CN114285152B - 一种多电源供电的芯片电源切换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种多电源供电的芯片电源切换电路，包括：低压差线性稳压器、第一比较器、第二比较器、片外电源选择电路、或门、反相器和电源选择模块；其中，低压差线性稳压器的一个输出连接电源选择模块的输入，另一个输出连接第一比较器的正向输入；第一比较器的负向输入和低压差线性稳压器的输入连接参考电平，输出连接或门的一个输入；或门的输出连接电源选择模块的另一个输入；外部电源选择电路的两个输入分别连接外部直流电源和电池电源，输出连接第二比较器的正向输入；电池电源连接第二比较器的反向输入和电源选择模块的输入；第二比较器的输出连接反相器的输入和电源选择模块的输入；反相器的输出连接或门的另一个输入。

Description

一种多电源供电的芯片电源切换电路
技术领域
本发明涉及一种电源切换电路，特别是一种多电源供电的芯片电源切换电路。
背景技术
主控系统供电正常有两路，来自电网的VDC和来自电池的VBAT，正常要求电网掉电以后切换成电池供电。如图3所示，在深亚微米等工艺节点，好多器件都是工作在3.3V，所以需要对来自电网的5V在芯片内部转换成3.3V，一般情况下要求这个LDO在电池供电时候旁路(bypass)。这样会导致当电网突然来电，LDO启动需要一点时间，这时芯片内部接3.3V电源的器件就会直接接5V电源，可能导致内部器件的损伤。
对于IO电压支持5V的系统，其电源切换常见一种方案如图4所示，通过芯片外的Diode完成电源的切换，电网有电时，VDC电压高于VBAT，二极管D1导通，当电网掉电时，D0导通，实现对电源的切换，但是该系统不能满足内部IO device时3.3V的应用。
其对电网突然来电，LDO5VT33输出因为来不及相应，跟随输入，AVDD33输出电压可能超过器件耐压没有做相应的防护。
另外解决该方案是通过片外增加一个5V转3.3V LDO,然后芯片内部实现3.3V电源和VBAT电源直接的切换，但是会增加整体BOM成本。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种多电源供电的芯片电源切换电路。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种多电源供电的芯片电源切换电路，包括：低压差线性稳压器LDO、第一比较器CMOP0、第二比较器CMOP1、片外电源选择电路、或门OR1、反相器INV和电源选择模块；
其中，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33连接电源选择模块的输入端，低压差线性稳压器LDO的另一个输出连接第一比较器CMOP0的正向输入端；
第一比较器CMOP0的负向输入端和低压差线性稳压器LDO的输入端连接参考电平VREF，第一比较器CMOP0的输出端连接或门OR1的一个输入端；
或门OR1的输出端连接电源选择模块的另一个输入端；
外部电源选择电路的两个输入端分别连接外部直流电源VDC和电池电源VBAT，外部电源选择电路的输出端连接第二比较器CMOP1的正向输入端；
电池电源VBAT还连接第二比较器CMOP1的反向输入端和电源选择模块的输入端；
第二比较器CMOP1的输出端连接反相器INV的输入端和电源选择模块的输入端；
反相器INV的输出端连接或门OR1的另一个输入端；
电源选择模块的输出端连接芯片内部负载区域。
本发明所述低压差线性稳压器LDO内部包括运算放大器OPAMP、第一电阻R0、第二电阻R1、第三电阻R2和功率管M0；
其中，运算放大器OPAMP的正向输入端连接参考电压VREF，负端连接第三电阻R2和第二电阻R1的公共端，运算放大器OPAMP的输出端连接功率管M0的栅端；
功率管M0的源端连接片外电源选择电路的输出端AVDD5，功率管M0的漏端连接第三电阻R2的正向输入端；
第三电阻R2的负向端连接第二电阻R1的正向端；
第二电阻R1的负向端连接第一比较器CMOP0的正向输入端和第一电阻R0的正向输入端；
第一电阻R0的负向端接地。
本发明所述片外电源选择电路包括第一二极管D0和第二二极管D1；
其中，第一二极管D0正向输入端连接外部直流电源VDC；
第二二极管D1正向输入端连接电池电源VBAT；
第一二极管D0和第二二极管D1的负向端连接，组成片外选择电路的输出端AVDD5。
本发明所述输入保护电路包括第二比较器CMOP1、第四电阻R3和第五电阻R4；
其中，第二比较器CMOP1的输入端依次连接第四电阻R3和第五电阻R4。
本发明所述电源选择模块包括第一开关SW0和第二开关SW1；
其中，第一开关SW0的源端连接低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33，第一开关SW0的栅端连接或门OR1的输出端，第一开关SW0的衬底和漏端连接第二开关SW1的漏端；
第二开关SW1的栅端连接第二比较器COMP1的输出端，第二开关SW1的源端接电池电源VBAT。
本发明所述第一开关SW0为PMOS开关。
本发明所述第二开关SW1为PMOS开关。
本发明中，当直流电源VDC正常供电5V时，比较器COMP1正端电压5V，经过一个二极管diode压降，设置为4.7V，比较器COMP1的负端接电池电源VBAT电压不超过3.6V，比较器COMP1输出PG_SEL为高电平，经过反相器INV后输出PG_SELN为低电平，使得PMOS开关SW1关闭；由于低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33正常输出，比较器COMP0输出AVDD_OK为低电平，第一比较器COMP0输出AVDD33_OK和反相器INV输出PG_SELN同时为低电平，使得或门OR1的输出MAIN_SEL输出为低电平，第一开关SW0导通，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33通过第一开关SW0输出产生AVDDIO给后续电路供电。
本发明中，当直流电源VDC掉电时，电池电源VBAT送给片外电源选择电路的输出端AVDD5，比较器COMP1正端电压是电池电源VBAT经过一个二极管diode压降，比较器COMP1的负端接电池电源VBAT电压，比较器COMP1输出PG_SEL为低电平，第二开关SW1导通，比较器COMP1输出PG_SEL经过一个反相器后的输出PG_SELN为高电平，使得或门OR1的输出MAIN_SEL为高电平，第一开关SW0关闭；电池电源VBAT通过第二开关SW1输出产生AVDDIO给后续系统供电。
本发明中，当直流电源VDC来电时，由于低压差线性稳压器LDO旁路(bypass)，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33过充，当过充大于3.6V时，比较器COMP0输出高电平，第一开关SW0关闭，同时比较器COMP1输出也为高电平，第二开关SW1关闭，当低压差线性稳压器LDO完成上电后，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33输出稳定，比较器COMP0输出低电平和输出PG_SEL的低电平或产生的输出MAIN_SEL为低电平，第一开关SW0打开，低压差线性稳压器LDO的一个输出端由AVDD33给后续电路供电。
有益效果：
1.本发明中芯片内置5V转3.3V LDO电路，且支持bypass，降低功耗同时，可以降低BOM成本；
2.本发明利用LDO的R0，R1，R2还有比较器COMP0以及或门组成过压保护电路；
3.本发明对AVDD33监测电路复用LDO的电阻，实际实现时可以有一个单独的电阻串或者其他方法来时间电源电压监测，以实现过压监测，防止损伤内部器件；
4，本发明复用LDO的电阻有效降低了系统的功耗和面积。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明电路结构示意图。
图2为本发明具体电路示意图。
图3为现有片内电源切换电路示意图。
图4为现有片外电源切换电路示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种多电源供电的芯片电源切换电路，由如下部分组成：低压差线性稳压器LDO、第一比较器CMOP0、第二比较器CMOP1、片外电源选择电路、或门OR1、反相器INV和电源选择模块组成；
低压差线性稳压源LDO的输出连接电源选择电路的输入，LDO的一端输出连接第一比较器的正向输入端，第一比较器的负向输入端和LDO的输入端连接一起接参考电平VREF，第一比较器的输出接或门OR1的输入端；或门的输出连接电源选择的输入端；外部电源选择电路的输入接外部直流电源VDC和电池VBAT，输出送给第二比较器的正向输入端，同时外部电池连接第二比较器的反向输入端和电源选择电路的输入端，第二比较器的输出接反相器INV和电源选择电路的输入端；反相器的输出端接或门OR1的输入端，电源选择模块输出作为整体输出接芯片内部负载。
其中低压差线性稳压器LDO内部包括运算放大器OPAMP、第一电阻R0、第二电阻R1、第三电阻R2、功率管M0组成；运算放大器的正向输入端接参考电压VREF，负端接R2和R1的公共端，运算放大器的输出端接功率管的栅端，功率管的源端接片外电源选择电路的输出AVDD5，功率管漏端接第三电阻的正向输入端；第三电阻R2的负向端接第二电阻R1的正向端，第二电阻的负向端接第一比较器的正向输入端和第一电阻的正向输入端。第一电阻的负向端接地。
片外电源选择电路由第一二极管D0和第二二极管D1组成，第一二极管正向输入端接VDC，第二二极管正向输入端接VBAT，第一、第二二极管负向端接一起组成片外选择电路的输出端AVDD5。
第二比较器的输入端接入第四电阻R3和第五电阻R4组成输入保护电路。
使用PMOS开关SW0和SW1组成电源选择电路，其中第一开关SW0的源端接LDO的输出端AVDD33，第一开关的栅端接或门的输出端，第一开关的衬底和漏断接一起接第二开关SW1的漏端；第二开关的栅端接第二比较器COMP1的输出端，第二开关的源端接VBAT。
具体到如图2所示电路中，当采用电池供电时候，自动bypass5V转3.3V LDO，降低系统功耗，增加电池续航能力。
由运放放大器(Operational Amplifier-OPAMP)功率管M0以及电阻R0～R2组成的线性稳压源(Low Dropout Regulator-LDO)为后续电路提供电源，电源电压大小为：，R0+R1+R2的阻值决定了LDO的静态功耗，对于低功耗应用，一般要求该功耗小于1uA。假设功率管的静态电流为1uA，VEREF＝0.7V，AVDD33＝3.3V，则R0+R1+R2＝3.3M，R1+R0＝700k。取R0为670k，则R1＝30k。当AVDD33正常输出3.3V时，比较器CMOP0的正端输入电压为，负端输入电压为参考电平VREF＝700mV，比较器输出AVDD33_OK为低.当由于主电突然来电等原因导致LDO输出AVDD33突变到大于3.6V时候，AVDD_OK输出为高。D0和D1构成一个外部的电源电压自动选择电路，保证不管在何种供电情况下，AVDD5都有电压。
当VDC正常供电5V时候，比较器COMP1正端电压是5V经过一个diode压降，一般设置在4.7V，比较器COMP1的负端接VBAT电压，一般不超过3.6V，则比较器COMP1输出PG_SEL为高电平，PG_SELN为低电平，使得PMOS开关SW1关闭；由于AVDD33正常输出，COMP0输出AVDD_OK为低，AVDD33_OK和PG_SELN同时为低电平，使得或门OR1的输出MAIN_SEL输出为低电平，PMOS开关SW0导通，AVDD33通过开关SW0产生AVDDIO给后续电路供电；当VDC掉电时，VBAT电源送给AVDD5，比较器COMP1正端电压是VBAT经过一个diode压降，电压一般为VBAT-0.3V，比较器COMP1的负端接VBAT电压，COMP1输出PG_SEL为低电平，SW1导通，PG_SEL经过一个反相器后的PG_SELN为高电平，使得或门OR1的输出MAIN_SEL为高电平，SW0关闭；VBAT通过开关SW1产生AVDDIO给后续系统供电。此时为了降低功耗5V转3.3V LDO自动bypass，AVDD33出为VBAT经过一个diode压降。
当VDC来电时，由于LDObypass，AVDD33会由过充，当过充大于3.6V时候，比较器COMP0输出高电平，SW0自动关闭，同时比较器COMP1输出也为高电平，SW1关闭，当LDO完成上电，AVDD33输出稳定，比较器COMP0输出低电平和PG_SEL的低电平或产生的MAIN_SEL为低电平，开关SW0打开，由AVDD33给后续电路供电。
本发明提供了一种多电源供电的芯片电源切换电路的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，包括：低压差线性稳压器LDO、第一比较器CMOP0、第二比较器CMOP1、片外电源选择电路、或门OR1、反相器INV和电源选择模块；
其中，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33连接电源选择模块的输入端，低压差线性稳压器LDO的另一个输出连接第一比较器CMOP0的正向输入端；
第一比较器CMOP0的负向输入端和低压差线性稳压器LDO的输入端连接参考电平VREF，第一比较器CMOP0的输出端连接或门OR1的一个输入端；
或门OR1的输出端连接电源选择模块的另一个输入端；
外部电源选择电路的两个输入端分别连接外部直流电源VDC和电池电源VBAT，外部电源选择电路的输出端连接第二比较器CMOP1的正向输入端；
电池电源VBAT还连接第二比较器CMOP1的反向输入端和电源选择模块的输入端；
第二比较器CMOP1的输出端连接反相器INV的输入端和电源选择模块的输入端；
反相器INV的输出端连接或门OR1的另一个输入端；
电源选择模块的输出端连接芯片内部负载区域。
2.根据权利要求1所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，所述低压差线性稳压器LDO内部包括运算放大器OPAMP、第一电阻R0、第二电阻R1、第三电阻R2和功率管M0；
其中，运算放大器OPAMP的正向输入端连接参考电压VREF，负端连接第三电阻R2和第二电阻R1的公共端，运算放大器OPAMP的输出端连接功率管M0的栅端；
功率管M0的源端连接片外电源选择电路的输出端AVDD5，功率管M0的漏端连接第三电阻R2的正向输入端；
第三电阻R2的负向端连接第二电阻R1的正向端；
第二电阻R1的负向端连接第一比较器CMOP0的正向输入端和第一电阻R0的正向输入端；
第一电阻R0的负向端接地。
3.根据权利要求2所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，所述片外电源选择电路包括第一二极管D0和第二二极管D1；
其中，第一二极管D0正向输入端连接外部直流电源VDC；
第二二极管D1正向输入端连接电池电源VBAT；
第一二极管D0和第二二极管D1的负向端连接，组成片外选择电路的输出端AVDD5。
4.根据权利要求3所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，所述输入保护电路包括第二比较器CMOP1、第四电阻R3和第五电阻R4；
其中，第二比较器CMOP1的输入端依次连接第四电阻R3和第五电阻R4。
5.根据权利要求4所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，所述电源选择模块包括第一开关SW0和第二开关SW1；
其中，第一开关SW0的源端连接低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33，第一开关SW0的栅端连接或门OR1的输出端，第一开关SW0的衬底和漏端连接第二开关SW1的漏端；
第二开关SW1的栅端连接第二比较器COMP1的输出端，第二开关SW1的源端接电池电源VBAT。
6.根据权利要求5所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，所述第一开关SW0为PMOS开关。
7.根据权利要求6所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，所述第二开关SW1为PMOS开关。
8.根据权利要求7所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，当直流电源VDC正常供电5V时，比较器COMP1正端电压5V，经过一个二极管diode压降，设置为4.7V，比较器COMP1的负端接电池电源VBAT电压不超过3.6V，比较器COMP1输出PG_SEL为高电平，经过反相器INV后输出PG_SELN为低电平，使得PMOS开关SW1关闭；由于低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33正常输出，比较器COMP0输出AVDD_OK为低电平，第一比较器COMP0输出AVDD33_OK和反相器INV输出PG_SELN同时为低电平，使得或门OR1的输出MAIN_SEL输出为低电平，第一开关SW0导通，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33通过第一开关SW0输出产生AVDDIO给后续电路供电。
9.根据权利要求8所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，当直流电源VDC掉电时，电池电源VBAT送给片外电源选择电路的输出端AVDD5，比较器COMP1正端电压是电池电源VBAT经过一个二极管diode压降，比较器COMP1的负端接电池电源VBAT电压，比较器COMP1输出PG_SEL为低电平，第二开关SW1导通，比较器COMP1输出PG_SEL经过一个反相器后的输出PG_SELN为高电平，使得或门OR1的输出MAIN_SEL为高电平，第一开关SW0关闭；电池电源VBAT通过第二开关SW1输出产生AVDDIO给后续系统供电。
10.根据权利要求9所述的一种多电源供电的芯片电源切换电路，其特征在于，当直流电源VDC来电时，由于低压差线性稳压器LDO旁路，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33过充，当过充大于3.6V时，比较器COMP0输出高电平，第一开关SW0关闭，同时比较器COMP1输出也为高电平，第二开关SW1关闭，当低压差线性稳压器LDO完成上电后，低压差线性稳压器LDO的一个输出端AVDD33输出稳定，比较器COMP0输出低电平和输出PG_SEL的低电平或产生的输出MAIN_SEL为低电平，第一开关SW0打开，低压差线性稳压器LDO的一个输出端由AVDD33给后续电路供电。
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