CN202661919U - 片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种片上系统实现的低功耗实时时钟控制电路，该实时时钟控制电路包括与CPU位于同一片上系统且与CPU通过串行接口连接的一RTC，以及分别连接CPU和RTC的电源模块，相比CPU和单独搭配一颗RTC，极大的降低了功耗。进一步的，本实用新型实时时钟控制电路还包括一开机模块、RTC的唤醒引脚和与连接在片上系统、开机模块和系统电源间的PMOS管，控制整个片上系统的定时运行和在需要的时候运行，进一步降低了系统功耗。

Description

片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种实时时钟控制电路，尤其涉及一种片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路。

背景技术

当前实现实时时钟控制的系统，是以微控制器（MCU）搭配一颗单独的实时时钟（RTC）芯片实现的。这类单独的实时时钟芯片，多数内置有晶体振荡器、多位定时计数器，少数还内置通用目的存储器（RAM）、中断输出引脚、电池供电引脚等功能，通过串行接口与微控制器通信。单独的实时时钟芯片在非通信模式下运行的时候，只消耗非常小的能量，所以小容量的电池就可以让芯片保持运行很长时间。在和微控制器通信的时候，会消耗比较大的能量，此时就要设计通过微控制器的供电系统补充一定的能量过来，以延长电池寿命。这类系统的连接方式如图1和图2所示。在图1、图2中，主系统电源VDD和独立RTC芯片电源RTCVDD通过二极管隔离。

低功耗的片上系统（SOC）是目前芯片设计的方向。随着半导体特征尺寸的缩小，芯片晶体管数目的增多，晶体管在关断状态下的漏电所消耗的功率所占的比例越来越大，已经成为必须解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种片上系统实现的实时时钟控制电路。

该实时时钟控制电路包括与CPU位于同一片上系统且与CPU通过串行接口连接的一RTC，以及分别连接CPU和RTC的电源模块。

其中，连接CPU和RTC的电源模块可以为同一模块，连接RTC的电源模块也可以为一RTC电池。

进一步的，当连接RTC的电源模块为一RTC电池时，连接RTC电池和CPU的电源模块为一单向开关，所述单向开关由第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、限流电阻RS1及限流电阻RS2组成，限流电阻RS1和限流电阻RS2分别连接第一PMOS管的源极和漏极，限流电阻RS1和限流电阻RS2的另一端分别连接所述CPU和RTC的电源模块，第一PMOS管的栅极连接限流电阻RS2和所述RTC的电源模块，第二PMOS管的源极连接限流电阻RS1，第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，第二PMOS管的栅极连接所述RTC的电源模块和限流电阻RS2，第三PMOS管的漏极连接限流电阻RS2，第三PMOS管的栅极连接所述CPU的电源模块和限流电阻RS1。

实时时钟控制电路进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚，一开机模块和第四PMOS管，所述开机模块包括一开机按键，一NPN管和两个电阻R1、R2，所述开机按键与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和电阻R2相连，电阻R2还与所述NPN管的基极相连，电阻R1与所述NPN管的集电极和所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连，所述第四PMOS管的栅极与所述NPN管的集电极连接，第四PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上系统连接。

实时时钟控制电路还可以进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚、一开机模块和第五PMOS管，所述开机模块包括一开机按键、一NPN管和两个电阻R3、R4，所述开机按键一端接地，另一端与电阻R4连接，电阻R3与所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连，电阻R3、R4与所述NPN管的集电极相连，所述NPN管发射极接地，所述NPN管基极与所述唤醒引脚相连，所述第五PMOS管栅极与所述NPN管的集电极连接，所述PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上系统连接。

其中，所述RTC进一步包括接口寄存器，内部寄存器，通用RAM，RTC状态机，32位定时器和4位分频器，当CPU处理完任务，设定所述RTC的定时闹钟，将需要保存的数据保存在所述通用RAM内；当设定的时间到达，所述RTC产生闹钟信号，通过所述唤醒引脚输出高电平打开所述NPN管，所述NPN管打开所述PMOS管，系统上电。

其中，所述唤醒引脚由第六PMOS管，一弱下拉电阻和一串联电阻组成的唤醒引脚驱动器驱动。

本实用新型实现了整合实时时钟芯片和微控制器芯片功能的一种片上系统，降低了功耗，且通过低功耗运行的实时时钟模块，控制整个片上系统的定时运行和在需要的时候运行，进一步降低了系统功耗，同时也降低了方案成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术的一实时时钟控制电路。

图2为现有技术的又一实时时钟控制电路。

图3为本实用新型的RTC电池单独供电的一实时时钟控制电路。

图4为本实用新型的由片上系统的电源供电给RTC的一实时时钟控制电路。

图5为本实用新型一实施例采用的开机模块的实时时钟控制电路。

图6为本实用新型又一实施例采用的开机模块的实时时钟控制电路。

图7为RTC内部结构及与CPU的连接示例图。

图8为RTC唤醒引脚驱动器结构图。

图9为片上系统电源和RTC电源间的单向开关结构图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。

本实用新型的实时时钟控制电路包括与CPU位于同一片上系统且与CPU通过串行接口连接的一RTC，以及分别连接CPU和RTC的电源模块。通过将CPU和RTC置于同一片上系统，大大降低了功耗。

其中，连接CPU和RTC的电源模块可以为同一模块，连接RTC的电源模块也可以为一RTC电池。如图3和图4所示。

在图3和图4中，片上系统芯片包含RTC和CPU、稳压器等模块。图3和图4是面对不同的主电源而采用不一样的RTC模块供电方式，但实现方式是一样的。图3中，RTC模块拥有单独的RTC电池，主电源可以移除而不会影响RTC模块的运行。图4中，主电源是不可移除的大容量电池，通过电阻R5、R6和电容C1实现对RTC模块的不间断供电，这样可以省略单独的RTC电池，节省方案成本。

图3和图4所示的系统，还需一个开机启动过程，可用图5和图6所示的方式实现。

图5和图6中，开机信号通过按下按键，加在NPN三极管的基极或者PMOS管的栅极，让系统上电。主CPU上电运行后，控制RTC模块的唤醒引脚输出高电平信号，驱动NPN管输出低电平，从而完成开机信号的锁定。此时，可以释放按键。

开机成功后，主CPU处理完既定任务后，设定RTC的定时闹钟等功能，把需要保存的数据保存在RTC模块的通用RAM里面，然后控制唤醒引脚输出低电平关断NPN管，从而关断PMOS管，让主系统断电。在到达设定的时间时，RTC模块产生一个闹钟信号，通过唤醒引脚输出高电平打开NPN三极管，从而打开PMOS管，使得主CPU系统重新上电，查询各种输入信息，完成既定任务，然后又进入断电状态。

通过这种方式，让整个SOC系统工作的时间很短，大部分时间处于功耗非常小（RTC模块的运行消耗）的状态，从而大幅降低了整个系统的功耗。当主电源也是由电池供电的时候，大大延长了电池寿命。

本实用新型的RTC模块的功能设计如图7所示。

图7中，RTC模块和CPU系统通过串行接口连接，此外，RTC模块还向CPU系统提供32.768K赫兹和1赫兹的时钟信号。

RTC模块的接口寄存器、内部寄存器，通用RAM、RTC状态机、32位定时器、4位分频器，组合实现了RTC模块的定时、计数、闹钟、数据存储等功能。

通用RAM的大小按系统需要设定。因为RTC模块是不间断供电，所以通用RAM里保存的数据也不会因主CPU系统的断电而丢失，因此可以当作非易失性存储器使用。

RTC振荡器搭配相应晶振产生32.768K赫兹的时钟供给定时器和其他部分。

上电复位部分在RTC模块初始上电的时候产生复位信号给RTC状态机，使其处于正确的起始状态。

RTC状态机产生的唤醒信号通过唤醒引脚输出，驱动芯片外部NPN三极管，从而控制图3和图4中的PMOS电源开关。电路如图8所示。

图8中，唤醒引脚驱动器由一个PMOS管和1个弱下拉电阻、1个串联电阻组成，以此可靠驱动外部NPN三极管。

另外，电源处理部分电路如图9所示。

图9的电路实现的是单向开关功能。电路中，第一PMOS管M1连接成一个单向开关，两个限流电阻RS1、RS2和上面的第二PMOS管M2、第三PMOS管M3实现衬底B点电位对VDD和RTCVDD的跟踪，让衬底B点处于合适的高电位，确保第一PMOS管M1的功能正常。

图9的单向开关，在VDD电位低于RTCVDD的时候，处于关断状态，实现了RTC模块电源RTCVDD和主CPU电源VDD之间的隔离。在VDD电位高出RTCVDD引脚的电压一定值（阈值电压）的时候，单向开关导通，由VDD供电给RTC模块。并且当系统如图3所示，RTCVDD引脚连接的是RTC电池时，还可以对RTC电池补充电量。由于串联限流电阻RS1、RS2的存在，使得对RTC电池的充电只能是微弱的涓流充电，所以不会伤害到电池。

以上对本实用新型的优选实施方案进行了详细描述，但本实用新型并不局限于上述实施方案，对本领域技术人员来说各种显而易见的修改和变换，仍属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：包括与CPU位于同一片上系统且与所述CPU通过串行接口连接的一RTC，以及分别连接CPU和所述RTC的电源模块。

2.根据权利要求1所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：所述连接CPU和RTC的电源模块为同一模块。

3.根据权利要求1所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：所述连接RTC的电源模块为一RTC电池。

4.根据权利要求3所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：连接所述RTC和CPU之间的电源模块为一单向开关，所述单向开关由第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、限流电阻RS1及限流电阻RS2组成，限流电阻RS1和限流电阻RS2分别连接第一PMOS管的源极和漏极，限流电阻RS1和限流电阻RS2的另一端分别连接所述CPU和RTC的电源模块，第一PMOS管的栅极连接限流电阻RS2和所述RTC的电源模块，第二PMOS管的源极连接限流电阻RS1，第二PMOS管的漏极连接第三PMOS管的源极，第二PMOS管的栅极连接所述RTC的电源模块和限流电阻RS2，第三PMOS管的漏极连接限流电阻RS2，第三PMOS管的栅极连接所述CPU的电源模块和限流电阻RS1。

5.根据权利要求1所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚，一开机模块和第四PMOS管，所述开机模块包括一开机按键，一NPN管和两个电阻R1、R2，所述开机按键与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和电阻R2相连，电阻R2还与所述NPN管的基极相连，电阻R1与所述NPN管的集电极和所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连，所述第四PMOS管的栅极与所述NPN管的集电极连接，第四PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上系统连接。

6.根据权利要求1所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：进一步包括所述RTC上的一唤醒引脚、一开机模块和第五PMOS管，所述开机模块包括一开机按键、一NPN管和两个电阻R3、R4，所述开机按键一端接地，另一端与电阻R4连接，电阻R3与所述连接CPU和所述RTC的电源模块相连，电阻R3、R4与所述NPN管的集电极相连，所述NPN管发射极接地，所述NPN管基极与所述唤醒引脚相连，所述第五PMOS管栅极与所述NPN管的集电极连接，所述PMOS管还与所述连接CPU和所述RTC的电源模块和片上系统连接。

7.根据权利要求5或6所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：所述RTC进一步包括接口寄存器、内部寄存器、通用RAM、RTC状态机、32位定时器和4位分频器，当CPU处理完任务，设定所述RTC的定时闹钟，将需要保存的数据保存在所述通用RAM内；当设定的时间到达，所述RTC产生闹钟信号，通过所述唤醒引脚输出高电平打开所述NPN管，所述NPN管打开所述PMOS管，系统上电。

8.根据权利要求5或6所述的片上系统实现的实时时钟低功耗控制电路，其特征在于：所述唤醒引脚由第六PMOS管、一弱下拉电阻和一串联电阻组成的唤醒引脚驱动器驱动。

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