CN202306374U - 一种芯片上电电流控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型的芯片上电电流控制电路包括可变电阻单元和电压控制单元。电压控制单元分别与外部电源、可变电阻单元相连；可变电阻单元分别与可变电源和待上电芯片相连。电压控制单元，用于向可变电阻单元提供电压控制信号。可变电阻单元，根据电压控制信号向待上电芯片提供可变电流。采用本实用新型技术方案，就可在芯片供电系统上电时，通过可变电阻单元的调节改变芯片的上电电流；同时，在芯片供电系统上电完成后，保证可变电阻单元的压降和功耗也达到最低的合理值。这样，既可显著控制芯片的上电电流，还可有效避免电源电压功耗，不会影响电源效率。

Description

一种芯片上电电流控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种芯片上电电流控制电路。

背景技术

根据ISO/IEC 7816系列标准中的有关规定，移动终端对SIM卡的供电电流具有一定的限制。当SIM卡系统上电瞬间，芯片出现工作电流过冲(即瞬间工作电流过大)时，将导致手机不能正常工作或反复重启等现象。

根据ISO/IEC 7816系列标准中的有关规定，SIM卡工作电流尖锋值的最大电荷量应小于10nA·S，电流最大变化量应小于50mA，持续时间不超过400nS，SIM卡系统中的芯片工作电流必须满足该标准的要求。由于芯片内部电路表现出电容性负载特性，因此对于芯片电源接口来说，芯片内部可等效为一个负载电容C_LOAD。当SIM卡系统处于电源上电过程，C_LOAD上的电压值将瞬间变大，芯片工作电流将产生过冲，从而有可能超过标准的要求。

如图1所示，现有技术中通过在电源系统输出端口Vsupply和芯片电源输入端口VDD之间接入一个恒定电阻R，来解决上电过程中芯片负载电流的尖锋过冲超过限制的问题。虽然这种技术方案能够缓解电流尖锋过冲，但是却会降低芯片电源的实际输入电压，并给系统带来一定的功耗损失。

在电源快速上电后(可看作台阶电压)，电容C_LOAD的上极板的电压VDD为： $\mathrm{VDD}=V_{\mathrm{Supply}}(1-e^{-t/{\mathrm{RC}}_{\mathrm{LOAD}}}),$ 则其电流的表达式为： $i=\frac{\mathrm{dQ}}{\mathrm{dt}}=\frac{{\mathrm{dUC}}_{\mathrm{LOAD}}}{\mathrm{dt}}=C\frac{\mathrm{dVDD}}{\mathrm{dt}},$ 也就是说电容C_LOAD的电流表达式为： $i=\frac{V_{\mathrm{Supply}}}{R}{e}^{-t/{\mathrm{RC}}_{\mathrm{LOAD}}}.$

从上述电容C_LOAD的电流表达式可以看到，增大电阻R可以减小过冲电流，但是电容C_LOAD比较大时，也需要增大电阻，来减小电容C_LOAD的充电电流。但是电阻R的阻值越大，其所带来电源电压压降和功耗消耗就越大，不利于电源效率的充分利用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种减小芯片上电电流过冲的电流控制电路。

本实用新型的技术方案如下：

一种芯片上电电流控制电路，包括可变电阻单元和电压控制单元；

所述电压控制单元分别与外部电源、所述可变电阻单元相连；所述可变电阻单元分别与所述外部电源和待上电芯片相连；

所述电压控制单元，用于向所述可变电阻单元提供电压控制信号；

所述可变电阻单元，根据所述电压控制信号向所述待上电芯片提供可变电流。

进一步地，所述电压控制单元包括第一PMOS管和电容；

所述第一PMOS管的栅极用于接收外部电源的上电复位信号；所述第一PMOS管的漏极与所述电容的一端共同接地；所述第一PMOS管的源极与衬底相连，并与所述电容的另一端共同连接到所述外部电源，该端还与所述可变电阻单元相连，向其输出所述电压控制信号。

进一步地，所述可变电阻单元包括第二PMOS管；

所述第二PMOS管的栅极与所述电压控制单元相连；所述第二PMOS管的漏极与所述芯片相连，向芯片提供可变电流；所述第二PMOS管的源极与衬底相连，并共同连接到所述外部电源。

本实用新型的有益效果是：

采用本实用新型技术方案，就可在芯片供电系统上电时，通过可变电阻单元的调节改变芯片的上电电流；同时，在芯片供电系统上电完成后，保证可变电阻单元的压降和功耗也达到最低的合理值。这样，既可显著控制芯片的上电电流，还可有效避免电源电压功耗，不会影响电源效率。

附图说明

图1为现有技术中采用电阻限制电流过冲的电路构成示意图；

图2为本实用新型芯片上电电流控制电路的电路构成示意图；

图3为本实用新型芯片上电电流控制电路的一种具体实现方式的构成示意图；

图4为本实用新型中控制芯片充电电流的电路参数随时间的波形变化示意图；

图5为本实用新型中用于产生上电复位信号的一种电路构成示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

本实用新型的芯片上电电流控制电路，如图2所示，包括可变电阻单元20和电压控制单元10。电压控制单元10分别与外部电源、可变电阻单元20相连；可变电阻单元20还分别与外部电源、待上电芯片相连。其中，电压控制单元10，用于向可变电阻单元20提供电压控制信号。可变电阻单元20，根据电压控制信号向待上电芯片提供可变电流。这样在芯片供电系统上电时，就可通过可变电阻单元20来调节芯片的上电电流；还可保证在芯片供电系统上电完成后，可变电阻单元20的压降和功耗达到最低的合理值。也就是说采用本实用新型的上述技术方案，既可显著控制芯片的上电电流，还可有效避免电源电压功耗，不会影响电源效率。

参见图3，电压控制单元10包括第一PMOS管11和电容12，其中，第一PMOS管11的栅极用于接收外部电源的上电复位信号；第一PMOS管11的漏极与电容12的一端共同接地；第一PMOS管11的源极与衬底相连，并与电容12的另一端共同连接到外部电源，该端还与可变电阻单元20相连，向其输出电压控制信号。

作为本实用新型中可变电阻单元20的实现方式，可采用PMOS管、NMOS管、BJT(双极型晶体管)、或者其它的有源器件。

参见图3，可变电阻单元20包括第二PMOS管21，其中，第二PMOS管21的栅极与电压控制单元10相连；第二PMOS管21的漏极与芯片相连，向芯片提供可变电流；第二PMOS管21的源极与衬底相连，并共同连接到外部电源。

若采用PMOS管构成可变电阻单元20，如图2所示，则本实用新型芯片上电电流控制电路的工作过程如下。

第二PMOS管21的栅极电压信号为V_G，通过控制栅电压V_G实现第二PMOS管21的导通电阻R可变，进而控制输出给C_LOAD的充电电流。

电压控制单元10用于产生从高电平到低电平的缓变的电压信号V_G。其工作过程如下：

第一PMOS管11的栅电压信号为POR信号，POR信号为电源V_supply上电复位信号。在V_supply上电时，第一PMOS管11导通，则电容12的上极板电压和下极板电压均为高，则V_G也为高电压V_supply，此时，用于实现可变电阻特性的第二PMOS管21处于截止状态，相当于电阻无穷大。而在V_supply上电完成之后，第一PMOS管11的栅极电压为高电平，则第一PMOS管11处于截止状态，电容12通过电流I放电，则V_G电压逐渐降低，最后变为零电平。进而实现向可变电阻单元20提供由高到低的缓变电压信号V_G。

因为在电源刚上电时，电压V_G为高，第二PMOS管21处于截止状态，则其表现出的电阻特性阻值R非常大，因此第二PMOS管21输出至芯片的电压VDD电压很低；而随着V_G电压逐渐缓慢下降，VDD电压才开始缓慢变化。其中，

C_LOAD的充电电流表达式为： $i=\frac{V_{\mathrm{Supply}}}{R}{e}^{-t/\mathrm{RC}};$

C_LOAD充电电流的变化为： $\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}=\frac{V_{\mathrm{Supply}}}{R^2*C}{e}^{-t/\mathrm{RC}}.$

综上所述，参见图4，芯片的充电电流I(C_LOAD)、V_G、V_supply、POR信号、VDD随时间变化的波形图。在V_supply上电的最初阶段，V_G电压为高，R非常大，此时充电电流I(C_LOAD)非常小。随着V_G电压逐渐减小，电阻R也在逐渐减小，充电电流I(C_LOAD)在某一时间达到最大值后，则会随着时间的增大而逐渐减小。

此外，需要说明的是，本实用新型中的上电复位信号表示的是一个检测外部电源V_supply完成上电时从低电平“0”跳变到高电平“1”的电压信号。可采用图5所示电路产生该跳变的上电复位信号：V_supply上电后，MN3管关闭，MP2管镜像MN1电流给电容C1缓慢充电。当电容C1两端电压超过反相器的翻转电平时，反相器从“1”变为低电平“0”，最后输出POR信号从″0″跳变为“1”。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种芯片上电电流控制电路，其特征在于，

所述控制电路包括可变电阻单元和电压控制单元；

所述电压控制单元分别与外部电源、所述可变电阻单元相连；所述可变电阻单元分别与所述外部电源和待上电芯片相连；

所述电压控制单元，用于向所述可变电阻单元提供电压控制信号；

所述可变电阻单元，根据所述电压控制信号向所述待上电芯片提供可变电流。

2.按照权利要求1所述的芯片上电电流控制电路，其特征在于，

所述电压控制单元包括第一PMOS管和电容；

所述第一PMOS管的栅极用于接收外部电源的上电复位信号；所述第一PMOS管的漏极与所述电容的一端共同接地；所述第一PMOS管的源极与衬底相连，并与所述电容的另一端共同连接到所述外部电源，该端还与所述可变电阻单元相连，向其输出所述电压控制信号。

3.按照权利要求1或2所述的芯片上电电流控制电路，其特征在于，

所述可变电阻单元包括第二PMOS管；

所述第二PMOS管的栅极与所述电压控制单元相连；所述第二PMOS管的漏极与所述芯片相连，向芯片提供可变电流；所述第二PMOS管的源极与衬底相连，并共同连接到所述外部电源。

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