CN114915282B - 一种功率稳定的放电电路及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率稳定的放电电路及其方法，其中，放电电路包括检测电路和节点电压放电电路。检测电路用于采样节点电压，并对该节点电压进行模数转换；节点电压放电电路耦接该检测电路，用于根据模数转换后的节点电压选择对应的放电电流，并通过放电电流对节点电压进行放电，其中，节点电压越小，对应的放电电流越大。在整个放电过程中，放电功率都比较平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。

Description

一种功率稳定的放电电路及其方法
技术领域
本发明涉及集成电路设计技术领域，具体但不限于涉及一种功率稳定的放电电路及其方法。
背景技术
在电源等芯片中，根据系统的需求，需要在限定的时间内对某节点进行放电。如图1所示，该图示为传统的放电电路，需要放电的节点为VIN，当放电使能信号有效时，放电MOS管M1导通，此时流过M1的电流即放电电流I1＝VIN/(R1+Rmos)，其中Rmos为M1的导通阻抗。
在放电初始阶段，VIN节点的电压很高，放电电流很大，此时在放电管M1和限流电阻R1上的功率非常高，引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；在放电的结尾阶段，VIN节点的电压很低，放电电流很小，此时在放电管M1和限流电阻R1上的功率非常低，在该阶段无法利用时间进行更高功率放电，浪费了限定的放电时间。
有鉴于此，需要提供一种新的结构或控制方法，以期解决上述至少部分问题。
发明内容
至少针对背景技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种功率稳定的放电电路及其方法，能够在整个放电过程中，维持放电功率平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
根据本发明的一个方面，一种功率稳定的放电电路，包括：
检测电路，用于采样节点电压，并对所述节点电压进行模数转换；以及
节点电压放电电路，耦接所述检测电路，用于根据模数转换后的所述节点电压选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电，其中，所述节点电压越小，对应的所述放电电流越大。
可选地，所述检测电路包括：采样电路，耦接节点，用于采样所述节点电压；参考电压选择电路，用于提供若干个依次递增的参考电压；以及比较电路，耦接所述采样电路和所述参考电压选择电路，用于将所述节点电压与各个所述参考电压进行比较，并将比较结果输出给所述节点电压放电电路。
可选地，所述参考电压选择电路包括：状态机，用于提供若干个不同的控制状态；第一译码器，耦接所述状态机，用于将所述控制状态转换为若干个相应的第一输出信号；以及第一开关组，包括若干个第一开关，每个所述第一开关具有第一端、第二端和控制端，所述第一开关的第一端分别耦接若干个所述参考电压，所述第一开关的第二端耦接所述比较电路，所述第一开关的控制端耦接所述第一译码器，所述第一开关的控制端根据所述第一输出信号控制所述第一开关组中相应的第一开关导通，以提供若干个依次递增的参考电压。
可选地，相邻所述参考电压的差值相等。
可选地，所述节点电压放电电路包括：寄存器组，包括若干个寄存器，所述寄存器分别耦接所述比较电路，用于寄存所述比较电路输出的比较结果；第二译码器，耦接所述寄存器组，用于将所述比较结果转换为相应的第二输出信号；以及放电电流选择电路，耦接所述节点和所述第二译码器，用于根据所述第二输出信号选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电。
可选地，所述放电电流选择电路包括：开关三极管，耦接所述节点，所述开关三极管在使能信号有效时导通；电流镜，包括基准电流源和若干个偏置电流源，当依次增加所述偏置电流源的导通数量时，流经所述电流镜的电流变大；以及第二开关组，包括若干个第二开关，每个所述第二开关具有第一端、第二端和控制端，所述第二开关的第一端耦接所述开关三极管，所述第二开关的第二端耦接所述偏置电流源，所述第二开关的控制端耦接所述第二译码器，所述第二开关的控制端根据所述第二输出信号控制所述第二开关组中相应的第二开关导通，以控制所述偏置电流源的导通数量，选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电。
可选地，所述偏置电流源包括场效应管，通过控制所述场效应管的删极导通以控制所述偏置电流源的导通。
可选地，所述偏置电流源包括场效应管，通过控制所述场效应管的漏极导通以控制所述偏置电流源的导通。
可选地，所述节点电压与对应的所述放电电流的乘积为预设固定值。
可选地，所述放电电流选择电路还包括：温度传感器，用于检测所述放电电路的温度；模数转换器，耦接所述温度传感器，用于将所述放电电路的温度进行模数转换，得到第三输出信号；第三开关组，包括若干个第三开关，每个所述第三开关具有第一端、第二端和控制端，所述第三开关的第一端分别耦接若干个恒流源，所述第三开关的第二端耦接所述基准电流源，所述第三开关的控制端耦接所述模数转换器，所述第三开关的控制端根据所述第三输出信号控制所述第三开关组中相应的第三开关导通，以为所述基准电流源提供相应的电流。
可选地，所述恒流源输出电流值相等。
根据本发明的另一个方面，一种功率稳定的放电方法，包括以下步骤：
采样节点电压，并对所述节点电压进行模数转换；
根据模数转换后的所述节点电压选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电，其中，所述节点电压越小，对应的所述放电电流越大。
可选地，所述并对所述节点电压进行模数转换包括：获取若干个依次递增的参考电压；将所述节点电压与各个所述参考电压进行比较，得到比较结果。
可选地，所述根据模数转换后的所述节点电压选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电包括：将所述比较结果转换为相应的第二输出信号；根据所述第二输出信号选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电。
本发明提出的一种功率稳定的放电电路及其方法，通过检测电路采样节点电压，并对该节点电压进行模数转换；以及通过节点电压放电电路根据模数转换后的节点电压选择对应的放电电流，且节点电压越小，对应的放电电流越大，并以此放电电流对节点电压进行放电。在整个放电过程中，放电功率都比较平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，与说明描述一起用于解释本发明的实施例，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了传统的放电电路结构图；
图2示出了根据本发明一实施例的一种功率稳定的放电电路结构图；
图3示出了根据本发明一实施例的状态机示意图；
图4示出了根据本发明一实施例的寄存器组结构图；
图5示出了根据本发明一实施例的放电电流选择电路结构图；
图6示出了根据本发明一实施例的恒功率放电电路波形图；
图7示出了根据本发明另一实施例的放电电流选择电路结构图；
图8示出了根据本发明一实施例的一种功率稳定的放电方法的流程图；
标号说明：
100、检测电路；110、采样电路；120、参考电压选择电路；121、状态机、122、第一译码器；123、第一开关组；130、比较电路；200、节点电压放电电路；210、寄存器组；220、第二译码器；230、放电电流选择电路；231、开关三极管；232、电流镜；233、第二开关组；241、温度传感器；242、数模转换器；243、第三开关组。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。不同实施例的组合、不同实施例中的一些技术特征进行相互替换，相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中的“耦接”或“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。间接连接为通过中间媒介进行的连接，如通过电传导媒介如导体的连接，其中电传导媒介可含有寄生电感或寄生电容，也可通过说明书中实施例所描述的中间电路或部件的连接；间接连接还可包括可实现相同或相似功能的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、信号放大电路、跟随电路等电路或部件的连接。“多个”或“多”表示两个或两个以上。
参照图2，本发明一实施例提供一种功率稳定的放电电路，包括检测电路100和节点电压放电电路200。
检测电路100，具有输入端和输出端，其输入端耦接需要放电的节点处，用于采样节点电压。此时采样的节点电压为模拟信号，为了方便节点电压放电电路200选择合适的放电电流，需要将表征为模拟信号的节点电压进行模数转换，得到表征为数字信号的节点电压。在一实施例中，数模转换的方式至少采用积分型模数转换、逐次逼近型模数转换、闪烁型模数转换以及过采样转换中的一种。
节点电压放电电路200，具有输入端和输出端，其输入端耦接上述检测电路100的输出端，用于获取表征为数字信号的节点电压；其输出端耦接参考地，用于对节点电压进行放电。在获取表征为数字信号的节点电压后，节点电压放电电路200根据该数字信号选择对应的放电电流，当放电使能信号有效时，节点电压随着节点电压放电电路200的输出端耦接参考地，即此时节点电压以对应的放电电流进行放电操作。其中，每一个特定的数字信号都对应着一个特定的放电电流，且该节点电压越小，对应的放电电流越大。
在本发明实施例中，在放电初始阶段，节点的电压很高，对应的放电电流很小；在放电的结尾阶段，节点的电压很低，对应的放电电流很大。所以在整个放电过程中，放电功率都比较平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
在一实施例中，参照图2，检测电路100包括采样电路110、参考电压选择电路120以及比较电路130。其中，采样电路110耦接节点，采样电阻Rs1和Rs2对节点电压VIN进行采样。参考电压选择电路120用于提供若干个依次递增的参考电压。具体地，参考电压选择电路120包括状态机121、第一译码器122和第一开关组123。其中，状态机121由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作、完成特定操作的控制中心。状态机121的其中一种实现方式是采用格雷码编码。本发明实施例以n＝3为例阐述状态机121的工作原理。如图3所示；当系统处于复位即Reset时，状态机121的状态cnt<n:1>＝000；当时钟CLK上升沿到来时，cnt<n:1>＝001；下一个CLK上升沿到来时，cnt<n:1>＝011；依次类推，在任意时刻，状态机121的状态cnt<n:1>为000、001、010、011、100、101、110以及111中的一种，本实施例中完成8个状态的转换即是一个循环。利用状态机121的特性，本实施例将状态机121的状态与参考电压一一对应，即000对应VREF_1，001对应VREF_2，010对应VREF_3，011对应VREF_4，100对应VREF_5，101对应VREF_6，110对应VREF_7以及111对应VREF_8，当状态机121循环转换到某一状态时，对应的参考电压被输出。参照图2，第一译码器122耦接状态机121的输出端，其作用是将状态机121的状态转成K(当n＝3时，K为8)个相应的第一输出信号，即K个参考电压选通信号。参照图2，第一开关组123包括K个第一开关，对应的第一开关导通时，都会输出对应的参考电压。其中参考电压VREF_1到参考电压VREF_k依次增加。于是，当cnt<n:1>处于第一个状态即cnt<n:1>＝000，第一译码器122选择最低的参考电压VREF_1。当cnt<n:1>处于第二个状态即cnt<n:1>＝001，译码器1选择参考电压VREF_2；依次类推。进一步，参考电压VREF_1到参考电压VREF_k组成等差数列，即相邻参考电压的差值相等。
比较电路130具有第一输入端，第二输入端和输出端，其第一输入端耦接采样电路110，其第二输入端耦接参考电压选择电路120，当译码器选择的参考电压VREF_SEL在一个循环中第一次比采样得到的电压VFB高时，比较电路130的输出端CMPOUT因而产生上升沿。该上升沿会将当前的状态机121状态cnt<n:1>通过寄存器组210(如图2所示)寄存起来，得到cnt_z<n:1>信号。
检测电路100实际上是一个ADC(模数转换器)，本实施例中采用了一个逐次逼近ADC以节省面积。采样电阻Rs1和Rs2对节点VIN进行采样，采样得到的电压VFB通过比较器CMP与参考电压VREF_SEL进行比较；其中VREF_SEL由状态机121的输出cnt<n:1>通过译码器1进行控制和选择。状态机121的每一个状态对应选一个参考VREF_k，且状态机121会将参考电压VREF_k从小到大遍历。当状态机121遍历时所选的参考电压VREF_k使得比较器的输出CMPOUT由低变高时，则说明该状态下的参考电压比VFB略高，说明该参考电压可以代表VIN的电压，从而VIN的电压信息被采用和量化出来了。
在一实施例中，参照图2，节点电压放电电路200包括寄存器组210、第二译码器220和放电电流选择电路230。
其中，如图4所示，寄存器组210包括n(即状态机121的比特数)个寄存器，每个寄存器都具有输入端和输出端，这些寄存器的输入端耦接状态机121和比较电路130，用于寄存状态机121当前的控制状态，并在接收到比较电路130输出的高电平信号后，输出该控制状态。
第二译码器220具有输入端和输出端，其输入端耦接上述寄存器组210，其作用是将寄存器组210寄存的控制状态转成K(当n＝3时，K为8)个相应的第二输出信号，即K个电流镜232电流选通信号。
放电电流选择电路230耦接上述第二译码器220的输出端，用于根据第二输出信号选择对应的放电电流，并通过该放电电流对节点电压进行放电。具体地，参照图5，放电电流选择电路230包括开关三级管、电流镜232和第二开关组233。其中，开关三极管231具有第一端、第二端和控制端，该开关三极管231的第一端耦接节点，开关三极管231的第二端耦接电流镜232，开关三极管231的控制端耦接使能信号，当使能信号有效时，控制该开关三级管导通。进一步，该开关三极管231为高压MOS管。如图5所示，电流镜232包括基准电流源(M2)和K个偏置电流源(M3到Mk+2)，通过依次增加该偏置电流源的导通数量，可使流经该电流镜232的电流变大。流经该电流镜232的电流即为节点放电电流。具体地，K个偏置电流源意味着具有K个节点放电电流，与上述的K个参考电压一一对应，当检测电路100检测到节点电压最大时，节点电压放电电路200选择最小的节点放电电流；当检测电路100检测到节点电压最小时，节点电压放电电路200选择最大的节点放电电流；即节点电压与节点放电电流是负相关关系，这样能使放电功率处于比较平稳的状态。进一步，每一个节点电压与对应的节点放电电流的乘积为预设固定值，即放电功率恒定不变。如图5所示，在一实施例中，第二开关组233包括2K个第二开关，其中，K个第二开关分别耦接上述开关三极管231的第二端和场效应管(偏置电流源的组成部分)的栅极，另外K个第二开关分别耦接场效应管(偏置电流源的组成部分)的栅极和参考地。图5中K3/K3b、K4/K4b以及Kk+2/Kk+2b由第二译码器220产生，分别控制M3、M4直到Mk+2的导通，且K3与K3b逻辑互反；K4与K4b逻辑互反，依次类推。图6为该实施例对应的放电功率波形，由此可见，放电功率在w1附近稳定下来，如果采用的比特数更多，放电功率会更加恒定。但同时可以看到，图6中的功率具有向下掉的毛刺。以M3为例，当M3作为放电电流的通道导通时，此时M3的栅极与M2的栅极连通，M2的栅极电压给M3的栅极电压充电，所以M3/M2的栅极电压会短暂地向下掉，直到其电压在电流源的充电作用下恢复到原来的电压值。为了解决毛刺问题，需要改变第二开关组233中第二开关的位置。参照图7，在另一实施例中，第二开关组233包括K个第二开关，K个第二开关分别耦接上述开关三极管231的第二端和场效应管(偏置电流源的组成部分)的漏极，通过控制场效应管的漏极导通以控制偏置电流源的导通。
在一实施例中，参照图7，放电电流选择电路230还包括温度传感器241、模数转换器242和第三开关组243。其中，温度传感器241将芯片的温度进行实时监测，并通过模数转换器242进行模数转换得到Tctrl<m:1>信号。Tctrl<m:1>再控制第三开关组243中的第三开关J1到Jm，调整恒流源的导通数量，从而调整流过M2的电流大小以控制放电电流大小。进一步，恒流源输出电流值相等。当芯片温度高于设定值时，通过控制M2的电流，使得从VIN的放电功率下降，从而保证芯片不会因为高温而触发过温保护甚至烧毁。
基于同一个发明构思，参照图8，本发明一实施例提供一种功率稳定的放电方法，包括以下步骤：
S100：采样节点电压，并对节点电压进行模数转换；
S200：根据模数转换后的节点电压选择对应的放电电流，并通过放电电流对节点电压进行放电，其中，节点电压越小，对应的放电电流越大。
在本发明实施例中，在放电初始阶段，节点的电压很高，对应的放电电流很小；在放电的结尾阶段，节点的电压很低，对应的放电电流很大。所以在整个放电过程中，放电功率都比较平稳，既不会引起很大的放电功率，导致芯片发热严重，影响芯片的寿命；也不会造成很小的放电功率，浪费限定的放电时间。
在一实施例中，对节点电压进行模数转换包括：获取若干个依次递增的参考电压；将节点电压与各个参考电压进行比较，得到比较结果。
在一实施例中，根据模数转换后的节点电压选择对应的放电电流，并通过放电电流对节点电压进行放电包括：将比较结果转换为相应的第二输出信号；根据第二输出信号选择对应的放电电流，并通过放电电流对节点电压进行放电。
本领域技术人员应当知道，说明书或附图所涉逻辑控制中的“高电平”与“低电平”、“置位”与“复位”、“与门”与“或门”、“同相输入端”与“反相输入端”等逻辑控制可相互调换或改变，通过调节后续逻辑控制而实现与上述实施例相同的功能或目的。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。说明书中所涉及的效果或优点等相关描述可因具体条件参数的不确定或其它因素影响而可能在实际实验例中不能体现，效果或优点等相关描述不用于对发明范围进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (8)

1.一种功率稳定的放电电路，其特征在于，包括：
检测电路，用于采样节点电压，并对所述节点电压进行模数转换；其中，所述检测电路包括状态机、第一译码器和比较电路，所述状态机用于提供若干个不同的控制状态，通过所述第一译码器将所述控制状态转换为相应的第一输出信号，所述第一输出信号控制若干个相应的参考电压导通，所述比较电路用于将所述参考电压与所述节点电压进行比较，若所述参考电压的电压值高于所述节点电压，所述比较电路输出高电平信号；以及
节点电压放电电路，耦接所述检测电路，用于根据模数转换后的所述节点电压选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电，其中，所述节点电压越小，对应的所述放电电流越大；其中，所述节点电压放电电路包括寄存器组、第二译码器和放电电流选择电路，所述寄存器组用于寄存所述状态机当前提供的控制状态，当接收到所述检测电路的高电平信号时，输出寄存的所述控制状态，通过所述第二译码器将寄存的所述控制状态转换为相应的第二输出信号，并通过所述第二输出信号控制所述放电电流选择电路选择对应的放电电流。
2.如权利要求1所述的功率稳定的放电电路，其特征在于：相邻所述参考电压的差值相等。
3.如权利要求1所述的功率稳定的放电电路，其特征在于，所述放电电流选择电路包括：
开关三极管，耦接所述节点，所述开关三极管在使能信号有效时导通；
电流镜，包括基准电流源和若干个偏置电流源，当依次增加所述偏置电流源的导通数量时，流经所述电流镜的电流变大；以及
第二开关组，包括若干个第二开关，每个所述第二开关具有第一端、第二端和控制端，所述第二开关的第一端耦接所述开关三极管，所述第二开关的第二端耦接所述偏置电流源，所述第二开关的控制端耦接所述第二译码器，所述第二开关的控制端根据所述第二输出信号控制所述第二开关组中相应的第二开关导通，以控制所述偏置电流源的导通数量，选择对应的放电电流，并通过所述放电电流对所述节点电压进行放电。
4.如权利要求3所述的功率稳定的放电电路，其特征在于：所述偏置电流源包括场效应管，通过控制所述场效应管的删极导通以控制所述偏置电流源的导通。
5.如权利要求3所述的功率稳定的放电电路，其特征在于：所述偏置电流源包括场效应管，通过控制所述场效应管的漏极导通以控制所述偏置电流源的导通。
6.如权利要求3至5任一所述的功率稳定的放电电路，其特征在于：所述节点电压与对应的所述放电电流的乘积为预设固定值。
7.如权利要求6所述的功率稳定的放电电路，其特征在于，所述放电电流选择电路还包括：
温度传感器，用于检测所述放电电路的温度；
模数转换器，耦接所述温度传感器，用于将所述放电电路的温度进行模数转换，得到第三输出信号；
第三开关组，包括若干个第三开关，每个所述第三开关具有第一端、第二端和控制端，所述第三开关的第一端分别耦接若干个恒流源，所述第三开关的第二端耦接所述基准电流源，所述第三开关的控制端耦接所述模数转换器，所述第三开关的控制端根据所述第三输出信号控制所述第三开关组中相应的第三开关导通，以为所述基准电流源提供相应的电流。
8.如权利要求7所述的功率稳定的放电电路，其特征在于，所述恒流源输出电流值相等。
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