CN217770032U

CN217770032U - 一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路

Info

Publication number: CN217770032U
Application number: CN202221330610.4U
Authority: CN
Inventors: 张龙; 孙权; 陈婷; 刘海涛; 袁婷; 苏建峰
Original assignee: XI'AN AEROSPACE MINXIN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: XI'AN AEROSPACE MINXIN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2022-05-30
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2022-11-08
Anticipated expiration: 2032-05-30

Abstract

本实用新型公开了一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，属于电池管理电路技术领域，采用电容充放电控制模块、比较器模块和参考电压控制模块相互配合，通过比较器模块对电容充放电控制模块上的电压和参考电压进行比较，来获得振荡信号输出，根据比较器模块的输出来动态调节参考电压为高阈值还是低阈值即；同时比较器模块的输出会控制电容充放电控制模块内部的充放电；参考电压控制模块会根据电容充放电控制模块切换参考电压。具有电路实现简单、功耗低的特点，能够满足电池管理芯片对振荡器电路的应用要求。

Description

一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路

技术领域

本实用新型属于电池管理电路技术领域，具体涉及一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路。

背景技术

电池管理芯片通道导通或者关断对电池充放电进行管理，同时为了避免电池由于充电过压、放电过流等异常情况，对芯片本身乃至于用户人身安全造成伤害，需要精确且迅速地进行控制。

电池管理芯片中，振荡器电路作为电池管理芯片数字控制逻辑的时钟产生电路，是必不可少的一部分。传统的电池管理芯片的时钟信号来源，部分会采用片外晶体振荡器，虽然精度和稳定性很高，但是集成度低、不利于芯片小型化；或者采用压控振荡器产生时钟，同样也存在电路实现复杂，功耗较高的问题。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，以解决现有技术的中，电池管理芯片中数字控制逻辑的时钟产生电路的电路实现复杂，功耗较高的问题。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

本实用新型公开的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，包括：电容充放电控制模块、比较器模块和参考电压控制模块；偏置电流输入端口IBIASIN连接电容充放电控制模块，电容充放电控制模块连接比较器模块，比较器模块连接参考电压控制模块，参考电压控制模块与振荡器输出端口VOUT连接。

优选地，所述电容充放电控制模块包括：A电流镜结构、B电流镜结构、PMOS管PM3、NMOS管NM1和电容C1；PMOS管PM3的栅极连接NMOS管NM1的栅极和参考电压控制模块，漏极与NMOS管NM1的漏极、比较器模块和电容C1的一端相连，源极连接A电流镜结构，NMOS管NM1的源极连接B电流镜结构，电容C1另一端与地GND连接。

优选地，所述A电流镜结构包括PMOS管PM2、PMOS管PM4和PMOS管PM1；PMOS管PM1的源极与电源端口VDD连接，栅极与PMOS管PM1漏极、PMOS管PM2的栅极、PMOS管PM4的栅极、比较器模块、参考电压控制模块和偏置电流输入端口IBIASIN连接；PMOS管PM2的漏极与PMOS管PM3的源极连接，源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM4的漏极连接B电流镜结构，源极与电源端口VDD连接。

优选地，所述B电流镜结构包括NMOS管NM2和NMOS管NM3，NMOS管NM2的栅极与A电流镜结构及NMOS管NM3的栅极和漏极连接，漏极连接NMOS管NM1的源极，源极与地GND连接；NMOS管NM3的源极与地GND连接。

优选地，所述比较器模块包括PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7、PMOS管PM8、NMOS管NM4、NMOS管NM5和NMOS管NM6；PMOS管PM5的漏极与PMOS管PM6的源极、PMOS管PM7的源极连接，栅极连接电容充放电控制模块、PMOS管PM8的栅极、参考电压控制模块和偏置电流输入端口IBIASIN，与电源端口VDD连接；PMOS管PM6的栅极连接电容充放电控制模块，漏极与NMOS管NM4的漏极和栅极、NMOS管NM5的栅极连接，PMOS管PM7的栅极与参考电压控制模块连接，漏极与NMOS管NM5的漏极、NMOS管NM6的栅极连接；PMOS管PM8的漏极与NMOS管NM6的漏极和参考电压控制模块连接，源极与电源端口VDD连接；NMOS管NM4的源极与地GND连接；NMOS管NM5的源极与地GND连接；NMOS管NM6的漏极与C电流镜结构和参考电压控制模块连接，源极与地GND连接。

优选地，所述PMOS管PM5、PMOS管PM8和电容充放电控制模块中的PMOS管PM1构成了C电流镜结构；PMOS管PM1的源极与电源端口VDD连接。

优选地，所述参考电压控制模块包括：反相器结构、PMOS管PM10、PMOS管PM11、PMOS管PM12、PMOS管PM13、NMOS管NM8、NMOS管NM9、NMOS管NM10、电阻R1和电阻R2；PMOS管PM11的栅极连接PM13的栅极、NMOS管NM9的栅极、NMOS管NM10的栅极、电容充放电控制模块和反相器结构，漏极与PMOS管PM10的漏极、NMOS管NM8的源极及电阻R1的一端连接，源极与比较器模块、NMOS管NM8的漏极、PMOS管PM12的源极、NMOS管NM9的漏极连接；PMOS管PM10的源极与电源端口VDD连接；电阻R1的另一端与PMOS管PM12的漏极、NMOS管NM9的源极、电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端与地GND连接；PMOS管PM12的栅极连接反相器结构、NMOS管NM8的栅极和比较器模块；PMOS管PM10的栅极与电容充放电控制模块、比较器模块和偏置电流输入端口IBIASIN连接；PMOS管PM13的漏极与NMOS管NM10的漏极、振荡器输出端口VOUT连接，源极与电源端口VDD连接；NMOS管NM10的源极与地GND连接。

优选地，所述反相器结构包括NMOS管NM7与PMOS管PM9；NMOS管NM7的漏极与电容充放电控制模块、PMOS管PM9的漏极、PMOS管PM11的栅极、PMOS管PM13的栅极、NMOS管NM9的栅极、NMOS管NM10的栅极连接，栅极与比较器模块、PMOS管PM9的栅极、NMOS管NM8的栅极、PMOS管PM12的栅极连接，源极与地GND连接；PM9的源极与电源端口VDD连接。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，采用电容充放电控制模块、比较器模块和参考电压控制模块相互配合，通过比较器模块对电容充放电控制模块上的电压和参考电压进行比较，来获得振荡信号输出，根据比较器模块的输出来动态调节参考电压为高阈值即I×(R1×R2)，还是低阈值即I×R2；同时比较器模块的输出会控制电容充放电控制模块内部的充放电。当电容充放电控制模块内部不断充电，直到电压超过高阈值时，振荡器电路输出VOUT为低；此时，参考电压控制模块会将参考电压切换为低阈值，并且控制电容充放电控制模块内部进行放电，直到电容充放电控制模块内部电压低于低阈值时，振荡器电路输出VOUT为高；此时，参考电压控制模块会再次将参考电压切换为高阈值，并控制电容充放电控制模块内部进行充电，循环进行上述过程。相比于传统的电池管理芯片中数字控制逻辑的时钟产生电路，本设计结构更加简单，只需要极少的功耗就能实现。本实用新型的低功耗振荡器电路，解决了现有技术的中，电池管理芯片中数字控制逻辑的时钟产生电路的电路实现复杂，功耗较高的问题，能够产生高精度时钟，同时能够片内集成、并且电路实现简单、功耗低。

进一步地，电容充放电控制模块包括：A电流镜结构、B电流镜结构、PMOS管PM3、NMOS管NM1和电容C1；A、B电流镜用来提供充放电电流；PM3用来控制C1充电；NM1用来控制C1放电；电容C1的电压会被比较器模块采样用以比较。

进一步地，A电流镜结构包括PMOS管PM2、PMOS管PM4和PMOS管PM1，PMOS管PM2、PMOS管PM4和PMOS管PM1具有相同的沟道宽度和沟道长度，并且其沟道长度都较大，以削弱沟道长度调制效应对MOS管电流得到影响。因此能够精确控制对电容C1的充电电流大小。

进一步地，B电流镜结构包括NMOS管NM2和NMOS管NM3，NMOS管NM2和NMOS管NM3具有相同的沟道宽度和沟道长度，并且其沟道长度都较大，以削弱沟道长度调制效应对MOS管电流得到影响。因此能够精确控制对电容C1的放电电流大小。

进一步地，比较器模块包括PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7、PMOS管PM8、NMOS管NM4、NMOS管NM5和NMOS管NM6；通过PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7、NMOS管NM4和NMOS管NM5构成的第一级放大器，以及PMOS管PM8和NMOS管NM6构成的第二级放大器，实现了两级放大。由两级放大形成的比较器模块具有更大的放大倍数，也就意味着更高的精度。

进一步地，参考电压控制模块包括：反相器结构、PMOS管PM10、PMOS管PM11、PMOS管PM12、PMOS管PM13、NMOS管NM8、NMOS管NM9、NMOS管NM10、电阻R1和电阻R2；根据比较器模块的输出结果，来动态调整比较器模块输入参考电压值。

进一步地，反相器结构包括NMOS管NM7与PMOS管PM9；通过增大NMOS管NM7与PMOS管PM9的宽长比，能够提高振荡器电路输出时钟信号的驱动能力，获得更佳的输出波形。

附图说明

图1为本实用新型的模块连接图；

图2为本实用新型的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，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”等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、系统、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。

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型公开的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，包括电容充放电控制模块、比较器模块和参考电压控制模块；电容充放电控制模块输入端连接偏置电流输入端口IBIASIN，电容充放电控制模块输出端连接比较器模块输入端口，比较器模块输出端口连接参考电压控制模块的输入端口，参考电压控制模块的输出端口与振荡器输出端口VOUT连接。

参见图2，电容充放电控制模块包括PMOS管PM1、PMOS管PM2、PMOS管PM3、PMOS管PM4、NMOS管NM1、NMOS管NM2、NMOS管NM3和电容C1；其中，PMOS管PM2和PMOS管PM4与PMOS管PM1构成了电流镜结构，NMOS管NM2和NMOS管NM3构成电流镜结构，PMOS管PM3和NMOS管NM1的栅极由参考电压控制模块控制，来对电容C1进行充放电，电容C1上的电压再作为比较器模块的一端输入信号。

比较器模块包括PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7、PMOS管PM8，NMOS管NM4、NMOS管NM5和NMOS管NM6；其中，PMOS管PM5和PMOS管PM8与PMOS管PM1构成电流镜结构，PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7和NMOS管NM4、NMOS管NM5组成的五管单元，为构成比较器模块的运算放大器的第一级，PMOS管PM5为第一级尾电流源，PMOS管PM6和PMOS管PM7为第一级输入管，NMOS管NM4和NMOS管NM5为第一级的电流镜负载；PMOS管PM8和NMOS管NM6组成的共源极放大器，为构成比较器模块的运算放大器的第二级，NMOS管NM6为第二级输入管，PMOS管PM8为第二级负载管。如果PMOS管PM6的栅极电压高于PMOS管PM7的栅极电压，则比较器模块输出信号即NMOS管NM6的漏极电压为低；反之如果PMOS管PM6的栅极电压低于PMOS管PM7的栅极电压，则比较器模块输出信号即NMOS管NM6的漏极电压为高。

参考电压控制模块包括PMOS管PM9、PMOS管PM10、PMOS管PM11、PMOS管PM12、PMOS管PM13、NMOS管NM7、NMOS管NM8、NMOS管NM9、NMOS管NM10、电阻R1和R2；其中，PMOS管PM10与PMOS管PM1构成电流镜结构，NMOS管NM7与PMOS管PM9构成反相器结构，进而控制PMOS管PM11、PMOS管PM12、NMOS管NM8、NMOS管NM9的导通，如果NMOS管NM8和PMOS管PM11导通，则比较器模块的另一输入端即PMOS管PM7的栅极电压为I×(R1+R2)；如果NMOS管NM9和PMOS管PM12导通，则比较器模块的另一输入端即PMOS管PM7的栅极电压为I×R2。

具体连接关系如下：

PMOS管PM1的栅极与PMOS管PM1漏极、PMOS管PM2的栅极、PMOS管PM4的栅极、PMOS管PM5的栅极、PMOS管PM8的栅极、PMOS管PM10栅极、偏置电流输入端口IBIASIN连接，源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM2的漏极与PMOS管PM3的源极连接，源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM3的栅极与NMOS管NM1的栅极、PMOS管PM9的漏极、NMOS管NM7的漏极、PMOS管PM11的栅极、PMOS管PM13的栅极、NMOS管NM9的栅极、NMOS管NM10的栅极连接，漏极与NMOS管NM1的漏极、PMOS管PM6的栅极、电容C1的一端相连；NMOS管NM1的源极与NMOS管NM2的漏极连接；NMOS管NM2的栅极与NMOS管NM3的栅极和漏极、PMOS管PM4的漏极连接；NMOS管NM2的源极与地GND连接；PMOS管PM4的源极与电源端口VDD连接；NMOS管NM3的源极与地GND连接；电容C1的另一端与地GND连接；PMOS管PM5漏极与PMOS管PM6的源极、PMOS管PM7的源极连接，源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM6的漏极与NMOS管NM4的漏极和栅极、NMOS管NM5的栅极连接；PMOS管PM7的栅极与PMOS管PM11的源极、NMOS管NM8的漏极、PMOS管PM12的源极、NMOS管NM9的漏极连接，PMOS管PM7的漏极与NMOS管NM5的漏极、NMOS管NM6的栅极连接；PMOS管PM8的漏极与NMOS管NM6的漏极、PMOS管PM9的栅极、NMOS管NM7的栅极、NMOS管NM8的栅极、PMOS管PM12的栅极连接，PMOS管PM8的源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM9的源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM10的漏极与PMOS管PM11的漏极、NMOS管NM8的源极、电阻R1的一端连接，源极与电源端口VDD连接；电阻R1的另一端与PMOS管PM12的漏极、NMOS管NM9的源极、电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端与地GND连接；PMOS管PM13的漏极与NMOS管NM10的漏极、振荡器输出端口VOUT连接，源极与电源端口VDD连接；NMOS管NM4的源极与地GND连接；NMOS管NM5的源极与地GND连接；NMOS管NM6的源极与地GND连接；NMOS管NM7的源极与地GND连接；NMOS管NM10的源极与地GND连接。

本实用新型的具体原理为：

当PMOS管PM6的栅极电压低于PMOS管PM7的栅极电压时，比较器模块输出也就是NMOS管NM6的漏极电压为高，因此参考电压控制模块中的NMOS管NM7导通、PMOS管PM9关断，从而NMOS管NM7的漏极电压为低，进而NMOS管NM8、PMOS管PM11和PMOS管PM13也导通，振荡器输出端口为高；此时PMOS管PM7的栅极电压为V＝I×(R1+R2)；NMOS管NM7的漏极电压为低同时会造成电容充放电控制模块中的PMOS管PM3导通、NMOS管NM1关断，所以电容C1会通过PMOS管PM3进行充电，与电容C1一端连接的PMOS管PM6的栅极电压会不断增大，其电压的变化量可以表示为ΔV＝(I_PM3×Δt)/C，式中I_PM3为PMOS管PM3的电流，C为C1的容值；

当PMOS管PM6栅极电压超过PMOS管PM7栅极电压V＝I×(R1+R2)时，比较器模块输出发生翻转，NMOS管NM6漏极变低，因此参考电压控制模块中的NM7关断、PMOS管PM9导通，从而NM7的漏极电压为高，进而NMOS管NM9、PMOS管PM12和NMOS管NM10也导通，振荡器输出端口为低；此时PMOS管PM7的栅极电压可以表示为V＝I×R2；NMOS管NM7的漏极电压为高同时会造成电容充放电控制模块中的PMOS管PM3关断、NMOS管NM1导通，所以电容C1会通过NMOS管NM1进行放电，与电容C1一端连接的PMOS管PM6的栅极电压会不断减小，其电压的变化量可以表示为ΔV＝(I_NM1×Δt)/C，式中I_NM1为NMOS管NM1的电流，当PMOS管PM6栅极电压低于PMOS管PM7的栅极电压V＝I×R2时，比较器模块的输出再次翻转，振荡器输出端口也将再次变为高。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，包括：电容充放电控制模块、比较器模块和参考电压控制模块；电容充放电控制模块输入端连接偏置电流输入端口IBIASIN，电容充放电控制模块输出端连接比较器模块输入端口，比较器模块输出端口连接参考电压控制模块的输入端口，参考电压控制模块的输出端口与振荡器输出端口VOUT连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述电容充放电控制模块包括：A电流镜结构、B电流镜结构、PMOS管PM3、NMOS管NM1和电容C1；PMOS管PM3的栅极连接NMOS管NM1的栅极和参考电压控制模块，漏极与NMOS管NM1的漏极、比较器模块和电容C1的一端相连，源极连接A电流镜结构，NMOS管NM1的源极连接B电流镜结构，电容C1另一端与地GND连接。

3.根据权利要求2所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述A电流镜结构包括PMOS管PM2、PMOS管PM4和PMOS管PM1；PMOS管PM1的源极与电源端口VDD连接，栅极与PMOS管PM1漏极、PMOS管PM2的栅极、PMOS管PM4的栅极、比较器模块、参考电压控制模块和偏置电流输入端口IBIASIN连接；PMOS管PM2的漏极与PMOS管PM3的源极连接，源极与电源端口VDD连接；PMOS管PM4的漏极连接B电流镜结构，源极与电源端口VDD连接。

4.根据权利要求2所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述B电流镜结构包括NMOS管NM2和NMOS管NM3，NMOS管NM2的栅极与A电流镜结构及NMOS管NM3的栅极和漏极连接，漏极连接NMOS管NM1的源极，源极与地GND连接；NMOS管NM3的源极与地GND连接。

5.根据权利要求1所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述比较器模块包括PMOS管PM5、PMOS管PM6、PMOS管PM7、PMOS管PM8、NMOS管NM4、NMOS管NM5和NMOS管NM6；PMOS管PM5的漏极与PMOS管PM6的源极、PMOS管PM7的源极连接，栅极连接电容充放电控制模块、PMOS管PM8的栅极、参考电压控制模块和偏置电流输入端口IBIASIN，与电源端口VDD连接；PMOS管PM6的栅极连接电容充放电控制模块，漏极与NMOS管NM4的漏极和栅极、NMOS管NM5的栅极连接，PMOS管PM7的栅极与参考电压控制模块连接，漏极与NMOS管NM5的漏极、NMOS管NM6的栅极连接；PMOS管PM8的漏极与NMOS管NM6的漏极和参考电压控制模块连接，源极与电源端口VDD连接；NMOS管NM4的源极与地GND连接；NMOS管NM5的源极与地GND连接；NMOS管NM6的漏极与C电流镜结构和参考电压控制模块连接，源极与地GND连接。

6.根据权利要求5所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述PMOS管PM5、PMOS管PM8和电容充放电控制模块中的PMOS管PM1构成了C电流镜结构；PMOS管PM1的源极与电源端口VDD连接。

7.根据权利要求1所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述参考电压控制模块包括：反相器结构、PMOS管PM10、PMOS管PM11、PMOS管PM12、PMOS管PM13、NMOS管NM8、NMOS管NM9、NMOS管NM10、电阻R1和电阻R2；PMOS管PM11的栅极连接PM13的栅极、NMOS管NM9的栅极、NMOS管NM10的栅极、电容充放电控制模块和反相器结构，漏极与PMOS管PM10的漏极、NMOS管NM8的源极及电阻R1的一端连接，源极与比较器模块、NMOS管NM8的漏极、PMOS管PM12的源极、NMOS管NM9的漏极连接；PMOS管PM10的源极与电源端口VDD连接；电阻R1的另一端与PMOS管PM12的漏极、NMOS管NM9的源极、电阻R2的一端连接；电阻R2的另一端与地GND连接；PMOS管PM12的栅极连接反相器结构、NMOS管NM8的栅极和比较器模块；PMOS管PM10的栅极与电容充放电控制模块、比较器模块和偏置电流输入端口IBIASIN连接；PMOS管PM13的漏极与NMOS管NM10的漏极、振荡器输出端口VOUT连接，源极与电源端口VDD连接；NMOS管NM10的源极与地GND连接。

8.根据权利要求7所述的一种应用在电池管理芯片中的振荡器电路，其特征在于，所述反相器结构包括NMOS管NM7与PMOS管PM9；NMOS管NM7的漏极与电容充放电控制模块、PMOS管PM9的漏极、PMOS管PM11的栅极、PMOS管PM13的栅极、NMOS管NM9的栅极、NMOS管NM10的栅极连接，栅极与比较器模块、PMOS管PM9的栅极、NMOS管NM8的栅极、PMOS管PM12的栅极连接，源极与地GND连接；PM9的源极与电源端口VDD连接。