CN207367150U - Mcu工作电路的供电控制装置与微处理器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种MCU工作电路的供电控制装置与微处理器，所述的装置，包括：电源电路、检测电路、储能电容和基准电容；所述电源电路包括供电电路；所述检测电路用于对所述储能电容的当前电压与所述基准电容的基准电压进行比较；当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，控制所述储能电容为所述工作电路供电，当所述当前电压低于所述基准电压时，控制所述供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，其中，所述基准电压为所述工作电路待机工作所需的最低电压。本实用新型避免了工作电路时刻保持工作，相较于现有技术，本实用新型降低了待机功耗，从而增加了待机时间，改善了用户体验。

Description

MCU工作电路的供电控制装置与微处理器

技术领域

本实用新型涉及微处理单元，尤其涉及一种MCU工作电路的供电控制装置与微处理器。

背景技术

微处理器(Microcontroller Unit；MCU)是一种芯片级的计算机。在手持式设备、医疗电子、智能家居电子、物联网等产业，MCU或类似的SOC芯片使用非常广泛。

在MCU芯片设计领域中，MCU的工作电路工作时，以其中的数字逻辑电路为例，需要一个供电模块来供电，同时还需要一个定时器电路来进行唤醒、计时或者其他功能。所述供电模块与定时器电路必须时刻保持工作。该方案会导致待机功耗过大，从而会导致设备电量下降过快，设备功耗较大，从而减少待机时间，极大影响用户体验。

实用新型内容

本实用新型提供一种MCU工作电路的供电控制装置与微处理器，以解决待机功耗过大的问题。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种MCU工作电路的供电控制装置，包括：电源电路、检测电路、储能电容和基准电容；所述电源电路包括供电电路，其中：

所述供电电路的输出端分别与所述储能电容、所述工作电路和所述基准电容连接；

所述储能电容还与所述检测电路和所述工作电路连接；

所述基准电容还与所述检测电路连接；

所述检测电路用于对所述储能电容的当前电压与所述基准电容的基准电压进行比较；当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，所述检测电路控制所述储能电容为所述工作电路供电，当所述当前电压低于所述基准电压时，所述检测电路控制所述供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，其中，所述基准电压为所述工作电路待机工作所需的最低电压。

可选的，所述的电源电路还包括：分压电路；

所述分压电路分别与所述供电电路、所述储能电容和所述基准电容连接；

在所述供电电路为所述工作电路供电时，所述分压电路用于使得所述储能电容的电压达到所述工作电路的正常工作电压，并使得所述基准电容维持所述基准电压。

可选的，所述分压电路包括：

第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端分别与所述供电电路和所述储能电容连接在第一节点，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接在第二节点，所述基准电容还与所述第一电阻和所述第二电阻连接在所述第二节点；

所述储能电容的所述当前电压为所述第一节点与地之间的电压，所述基准电容的所述基准电压为所述第二节点与地之间的电压。

可选的，所述的装置，还包括：芯片电源；

所述芯片电源分别与所述供电电路以及所述检测电路连接；所述第一节点与所述储能电容之间设置有第一开关，所述第二节点与所述基准电容之间设置有第二开关，所述供电电路与所述芯片电源之间设置有第三开关；

所述检测电路具体用于，在所述当前电压高于所述基准电压时，控制所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关断开；在所述当前电压低于所述基准电压时，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关闭合。

可选的，所述检测电路为比较器，所述储能电容与所述比较器的第一输入端连接，所述基准电容与所述比较器的第二输入端连接，所述比较器的输出端分别与所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关连接；

所述比较器具体用于，在所述当前电压高于所述基准电压时，输出第一电平信号至所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关断开；在所述当前电压低于所述基准电压时，输出第二电平信号至所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关闭合。

可选的，所述的装置，还包括：基准源电路；

所述基准源电路连接于所述芯片电源和所述供电电路之间，其输出端还与所述比较器的第二输入端连接；

所述分压电路还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第二电阻的第二端，所述比较器的第一输入端连接在所述第二电阻和所述第三电阻之间的第三节点，所述第三电阻的第二端接地；

在所述储能电容为所述工作电路供电时，所述比较器具体用于，对所述储能电容的当前电压与所述基准电容的基准电压进行比较；

当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，控制所述储能电容继续为所述工作电路供电；

当所述储能电容的当前电压低于所述基准电容的基准电压时，控制所述供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，并控制所述芯片电源为所述基准源电路供电；

在所述供电电路为所述工作电路供电时，所述比较器还用于，对所述供电电路分压后的输出电压和所述基准源电路的输出电压进行比较，其中，所述分压后的输出电压为所述第三节点与地之间的电压，所述基准源电路的输出电压为预设电压；当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，所述储能电容的当前电压高于所述工作电路的正常工作电压；

当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，控制所述储能电容为所述工作电路供电；

当所述分压后的输出电压低于所述预设电压时，控制所述供电电路继续为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，并控制所述芯片电源继续为所述基准源电路供电。

可选的，所述储能电容与所述比较器之间设置有第四开关，所述第三节点与所述比较器之间设置有第五开关，所述基准电容与所述比较器之间设置有第六开关，所述基准源电路与所述比较器之间设置有第七开关，所述第四开关、所述第六开关与所述比较器的输出端之间还设置有反相器；

所述比较器具体用于，在所述当前电压高于所述预设电压时，输出第一电平信号至所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第七开关断开，所述第四开关和所述第六开关闭合，在所述当前电压低于所述基准电压时，输出第二电平信号至所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第七开关闭合，所述第四开关和所述第六开关断开。

可选的，所述电源电路为低压差线性稳压器或第一带隙基准电路。

可选的，所述基准源电路为第二带隙基准电路。

可选的，所述比较器的输出端还连接看门狗电路，所述比较器的输出信号作为所述看门狗电路的时钟信号。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种微处理器，包括根据本实用新型第一方面及其可选方案所涉及的装置。

本实用新型提供的MCU工作电路的供电控制装置与微处理器，通过所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，控制所述储能电容为所述工作电路供电，所述当前电压低于所述基准电压时，控制所述供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，避免了工作电路时刻保持工作，相较于现有技术，本实用新型降低了待机功耗，从而增加了待机时间，改善了用户体验。

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是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图一；

图2是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图二；

图3是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图三；

图4是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图四；

图5是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图五；

图6是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图六；

图7是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图七；

图8是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图八；

图9是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置中储能电容的电压变化示意图；

图10是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置中检测电路输出的脉冲信号的变化示意图；

图11是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图一；

图12是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图二；

图13是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图三；

图14是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图四。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图一；参考图1，所述的装置，包括：电源电路U₁、检测电路U₂、储能电容C_L和基准电容C_S；所述电源电路U₁包括供电电路U₁₁；其中：

所述供电电路U₁₁的输出端分别与所述储能电容C_L、工作电路U₃和所述基准电容C_S连接；

所述储能电容C_L还与所述检测电路U₂和所述工作电路U₃连接；

所述基准电容C_S还与所述检测电路U₂连接；

所述检测电路U₂用于对所述储能电容C_L的当前电压与所述基准电容C_S的基准电压进行比较；当所述储能电容C_L的当前电压高于所述基准电容C_S的基准电压时，所述检测电路U₂控制所述储能电容C_L为所述工作电路U₃供电，当所述当前电压低于所述基准电压时，所述检测电路U₂控制所述供电电路U₁₁为所述储能电容C_L、所述基准电容C_S和所述工作电路U₃供电，其中，所述基准电压为所述工作电路U₃待机工作所需的最低电压。

供电电路U₁₁，可以理解为能够实现供电的传输的电路结构。

储能电容C_L，储能时可以存储供电电路U₁₁供应的电能，放能时可以向工作电路U₃放电。储能电容C_L可以为一个，也可以为多个。具体实施方式中，也可选择其他储能元件替换储能电容C_L，比如电感、化学电池等等。

基准电容C_S，由于其不进行放电，且能够在供电电路U₁₁为其供电时到达基准电压，其可为检测电路U₂的判断提供稳定的依据，并以较少的器件满足检测电路U₂的判断需求。

工作电路U₃，其可以为微处理器的任意工作电路，其可以具有一定的裕量。由于工作电路U₃在待机状态下基本不运行程序，仅仅是保持数据状态，因此消耗的电流通常是固定值，而如果是运行查询、中断、计时等程序，也只是消耗极小的功耗或者消耗功耗的值有周期性。所以，无需保持工作电路U₃在正常工作电压。

该实施方式下，储能电容C_L为工作电路U₃供电时，由于工作电路U₃会消耗一个固定的小电流，储能电容C_L的电压逐渐下降，未下降到基准电容C_S的基准电压时，可以保证工作电路U₃的电压在待机工作所需的最低电压之上，即可以保证工作电路U₃可以工作，当下降到小于基准电压时，控制供电电路U₁₁为工作电路U₃供电。

可见，本实用新型通过所述储能电容C_L的当前电压高于所述基准电容C_S的基准电压时，控制所述储能电容C_L为所述工作电路U₃供电，所述当前电压低于所述基准电压时，控制所述供电电路U₁₁为所述储能电容C_L、所述基准电容C_S和所述工作电路U₃供电，避免了工作电路U₃时刻保持正常工作，相较于现有技术，本实用新型降低了待机功耗，从而增加了待机时间，改善了用户体验。

此外，由于基准电压可以为待机工作所需的最小电压确定，该实施方式实现了MCU芯片在待机时消耗的功耗仅微高于其必要消耗的功耗。

图2是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图二。在图1示意的结构的基础上，参考图2，所述电源电路U₁，还可包括：分压电路U₁₂；

所述分压电路U₁₂分别与所述供电电路U₁₁、所述储能电容C_L和所述基准电容C_S连接。

在所述供电电路U₁₁为所述工作电路U₃供电时，所述分压电路U₁₂用于使得所述储能电容C_L的电压达到所述工作电路U₃的正常工作电压，并使得所述基准电容C_S维持基准电压。

该实施方式通过分压电路U₁₂，可以实现基准电容C_S与储能电容C_L分别处于不同的电压，以满足基准电容C_S维持基准电压的需求，以及储能电容C_L储能达到工作电路U₃的正常工作电压的需求。

此外，该实施方式中，随着储能电容C_L为工作电路U₃供电时电压的下降，工作电路U₃从正常工作进入待机工作，直至到达待机工作所需的最低电压，期间无需锁存数据，过程中不需要额外的高压逻辑单元，对应的，从待机工作唤醒也无需读取锁存数据，相较于现有相关技术中需要锁存数据的方案，速度更优。

所述分压电路U₁₂可以具体包括：

第一电阻R₁和第二电阻R₂，所述第一电阻R₁的第一端分别与所述供电电路U₁₁和所述储能电容C_L连接在第一节点41，所述第一电阻R₁的第二端与所述第二电阻R₂的第一端连接在第二节点42，所述基准电容C_S还与所述第一电阻R₁和所述第二电阻R₂连接在所述第二节点42。此外，工作电路U₃也可连接至第一节点41。

所述储能电容C_L的电压为所述第一节点41与地之间的电压，所述基准电容C_S的基准电压为所述第二节点42与地之间的电压。

该实施方式以第一电阻R₁和第二电阻R₂进行分压，以较少的器件实现了分压，同时，第一电阻R₁可以仅包括单个电阻，也可以包括多个子电阻，第一电阻R₁中的多个子电阻可以以串联、并联、或者串并联的方式组合，以达到第一电阻R₁所需的阻值。第二电阻R₂可以仅包括单个电阻，也可以包括多个子电阻，第二电阻R₂中的多个子电阻可以以串联、并联、或者串并联的方式组合，以达到第二电阻R₂所需的阻值。

供电电路U₁₁的输出电压值可以为V_DD，第一电阻R₁两端的压降可以为△V，V_DD可以为工作电路U₃正常工作时的电压值，也为储能电容C_L储能后的电压值；由于工作电路U₃的工作电压有一定的裕量，工作电路U₃待机工作的电压可以为(V_DD-△V)，对应的，基准电容C_S维持的电压需为(V_DD-△V)，所以，经第一电阻R₁分压△V后，可使得供应至基准电容C_S的电压为(V_DD-△V)。当储能电容C_L电压值下降至小于(V_DD-△V)，检测电路U₂控制供电电路U₁₁为储能电容C_L、工作电路U₃以及基准电容C_S供电。

在其他可选的实施方式中，分压的方式可以不通过电阻串分压的形式，可以通过工作在线性区的MOS管串分压或是其他能够生成(V_DD-△V)的电压的任意电路方式。

图3是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图三。在图2示意的结构的基础上，参考图3，所述的装置，还可以包括：芯片电源U₀。

所述芯片电源U₀分别与所述供电电路U₁₁以及所述检测电路U₂连接；所述第一节点41与所述储能电容C_L之间设置有第一开关S₁，所述第二节点42与所述基准电容C_S之间设置有第二开关S₂，所述供电电路U₁₁与所述芯片电源U₀之间设置有第三开关S₃。

所述检测电路U₂具体用于，在所述当前电压高于所述基准电压时，控制所述第一开关S₁、所述第二开关S₂以及所述第三开关S₃断开；在所述当前电压低于所述基准电压时，控制所述第一开关S₁、所述第二开关S₂、所述第三开关S₃闭合。

在第一开关S₁、第二开关S₂以及第三开关S₃均断开时，储能电容C_L可为工作电路U₃供电；在第一开关S₁、第二开关S₂以及第三开关S₃均闭合时，供电电路U₁₁为工作电路U₃、储能电容C_L，以及基准电容C_S供电。

该实施方式通过设置第一开关S₁和第二开关S₂，避免了储能电容C_L为工作电路U₃供电时储能电容C_L与基准电容C_S对分压电路U₁₂中的电阻放电，从而使得储能电容C_L放电电流基本都被供应至工作电路U₃，且基准电容C_S基本不放电。通过设置第三开关S₃，实现了供电电路U₁₁是否连接芯片电源U₀的控制，仅在连接芯片电源U₀时，供电电路U₁₁才能利用其所供的电向供电控制装置提供电。

此外，循环反复控制第一开关S₁、第二开关S₂以及第三开关S₃的通断，储能电容C_L上的电压可以始终保持工作电路U₃工作。只要给储能电容C_L充电的时间远小于储能电容C_L放电的时间，则功耗将被平均，远远小于供电电路U₁₁的功耗。因此供电电路U₁₁正常工作的功耗可以加大，在供电时具有较强的抗干扰能力。由于待机时功耗较小，储能电容C_L可以无需配置较高的储能能力，具体的实施方式中，其无需采用过大的电容值，可以避免芯片面积开销过大。

图4是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图四。图5是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图五。

参考图4和图5，在图3示意的结构的基础上，所述检测电路U₂为比较器CMP，所述储能电容C_L与所述比较器CMP的第一输入端连接，所述基准电容C_S与所述比较器CMP的第二输入端连接，所述比较器CMP的输出端分别与所述第一开关S₁、所述第二开关S₂以及所述第三开关S₃连接。

所述比较器CMP具体用于，在所述当前电压高于所述基准电压时，输出第一电平信号至所述第一开关S₁、所述第二开关S₂以及所述第三开关S₃，以控制所述第一开关S₁、所述第二开关S₂、所述第三开关S₃断开，第一电平信号可以为高电平；在所述当前电压低于所述基准电压时，输出第二电平信号至所述第一开关S₁、所述第二开关S₂以及所述第三开关S₃，以控制所述第一开关S₁、所述第二开关S₂、所述第三开关S₃闭合，第二电平信号可以为低电平。

参考图4和图5，工作电路U₃可以为数字逻辑电路U₃₁。例如：正常情况下数字逻辑电路U₃₁所需的正常工作电压可以为1.6V。而如果工作电压降到1.3V，对于数字逻辑电路U₃₁，仍能保持工作或保持数据，其中的1.3V可理解为数字逻辑电路U₃₁待机工作所需的最低电压。

此外，储能电容C_L的第一端通过第一开关S₁连接第一节点41，进而连接至第一电阻R₁的第一端、供电电路U₁₁，以及工作电路U₃，储能电容C_L的第一端还连接至比较器CMP的第一输入端，储能电容C_L的第二端接地；基准电容C_S的第一端通过第二开关S₂连接第二节点42，进而连接至第一电阻R₁的第二端与第二电阻R₂的第一端，基准电容C_S的第一端还连接至比较器CMP的第二输入端，基准电容C_S的第二端接地。

参考图4，在这一种实施方式中，电源电路U₁为低压差线性稳压器LDO(lowdropout regulator)，通过低压差线性稳压器LDO，可以使用在其线性区域内运行的晶体管或FET，从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。

电源电路U₁为低压差线性稳压器LDO的情况下，分压电路U₁₂可以使用低压差线性稳压器LDO所使用分压电路的取样电阻来实现，而无需另外布置器件。参考图4取样电阻可以包括第一电阻R1、第二电阻R₂和第三电阻R₃，通过取样第二电阻R₂与第三电阻R₃之间的电压，可实现低压差线性稳压器LDO的稳压输出调整，第三电阻R₃可以接地，取样得到的电压即为第三电阻R₃的压降。其中，第三电阻R₃可以为单个电阻，也可以为包括多个子电阻，第三电阻R₃中的多个子电阻可以以串联、并联、或者串并联的方式组合，以达到第三电阻R₃所需的阻值。

对于取样电阻，现有技术方案中都要用非常高的阻值来实现低功耗，本方案只需要几十千欧左右的电阻即可实现，可见，由于待机功耗较小，其也无需使用过大的电阻，避免了使用高阻工艺，或者电阻占用过大芯片面积。

参考图5，在这一种实施方式中，电源电路U₁为第一带隙基准电路Bandgap₁，通过第一带隙基准电路Bandgap₁，可以根据硅材料的带隙电压与电源电压和温度无关的特性，通过将两个具有相反温度系数的电压进行线性组合来得到零温度系数的电压。分压电路U₁₂可以采用第一带隙基准电路Bandgap₁中的电阻来实现，此方案下，参考图5，分压电路U₁₂可以包括第一电阻R₁与第二电阻R₂，第二电阻R₂接地。

在图4和图5示意的实施方式中，储能电容C_L为所述工作电路U₃供电以及供电电路U₁₁为所述工作电路U₃供电的情况下，比较器CMP均对储能电容C_L的当前电压与基准电容C_S的基准电压进行比较。

在所述储能电容C_L为所述工作电路U₃供电时，所述比较器CMP具体用于，对所述储能电容C_L的当前电压与所述基准电容C_S的基准电压进行比较，具体可以为：当所述储能电容C_L的当前电压高于所述基准电容C_S的基准电压时，比较器CMP的输出电平不变化，以控制所述储能电容C_L继续为所述工作电路U₃供电；当所述储能电容C_L的当前电压低于所述基准电容C_S的基准电压时，比较器CMP的输出电平发生变化，以控制所述供电电路U₁₁为所述储能电容C_L、所述基准电容C_S和所述工作电路U₃供电。

在供电电路U₁₁为所述工作电路U₃供电时，所述比较器CMP具体用于，对所述储能电容C_L的当前电压与所述基准电容C_S的基准电压进行比较，具体可以为：当所述储能电容C_L的当前电压高于所述基准电容C_S的基准电压时，比较器CMP的输出电平发生变化，以控制所述储能电容C_L为所述工作电路供电；当所述储能电容C_L的当前电压低于所述基准电容C_S的基准电压时，比较器CMP的输出电平不发生变化，控制所述供电电路U₁₁继续为所述储能电容C_L、所述基准电容C_S、所述工作电路U₃供电。

其中，在输出电平发生变化，以控制储能电容C_L进行供电时，由于比较器CMP输出的信号电平发生变化的时候，储能电容C_L的电压为基准电压，即工作电路待机工作所需的最低电压，而本实施例需要使得储能电容C_L的电压能够达到工作电路U₃的正常工作电压，所以，为了满足工作电路U₃的电压达到正常工作电压，第一开关S₁、第二开关S₂以及第三开关S₃的通断变化需有延迟，延迟的时间可以理解为满足储能电容C_L充电至工作电路U₃的正常工作电压的时间。具体实施过程中，可以通过在比较器CMP的输出端设置一个延迟电路满足延迟时间的需求。

图6是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图六。

参考图6，所述的装置，还可以包括：基准源电路U₄。

所述基准源电路U₄连接于所述芯片电源U₀和所述供电电路U₁₁之间，其输出端还与所述比较器CMP的第二输入端连接。

所述分压电路U₁₂还包括第三电阻R₃，所述第三电阻R₃的第一端连接所述第二电阻R₂的第二端，所述比较器CMP的第一输入端连接在所述第二电阻R₂和第三电阻R₃之间的第三节点43。

在所述储能电容C_L为所述工作电路U₃供电时，所述比较器CMP具体用于，对所述储能电容C_L的当前电压与所述基准电容C_S的基准电压进行比较。

当所述储能电容C_L的当前电压高于所述基准电容C_S的基准电压时，控制所述储能电容C_L继续为所述工作电路U₃供电。

当所述储能电容C_L的当前电压低于所述基准电容C_S的基准电压时，控制所述供电电路U₁₁为所述储能电容C_L、所述基准电容C_S和所述工作电路U₃供电，并控制芯片电源U₀为所述基准源电路U₄供电。

在所述供电电路U₁₁为所述工作电路U₃供电时，所述比较器CMP还用于，对所述供电电路U₁₁分压后的输出电压和所述基准源电路U₄的输出电压进行比较。

当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，控制所述储能电容C_L为所述工作电路U₃供电；

当所述分压后的输出电压低于所述预设电压时，控制所述供电电路U₁₁继续为所述储能电容C_L、所述基准电容C_S和所述工作电路U₃供电，并控制所述芯片电源U₀继续为所述基准源电路U₄供电；

所述分压后的输出电压为所述第三节点43与地之间的电压，所述预设电压为所述基准源电路U₄的输出电压；而且：当所述分压后的输出电压高于预设电压时，所述储能电容C_L的当前电压高于所述工作电路U₃的正常工作电压，可见，在该实施方式下，供电电路U₁₁为工作电路U₃供电时，比较器CMP比较的是预设电压与分压后的输出电压，且其控制改变输出信号的依据，不仅需要满足储能电容C_L的当前电压高于基准电容C_S，进一步还需高于预设电压。

在该实施方式下，储能电容C_L为工作电路U₃供电时，比较器CMP比较的依旧为储能电容C_L的当前电压与基准电容C_S的基准电压；而供电电路U₁₁为工作电路U₃供电时，比较器CMP比较的不再是储能电容C_L的当前电压与基准电容C_S的基准电压，而是基准源电路U₄的输出电压与第三节点43的电压。通过对基准源电路U₄的输出电压的调整，可以使得：当第一节点41输入至分压电路U₁₂的电压到达正常工作电压时，第三节点43的电压可以到达基准源电路U₄的输出电压。当供应至储能电容C_L充电后电压到达正常工作电压时，第一节点41输入分压电路U₁₂的电压才到达正常工作电压。

其也可理解为：第三节点43与第一节点41的电压比值与基准源电路U₄的输出电压与工作电路U₃的正常工作电压的比值相同。所以，该实施方式下，通过比较第三节点43的电压与基准源电路U₄的电压，可以将储能电容C_L是否到达正常工作电压作为判断依据控制开关的变化，而无需进行延迟。

图7是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图七；图8是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置的结构示意图八。

在图6示意的结构的基础上，参考图7和图8，所述的装置还可以包括第四开关S₄、第五开关S₅、第六开关S₆、第七开关S₇。

具体的，所述储能电容C_L与所述比较器CMP之间设置有第四开关S₄，所述基准电容C_S与所述比较器CMP之间设置有第六开关S₆，所述第三节点43与所述比较器CMP之间设置有第五开关S₅，所述基准源电路U₄与所述比较器CMP之间设置有第七开关S₇，所述第四开关S₄、所述第六开关S₆与所述比较器CMP的输出端之间还设置有反相器N₁。其中，基准源电路U₄，可以为任意利用芯片电源U₀输出所需电压的电路，其可以为第二带隙基准电路Bandgap₂。

所述比较器CMP具体用于，在所述当前电压高于所述预设电压时，输出第一电平信号至所述第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃、第四开关S₄、第五开关S₅、第六开关S₆以及第七开关S₇，以控制所述第一开关S₁、所述第二开关S₂、所述第三开关S₃、所述第五开关S₅、所述第七开关S₇断开，由于反相器N1的作用，可使得所述第四开关S₄和所述第六开关S₆闭合，在所述当前电压低于所述基准电压时，输出第二电平信号至所述第一开关S₁、第二开关S₂、第三开关S₃、第四开关S₄、第五开关S₅、第六开关S₆以及第七开关S₇，以控制所述第一开关S₁、所述第二开关S₂、所述第三开关S₃、所述第五开关S₅、所述第七开关S₇闭合，由于反相器N1的作用，可使得所述第四开关S₄和所述第六开关S₆断开。

若电源电路U₁采用了低压差线性稳压器LDO，则，第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃可以为低压差线性稳压器LDO的取样电阻。根据低压差线性稳压器LDO的具体设计，第三电阻R₃与另两个电阻之间的阻值关系和基准源电路U₄的输出电压可以为预先确定的，其原理如前文所示。

若电源电路U₁为低压差线性稳压器LDO以外的其他电路，例如第一带隙基准电路Bandgap₁，则，可参考图8的方案理解，分压电路U₁₂可以包括第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃，第三电阻R₃接地，第二电阻R₂与第三电阻R₃连接于第三节点43；其中的第二电阻R₂与第三电阻R₃的阻值之和与第一电阻R₁的阻值的关系可以在满足第一节点41与第二节点42的电压需求的情况下预先确定，进而可以匹配设计第三电阻R₃与其他电阻的阻值关系，以及基准源电路U₄的输出电压，可设计满足：第三节点43与第一节点41的电压比值与基准源电路U₄的输出电压与工作电路U₃的正常工作电压的比值相同。

其中，若电源电路U₁与基准源电路U₄均采用带隙基准电路，则第一带隙基准电路Bandgap₁与第二带隙基准电路Bandgap₂可分别设计为输出不同电压，进而通过第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃的阻值设计，可以使得第三节点43的电压与第一节点41的电压比值与基准源电路U₄的输出电压与工作电路U₃的正常工作电压的比值相同，例如：若作为电源电路U₁的第一带隙基准电路Bandgap₁可输出1.6伏，作为基准源电路U₄的第二带隙基准电路Bandgap₂可输出1.2伏，则第三节点43的电压与第一节点41的电压比值可以为1.2/1.6。

图9是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置中储能电容的电压变化示意图；其中，横轴表征时间，竖轴表征储能电容C_L的电压，V_DD为工作电路U₃的正常工作时的电压值；(V_DD-△D)为工作电路待机工作所需的最低的电压值。通过以上图1至图8的实施方式均可得到图9所示的电路变化。

图10是本实用新型一MCU工作电路的供电控制装置中检测电路输出的脉冲信号的变化示意图，参考图10，检测电路U₂可以做到仅在触发时消耗电流，静态时候不消耗电流，由于数字逻辑电路U₃₁为例的工作电路U₃消耗的电流通常是固定值(漏电或周期性工作)，则检测电路U₂输出的波形为一定频率的脉冲。所以，其还可实现在待机下提供看门狗电路WDT(Watchdog Timer)的时钟信号的功能。

其中一种实施方式中，所述检测电路U₂还连接看门狗电路WDT，所述比较器CMP的输出信号可以作为所述看门狗电路WDT的时钟信号，具体实施过程中，输出信号可以直接向看门狗电路WDT提供，也可经分频器或者计数器等方式处理后再向看门狗电路WDT提供。该实施方式可以简化电路设计，减少了器件的使用。

参考图10，比较器CMP输出脉冲信号的周期为t_tot，输出为低电平时，供电电路U₁₁为工作电路U₃供电，输出为高电平时，储能电容C_L为工作电路U₃供电。其中每个周期输出为低电平的时间为t_op；当供电电路U₁₁为工作电路U₃供电的时候消耗的电流为I_tot，假设其中一部分用于给储能电容C_L充电的电流，为α·I_tot，其中，α<1。

储能电容C_L为工作电路U₃供电的时候，工作电路U₃消耗储能电容C_L为电流为I_L，基准电容C_S上没有电流消耗，设计中要保证t_op远小于t_tot，那么工作电路U₃在一个周期内消耗的储能电容C_L的电量应该由下式表示：

I_L·t_tot＝ΔV·C_L；

同样的，假设每一次开启所消耗的平均电流为其中又被用于给储能电容C_L充电，那么：

由此：

α·I_tott_op＝I_L·t_tot；

等效消耗的电流为：

由于不同芯片漏电和待机工作时的功耗不一样会导致比较器CMP输出的脉冲周期不一样，也即看门狗电路WDT的时钟信号的频率会有偏差，储能电容C_L可以通过校准的方式调节到一个合适的值。

举例中：

假设△V＝200mV，I_L＝100nA，t_op＝100ns，若希望实现的看门狗电路WDT的时钟信号的频率为10kHz，那么t_tot＝100μs，根据：

I_L·t_tot＝ΔV·C_L；

可知C_L＝50pF，这个值在集成电路中可以用金属电容或者MOS电容来实现，面积消耗很小。

同时也可根据：

可知

通常低压差线性稳压器LDO的设计中，输出给储能电容C_L的电流占其功耗的绝大部分，其他部分是一个固定的电流消耗，一般的，可以假设为I_S＝5μA，可知：

那么：

可见对于必须要消耗的工作电流I_L，整个系统仅多消耗了5nA电流。从中可见，在第三开关S₃断开时，芯片在较长一段时间内可以不需要芯片电源U₀供电，而闭合第三开关S₃的时间，即需要芯片电源U₀供电的时间短，故而芯片的平均功耗大幅下降，实现了超低的功耗。

所以，通过本实用新型及其可选方案的构思，可以有效降低功耗，从而增加了待机时间，改善了用户体验。

对于某些温度变化很大的场景中，芯片待机时工作电路U₃漏电和工作电流会随温度升高而加大，一般的，这个电流正比于温度T，即：

I_L∝T。

若以比较器CMP的输出脉冲信号作为看门狗电路WDT的时钟信号，看门口电路WDT的时钟信号的频率随着温度的变化而变化。故而，电源电路U₁可以为第一带隙基准电路Bandgap₁。由于带隙基准电路的特性为：此处V_DD不随温度变化，而：

ΔV∝T；

由之前公式：

可知：

因为I_L∝T，并且ΔV∝T，所以t_tot是一个不随温度变化的恒定值，也即看门狗电路WDT的时钟信号的频率恒定不变。

本实施例还提供了一种微处理器，包括本实用新型可选方案提供的装置。

本实施例所示的微处理器，对应地包括了实施图1至图8所示装置实施例的技术方案，其实现原理、技术效果以及术语的含义类似，此处不再赘述。

图11是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图一；所述的方法，包括：

S101：检测电路对储能电容的当前电压与基准电容的基准电压进行比较。

S102：当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，所述检测电路控制所述储能电容为工作电路供电。

S103：当所述当前电压低于所述基准电压时，所述检测电路控制电源电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，其中，所述基准电压为所述工作电路待机工作所需的最低电压。

图11所示的方法，可对应通过图1所示装置实施例的技术方案来实现，其实现原理、技术效果以及术语的含义类似，此处不再赘述。

图12是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图二。其可以理解为图11所示方法基础上的一种改进。

在所述供电电路为所述工作电路供电时，即步骤S103之后，还可包括步骤S104：分压电路使得所述储能电容的电压达到所述工作电路的正常工作电压，并使得所述基准电容维持所述基准电压；

其中，所述储能电容的所述当前电压为所述分压电路的第一节点与地之间的电压，所述基准电容的所述基准电压为所述分压电路的第二节点与地之间的电压。

图12所示的方法，可对应通过图2所示装置实施例的技术方案来实现，其实现原理、技术效果以及术语的含义类似，此处不再赘述。

图13是本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图三。其可理解为图11示意方法的一种应用，所述检测电路可以为比较器。

所述的方法，包括：

S201：比较器控制所述储能电容为工作电路供电。

S202：比较器对储能电容的当前电压与基准电容的基准电压进行比较。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S101在所述储能电容为工作电路供电时的一种应用。

当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，实施步骤S201，此时的步骤S201也可理解为：比较器控制所述储能电容继续为所述工作电路供电。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S102在所述储能电容为工作电路供电时的一种应用。

当所述储能电容的当前电压低于所述基准电容的基准电压时，实施步骤S203：比较器控制供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S103在所述储能电容为工作电路供电时的一种应用。

步骤S203之后，包括：

S204：比较器对储能电容的当前电压与基准电容的基准电压进行比较。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S101在供电电路为工作电路供电时的一种应用。

当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，实施步骤S201，即：比较器控制所述储能电容为所述工作电路供电。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S102在供电电路为工作电路供电时的一种应用。

当所述储能电容的当前电压低于所述基准电容的基准电压时，实施步骤S203，此时的步骤S203也可以理解为：比较器控制供电电路继续为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S103在供电电路为工作电路供电时的一种应用。

电源电路，可以为低压差线性稳压器或第一带隙基准电路。

其中一种实施方式中，由于检测电路为比较器，其输出的波形为一定频率的脉冲。所以，其还可实现在待机下提供看门狗电路的时钟信号的功能。所述的方法还可以包括：所述比较器的输出信号作为看门狗电路的时钟信号。

图13所示的方法，可对应通过图4和图5所示装置实施例的技术方案来实现，其实现原理、技术效果以及术语的含义类似，此处不再赘述。

图14是本实用新型一本实用新型一MCU工作电路的供电控制方法的流程示意图四。其可理解为图11示意方法的一种应用，所述检测电路可以为比较器。

所述的方法，包括：

S301：比较器控制所述储能电容为工作电路供电。

S302：比较器对储能电容的当前电压与基准电容的基准电压进行比较。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S101在所述储能电容为工作电路供电时的一种应用。

当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，实施步骤S301，此时的步骤S301也可理解为：比较器控制所述储能电容继续为所述工作电路供电。该实施方式为图11示意的方法中的步骤S102在所述储能电容为工作电路供电时的一种应用。

当所述储能电容的当前电压低于所述基准电容的基准电压时，实施步骤S303：比较器控制供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，并控制芯片电源为所述基准源电路供电。该实施方式包括了图11示意的方法中的步骤S103在所述储能电容为工作电路供电时的一种应用。

步骤S303之后，包括：

S304：所述比较器对所述供电电路分压后的输出电压和基准源电路的输出电压进行比较。

当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，实施步骤S301，即：控制所述储能电容为所述工作电路供电。

当所述分压后的输出电压低于所述预设电压时，实施步骤S303，此时的步骤S303也可理解为：比较器控制所述供电电路继续为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，并控制芯片电源继续为所述基准源电路供电。

所述分压后的输出电压为分压电路的第三节点与地之间的电压，所述基准源电路的输出电压为预设电压；当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，所述储能电容的所述当前电压高于所述工作电路的正常工作电压。

电源电路，可以为低压差线性稳压器或第一带隙基准电路。基准源电路，可以为第二带隙基准电路。

其中一种实施方式中，由于检测电路可以为比较器，其输出的波形为一定频率的脉冲。所以，其还可实现在待机下提供看门狗电路的时钟信号的功能。所述的方法还可以包括：所述检测电路的输出信号作为看门狗电路的时钟信号。

图14所示的方法，可对应通过图6、图7和图8所示装置实施例的技术方案来实现，其实现原理、技术效果以及术语的含义类似，此处不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种MCU工作电路的供电控制装置，其特征在于，包括：电源电路、检测电路、储能电容和基准电容；所述电源电路包括供电电路；其中：

所述供电电路的输出端分别与所述储能电容、所述工作电路和所述基准电容连接；

所述储能电容还与所述检测电路和所述工作电路连接；

所述基准电容还与所述检测电路连接：

所述检测电路用于对所述储能电容的当前电压与所述基准电容的基准电压进行比较；当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，所述检测电路控制所述储能电容为所述工作电路供电，当所述当前电压低于所述基准电压时，所述检测电路控制所述供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，其中，所述基准电压为所述工作电路待机工作所需的最低电压。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电源电路还包括：分压电路；

所述分压电路分别与所述供电电路、所述储能电容和所述基准电容连接；

在所述供电电路为所述工作电路供电时，所述分压电路用于使得所述储能电容的电压达到所述工作电路的正常工作电压，并使得所述基准电容维持所述基准电压。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分压电路包括：

第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的第一端分别与所述供电电路和所述储能电容连接在第一节点，所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接在第二节点，所述基准电容还与所述第一电阻和所述第二电阻连接在所述第二节点；

所述储能电容的所述当前电压为所述第一节点与地之间的电压，所述基准电容的所述基准电压为所述第二节点与地之间的电压。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：芯片电源；

所述芯片电源分别与所述供电电路以及所述检测电路连接；所述第一节点与所述储能电容之间设置有第一开关，所述第二节点与所述基准电容之间设置有第二开关，所述供电电路与所述芯片电源之间设置有第三开关；

所述检测电路具体用于，在所述当前电压高于所述基准电压时，控制所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关断开；在所述当前电压低于所述基准电压时，控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关闭合。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述检测电路为比较器，所述储能电容与所述比较器的第一输入端连接，所述基准电容与所述比较器的第二输入端连接，所述比较器的输出端分别与所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关连接；

所述比较器具体用于，在所述当前电压高于所述基准电压时，输出第一电平信号至所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关断开；在所述当前电压低于所述基准电压时，输出第二电平信号至所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关闭合。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：基准源电路，

所述基准源电路连接于所述芯片电源和所述供电电路之间，其输出端还与所述比较器的第二输入端连接；

所述分压电路还包括第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第二电阻的第二端，所述比较器的第一输入端连接在所述第二电阻和所述第三电阻之间的第三节点，所述第三电阻的第二端接地；

在所述储能电容为所述工作电路供电时，所述比较器具体用于，对所述储能电容的当前电压与所述基准电容的基准电压进行比较；

当所述储能电容的当前电压高于所述基准电容的基准电压时，控制所述储能电容继续为所述工作电路供电；

当所述储能电容的当前电压低于所述基准电容的基准电压时，控制所述供电电路为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，并控制所述芯片电源为所述基准源电路供电；

在所述供电电路为所述工作电路供电时，所述比较器还用于，对所述供电电路分压后的输出电压和所述基准源电路的输出电压进行比较，其中，所述分压后的输出电压为所述第三节点与地之间的电压，所述基准源电路的输出电压为预设电压；当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，所述储能电容的当前电压高于所述工作电路的正常工作电压；

当所述分压后的输出电压高于所述预设电压时，控制所述储能电容为所述工作电路供电；

当所述分压后的输出电压低于所述预设电压时，控制所述供电电路继续为所述储能电容、所述基准电容和所述工作电路供电，并控制所述芯片电源继续为所述基准源电路供电。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述储能电容与所述比较器之间设置有第四开关，所述第三节点与所述比较器之间设置有第五开关，所述基准电容与所述比较器之间设置有第六开关，所述基准源电路与所述比较器之间设置有第七开关，所述第四开关、所述第六开关与所述比较器的输出端之间还设置有反相器；

所述比较器具体用于，在所述当前电压高于所述预设电压时，输出第一电平信号至所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第七开关断开，所述第四开关和所述第六开关闭合，在所述当前电压低于所述基准电压时，输出第二电平信号至所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第四开关、所述第五开关、所述第六开关以及所述第七开关，以控制所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关、所述第五开关、所述第七开关闭合，所述第四开关和所述第六开关断开。

8.根据权利要求1至7任一项所述的装置，其特征在于，所述电源电路为低压差线性稳压器或第一带隙基准电路。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述基准源电路为第二带隙基准电路。

10.根据权利要求5至7任一项所述的装置，其特征在于，所述比较器的输出端还连接看门狗电路，所述比较器的输出信号作为所述看门狗电路的时钟信号。

11.一种微处理器，其特征在于，包括权利要求1至10任一项所述的装置。