CN116436132B - 充电电路和充电方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及半导体电路领域，包括充电电路和充电方法，包括串联在一起的电阻和电容；包括：短路单元，利用第三通路在第一指定时间内的输出，对所述电阻短路，并且，在第一指定时间后取消对所述电阻短路；关断单元，在第一指定时间内处于关断状态，使得充电电压能够仅对电容充电；开关单元，结合第一通路和第二通路的输出产生充电电压；第一通路，第二通路，第三通路，结合使能信号和第一通路的输出信号，控制短路单元在第一指定时间内对所述电阻短路；并且，结合参考电压、使能信号和第一通路的输出信号控制短路单元在第一指定时间之后，不再对电阻短路。本申请具有快速对RC电路的电容充电，不受电阻阻值大的影响的效果。

Description

充电电路和充电方法

技术领域

本申请涉及半导体电路的领域，尤其是涉及一种充电电路和充电方法。

背景技术

目前，传统的基于片外电容滤波的低压差线性稳压器LDO的电路包含一个额外的引脚，在带隙基准电路的输出端外接一个电容 ( 一般10nF)，与芯片前级内部的电阻组成RC 低通滤波器，可以滤除带隙基准电路的输出噪声，进而降低 LDO 的输出噪声。但是，LDO系统上电时，由于对片外电容进行充电会消耗一定时间，降低了 LDO 的响应速度。

发明内容

为了解决RC电路充电时间较大，导致LDO的响应速度变慢的技术问题，本申请提供了一种充电电路和充电方法。

本申请提供的一种充电电路，采用如下的技术方案：

第一方面，提供一种充电电路，包括串联在一起的电阻R和电容C，所述电容C一端连接电阻R，另一端接地GND；包括：

短路单元，跨接在电阻R的两端，利用第三通路在第一指定时间内的输出，对所述电阻R短路，并且，在第一指定时间后取消对所述电阻R短路；

关断单元，跨接在电容C的两端，在第一指定时间内处于关断状态，使得充电电压能够仅对电容C充电；

开关单元，连接第一通路和第二通路，结合第一通路和第二通路的输出产生充电电压；

第一通路，连接关断单元和开关单元，结合第二通路的输出信号，控制开关单元产生充电电压，并在第一指定时间内给电容C充电；并且，第一通路的输出信号结合使能信号，通过第三通路控制短路单元的第一指定时间；

第二通路，连接使能信号端和开关单元，利用使能信号控制开关单元；

第三通路，与短路单元、第一通路和使能信号端连接。结合使能信号和第一通路的输出信号，控制短路单元在第一指定时间内对所述电阻R短路；并且，结合参考电压Vref、使能信号和第一通路的输出信号控制短路单元在第一指定时间之后，不再对电阻R短路。

优选的，所述关断单元，包括：第一PMOS管P1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一PMOS管P1的栅极连接电阻R和电容C的连接处，所述第一PMOS管P1的源极通过第一电阻R1连接电源VDD，所述第一PMOS管P1的漏极通过第二电阻R2接地GND。

优选的，所述短路单元，包括：传输门TG；所述传输门TG的输入端和输出端分别连接电阻R的两端；所述传输门TG的输出端连接所述第一PMOS管P1的栅极；所述传输门TG的两个门控制信号来自第三通路的输出。

优选的，所述开关单元，包括：依次级联的第二PMOS管P2、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2；所述第二PMOS管P2的源极连接电源VDD，所述第二PMOS管P2的漏极与所述第一NMOS管N1的漏极连接；所述第一NMOS管N1的源极与所述第二NMOS管N2漏极连接，所述第二NMOS管N2的源极接地GND；所述第二PMOS管P2的栅极和第二NMOS管N2的栅极均连接第二通路的输出端；所述第一NMOS管N1的栅极与所述第一通路的输出端连接；所述第二PMOS管P2的漏极连接所述传输门TG的输入端。

优选的，所述第一通路，包括：依次连接的施密特触发器Schmitt、第一反相器INV1和第二反相器INV2；所述施密特触发器Schmitt的输入端连接第一PMOS管P1的漏极；所述第二反相器INV2的输出端连接第二NMOS管N2的栅极。

优选的，所述第二通路，包括：依次连接的第三反相器INV3和第四反相器INV4；所述使能信号连接所述第三反相器INV3的输入端，所述第四反相器INV4的输出端均与第二PMOS管P2的栅极、第二NMOS管N2的栅极连接。

优选的，所述第三通路，包括：依次连接的第五反相器INV5、与非门NAND、第六反相器INV6、第一延时反相器、第七反相器INV7、第八反相器INV8和第九反相器INV9；所述第五反相器INV5的输入端与所述第一通路的输出端连接，所述第五反相器INV5的输出端与所述与非门NAND的第一输入端连接；所述使能信号连接所述与非门NAND的第二输入端；所述第八反相器INV8的输出端和第九反相器INV9的输出端，分别连接传输门TG的两个门控制信号，控制传输门TG对所述电阻R处于短路状态或者开路状态。

第二方面，还提供一种充电方法，包括：

响应于电源VDD启动，第三通路结合第一通路的输出和为低电平的使能信号，产生在第一指定时间内使得短路单元导通的两个门控制信号；

响应于电源VDD启动，关断单元处于关断状态使得充电电压仅对电容C充电；

响应于电源VDD启动，第一通路与第二通路各自的输出信号，控制开关单元输出充电电压，使得充电电压对电容C充电。

优选的，还包括：

响应于使能信号启动，所述第一通路的输出和第二通路的输出，使得开关单元不再输出充电电压，结束对所述电容C充电。

优选的，还包括：

响应于参考电压Vref启动，所述关断单元的输出，使得第一通路的输出和第二通路的输出结合，导致第三通路输出的两个门控制信号控制短路单元结束导通状态。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

由于先对电阻R短路，然后对电容C充电，避免了LDO电路由于RC滤波电路存在大电阻抑制滤波电容充电电流的情况，改善滤波电容自身充电的时间，进而改善了上电启动时间。

附图说明

图1是一种充电电路的构成图；

图2是一种充电电路的第一实施例图；

图3是充电方法的步骤图。

附图标记说明：1、短路单元；2、关断单元；3、开关单元；4、第一通路；5、第二通路；6、第三通路。

实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-附图3及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

第一方面，如图1、图2所示，提供一种充电电路，包括串联在一起的电阻R和电容C，所述电容C一端连接电阻R，另一端接地GND；包括：

短路单元1，用于利用第三通路在第一指定时间内的输出，对所述电阻R短路，并且，在第一指定时间后取消对所述电阻R短路；短路单元跨接在电阻R的两端，如果短路单元处于短路状态，则电流流过短路单元，而不会流过电阻R，即电阻R被短路了。并且，短路单元受到第三通路的影响，只在第一指定时间内，才处于短路状态。第一指定时间处于微秒级别，很短。在该第一指定时间内，电荷就能够在电容C积累达到满负荷状态。

关断单元2，用于在第一指定时间内处于关断状态，使得充电电压能够仅对电容C充电；关断单元处于关断状态，则电荷仅向电容C处聚集，不会流向其他支路。

开关单元3，用于结合第一通路和第二通路的输出产生充电电压；开关单元的导通与截止可以导致是否有充电电压形成。并且，开关单元的导通和截止，是由第一通路和第二通路的输出决定的。

第一通路4，用于结合第二通路的输出信号，控制开关单元产生充电电压，并在第一指定时间内给电容C充电；并且，第一通路的输出信号结合使能信号，通过第三通路控制短路单元的第一指定时间；

第二通路5，用于利用使能信号控制开关单元；第二通路的输入端是使能信号；在使能信号没有产生的时候，且电源VDD启动后，第二通路会产生低电平信号给开关单元。

第三通路6，用于结合使能信号和第一通路的输出信号，控制短路单元在第一指定时间内对所述电阻R短路；并且，结合参考电压Vref、使能信号和第一通路的输出信号控制短路单元在第一指定时间之后，不再对电阻R短路。第三通路使得电阻R短路的时间长度处于微秒级别，是由自身的延时单元，以及第一通路和第二通路共同的输出信号决定的。

在本实施例中，电阻R属于兆欧级别，由于电阻R很大，所以，如果直接对RC电路进行充电，会比较费时；电容C充满电的时长会比较长。但是，采用本实施例，将电阻R短路，电流不流过电阻R，而是直接对电容C充电，充电电流会很大。电容C会很快被电荷充满，达到满负荷。在电源VDD的开启的短暂时间内，达到短路电阻R，并对电容C充电，之后，再停止充电，是本实施例电路完成的功能。

优选的，所述关断单元2，包括：第一PMOS管P1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一PMOS管P1的栅极连接电阻R和电容C的连接处，所述第一PMOS管P1的源极通过第一电阻R1连接电源VDD，所述第一PMOS管P1的漏极通过第二电阻R2接地GND。关断单元存在的目的，一方面是为了在本技术方案中在充电的第一指定时间内，处于关断状态，使得电荷不会流向其他支路，能够快速的向电容C聚集。另一方面，在第一指定时间后，并且，使能信号EN出现后，由于有参考电压Vref的出现，会使得关断单元的输出信号产生波动，导致第一通路的输出控制开关单元，使得充电电压消失。

优选的，所述短路单元1，包括：传输门TG；所述传输门TG的输入端和输出端分别连接电阻R的两端；所述传输门TG的输出端连接所述第一PMOS管P1的栅极；所述传输门TG的两个门控制信号来自第三通路的输出。短路单元在收到第三通路输出的控制信号情况下，处于短路电阻R的状态；此时，电流不再通过电阻R，而是通过短路单元。本实施例中，短路单元为传输门TG；传输门TG由一个PMOS管和一个NMOS管并联构成，其具有很低的导通电阻（几百欧）和很高的截止电阻（大于1000兆欧）。传输门TG用在此处，可以很好的实现在短路的情况下，阻抗很低，在结束短路的情况下，阻抗很高。

优选的，所述开关单元3，包括：依次级联的第二PMOS管P2、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2；所述第二PMOS管P2的源极连接电源VDD，所述第二PMOS管P2的漏极与所述第一NMOS管N1的漏极连接；所述第一NMOS管N1的源极与所述第二NMOS管N2漏极连接，所述第二NMOS管N2的源极接地GND；所述第二PMOS管P2的栅极和第二NMOS管N2的栅极均连接第二通路的输出端；所述第一NMOS管N1的栅极与所述第一通路的输出端连接；所述第二PMOS管P2的漏极连接所述传输门TG的输入端。开关单元在接收到第一通路和第二通路的输出信号后，会产生不同的状态。在电源VDD启动后的第一指定时间内，开关单元产生的充电电压会对电容C充电。充电电压输出点位于第二PMOS管P2与第一NMOS管N1的连接处。

优选的，所述第一通路4，包括：依次连接的施密特触发器Schmitt、第一反相器INV1和第二反相器INV2；所述施密特触发器Schmitt的输入端连接第一PMOS管P1的漏极；所述第二反相器INV2的输出端连接第二NMOS管N2的栅极。本实施例中，施密特触发器Schmitt主要用于对关断单元的输出波形进行反相，并且将反相后的波形整形，变为标准的方波。第一反相器INV1和第二反相器INV2，也用于反相和波形整形。使得开关单元中的第一NMOS管N1的栅极接收到的波形为标准的方波，同样，第三通路接收到的第一通路的输出，也为标准的方波信号D。

优选的，所述第二通路5，包括：依次连接的第三反相器INV3和第四反相器INV4；所述使能信号连接所述第三反相器INV3的输入端，所述第四反相器INV4的输出端均与第二PMOS管P2的栅极、第二NMOS管N2的栅极连接。第二通路在电源VDD启动后，使能信号还未启动，因此，第三反相器INV3收到的是低电平信号。同样，为了使得第二通路输出的波形为标准的方波，也使用了两个反相器级联在一起。第二通路的输出信号控制第二PMOS管P2和第二NMOS管N2的导通和截止，配合第一通路的输出信号，使得开关单元能够在电源VDD启动后的微秒级别内，能够产生充电电压。

优选的，所述第三通路6，包括：依次连接的第五反相器INV5、与非门NAND、第六反相器INV6、第一延时反相器、第七反相器INV7、第八反相器INV8和第九反相器INV9；所述第五反相器INV5的输入端与所述第一通路的输出端连接，所述第五反相器INV5的输出端与所述与非门NAND的第一输入端连接；所述使能信号连接所述与非门NAND的第二输入端；所述第八反相器INV8的输出端和第九反相器INV9的输出端，分别连接传输门TG的两个门控制信号，控制传输门TG对所述电阻R处于短路状态或者开路状态。第三通路，主要用于在第一指定时间内产生控制短路单元的信号，使得短路单元处于短路状态。第一指定时间的时长，是由第一延时反相器的延时决定的。在本实施例中，第一延时反相器由三个级联在一起的电阻延时反相器INVR1、INVR2、INVR3构成。第六反相器INV6、第七反相器INV7、第八反相器INV8和第九反相器INV9主要用于对方波进行整形，使得输出波形更为标准，便于后续电路单元处理。在本实施例中，第八反相器INV8输出信号CN与第九反相器INV9输出信号CP是反相的，分别用于控制短路单元的传输门TG中的NMOS管和PMOS管的导通或截止，使得短路单元处于短路状态或截止状态。

第二方面，如图3所示，还提供一种充电方法，包括：

S1：响应于电源VDD启动，第三通路结合第一通路的输出和为低电平的使能信号，产生在第一指定时间内使得短路单元导通的两个门控制信号；

响应于电源VDD启动，关断单元处于关断状态使得充电电压仅对电容C充电；

响应于电源VDD启动，第一通路与第二通路各自的输出信号，控制开关单元输出充电电压，使得充电电压对电容C充电。

优选的，还包括：

S2：响应于使能信号启动，所述第一通路的输出和第二通路的输出，使得开关单元不再输出充电电压，结束对所述电容C充电。使能信号的启动在，电源VDD启动之后；在本实施例中，电源VDD启动后200微秒之后，使能信号启动。

优选的，还包括：

S3：响应于参考电压Vref启动，所述关断单元的输出，使得第一通路的输出和第二通路的输出结合，导致第三通路输出的两个门控制信号控制短路单元结束导通状态。在本实施例中，参考电压Vref在使能信号启动后，才到达。此时，电容C已经被充满电荷。短路单元结束导通状态，进入截止状态。电流不再流过短路单元，而是流过电阻R。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (10)

1.一种充电电路，包括串联在一起的电阻R和电容C，所述电容C一端连接电阻R，另一端接地GND；其特征在于，包括：短路单元、关断单元、开关单元、第一通路、第二通路和第三通路；

短路单元，跨接在电阻R的两端，利用第三通路在第一指定时间内的输出，对所述电阻R短路，并且，在第一指定时间后取消对所述电阻R短路；

关断单元，跨接在电容C的两端，在第一指定时间内处于关断状态，使得充电电压能够仅对电容C充电；

开关单元，连接第一通路和第二通路，结合第一通路和第二通路的输出产生充电电压；

第一通路，连接关断单元和开关单元，结合第二通路的输出信号，控制开关单元产生充电电压，并在第一指定时间内给电容C充电；并且，第一通路的输出信号结合使能信号，通过第三通路控制短路单元的第一指定时间；

第二通路，连接使能信号端和开关单元，利用使能信号控制开关单元；

第三通路，与短路单元、第一通路和使能信号端连接，结合使能信号和第一通路的输出信号，控制短路单元在第一指定时间内对所述电阻R短路；并且，结合参考电压Vref、使能信号和第一通路的输出信号控制短路单元在第一指定时间之后，不再对电阻R短路。

2.根据权利要求1所述的充电电路，其特征在于，所述关断单元，包括：第一PMOS管P1、第一电阻R1和第二电阻R2；所述第一PMOS管P1的栅极连接电阻R和电容C的连接处，所述第一PMOS管P1的源极通过第一电阻R1连接电源VDD，所述第一PMOS管P1的漏极通过第二电阻R2接地GND；所述第一PMOS管P1在所述电源VDD启动后，处于关断状态。

3.根据权利要求2所述的充电电路，其特征在于，所述短路单元，包括：传输门TG；所述传输门TG的输入端和输出端分别连接电阻R的两端；所述传输门TG的输出端连接所述第一PMOS管P1的栅极；所述传输门TG的两个门控制信号来自第三通路的输出。

4.根据权利要求3所述的充电电路，其特征在于，所述开关单元，包括：依次级联的第二PMOS管P2、第一NMOS管N1和第二NMOS管N2；所述第二PMOS管P2的源极连接电源VDD，所述第二PMOS管P2的漏极与所述第一NMOS管N1的漏极连接；所述第一NMOS管N1的源极与所述第二NMOS管N2漏极连接，所述第二NMOS管N2的源极接地GND；所述第二PMOS管P2的栅极和第二NMOS管N2的栅极均连接第二通路的输出端；所述第一NMOS管N1的栅极与所述第一通路的输出端连接；所述第二PMOS管P2的漏极连接所述传输门TG的输入端；所述第二PMOS管P2在电源VDD启动后产生充电电压。

5.根据权利要求4所述的充电电路，其特征在于，所述第一通路，包括：依次连接的施密特触发器Schmitt、第一反相器INV1和第二反相器INV2；所述施密特触发器Schmitt的输入端连接第一PMOS管P1的漏极；所述第二反相器INV2的输出端连接第二NMOS管N2的栅极；所述第一PMOS管P1的漏极输出波形信号经过施密特触发器Schmitt、第一反相器INV1和第二反相器INV2变为方波信号D。

6.根据权利要求5所述的充电电路，其特征在于，所述第二通路，包括：依次连接的第三反相器INV3和第四反相器INV4；所述使能信号连接所述第三反相器INV3的输入端；所述第四反相器INV4的输出端均与第二PMOS管P2的栅极、第二NMOS管N2的栅极连接；所述第四反相器INV4输出为方波信号。

7.根据权利要求6所述的充电电路，其特征在于，所述第三通路，包括：依次连接的第五反相器INV5、与非门NAND、第六反相器INV6、第一延时反相器、第七反相器INV7、第八反相器INV8和第九反相器INV9；所述第五反相器INV5的输入端与所述第一通路的输出端连接，所述第五反相器INV5的输出端与所述与非门NAND的第一输入端连接；所述使能信号连接所述与非门NAND的第二输入端；所述第八反相器INV8的输出端和第九反相器INV9的输出端，分别连接传输门TG的两个门控制信号，控制传输门TG对所述电阻R处于短路状态或者开路状态。

8.一种用于权利要求1-7任意一项的充电电路的充电方法，其特征在于，方法包括：

响应于电源VDD启动，第三通路结合第一通路的输出和为低电平的使能信号，产生在第一指定时间内使得短路单元导通的两个门控制信号；

响应于电源VDD启动，关断单元处于关断状态使得充电电压仅对电容C充电；

响应于电源VDD启动，第一通路与第二通路各自的输出信号，控制开关单元输出充电电压，使得充电电压对电容C充电。

9.根据权利要求8所述的充电方法，其特征在于，还包括：

响应于使能信号启动，所述第一通路的输出和第二通路的输出，使得开关单元不再输出充电电压，结束对所述电容C充电。

10.根据权利要求9所述的充电方法，其特征在于，还包括：

响应于参考电压Vref启动，所述关断单元的输出，使得第一通路的输出和第二通路的输出结合，导致第三通路输出的两个门控制信号控制短路单元结束导通状态。