的反馈电压高于目标电压，电压反馈环路决定第二节点eao_lp的输出电压为0，第二NMOS管NM2截至，低功耗LDO电路200不能为MCU供电,只有高性能LDO电路100在正常工作并为MCU电路提供电源；第三时间段后，第一开关S1断开,低功耗LDO电路200的输出从MCU电路的电源上断开；由于第二节点eao_lp的输出电压此时为0,低功耗LDO电路200的输出会有比较大的负脉冲直到第二节点eao_lp的电压恢复正常；第一开关S1断开的同时，第二开关S2闭合，第五电阻R5接到低功耗LDO电路200的负载，可调电阻R3也重置为最大值使低功耗LDO电路200的输出目标值与高性能LDO电路100相同。低功耗LDO电路200回到待机模式并等待下一次低功耗模式的进入；同时开启MCU电路的高频主时钟，释放复位信号使MCU电路开始进入正常的工作模式。
其中，第一时间段、第二时间段和第三时间段根据低功耗LDO电路200和高性能LDO电路100的参数进行设置。
请参照图3，为MCU电路的电源切换波形图。在MCU正常工作模式，MCU电路的低功耗信号为低电平信号Sleep＝0；第一开关S1触点为低电平信号lpldo_sw_on＝0；使能反信号端Sleep_hpldo输出低电平信号Sleep_hpldo＝0；第二开关S2触点为高电平信号en_pdres＝1；MCU电路的电压即高性能LDO电路100的输出电压，为正常工作的电压例如1.2V；此时低功耗LDO电路200为待机模式其电压与高性能LDO电路100的输出电压相等为1.2V；第二节点eao_lp的电压为1.2V+Vgs_nch2,即低功耗LDO电路200的电压与第二NMOS管NM2的阈值电压之和；第一节点eao_hp的电压为1.2V+Vgs_nch1,即高性能LDO电路100的电压与第一NMOS管NM1的阈值电压之和。
在MCU电路由正常工作模式切换为低功耗模式时，MCU电路的低功耗信号为低电平信号Sleep＝1；第一开关S1触点为低电平信号，在第一时间段T1时间后lpldo_sw_on＝1；使能反信号端Sleep_hpldo输出高电平信号在第二时间段T2时间后Sleep_hpldo＝1；第二开关S2触点为高电平信号，在第三时间段T3时间后en_pdres＝0；MCU电路的电压逐渐下降为低功耗LDO电路200的输出电压，为低功耗模式的电压例如0.9V；此时低功耗LDO电路200为待机模式其电压与MCU电路的电压相等为0.9V；第二节点eao_lp的电压为0.9V+Vgs_nch2,即低功耗LDO电路200的电压与第二NMOS管NM2的阈值电压之和；第一节点eao_hp的电压为0。
在MCU电路由低功耗模式切换为正常工作模式时，MCU电路的低功耗信号为低电平信号Sleep＝0；使能反信号端Sleep_hpldo输出低电平信号Sleep_hpldo＝0，高性能LDO开始工作；MCU电路的电压逐渐上升为高性能LDO电路100的输出电压，为正常工作模式的电压例如1.2V。在第四时间段T4时间时，第一开关S1触点为低电平信号lpldo_sw_on＝0；第二开关S2触点为高电平信号后en_pdres＝1；此时低功耗LDO电路200为待机模式其电压与MCU电路的电压相等为1.2V，且中间产生负脉冲后恢复正常1.2V；第二节点eao_lp的电压先为0，接入第五电阻R5后恢复正常，为1.2V+Vgs_nch2,即低功耗LDO电路200的电压与第二NMOS管NM2的阈值电压之和；第一节点eao_hp的电压为1.2V+Vgs_nch1,即高性能LDO电路100的电压与第一NMOS管NM1的阈值电压之和。
上述，本申请实施例通过将低功耗LDO电路200和高性能LDO电路100分别与MCU连接，为MCU提供不同模式的供电，在低功耗LDO电路200设置可调电阻R3，实现调整低功耗LDO电路200的输出电压，保证低功耗LDO电路200的输出电压不超过高性能LDO电路100的输出电压且切换时低功耗LDO电路的输出电压能够慢速平稳下降，避免MCU在切换到低功耗工作模式时产生掉电的风险。通过在低功耗LDO电路200设置开关，控制低功耗LDO电路200接入和退出MCU的时序，避免MCU在低功耗模式和正常模式切换的时候低功耗LDO和高性能LDO无法正常供电，产生掉电的风险，避免使得MCU电路错误的复位，同时电路结构简单，功耗低，实现低成本。
上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行的各种明显变化、重新调整及替代均不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由权利要求的范围决定。

Claims (10)

1.一种用于MCU的低功耗电源切换电路，其特征在于，包括：高性能LDO电路、低功耗LDO电路和MCU电路；
所述高性能LDO电路包括第一放大器、第一NMOS管、第一电阻、第二电阻和第一MCU电源输出端；
所述低功耗LDO电路包括第二放大器、第二NMOS管、可调电阻、第四电阻、第五电阻、第一开关、第二开关和第二MCU电源输出端；
所述第一放大器的输出端连接所述第一NMOS管的栅极，同相输入端连接参考电源端，反相输入端连接所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端，使能信号输入端连接使能反信号端；所述第一NMOS管的漏极连接电源端，源极连接所述第一电阻的第一端和所述第一MCU电源输出端；所述第二电阻的第二端连接接地端；所述第一MCU电源输出端连接所述MCU电路；
所述第二放大器的输出端连接所述第二NMOS管的栅极，同相输入端连接参考电源端，反相输入端连接所述可调电阻的第二端和所述第四电阻的第一端；所述第二NMOS管的漏极连接电源端，源极连接所述可调电阻的第一端和所述第一开关的第一端；所述第四电阻的第二端连接接地端；所述第一开关的第二端连接所述第二MCU电源输出端；所述第二开关的第一端连接所述第一开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接接地端；所述第二MCU电源输出端连接所述MCU电路。
2.根据权利要求1所述的用于MCU的低功耗电源切换电路，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一MCU电源输出端、所述第二MCU电源输出端和所述MCU电路，所述第一电容的第二端连接接地端。
3.根据权利要求1所述的用于MCU的低功耗电源切换电路，其特征在于，所述可调电阻的最大阻值不大于所述第一电阻的阻值。
4.根据权利要求1所述的用于MCU的低功耗电源切换电路，其特征在于，所述第一NMOS管、所述第二NMOS管均采用低阈值电压的NMOS管。
5.根据权利要求1所述的用于MCU的低功耗电源切换电路，其特征在于，所述第一NMOS管、所述第二NMOS管均采用耗尽型NMOS管。
6.一种用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，基于权利要求1-5任一项所述的用于MCU的低功耗电源切换电路，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
MCU电路工作在正常模式，低功耗LDO电路与MCU电路断开，高性能LDO电路正常工作为MCU电路提供电源；
MCU电路进入低功耗模式，到达第一设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第二设定时间后，高性能LDO电路与MCU电路断开，通过低功耗LDO电路工作为MCU电路提供电源；
MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第三设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路断开，通过高性能LDO电路为MCU电路提供电源。
7.根据权利要求6所述的用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，其特征在于，所述MCU电路工作在正常模式，低功耗LDO电路与MCU电路断开，高性能LDO电路正常工作为MCU电路提供电源包括：
在MCU电路工作在正常模式时，第一开关断开，低功耗LDO电路与MCU电路的电源断开；使能反信号端输入低电平信号，高性能LDO电路正常工作；
第二开关闭合，第五电阻为低功耗LDO电路提供负载电流；其中，低功耗LDO电路的输出电压与高性能LDO电路的输出电压相同，第一NMOS管和第二NMOS管正常工作，此时低功耗LDO电路进入待机模式，高性能LDO电路正常工作为MCU电路提供电源。
8.根据权利要求6所述的用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，其特征在于，所述MCU电路进入低功耗模式，低功耗LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第二设定时间后，高性能LDO电路与MCU电路断开，通过低功耗LDO电路工作为MCU电路提供电源包括：
MCU电路进入低功耗模式，在第一时间段内，关闭MCU电路的高频主时钟，复位MCU电路中高性能工作模式下的电路；在第一时间段后，第一开关闭合，低功耗LDO电路接到MCU电路的电源上，此时高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；
同时高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电经过第二时间段后，高性能LDO的使能反信号端输入高电平信号，高性能LDO电路关闭，MCU电路的电源由低功耗LDO电路提供；
调节可调电阻的阻值，使得低功耗LDO电路的输出电压阶梯式下降，当低功耗LDO电路稳定到达目标电压时，第二开关断开，低功耗LDO电路的负载电流关闭。
9.根据权利要求6所述的用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，其特征在于，所述MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路与MCU电路接通，通过高性能LDO电路和低功耗LDO电路同时供电；到达第三设定时间后，低功耗LDO电路与MCU电路断开，通过高性能LDO电路为MCU电路提供电源包括：
MCU电路退出低功耗模式，高性能LDO电路的使能反信号端输入低电平信号，高性能LDO电路启动；当第一NMOS管的栅极电压减去第一NMOS管的阈值电压小于MCU电路正常工作的电压时，第一NMOS管截至，MCU电路的电压由低功耗LDO电路提供；
当第一NMOS管的栅极电压减去第一NMOS管的阈值电压大于MCU电路正常工作的电压时，MCU电路的电压由高性能LDO电路提供；此时低功耗LDO电路的反馈电压高于目标电压，第二NMOS管截至，低功耗LDO电路停止为MCU电路供电，通过高性能LDO电路为MCU电路提供电源；
经过第三时间段之后，第一开关断开,低功耗LDO电路与MCU电路断开；低功耗LDO电路进入待机模式；同时开启MCU电路的高频主时钟，释放复位信号使MCU电路开始进入正常工作模式。
10.根据权利要求9所述的用于MCU的低功耗电源切换电路实现方法，其特征在于，所述经过第三时间段之后，第一开关断开,低功耗LDO电路与MCU电路断开之后还包括：
第一开关断开,第二NMOS管的栅极电压为0，低功耗LDO电路的输出产生负脉冲直到第二NMOS管的栅极电压恢复正常；
同时第二开关闭合，第五电阻接到低功耗LDO电路的负载，可调电阻重置为最大值，使低功耗LDO电路的输出电压与高性能LDO电路的输出电压相同，低功耗LDO电路进入待机模式。
CN202011193405.3A 2020-10-30 2020-10-30 用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法 Active CN112286334B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011193405.3A CN112286334B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011193405.3A CN112286334B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112286334A CN112286334A (zh) 2021-01-29
CN112286334B true CN112286334B (zh) 2021-07-23

Family

ID=74353777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011193405.3A Active CN112286334B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112286334B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112987842B (zh) * 2021-03-08 2022-07-01 北京紫光青藤微系统有限公司 一种带隙基准电压源电路
CN113075991B (zh) * 2021-04-01 2023-08-29 深圳市研强物联技术有限公司 一种基于双处理器系统中电源和开关机的控制电路及方法
CN113253824B (zh) * 2021-06-21 2021-11-12 成都爱旗科技有限公司 一种基于risc-v内核的mcu系统、供电方法以及终端设备
CN117914118B (zh) * 2024-03-18 2024-06-11 湘潭无线电有限责任公司 一种基于单键启停的电源管理方法及系统

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102929322A (zh) * 2012-11-23 2013-02-13 聚辰半导体(上海)有限公司 一种低成本低压差线性稳压器
CN104092451A (zh) * 2014-06-18 2014-10-08 无锡芯响电子科技有限公司 一种功耗切换控制电路
CN106160419A (zh) * 2016-08-23 2016-11-23 黄继颇 低压差稳压电源电路结构
WO2016201607A1 (zh) * 2015-06-15 2016-12-22 京微雅格（北京）科技有限公司 一种芯片供电方法及芯片
CN106292816A (zh) * 2015-06-11 2017-01-04 京微雅格（北京）科技有限公司 一种ldo电路及其供电方法,fpga芯片
CN108255225A (zh) * 2018-01-25 2018-07-06 中国科学院微电子研究所 一种基准电压源
CN108762359A (zh) * 2017-12-29 2018-11-06 北京智芯微电子科技有限公司 高电源抑制比的超低功耗电源结构
CN110011536A (zh) * 2019-05-06 2019-07-12 核芯互联(北京)科技有限公司 一种新型电源电路
CN110858081A (zh) * 2018-08-23 2020-03-03 紫光同芯微电子有限公司 一种简单有效的瞬态增强型ldo电路

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9146569B2 (en) * 2013-03-13 2015-09-29 Macronix International Co., Ltd. Low drop out regulator and current trimming device
US20140266106A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Vidatronic, Inc. Ldo and load switch supporting a wide range of load capacitance
US9753474B2 (en) * 2014-01-14 2017-09-05 Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. Low-power low-dropout voltage regulators with high power supply rejection and fast settling performance
US11277065B2 (en) * 2016-11-23 2022-03-15 Eta-Bar Ltd. Power supply with controlled shunting element

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102929322A (zh) * 2012-11-23 2013-02-13 聚辰半导体(上海)有限公司 一种低成本低压差线性稳压器
CN104092451A (zh) * 2014-06-18 2014-10-08 无锡芯响电子科技有限公司 一种功耗切换控制电路
CN106292816A (zh) * 2015-06-11 2017-01-04 京微雅格（北京）科技有限公司 一种ldo电路及其供电方法,fpga芯片
WO2016201607A1 (zh) * 2015-06-15 2016-12-22 京微雅格（北京）科技有限公司 一种芯片供电方法及芯片
CN106160419A (zh) * 2016-08-23 2016-11-23 黄继颇 低压差稳压电源电路结构
CN108762359A (zh) * 2017-12-29 2018-11-06 北京智芯微电子科技有限公司 高电源抑制比的超低功耗电源结构
CN108255225A (zh) * 2018-01-25 2018-07-06 中国科学院微电子研究所 一种基准电压源
CN110858081A (zh) * 2018-08-23 2020-03-03 紫光同芯微电子有限公司 一种简单有效的瞬态增强型ldo电路
CN110011536A (zh) * 2019-05-06 2019-07-12 核芯互联(北京)科技有限公司 一种新型电源电路

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"一种应用于MCU待机模式的超低功耗LDO设计";张超 等;《微处理机》;20171231(第6期);33-36页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112286334A (zh) 2021-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112286334B (zh) 用于mcu的低功耗电源切换电路及其实现方法
TWI234270B (en) Semiconductor integrated circuit having controllable internal supply voltage
US9971395B2 (en) Low power connection detect method and system for USB charging
EP2800235B1 (en) Mobile terminal and charge device and method thereof
CN103677043B (zh) 低压降稳压器
US11604485B2 (en) Multiple power management integrated circuits and apparatus having dual pin interface
US9966781B2 (en) Apparatus for battery charger with controlled charge current and associated methods
US6198262B1 (en) Selective dual input low dropout linear regulator
US20180109134A1 (en) Power monitoring for output voltage support
KR20210087816A (ko) 배터리 관리 장치
CN105790584A (zh) 一种低功耗的电源供电系统及方法
US20230188037A1 (en) Fixed-frequency hysteretic dc-dc converter
CA2541889C (en) Device and method for powering a peripheral device
CN211701852U (zh) 一种降压模块和移动终端
US20150001933A1 (en) Electronic device having plurality of voltage rails
CN109196449B (zh) 用于对具有低电压电池的电子装置供电的系统、设备与方法
CN113495605A (zh) 用于集成电路的功率节省功率架构
JP2008178257A (ja) スイッチングレギュレータの制御回路およびそれを利用したスイッチングレギュレータならびに電子機器
CN114756078B (zh) 一种集成电路芯片高精度稳压电源电路
TW201415318A (zh) 觸控系統之電源管理裝置
CN203522713U (zh) 单节电池供电系统的按键控制系统
US20100244911A1 (en) Supply circuitry for sleep mode
CN111465911B (zh) 用于上电和深度掉电退出的低涌流电路
US20050007798A1 (en) Electronic apparatus capable of effectively using power of an AC/DC adaptor
CN114498905B (zh) 不同功率模式切换的电源供电系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Low power consumption power switching circuit for MCU and its implementation method

Effective date of registration: 20220505

Granted publication date: 20210723

Pledgee: HongMian sub branch of Bank of Guangzhou Co.,Ltd.

Pledgor: Guangzhou Hongbo Microelectronics Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980005079

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20230601

Granted publication date: 20210723

Pledgee: HongMian sub branch of Bank of Guangzhou Co.,Ltd.

Pledgor: Guangzhou Hongbo Microelectronics Technology Co.,Ltd.

Registration number: Y2022980005079

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right