CN113054966B - 低功耗状态控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体集成电路技术领域，具体公开了低功耗状态控制电路，包括用于产生复位信号的复位发生模块、用于根据输入的复位信号和电源管理芯片内部的休眠结束信号产生的第一复位控制信号的第一复位信号控制模块、用于根据产生的第一复位控制信号和第一开关控制信号同时产生第一掉电信号和第一隔离信号的第一信号发生模块、用于根据产生的复位信号产生第二复位控制信号的第二复位信号控制模块和用于根据产生的第二复位控制信号和第二开关控制信号同时产生第二掉电信号和第二隔离信号的第二发生模块。采用本发明的技术方案实现实现在切换电源管理芯片的工作状态时，能够对电源常开域模块的控制，进一步降低待机时终端设备的功耗。

Description

低功耗状态控制电路

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，特别涉及低功耗状态控制电路。

背景技术

随着物联网设备的大量普及，无线终端节点广泛收集各种物理信息，并且通过智能手机或者其它网络节点进行数据传输，而与此同时，设备从电池或外界环境(比如太阳能)获得的能量非常有限，人们对电源管理芯片和系统的功耗要求也越来越严格。在绝大部分应用场景中，处于休眠模式的时间是系统占比最高的，检测和计算的时间则相对较少，如图1所示，休眠模式的功耗直接决定设备生命周期，而休眠模式中电源管理芯片的电流主要分为漏电电流和动态电流两部分。因此，如何控制好掉电模块的漏电，并实现各种工作状态之间的切换，是减小待机时终端设备功耗的关键。

当前，对于工作状态的切换是采用多个状态机进行控制，而当前采用多个状态机实现工作状态切换的方式存在以下两点不足：

1.当前一般的状态机只能做到电源管理芯片(PMU)内除电源常开域模块(Alwayson Domain，简称AON模块)以外的功能模块的控制，没办法控制属于常开的AON模块，从而能够减少的功耗有限。

2.采用多个状态机控制工作状态的方式，状态机不仅需要考虑如何正确的进入各个工作模式，还需要考虑如何顺利的从工作状态中恢复，设计难度大。

发明内容

为实现在切换电源管理芯片的工作状态时，能够对电源常开域模块的控制，进一步降低待机时终端设备的功耗，本发明提供低功耗状态控制电路。

本发明基础方案如下：

低功耗状态控制电路，包括复位发生模块、第一复位信号控制模块、第一信号发生模块、第二复位信号控制模块和第二信号发生模块，其中：

所述复位发生模块用于根据输入的按键复位信号和上电复位/掉电检测模块的输出信号产生复位信号；

所述第一复位信号控制模块用于根据产生的复位信号和电源管理芯片内部的休眠结束信号产生第一复位控制信号；

所述第一信号发生模块用于根据产生的第一复位控制信号和控制第一电压域开关的第一开关控制信号同时产生分别用于控制电源管理芯片内除AON模块以外功能模块处于掉电和关机状态的第一掉电信号和第一隔离信号；

所述第二复位信号控制模块用于根据产生的复位信号产生第二复位控制信号；

所述第二发生模块用于根据产生的第二复位控制信号和控制第二电压域开关的第二开关控制信号同时用于控制AON模块处于掉电和关机状态产生第二掉电信号和第二隔离信号。

有益效果：本技术方案通过产生的第一掉电信号和第一隔离信号实现对不同工作状态(上电复位模式、关机模式和休眠计时唤醒模式等)下对电源管理芯片内除AON模块以外的功能模块的控制；通过产生的第二掉电信号和第二隔离信号实现在不同工作状态下对AON模块的控制。即本技术方案仅通过产生的两个掉电信号(第一掉电信号和第二掉电信号)和两个隔离信号(第一隔离信号和第二隔离信号)，可在不同工作状态下对电源管理芯片中各个功能模块(AON模块和其它功能模块)进行控制，从而最大限度的关闭各种工作状态时，电源管理芯片内部中不需要使用的功能模块，从而进一步降低待机时终端设备的功耗。

可选的，所述第一信号发生模块包括一号电平转换电路和PMU掉电/隔离信号发生电路，其中：

一号电平转换电路设有用于输入第一开关控制信号作为数据信号的输入端、用于输入控制一号电平转换电路复位的第一隔离信号的输入端，以及用于输出第一掉电/隔离控制信号的输出端；

第一掉电/隔离信号发生电路包括一号锁存器和依次连接在一号锁存器输出端的一号或非门和一号非门；

一号锁存器设有用于输入高压信号的一号D输入端、用于输入控制一号锁存器复位的第一复位控制信号的输入端、用于输入第一掉电/隔离控制信号的一号置数端，以及用于输出第一掉电信号的输出端；

一号或非门的一输入端与一号锁存器的输出端相连，且另一输入端与第一复位信号控制模块的输出端相连，一号非门的输出端用于输出第一隔离信号。

可选的，所述第二信号发生模块包括二号电平转换电路和第二掉电/隔离信号发生电路，其中：

二号电平转换器设有用于输入第二开关控制信号作为数据信号的输入端、用于输入控制二号电平转换电路复位的第二隔离信号的输入端，以及用于输出第二掉电/隔离控制信号的输出端；

第二掉电/隔离信号发生电路包括二号锁存器和依次连接在二号锁存器的输出端的二号或非门和二号非门；

二号锁存器设有用于输入高压信号的二号D输入端、用于输入控制二号锁存器复位的第二复位控制信号的输入端、用于输入第二掉电/隔离控制信号的一号置数端，以及用于输出第二掉电信号的输出端；

二号或非门的一输入端与二号锁存器的输出端相连，且另一输入端与第二复位信号控制模块的输出端相连，二号非门的输出端用于输出第二隔离信号。

可选的，所述第一复位信号控制模块包括一号与非门和三号非门，三号非门的输入端连接复位产生电路输出复位信号的输出端；一号与非门的一输入端连接三号非门的输出端，其另一输入端用于输入休眠结束信号，其输出端用于输出第一复位控制信号。

可选的，所述第二复位信号控制模块包括一号同相缓冲器，一号同相缓冲器的输入端用于输入复位产生电路输出的复位信号，一号同相缓冲器的输出端用于输出第二复位控制信号。

可选的，所述第一复位信号控制模块还用于根据第一信号发生模块反馈的第一隔离信号和输入的电源管理芯片内部的休眠结束信号产生第一复位信号。

有益效果：第一复位信号用于触发电源管理芯片复位。

可选的，所述第一复位信号控制模块还包括依次连接的三号或非门和四号非门，三号或非门的一输入端用于输入休眠结束信号，另一输入端用于输入第一隔离信号，四号非门的输出端输出第一复位信号。

可选的，所述复位发生模块包括用于产生复位信号的一号复位产生电路，所述一号复位产生电路包括按键复位信号产生电路和二号与非门，其中：

按键复位产生电路包括四号或非门和五号非门，四号或非门的一输入端用于输入按键信号，其另一输入端用于输入按键启动信号，其输出端与五号非门的输入端连接；五号非门的输出端用于输出按键复位信号。

二号与非门的一输入端用于输入上电复位/掉电检测模块的输出信号，另一输入端用于输入按键复位信号，其输出端用于输出复位信号。

有益效果：1.按键启动信号用于控制电源管理芯片外部按键信号是否参与触发一号复位产生电路。

2.电源管理芯片外部按键信号能够与上电复位/掉电检测模块的输出信号兼容共同参与触发一号复位产生电路产生复位信号。

可选的，所述复位发生模块还包括用于控制复位按键复位的二号复位产生电路，所述二号复位产生电路包括三号同相缓冲器，三号同相缓冲器的输入端用于输入按键复位信号，三号同相缓冲器的输出端用于输出同相驱动电源管理芯片外部按键复位的信号。

有益效果：同相驱动电源管理芯片外部按键复位的信号用于触发外部按键复位。

可选的，所述复位发生模块还包括用于控制上电复位模块复位的三号复位产生电路，所述三号复位产生电路包括二号同相缓冲器，二号同相缓冲器的输入端用于输入上电复位/掉电检测模块的输出信号，其输出端用于输出用于同相驱动上电复位模块复位的信号。

有益效果：同相驱动上电复位模块复位的信号用于触发上电复位模块复位。

附图说明

图1为超低功耗物联网节点典型功耗分布图；

图2为低功耗状态控制电路实施例一第一隔离信号和第一掉电信号产生电路图；

图3为低功耗状态控制电路实施例一第二隔离信号和第二掉电信号产生电路图；

图4为低功耗状态控制电路实施例一的事件驱动状态控制电路图；

图5为低功耗状态控制电路实施例二的事件驱动状态控制电路图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

低功耗状态控制电路，包括复位发生模块、第一复位信号控制模块、第一信号发生模块、第二复位信号控制模块和第二信号发生模块，其中：

所述复位发生模块用于根据输入的按键复位信号和上电复位/掉电检测模块的输出信号产生复位信号。

所述第一复位信号控制模块用于根据产生的复位信号和电源管理芯片内部的休眠结束信号产生第一复位控制信号。

所述第一信号发生模块用于根据产生的第一复位控制信号和控制第一电压域开关的第一开关控制信号同时产生分别用于控制电源管理芯片内除AON模块以外功能模块处于掉电和关机状态的第一掉电信号和第一隔离信号。本实施例中，第一电压域是指PMU电压域。

如图2所示，所述第一信号发生模块包括一号电平转换电路和第一掉电/隔离信号发生电路，其中：

一号电平转换电路设有用于输入PMU开关控制信号作为数据信号的输入端VREG_PMU_PD_LV、用于输入控制一号电平转换电路复位的第一隔离信号的输入端PMU_ISO_HV，以及用于输出第一掉电/隔离控制信号的输出端VREG_PMU_PD_ISO_HV。本实施例中，第一掉电/隔离控制信号为高电平有效。

第一掉电/隔离信号发生电路包括一号锁存器和依次连接在一号锁存器输出端的一号或非门和一号非门。

一号锁存器设有用于输入高压信号的一号D输入端VDDH、用于输入控制一号锁存器复位的第一复位控制信号的输入端RST_PMU_HV、用于输入第一掉电/隔离控制信号的一号置数端VREG_PMU_PD_ISO_HV，以及用于输出第一掉电信号的输出端PMU_PD_HV。

一号或非门的一输入端与一号锁存器的输出端相连，且另一输入端与第一复位信号控制模块的输出端相连，一号非门的输出端PMU_ISO_HV用于输出第一隔离信号。

本实施例中，第一开关控制信号低电平有效，当第一开关控制信号为低电平时表示打开第一电压域开关。第一掉电信号和第一隔离信号均为高电平有效，当第一掉电信号为高电平时表示控制电源管理芯片内除AON模块以外的其它功能模块掉电，当第一隔离信号为高电平时表示控制电源管理芯片内除AON模块以外的其它功能模块关机。

所述第二复位信号控制模块用于根据产生的复位信号产生第二复位控制信号。本实施例中，第二复位控制信号为高电平有效，即第二复位控制信号RST_AON_HV高电平时表示对AON模块的掉电/隔离状态控制。

所述第二发生模块用于根据产生的第二复位控制信号和控制第二电压域开关的第二开关控制信号同时产生第二掉电信号和第二隔离信号。本实施例中，第二电压域指AON电压域，第二开关控制信号为低电平有效，当第二开关控制信号为低电平时表示打开第二电压域开关。第二掉电信号和第二隔离信号均为高电平有效，即当第二掉电信号为高电平时为控制AON模块掉电，当第二隔离信号为高电平时为控制AON模块关机。

如图3所示，所述第二信号发生模块包括二号电平转换电路和第二掉电/隔离信号发生电路，其中：

二号电平转换器设有用于输入第二开关控制信号作为数据信号的输入端VREG_AON_PD_LV、用于输入控制二号电平转换电路复位的第二隔离信号的输入端AON_ISO_HV，以及用于输出第二掉电/隔离控制信号的输出端VREG_AON_PD_ISO_HV。本实施例中，第二掉电/隔离控制信号为高电平有效。

第二掉电/隔离信号发生电路包括二号锁存器和依次连接在二号锁存器的输出端的二号或非门和二号非门。

二号锁存器设有用于输入高压信号的二号D输入端ADDH、用于输入控制二号锁存器复位的第二复位控制信号的输入端RST_AON_HV、用于输入第二掉电/隔离控制信号的一号置数端VREG_AON_PD_ISO_HV，以及用于输出第二掉电信号的输出端AON_PD_HV。

二号或非门的一输入端与二号锁存器的输出端相连，且另一输入端与第二复位信号控制模块的输出端相连，二号非门的输出端AON_ISO_HV用于输出第二隔离信号。

如图4所示，本实施例中，所述第一复位信号控制模块、第二复位信号控制模块和复位发生模块的具体电路连接结构如下所述：

所述第一复位信号控制模块包括一号与非门和三号非门，三号非门的输入端连接复位产生电路输出复位信号的输出端；一号与非门的一输入端连接三号非门的输出端，其另一输入端PMU_HIBER_RST_N_HV用于输入休眠结束信号，其输出端RST_PMU_HV用于输出第一复位控制信号。本实施例中，休眠结束信号为高电平时表示休眠结束；第一复位控制信号为高电平时表示对电源管理芯片内除AON模块以外的功能模块的掉电/隔离状态控制。另外，所述第一复位信号控制模块不仅限于本实施例所述电路连接结构。

所述第二复位信号控制模块包括一号同相缓冲器，一号同相缓冲器的输入端用于输入复位产生电路输出的复位信号，一号同相缓冲器的输出端RST_AON_HV用于输出第二复位控制信号。

所述复位发生模块包括用于产生复位信号的一号复位产生电路、用于控制复位按键复位的二号复位产生电路和用于控制上电复位模块复位的三号复位产生电路，其中：

一号复位产生电路包括按键复位信号产生电路和二号与非门，按键复位产生电路包括四号或非门和五号非门，四号或非门的一输入端PushButton_n用于输入按键信号，其另一输入端PB_DIS_LV用于输入按键启动信号，其输出端与五号非门的输入端连接；五号非门的输出端用于输出按键复位信号。二号与非门的一输入端POR_n用于输入上电复位/掉电检测模块的输出信号，另一输入端用于输入按键复位信号，其输出端用于输出复位信号。

二号复位产生电路包括三号同相缓冲器，三号同相缓冲器的输入端用于输入按键复位信号，三号同相缓冲器的输出端PB_RST_n_LV用于输出同相驱动电源管理芯片外部按键复位的信号，该信号为低电平有效，即当该信号低电平时，控制外部按键复位。

所述三号复位产生电路包括二号同相缓冲器，二号同相缓冲器的输入端POR_n用于输入上电复位/掉电检测模块的输出信号，其输出端POR_n_LV用于输出用于同相驱动上电复位模块复位的信号。

本技术方案可驱动四种模式的状态，具体如下：

上电复位模式。片外RC或者on_chip POR两种模式所产生的电源管理芯片复位需求，电源管理芯片复位需求具体指上电复位/掉电检测模块的输出信号，该信号具有最高优先级。当上电复位/掉电检测模块的输出信号为低电平时，从而经过复位产生电路中的二号与非门输出高电平的复位信号，高电平的复位信号依次经第一复位信号控制模块中的三号非门和一号与非门产生并向第一信号发生模块中的一号锁存器的复位输入端输出高电平的第一复位控制信号，从而使一号锁存器复位输出低电平信号，该信号与高电平的第一复位控制信号RST_PMU_HV共同经过一号或非门和非门得到高电平的第一隔离信号。同理，第二信号发生模块输出高电平的第二隔离信号。即当上电复位/掉电检测模块的输出信号为低电平时，按键复位信号、休眠结束信号PMU开关控制信号和第二开关控制信号的高、低电平均不影响高电平第一隔离信号和高电平第二隔离信号的输出状态，即当上电复位/掉电检测模块的输出信号POR_n为低电平时，电源管理芯片处于全局重置状态，上电复位/掉电检测模块的输出信号具有最高优先级。仅当上电复位/掉电检测模块的输出信号被释放后，本方案电路按照既定顺序启动电源管理芯片内各个功能模块。

关机模式。当处于关机模式时，第一隔离信号和第二隔离信号均为高电平，此时，电源管理芯片关闭所有功能模块，仅当开机信号通过复位产生电路的输入端POR_n输入才能触发本方案电路重启电源管理芯片。

休眠计时唤醒。常开计时器(PMU ALways-on counter)在计数结束后，输出低电平的短脉冲：休眠结束信号，该信号将释放高电平第一隔离信号，重新启动电源管理芯片除AON模块以外其它功能模块。

兼容按键输入模式。当按键启动信号为高电平时，关闭电源管理芯片外部按键信号启动功能，换而言之，此时电源管理芯片外输入的按键信号无论是高电平还是低电平，均会输出控制电源管理芯片外部按键复位的按键复位信号，即此时电源管理芯片外输入带有复位的按键信号将不能触发一号复位产生电路。

实施例二

与实施例一的区别之处在于：如图5所示，所述第一复位信号控制模块还用于根据第一信号发生模块反馈的第一隔离信号和输入的电源管理芯片内部的休眠结束信号产生第一复位信号。

所述第一复位信号控制模块包括依次连接的三号或非门和四号非门，三号或非门的一输入端PMU_HIBER_RST_N_HV用于输入休眠结束信号，另一输入端PMU_ISO_HV用于输入第一隔离信号，四号非门的输出端RST_PMU_LV输出PMU复位信号，本实施例中，第一复位信号为低电平有效，即当第一复位信号为低电平时，触发电源管理芯片复位。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (8)

1.低功耗状态控制电路，其特征在于，包括复位发生模块、第一复位信号控制模块、第一信号发生模块、第二复位信号控制模块和第二信号发生模块，其中：

所述复位发生模块用于根据输入的按键复位信号和上电复位/掉电检测模块的输出信号产生复位信号；

所述第一复位信号控制模块用于根据产生的复位信号和电源管理芯片内部的休眠结束信号产生第一复位控制信号；

所述第一信号发生模块用于根据产生的第一复位控制信号和控制第一电压域开关的第一开关控制信号同时产生分别用于控制电源管理芯片内除AON模块以外功能模块处于掉电和关机状态的第一掉电信号和第一隔离信号；

所述第二复位信号控制模块用于根据产生的复位信号产生第二复位控制信号；

所述第二信号发生模块用于根据产生的第二复位控制信号和控制第二电压域开关的第二开关控制信号同时产生用于控制AON模块处于掉电和关机状态的第二掉电信号和第二隔离信号；

所述第一信号发生模块包括一号电平转换电路和第一掉电/隔离信号发生电路，其中：

一号电平转换电路设有用于输入第一开关控制信号作为数据信号的输入端、用于输入控制一号电平转换电路复位的第一隔离信号的输入端，以及用于输出第一掉电/隔离控制信号的输出端；

第一掉电/隔离信号发生电路包括一号锁存器和依次连接在一号锁存器输出端的一号或非门和一号非门；

一号锁存器设有用于输入高压信号的一号D输入端、用于输入控制一号锁存器复位的第一复位控制信号的输入端、用于输入第一掉电/隔离控制信号的一号置数端，以及用于输出第一掉电信号的输出端；

一号或非门的一输入端与一号锁存器的输出端相连，且另一输入端与第一复位信号控制模块的输出端相连，一号非门的输出端用于输出第一隔离信号；

所述第二信号发生模块包括二号电平转换电路和第二掉电/隔离信号发生电路，其中：

二号电平转换器设有用于输入第二开关控制信号作为数据信号的输入端、用于输入控制二号电平转换电路复位的第二隔离信号的输入端，以及用于输出第二掉电/隔离控制信号的输出端；

第二掉电/隔离信号发生电路包括二号锁存器和依次连接在二号锁存器的输出端的二号或非门和二号非门；

二号锁存器设有用于输入高压信号的二号D输入端、用于输入控制二号锁存器复位的第二复位控制信号的输入端、用于输入第二掉电/隔离控制信号的二号置数端，以及用于输出第二掉电信号的输出端；

二号或非门的一输入端与二号锁存器的输出端相连，且另一输入端与第二复位信号控制模块的输出端相连，二号非门的输出端用于输出第二隔离信号。

2.根据权利要求1所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述第一复位信号控制模块包括一号与非门和三号非门，三号非门的输入端连接复位产生电路输出复位信号的输出端；一号与非门的一输入端连接三号非门的输出端，其另一输入端用于输入休眠结束信号，其输出端用于输出第一复位控制信号。

3.根据权利要求1所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述第二复位信号控制模块包括一号同相缓冲器，一号同相缓冲器的输入端用于输入复位产生电路输出的复位信号，一号同相缓冲器的输出端用于输出第二复位控制信号。

4.根据权利要求2所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述第一复位信号控制模块还用于根据第一信号发生模块反馈的第一隔离信号和输入的电源管理芯片内部的休眠结束信号产生第一复位信号。

5.根据权利要求4所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述第一复位信号控制模块还包括依次连接的三号或非门和四号非门，三号或非门的一输入端用于输入休眠结束信号，另一输入端用于输入第一隔离信号，四号非门的输出端输出第一复位信号。

6.根据权利要求1所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述复位发生模块包括用于产生复位信号的一号复位产生电路，所述一号复位产生电路包括按键复位信号产生电路和二号与非门，其中：

按键复位产生电路包括四号或非门和五号非门，四号或非门的一输入端用于输入按键信号，其另一输入端用于输入按键启动信号，其输出端与五号非门的输入端连接；五号非门的输出端用于输出按键复位信号；

二号与非门的一输入端用于输入上电复位/掉电检测模块的输出信号，另一输入端用于输入按键复位信号，其输出端用于输出复位信号。

7.根据权利要求6所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述复位发生模块还包括用于控制复位按键复位的二号复位产生电路，所述二号复位产生电路包括三号同相缓冲器，三号同相缓冲器的输入端用于输入按键复位信号，三号同相缓冲器的输出端用于输出同相驱动电源管理芯片外部按键复位的信号。

8.根据权利要求6所述的低功耗状态控制电路，其特征在于：所述复位发生模块还包括用于控制上电复位模块复位的三号复位产生电路，所述三号复位产生电路包括二号同相缓冲器，二号同相缓冲器的输入端用于输入上电复位/掉电检测模块的输出信号，其输出端用于输出用于同相驱动上电复位模块复位的信号。

Images