JP2019511789A - 電力管理機能を備えたリアルタイムクロック集積回路 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
本出願は2016年3月30日に出願された米国仮特許出願第62/315,357号「電力管理機能を備えたリアルタイムクロック集積回路」の利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
a)デバイスを制御するシステムクロック信号を生成するための内部クロック発生器を備えるRTCブロックと、
b)電力管理ブロックと、を備え
前記電力管理ブロックは、
i)回路を主電源に接続するための主電源接続部と、
ii)回路をバックアップ電源に接続するためのバックアップ電源接続部と、
iii)RTCブロックに電力を供給する前に前記バックアップ電源からの電圧電位を少なくとも3:2の係数だけ低下させるように構成されたフィードパワーダウンコンバータ構成部と、
iv)前記主電源から所定の充電器入力電圧まで電圧を増加または調整するためのバックアップ電源充電器パワーブースタ/レギュレータ構成部と、
v)前記バックアップ電源からの電圧を所定の充電器入力電圧まで増加または調整するためのバックアップ電源充電制御論理構成部と、
vi)所定の条件下で前記バックアップ電源への電流の引き込みを停止させるように構成された充電制御論理構成部と、
vii)所定の条件下で前記充電制御論理構成部およびバッテリ遮断論理構成部の動作を可能にするために前記充電制御論理構成部および前記バッテリ遮断論理構成部に動作可能に結合されたモード制御論理構成部からなる。
RTCブロックは、デバイスを制御するシステムクロック信号を生成する内部クロック発生器を備える。一実施形態では、RTCブロックがクロック機能、カレンダ機能、アラーム、割り込み、および市販のRTCに典型的な他の機能のうちの1つまたは複数を含む。一実施形態では、RCTブロックが32.768kHz発振器に基づいて、数百分の一、秒、分、時、日、年、世紀、および平日の間、カウンタから選択される1つ以上の機能と、自動うるう年計算と、全てのカウンタ上のアラーム能力と、1〜2つの汎用出力および電力サイクル外部構成要素用のプログラム可能タイマと、64バイトのRAMと、+/2ppm(水晶)から+/−16ppm(RC)までの較正オプションと、水晶発振器に対するRC発振器の自動。
電力管理ブロックは、電力入力、バックアップ電源の使用および再充電、ならびにRTCブロックおよびRCTブロックに接続され得る任意の下流回路への電力供給を制御するためのいくつかの機能を備える。
一実施形態では、本回路に接続される主電源が以下のうちの1つまたは複数から選択される。
一実施形態では、本回路に接続されるバックアップ電源が以下のうちの1つまたは複数から選択される。
一実施形態では、フィードパワーダウンコンバータ構成部がRTCブロックに電力を供給する前に、バックアップ電源からの電圧電位を少なくとも3:2の係数だけ低下させるように構成される。一実施形態では、フィードパワーダウンコンバータ構成部がスイッチキャパシタDC−DCダウンコンバータ構成部である。このフィードパワーダウンコンバータ構成部は低電力デバイスに電力を供給する効率的な方法で出力エネルギーを低減し、その結果、バックアップ電源の有効動作は、少なくとも2倍の長さである。本環境におけるダウンコンバータ技術の使用は、三重の利点を提供する。第1に、電圧の低減はV2/R乗算器の利点を提供し、負荷による電力消費を大幅に低減し、第2に、低電圧で動作することは、低電力デバイスを動作させるための未使用エネルギーの無駄を少なくし、第3に、バックアップ電源から引き出される電流の量が低いので、バックアップ電源の内部インピーダンスによって電力損失が減少する。
リアルタイムクロック集積回路は、主電源からの電圧を所定の充電器入力電圧に増加または調整するためのバックアップ電源充電器パワーブースタ/レギュレータ構成部をさらに含む。これは、3.3V(およびそれより低い)主電源電圧から動作する従来のリアルタイムクロック集積回路が4.1Vまたはそれより高い充電電圧を必要とするLi−イオンコイン型電池、Li−ポリマー電池、または薄膜リチウム電池を充電することができないため望ましい。実際、主電源電圧が2.5V以下である場合、Liベースのコインセルの多くを充電することは不可能であり、スーパーキャパシタをバックアップ電源として使用する場合、キャパシタを充電するために利用可能なより低い供給電圧は、特にキャパシタ電圧が除去された電荷の量と共に線形に減衰するため、キャパシタからの利用可能な電荷を厳しく制限する。
一実施形態では、リアルタイムクロック集積回路がバックアップ電源の充電レベルを制御するように構成された充電制御論理構成部を含む。充電制御論理は、バックアップ電源に印加する入力電圧を、所定の値または外部インターフェースにより設定された値に従って測定し制御する。例えば、薄膜マイクロ電池セルに印加する入力電圧を4.1Vに設定してもよいし、外部インターフェースにより高電位または低電位に設定してもよい。充電制御論理構成部は、バッテリが充電されると、電力消費を低減するために入力電圧をオフにする。一実施形態では、充電制御論理構成部がオフチップ構成部の助けなしに動作する。
リアルタイムクロック集積回路は、所定の条件下でバックアップ電源への電流の引き込みを停止するためのバックアップ電源遮断論理構成部をさらに含む。
モード制御論理構成部は、充電制御論値構成部およびバッテリ遮断論理構成部に動作可能に結合され、所定の条件下で充電制御論理構成部およびバッテリ遮断論理構成部の動作を可能にする。モード制御論理構成部は、装置がバッテリ電力で動作しているように主電源が切断されているかどうか、または、バッテリが必要であるか充電中であるかどうか、およびバッテリが2端子モードで動作するときに装置への電源として切断されるべきかどうかを判定する。主電源からの電力が回復すると、モード制御論理構成部は、充電制御をオンにすることによってバッテリ充電動作を再開する。任意選択で、モード制御論理構成部はリセット線または他の信号転送構成部を備えることができ、リセット線または他の信号転送構成要素はシステムが充電モードにあり、バックアップバッテリ電力が切れていないことを知らせる信号を外部構成要素に提供する。
電力管理リアルタイムクロック「PMRTC」のブロック図を図3に示す。この図は、以下に説明する多数のピンの存在を示す。
このブロックは、全ての制御機能および電圧検出機能を表す。他の全てのブロックを制御し、PGOODを出力する。
このブロックは、アプリケーション回路による使用のために20%のアクティブハイデューティサイクルを有する比較的遅い出力クロックを提供する。それは、外部の水晶発振器の助けを借りずに動作しなければならない。
このブロックは、バッテリが100ミリ秒を超えて3.0Vを下回るときはいつでも遮断される、極めて低漏洩の遮断スイッチである。この重要なブロックはリチウムイオン電池を、電池にとって致命的となり得る過放電から保護する。
このブロックはVDD入力電圧を2:1までポンピングし、−2.2VのVDD入力電圧ほどの低さから4.1Vのバッテリを充電することを可能にする多目的容量性チャージポンプである。また、4.1Vのバッテリ電圧を2:1だけ下げてバッテリ電圧の半分をVOUTピンに提供し、より低い電流でバッテリ電圧の半分以下で動作できるアプリケーションのバッテリ容量のμAh定格を効果的に2倍にするために使用される。
このブロックはVOUT出力が3.5Vを超えないようにする低ドロップアウトレギュレータ機能が含まれている。ダウンポンプが動作していないか、またはそれ自体で負荷に電力を供給するのに十分な電流を供給できない場合に、VCAPバスからVOUTへの補助出力電流を供給する。
この内部バスは、VCAPピンに直接接続される。それは、チップの中央電力バスであり、電流パルスを提供するために容量を追加する場所を提供し、また、遮断回路でバッテリを保護しながら、完全なVBAT電圧にアクセスする便利な場所を提供する。
PMRTCは、VDD電源オン時のMODEピンの状態に応じて3つのモードで動作する。MODEピンをGND、VDDのいずれかに接続、もしくはOPENとする。VDDが最初に上昇すると、MODEピンがサンプリングされ、PMRTCは以下の表に示すモードの1つをとる: 動作モードのモードピン接続。
リアルタイムクロックモードでは、PMRTCがRTCブロックに電力を供給するように設計される。
マイクロコントローラモードでは、PMRTCがVDDの出力電圧または3.0〜3.5Vの電圧でマイクロコントローラまたは他のチップに電力を供給するように設計される。
注:温度ブレークポイントは正確である必要はなく、充電時間も必要ではない。
Claims (13)
- a)デバイスを制御するシステムクロック信号を生成するための内部クロック発生器を備えるRTCブロックと、
b)電力管理ブロックと、を備え
前記電力管理ブロックは、
i)回路を主電源に接続するための主電源接続部と、
ii)回路をバックアップ電源に接続するためのバックアップ電源接続部と、
iii)RTCブロックに電力を供給する前に前記バックアップ電源からの電圧電位を少なくとも3:2の係数だけ低下させるように構成されたフィードパワーダウンコンバータ構成部と、
iv)前記主電源から所定の充電器入力電圧まで電圧を増加または調整するためのバックアップ電源充電器パワーブースタ/レギュレータ構成部と、
v)前記バックアップ電源からの電圧を所定の充電器入力電圧まで増加または調整するためのバックアップ電源充電制御論理構成部と、
vi)所定の条件下で前記バックアップ電源への電流の引き込みを停止させるように構成されたバックアップ電源遮断論理構成部と、
vii)所定の条件下で前記充電制御論理構成部およびバッテリ遮断論理構成部の動作を可能にするために前記充電制御論理構成部および前記バッテリ遮断論理構成部に動作可能に結合されたモード制御論理構成部と、
を備えることを特徴とするリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。 - 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部と、前記バックアップ電源充電器パワーブースタ/レギュレータ構成部と、前記バックアップ電源充電制御論理構成部と、前記モード制御論理構成部は、再充電可能な薄膜マイクロ電池である前記バックアップ電源に接続するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部と、前記バックアップ電源充電器パワーブースタ/レギュレータ構成部と、前記バックアップ電源充電制御論理構成部と、前記モード制御論理構成部は、再充電可能なリチウム薄膜マイクロ電池である前記バックアップ電源に接続するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部と、前記バックアップ電源充電器パワーブースタ/レギュレータ構成部と、前記バックアップ電源充電制御論理構成部と、前記モード制御論理構成部は、スーパーキャパシタである前記バックアップ電源に接続するように構成されることを特徴とする請求項1に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部は、スイッチキャパシタDC−DCダウンコンバータ構成部であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部は、前記RTCブロックに電力を供給する前に、前記バックアップ電源からの電圧電位を3:1、3:2、4:1、または5:1から選択される係数だけ低下させるように構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部は、前記RTCブロックに電力を供給する前に、前記主電源および前記バックアップ電源からの電位を少なくとも2倍低下させるように構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部は、前記RTCブロックに電力を供給する前に、前記主電源からの電圧電位を3:1、3:2、4:1、または5:1から選択される係数だけ低下させるように構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記フィードパワーダウンコンバータ構成部は、約0.3V〜約3.3Vの電圧電位で前記RTCブロックに電力を送達するように構成されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記バックアップ電源充電器電力ブースタ/レギュレータ構成部は、固体電池を充電する目的で、約2.1Vから5.5Vの入力電圧から、前記一次供給電圧を少なくとも4.1Vにブーストおよび/または調整するように構成されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 前記バックアップ電源充電器電力ブースタ/レギュレータ構成部は、スーパーキャパシタまたは再充電可能なコインセルを充電する目的で、約2.1Vから5.5Vの入力電圧から、前記一次供給電圧を少なくとも3V〜3.3Vにブーストおよび/または調整するように構成されることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックおよび電力管理集積回路。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載のリアルタイムクロックと電力管理回路とからなり、バックアップ電源と一緒にパッケージングされた共パッケージユニット。
- 前記バックアップ電源は、薄膜リチウム電池であることを特徴とする請求項12に記載の共パッケージユニット。
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