TWI840943B - 電源管理系統及單元 - Google Patents

Abstract

一種電源管理系統，此電源管理系統包括電源管理單元與電阻電容時序電路。電源管理單元係為包括非時序邏輯電路的微處理單元，其中非時序邏輯電路用於接收電源開啟/關閉信號，並根據電源開啟/關閉信號產生與輸出電源控制信號。電阻電容時序電路電性連接非時序邏輯電路，且用於根據電源控制信號依特定時序產生多個開啟/關閉信號給複數個電壓調整單元，以藉此依特定時序開啟/關閉複數個電壓調整單元，其中複數個電壓調整單元用於根據輸入電壓分別產生多個電源電壓給電源管理單元，以及非時序邏輯電路接收常開(always-on)電源電壓。

Description

電源管理系統及單元

本發明涉及一種電源管理技術，且特別是一種可以不需使用外部電源管理晶片或外部微控制器，並直接使用微處理單元搭配多個電壓調整單元與電阻電容時序電路來實現的電源管理系統與單元。

傳統的微處理單元(Micro Processing Unit,MPU)系統可以採用配套的外部電源管理晶片來實現電源管理，但這會使得微處理單元系統的成本與供貨狀況受限於外部電源管理晶片的售價與供貨狀況。除此之外，傳統的微處理單元系統也可以使用外部微控制器並搭配多組電壓調整單元來實現電源管理，但這種作法需要搭配程式來控制電壓調整單元，因此導致微處理單元系統的系統複雜度與成本都提高。另一方面，不論使用外部微控制器或外部電源管理晶片，都會有額外消耗電源的問題存在。

本發明提供一種電源管理系統，此電源管理系統包括電源管理單元與電阻電容時序電路。電源管理單元係為包括非時序邏輯電路的微處理單元，其中非時序邏輯電路用於接收電源開啟/關閉信號，並根據電源開啟/關閉信號產生與輸出電源控制信號。電阻電容時序電路電性連接非時序邏輯電路，且用於根據電源控制信號依特定時序產生多個開啟/關閉信號給複數個電壓調整 單元，以藉此依特定時序開啟/關閉複數個電壓調整單元，其中複數個電壓調整單元用於根據輸入電壓分別產生多個電源電壓給電源管理單元，以及非時序邏輯電路接收常開(always-on)電源電壓。

本發明提供一種電源管理單元，此電源管理單元係為微處理單元，用於接收電源管理系統中的複數個電壓調整單元輸出的複數個電源電壓，且包括中央處理單元、非時序邏輯電路、控制器以及狀態暫存器。非時序邏輯電路接收常開電源電壓。控制器電性連接中央處理單元與非時序邏輯電路，並用於接收常開電源電壓。狀態暫存器電性連接控制器與該時序邏輯電路，用於接收常開電源電壓，以及接收與儲存電源管理系統的狀態資訊。控制器受控於中央處理單元，並用於獲取狀態暫存器所暫存的狀態資訊。控制器依據狀態資訊產生狀態信號給非時序邏輯電路。非時序邏輯電路根據狀態信號與電源開啟/關閉信號產生與輸出電源控制信號與狀態資訊，其中電源控制信號用於使電阻電容時序電路依特定時序產生多個開啟/關閉信號給複數個電壓調整單元，以藉此依特定時序開啟/關閉複數個電壓調整單元。

綜上所述，本發明的電源管理系統與單元可以不需使用外部電源管理晶片或外部微控制器，並直接使用微處理單元搭配多個電壓調整單元與電阻電容時序電路來實現的電源管理系統與單元。整體來說，本發明的電源管理系統與單元具有較低成本、較低系統複雜度、較高可靠度與較少耗電量等優勢。

為了進一步理解本發明的技術、手段和效果，可以參考以下詳細描述和附圖，從而可以徹底和具體地理解本發明的目的、特徵和概念。然而，以下詳細描述和附圖僅用於參考和說明本發明的實現方式，其並非用於限制本發明。

1:電源管理系統

100:電阻電容時序電路

1002~1012:電阻電容充放電單元

102、104、106:直流轉直流轉換器

108、110、112:低壓降穩壓器

118:電池

114、116:二極體

120:電源管理單元

122:非時序邏輯電路

124:控制器

126:狀態暫存器

128:不斷電區域

130:中央處理單元

PUSH_B:電源開啟/關閉單元

GND:接地電壓

TR:電源開啟/關閉信號

VIN:輸入電壓

CTPW:電源控制信號

VDD1~VDD3、AVDD1~AVDD3:電源電壓

R1:電阻

C1:電容

P1、N1、P2、N2:電晶體

提供的附圖用以使本發明所屬技術領域具有通常知識者可以進一步理解本發明，並且被併入與構成本發明的說明書的一部分。附圖示出了本發明的示範實施例，並且用以與本發明的說明書一起用於解釋本發明的原理。

圖1是本發明實施例的電源管理系統的方塊示意圖。

圖2是本發明實施例的電源管理單元以微處理單元實現的方塊示意圖。

圖3是本發明實施例的電阻電容時序電路的電路示意圖。

現在將詳細參考本發明的示範實施例，其示範實施例會在附圖中被繪示出。在可能的情況下，在附圖和說明書中使用相同的元件符號來指代相同或相似的部件。另外，示範實施例的做法僅是本發明的設計概念的實現方式的一者，下述的該等示範皆非用於限定本發明。

有鑑於先前技術存在的系統複雜度高、成本昂貴與額外耗電的技術問題，本發明旨在提供一種可以不需使用外部電源管理晶片或外部微控制器，並直接使用微處理單元搭配多個電壓調整單元與電阻電容時序電路來實現的電源管理系統與單元。進一步地，微處理單元作為電源管理單元，並設計有非時序邏輯電路，且此非時序邏輯電路用於根據電源開啟/關閉信號產生電源控制信號。電阻電容時序電路用於接收電源控制信號，並產生多個開啟/關閉信號給多個電壓調整單元，以使多個電壓調整單元依特定時序提供或停止提供多個電源電壓給電源管理單元。

簡單地說，本發明的電源管理系統捨棄外部電源管理晶片與外部微控制器的使用，直接在微處理單元的不斷電區域中設計低功耗的非時序邏輯電路作為電源管理單元使用，並且非時序邏輯電路控制微處理單元之外的電阻 電容時序電路產生多個開啟/關閉信號使多個電壓調整單元依特定時序提供或停止提供多個電源電壓給電源管理單元，以滿足多個電源域(power domain)以及依特定時序上電(power on)/下電(power off)的需求。此外，非時序邏輯電路無須晶體震盪器作為時序控制操作，僅做簡單邏輯判斷與控制輸出，不易受到時序飄移或短突波(glitch)影響，且具有低功耗與高可靠度的優點。再者，電源管理系統的至少一部分是整個微處理單元系統的一部分，且電源管理系統的至少一部分與其他電路元件可以整合成一個微處理單元系統的單晶片。

首先，請參照圖1，圖1是本發明實施例的電源管理系統的方塊示意圖。電源管理系統1包括電阻電容時序電路100、多個電壓調整單元(係以直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112來實現)、電池118、電源管理單元120、二極體114、116與電源開啟/關閉單元PUSH_B。電源管理單元120能夠以微處理單元實現，也就是電源管理系統1本身可以是微處理單元系統的一部分，故能無須外部微控制器或外部電源管理晶片的使用。

電源管理單元120在不斷電區域中設計有非時序邏輯電路122。非時序邏輯電路122電性連接電源開啟/關閉單元PUSH_B，以接收電源開啟/關閉單元PUSH_B產生的電源開啟/關閉信號TR。於本發明實施例中，電源開啟/關閉信號TR是指用於開啟或關閉電源管理系統1的信號。舉例來說，在開機狀態下，當電源開啟/關閉信號TR由高變成低(例如變成接地電壓GND)時，電源開啟/關閉信號TR係用於關閉電源管理系統1；在關機狀態下，當電源開啟/關閉信號TR由高變成低時，電源開啟/關閉信號TR係用於開啟電源管理系統1。當電源開啟/關閉信號TR是一個因準位變化產生的脈波信號時，電源管理單元120會記錄電源管理系統1的狀態資訊，以表示電源管理系統1是在關機狀態或開機狀態下。需要說明的是，電源開啟/關閉信號TR也可能是設計成在高準位時用於開啟電源管理系 統1，以及在低準位時用於關閉開啟電源管理系統1，且此時不用額外紀錄狀態資訊。

非時序邏輯電路122電性連接電阻電容時序電路100，且在接收到電源開啟/關閉信號TR時產生電源控制信號CTPW給電阻電容時序電路100。在一個實施例中，當電源開啟/關閉信號TR是一個因準位變化產生的脈波信號時，非時序邏輯電路122是根據狀態資訊與電源開啟/關閉信號TR來產生電源控制信號CTPW。另外，非時序邏輯電路122配置不斷電區域中，故會接收常開(always-on)電源電壓。

電阻電容時序電路100電性連接直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112。在收到電源控制信號CTPW時，會依照特定時序開啟/關閉直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112。舉例來說，在開機狀態下，依序地將直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112關閉，以實現依特定時序下電的要求；以及，在開機狀態下，依序地將直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112開啟，以實現依特定時序上電的要求。另外，上述特定時序是依據電阻電容時序電路100內部多個電阻的電阻值與多個電容的電容值來決定。

直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112接收輸入電壓VIN，並在被開啟時分別提供電源電壓VDD1、VDD2、VDD3、AVDD1、AVDD2與AVDD3給電源管理單元120，以及在關閉時分別停止供應電源電壓VDD1、VDD2、VDD3、AVDD1、AVDD2與AVDD3給電源管理單元120。直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112被開啟與關閉的特定時序可以依序是直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112，但本發明不以此為限制。

由於需要提供常開電源電壓(此處是電源電壓AVDD3)給電源管理單元120，因此通常會配置一個電池118，以在關機狀態下，提供常開電源電壓給電源管理單元120，以及在開機狀態下，則由低壓降穩壓器112來提供常開電源電壓給電源管理單元120。因此，需要配置二極體114、116來隔離電池118與低壓降穩壓器112。於此實施例中，二極體114的輸入端電性連接低壓降穩壓器112的輸出端，二極體114的輸入端電性連接電池118，以及二極體114、116的輸出端彼此電性連接與電性連接電源管理單元120。

附帶一提的是，當以電源開啟/關閉信號TR是一個因準位變化產生的脈波信號為例時，電源開啟/關閉單元PUSH_B可以是一個單擊按壓開關。然而，電源開啟/關閉單元PUSH_B不以此為限制，在其他可能的實施例，可以是一個轉動開關、非單擊按壓開關或遙控接收模組與遙控器的組合等。總之，電源開啟/關閉單元PUSH_B的實現方式並非用於限制本發明。再者，電源管理系統1的至少一部分元件可以是微處理單元系統的一部分，而被整合到微處理單元系統的單晶片中。除此之外，圖1以全部的電壓調整單元都可以被開啟/關閉信號控制為例，但在其他實施例中，可以僅有一部份電壓調整單元可以被開啟/關閉信號控制，其他電壓調整單元則不被開啟/關閉信號控制，而在上電時，就會直接開啟。例如，僅有直流轉直流轉換器102、104、106會被控制開啟/關閉，但低壓降穩壓器108、110、112則不會被控制開啟/關閉。

接著，請參照圖1與圖2，圖2是本發明實施例的電源管理單元以微處理單元實現的方塊示意圖。電源管理單元120是微處理單元實現，因此會包括中央處理單元130、位於不斷電區域128的非時序邏輯電路122、控制器124與狀態暫存器126。控制器124電性連接中央處理單元130與非時序邏輯電路122，並用於接收常開電源電壓(此處以電源電壓AVVD3為例)。狀態暫存器126電性連接控制器124與非時序邏輯電路122，用於接收常開電源電壓，以及接收與儲存 電源管理系統1的狀態資訊。控制器124受控於中央處理單元130，並用於獲取狀態暫存器128所暫存的狀態資訊。控制器124依據狀態資訊產生狀態信號給非時序邏輯電路122，以及非時序邏輯電路122根據狀態信號與電源開啟/關閉信號TR產生與輸出電源控制信號CTPW與狀態資訊。非時序邏輯電路122輸出的狀態資訊更用於更新狀態暫存器126所暫存的狀態資訊，以及狀態暫存器126中狀態資訊的更新與讀取係由控制器124所控制。

之後，請參照圖1與圖3，圖3是本發明實施例的電阻電容時序電路的電路示意圖。電阻電容時序電路100對應於圖1的實施例，共包括6個電阻電容充放電單元1002~1012。電阻電容充放電單元1002~1012的每一者都包括電阻R1、電容C1與透過兩個反相器實現的緩衝輸出級，其中一個反相器由電晶體P1、N1組成，另一個反相器由電晶體P2、N2組成。附帶要提的是，緩衝輸出級可以是非必要元件，故可以移除。另外，電阻電容充放電單元1002~1012每一者的電阻R1與電容C1的乘積彼此不同，例如，電阻電容充放電單元1002~1012每一者的電阻R1的電阻值彼此都不相同，且電阻電容充放電單元1002~1012每一者的電容C1的電容值彼此都不相同。

在電阻電容充放電單元1002~1012的每一者中，電阻R1的一端接收電源控制信號CTPW，電阻R1的另一端電性連接緩衝輸出級與電容C1的一端，以及電容C1的另一端電性連接低電壓，例如，接地電壓GND。

電阻電容充放電單元1002~1012的每一者的電阻R1可以彼此相同或不同，或者，電阻電容充放電單元1002~1012的每一者的電容C1可以彼此相同或不同，設計上，只要使得電阻電容充放電單元1002~1012的每一者的電阻R1與電容C1的乘積不同即可。由於電阻電容充放電單元1002~1012的每一者的電阻R1與電容C1的乘積不同，因此，電阻電容充放電單元1002~1012的輸出 端電壓由高變低與低變高所要花費的時間不同，而能夠使得直流轉直流轉換器102、104、106與低壓降穩壓器108、110、112依特定時序被開啟/關閉。

綜合以上所述，本發明直接在微處理單元系統的不斷電區域內設計非時序邏輯電路，來實現達成簡易系統上下電源管理功能，把系統電源管理功能直接加在系統的不斷電區域內中，除有節省外部供電成本之外，使用非時序的電源控制信號來決定上下電電源控制，可減少時序邏輯因時序飄移或短突波造成邏輯出錯，並使系統可靠度提升到最高。

應當理解，本文描述的示例和實施例僅用於說明目的，並且鑑於其的各種修改或改變將被建議給本領域技術人員，並且將被包括在本申請的精神和範圍以及所附權利要求的範圍內。

1:電源管理系統

100:電阻電容時序電路

102、104、106:直流轉直流轉換器

108、110、112:低壓降穩壓器

118:電池

114、116:二極體

120:電源管理單元

122:非時序邏輯電路

PUSH_B:電源開啟/關閉單元

GND:接地電壓

TR:電源開啟/關閉信號

VIN:輸入電壓

CTPW:電源控制信號

VDD1~VDD3、AVDD1~AVDD3:電源電壓

Claims (10)

1. 一種電源管理系統，包括：一電源管理單元，係為包括一非時序邏輯電路的一微處理單元，其中該非時序邏輯電路用於接收一電源開啟/關閉信號，並根據該電源開啟/關閉信號產生與輸出一電源控制信號；以及一電阻電容時序電路，電性連接該非時序邏輯電路，且用於根據該電源控制信號依一特定時序產生多個開啟/關閉信號給複數個電壓調整單元，以藉此依該特定時序開啟/關閉該等電壓調整單元，其中該等電壓調整單元用於根據一輸入電壓分別產生多個電源電壓給該電源管理單元，以及該非時序邏輯電路接收一常開(always-on)電源電壓。
2. 如請求項1所述的電源管理系統，其中該等電壓調整單元包括至少一直流轉直流轉換器與/或至少一低壓降穩壓器。
3. 如請求項1所述的電源管理系統，其中該電源管理系統更包括：該等電壓調整單元，其中該等電壓調整單元的其中一個特定電壓調整單元在被開啟時，用於提供該常開電源電壓；一電池，電性連接該電源管理單元，且在該特定電壓調整單元在被關閉時，用於提供一電池電壓作為該常開電源電壓；一第一二極體，具有一第一輸入端與一第一輸出端，其中該第一輸入端電性連接該電池，以及該第一輸出端電性連接該電源管理單元；以及 一第二二極體，具有一第二輸入端與一第二輸出端，其中該第二輸入端電性連接該特定電壓調整單元，以及該第二輸出端電性連接該電源管理單元與該第一輸出端。
4. 如請求項1所述的電源管理系統，其中該電阻電容時序電路包括：多個電阻，其中該等電阻的每一者的一第一端接收該電源控制信號；以及多個電容，其中該等電容的每一者的一第一端電性連接對應的該電阻的一第二端與對應的該電壓調整單元，以及該等電容的每一者的一第二端電性連接一低電壓。
5. 如請求項1所述的電源管理系統，其中該電源管理單元更包括：一中央處理單元；一控制器，電性連接該中央處理單元與該非時序邏輯電路，並用於接收該常開電源電壓；以及一狀態暫存器，電性連接該控制器與該非時序邏輯電路，用於接收該常開電源電壓，以及接收與儲存該電源管理系統的一狀態資訊；其中該控制器受控於該中央處理單元，並用於獲取該狀態暫存器所暫存的該狀態資訊，該控制器依據該狀態資訊產生一狀態信號給該非時序邏輯電路，以及該非時序邏輯電路根據該狀態信號與該電源開啟/關閉信號產生與輸出該電源控制信號與該狀態資訊。
6. 如請求項1所述的電源管理系統，其中當電源管理系統是在一關機狀態時，當非時序邏輯電路接收到該電源開啟/關閉信號時，該電源控制信 號使該電阻電容時序電路依該特定時序所產生的該等開啟/關閉信號用於讓該等電壓調整單元依該特定時序被開啟。
7. 如請求項1所述的電源管理系統，其中當電源管理系統是在一開機狀態時，當非時序邏輯電路接收到該電源開啟/關閉信號時，該電源控制信號使該電阻電容時序電路依該特定時序所產生的該等開啟/關閉信號用於讓該等電壓調整單元依該特定時序被關閉。
8. 一種電源管理單元，係為一微處理單元，用於接收一電源管理系統中的複數個電壓調整單元輸出的複數個電源電壓，包括：一中央處理單元；一非時序邏輯電路，接收一常開電源電壓；一控制器，電性連接該中央處理單元與該非時序邏輯電路，並用於接收該常開電源電壓；以及一狀態暫存器，電性連接該控制器與該非時序邏輯電路，用於接收該常開電源電壓，以及接收與儲存該電源管理系統的一狀態資訊；其中該控制器受控於該中央處理單元，並用於獲取該狀態暫存器所暫存的該狀態資訊，該控制器依據該狀態資訊產生一狀態信號給該非時序邏輯電路，以及該非時序邏輯電路根據該狀態信號與一電源開啟/關閉信號產生與輸出一電源控制信號與該狀態資訊，其中該電源控制信號用於使一電阻電容時序電路依一特定時序產生多個開啟/關閉信號給該等電壓調整單元，以藉此依該特定時序開啟/關閉該等電壓調整單元。
9. 如請求項8所述的電源管理單元，其中當電源管理系統是在一關機狀態時，當非時序邏輯電路接收到該電源開啟/關閉信號時，該電源控制信 號使該電阻電容時序電路依該特定時序所產生的該等開啟/關閉信號用於讓該等電壓調整單元依該特定時序被開啟。
10. 如請求項8所述的電源管理單元，其中當電源管理系統是在一開機狀態時，當非時序邏輯電路接收到該電源開啟/關閉信號時，該電源控制信號使該電阻電容時序電路依該特定時序所產生的該等開啟/關閉信號用於讓該等電壓調整單元依該特定時序被關閉。

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