專利名稱：一種控制芯片數(shù)字模塊工作的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)?；旌霞呻娐分袛?shù)字模塊上電復(fù)位電路的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其是一種控制電池驅(qū)動(dòng)的數(shù)?；旌想娐诽貏e是片上系統(tǒng)(SOC，System ona Chip)芯片數(shù)字模塊正確上電復(fù)位并低功耗工作的方法。
背景技術(shù)：
集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展以及對(duì)消費(fèi)類電子產(chǎn)品-特別是便攜式電子產(chǎn)品的需求，推動(dòng)了片上系統(tǒng)(SOC)的飛速發(fā)展。對(duì)于電池驅(qū)動(dòng)的SOC芯片，降低其功耗從而延長電池的壽命和電子產(chǎn)品的運(yùn)行時(shí)間具有非常重大的意義。
SOC芯片中，包括數(shù)字模塊和模擬模塊，其功耗包括靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。靜態(tài)功耗主要由靜電流和漏電流等因素造成，動(dòng)態(tài)功耗主要由信號(hào)變換造成的瞬態(tài)開路電流和負(fù)載電流等因素造成。模擬模塊是靜態(tài)功耗的主要來源，數(shù)字模塊是動(dòng)態(tài)功耗的主要來源，其中，解決好SOC芯片中的動(dòng)態(tài)功耗是降低整個(gè)SOC芯片功耗的關(guān)鍵。
數(shù)字電路的功耗與其電源電壓成正比，現(xiàn)有技術(shù)一般通過不同的片內(nèi)低壓差線性穩(wěn)壓電路(LDO，low dropout regulator)分別控制數(shù)字模塊和模擬模塊的電源，使數(shù)字模塊的電源低于模擬模塊的電源，從而降低數(shù)字模塊貢獻(xiàn)的動(dòng)態(tài)功耗。但是數(shù)字模塊電源能降低的幅度受到上電復(fù)位電路(POR，Power-On-Reset)的限制。芯片上電時(shí)，需要產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)對(duì)數(shù)字模塊進(jìn)行復(fù)位，以保證數(shù)字模塊的正常工作。上電復(fù)位信號(hào)是通過上電復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)的，數(shù)字模塊電源必須足夠高以保證上電復(fù)位電路能正常工作。
消費(fèi)類電子產(chǎn)品-特別是便攜式電子產(chǎn)品通常是由電池供電。工作過程中，電源電壓將在很大范圍內(nèi)變化。比如單體鋰離子電池充足電時(shí)的電壓為4.2V，放完電后的電壓為2.3V，變化范圍很大。為了保證芯片內(nèi)部電路電源電壓穩(wěn)定不變，在芯片內(nèi)部加入低壓差線性穩(wěn)壓電路(LDO)。如圖1所示，電池電壓Vdd_bat為LDO模塊供電，帶隙基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的帶隙基準(zhǔn)電壓Vbg作為LDO的輸入電壓，LDO的輸出電壓Vdd_dig用作數(shù)字模塊的電源電壓。即使電池電壓在2.7～4.3V范圍內(nèi)變化，LDO的輸出電壓仍然可以保持相對(duì)恒定。LDO的輸出電壓同時(shí)作為上電復(fù)位電路(POR)的待檢測(cè)電源，POR的輸出信號(hào)Reset用作數(shù)字模塊的復(fù)位信號(hào)。
如圖2所示意，芯片的上電過程，就是電池電壓Vdd_bat從0開始逐漸升高到穩(wěn)定值的過程。LDO的輸出電壓Vdd_dig也隨之從0開始逐漸升高到穩(wěn)定值。上電復(fù)位電路的功能，就是在芯片上電時(shí)，提供復(fù)位信號(hào)，當(dāng)所檢測(cè)電源Vdd_dig的電壓升高到某一門限值Vth時(shí)，認(rèn)為所檢測(cè)電源已穩(wěn)定，撤銷復(fù)位信號(hào)。門限值Vth的高低與上電復(fù)位電路的具體設(shè)計(jì)有關(guān)，如門限值太低，會(huì)導(dǎo)致上電過程中過早撤銷復(fù)位信號(hào)，也就是復(fù)位信號(hào)的維持時(shí)間Treset過短，從而不能保證芯片內(nèi)的數(shù)字模塊正確復(fù)位。如門限值太高，對(duì)所檢測(cè)電源也就是數(shù)字模塊的電源電壓要求也更高，會(huì)導(dǎo)致芯片正常工作時(shí)數(shù)字模塊貢獻(xiàn)的動(dòng)態(tài)功耗更高，從而縮短電池的壽命和電子產(chǎn)品的運(yùn)行時(shí)間。
例如，對(duì)于0.18um CMOS工藝，模擬模塊的電源電壓通常在1.8V左右。數(shù)字模塊正常工作時(shí)所需要的電源電壓可低至0.8V。但為了保證上電復(fù)位電路(POR)所產(chǎn)生的復(fù)位信號(hào)Reset的維持時(shí)間Treset足夠長，POR撤銷復(fù)位信號(hào)的門限值Vth不能設(shè)計(jì)得太低，通常在1.5V左右，因此POR所檢測(cè)電源Vdd_dig必須大于1.5V，這就限制了數(shù)字模塊的電源電壓，從而限制了數(shù)字模塊的低功耗工作。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種控制芯片數(shù)字模塊正確上電復(fù)位并低功耗工作的方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)無法同時(shí)滿足SOC芯片中數(shù)字模塊正確上電復(fù)位和低功耗工作這兩大要求的不足，提高了SOC芯片的實(shí)用效果。
本發(fā)明是通過以下模塊實(shí)現(xiàn)的一種控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其包括可變輸出電壓的低壓差線性穩(wěn)壓電路、上電復(fù)位電路和反饋控制電路；該反饋控制電路利用上電復(fù)位電路的輸出反饋控制低壓差線形穩(wěn)壓電路，自動(dòng)調(diào)整其輸出電壓。
其中，所述的反饋控制電路包括一與門，該與門的輸入分別接三線控制電壓，和上電復(fù)位電路的輸出，與門的輸出接低壓差線性穩(wěn)壓電路。
其中，所述的低壓差線性穩(wěn)壓電路由電池電壓Vdd_bat供電；帶隙基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的帶隙基準(zhǔn)電壓Vbg作為低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸入電壓；低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓Vdd_dig用作數(shù)字模塊的電源電壓，同時(shí)作為上電復(fù)位電路的待檢測(cè)電源。
其中，所述的上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)Reset用作數(shù)字模塊的復(fù)位信號(hào)，上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)Reset和三線控制電壓V3wire經(jīng)過一個(gè)與門后的輸出信號(hào)Vctrl作為低壓差線性穩(wěn)壓電路中控制開關(guān)A的控制電壓，從而在上電復(fù)位電路和低壓差線性穩(wěn)壓電路之間形成了一個(gè)自適應(yīng)的反饋控制回路；其中，所述的上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)Reset用作數(shù)字模塊的復(fù)位信號(hào)，Reset的初始電平為低電平；所述的三線控制電壓V3wire接高電平。
其中，當(dāng)開關(guān)A的控制電壓Vctrl為低電平時(shí)，開關(guān)A斷開，Vdd_dig對(duì)應(yīng)高電壓Vhigh；當(dāng)開關(guān)A的控制電壓Vctrl為高電平時(shí)，開關(guān)A導(dǎo)通，Vdd_dig對(duì)應(yīng)低電壓Vlow。
本發(fā)明的這種控制方法所需電路結(jié)構(gòu)簡單，控制方便，能有效的達(dá)到使數(shù)字模塊正確上電復(fù)位和低功耗工作這兩方面要求。對(duì)于電池驅(qū)動(dòng)的數(shù)?；旌想娐诽貏e是片上系統(tǒng)(SOC)芯片，通過上述自適應(yīng)控制回路自動(dòng)調(diào)整數(shù)字模塊的電源電壓，既可保證上電復(fù)位電路的正常工作，產(chǎn)生正確的上電復(fù)位信號(hào)，之后又可將數(shù)字模塊的電源電壓自動(dòng)拉低，使數(shù)字模塊低功耗工作，從而提高電池的壽命和電子產(chǎn)品的運(yùn)行時(shí)間。

圖1是未采用反饋控制電路的數(shù)字模塊控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是未采用反饋控制電路的數(shù)字模塊控制電路在芯片上電過程中電壓變化情況示意圖；圖3是低壓差線性穩(wěn)壓電路(LDO)的結(jié)構(gòu)示意圖4是采用反饋控制電路的數(shù)字模塊控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是采用反饋控制電路的數(shù)字模塊控制電路在芯片上電過程中電壓變化情況示意圖。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明請(qǐng)參閱圖4，圖4中揭示了用來控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其包括可變輸出電壓的低壓差線性穩(wěn)壓電路LDO、上電復(fù)位電路POR及反饋控制電路，低壓差線性穩(wěn)壓電路LDO和上電復(fù)位電路POR之間的反饋控制電路自動(dòng)調(diào)整數(shù)字模塊的電源電壓。低壓差線性穩(wěn)壓電路由電池電壓Vdd_bat供電；帶隙基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的帶隙基準(zhǔn)電壓Vbg作為低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸入電壓；低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓Vdd_dig用作數(shù)字模塊的電源電壓。同時(shí)，低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓Vdd_dig作為上電復(fù)位電路的待檢測(cè)電源。
同時(shí)，在低壓差線性穩(wěn)壓電路中加入了控制開關(guān)A，由控制開關(guān)A控制低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓。
反饋控制電路包括一與門，上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)Reset和三線控制電壓V3wire經(jīng)過該與門后的輸出信號(hào)Vctrl作為低壓差線性穩(wěn)壓電路中控制開關(guān)A的控制電壓，在上電復(fù)位電路和低壓差線性穩(wěn)壓電路之間形成了一個(gè)自適應(yīng)的反饋控制回路。上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)Reset用作數(shù)字模塊的復(fù)位信號(hào)，Reset的初始電平為低電平。三線控制電壓V3wire接高電平。
請(qǐng)參閱圖3，圖3是低壓差線性穩(wěn)壓電路(LDO)的結(jié)構(gòu)示意圖電池電壓Vdd_bat為LDO模塊供電，帶隙基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的帶隙基準(zhǔn)電壓Vbg作為LDO的輸入電壓，LDO的輸出電壓Vdd_dig可用作數(shù)字模塊的電源電壓。電池電壓在一定范圍內(nèi)變化(例如2.7V～4.3V)，LDO的輸出電壓保持相對(duì)恒定。圖3中加入的控制開關(guān)A，使LDO輸出電壓可調(diào)。當(dāng)圖4中的Vctrl為低電平時(shí)，開關(guān)A斷開，vdd_dig=Vbg+VbgR1·(R2+R3),]]>對(duì)應(yīng)相對(duì)高的輸出電壓Vhigh；當(dāng)圖4中的Vctrl為高電平時(shí)，開關(guān)A導(dǎo)通，vdd_dig=Vbg+VbgR1·R2,]]>對(duì)應(yīng)相對(duì)低的輸出電壓Vlow?？赏ㄟ^合理設(shè)計(jì)電阻R1，R2，R3的阻值調(diào)整高電壓Vhigh和低電壓Vlow的值，例如Vhigh＝1.8V，Vlow＝1.2V。
請(qǐng)參閱圖5，電池上電時(shí)，電池電壓從0開始逐漸升高到穩(wěn)定值，低壓差線性穩(wěn)壓電路(LDO)的輸出電壓Vdd_dig也隨之從0開始逐漸升高。上電復(fù)位電路(POR)的輸出信號(hào)Reset初始電平為低電平，因此低壓差線性穩(wěn)壓電路的開關(guān)控制電壓Vctrl為低電平，低壓差線性穩(wěn)壓電路的目標(biāo)輸出電壓為高電壓Vhigh，Vdd_dig朝著圖5中虛線所示的方向逐漸提高。當(dāng)Vdd_dig達(dá)到上電復(fù)位電路(POR)的檢測(cè)門限Vth時(shí)，上電復(fù)位電路撤銷復(fù)位信號(hào)，Reset信號(hào)拉到高電平，Vctrl也隨之拉高，低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓下降到低電壓Vlow，從而使數(shù)字電路在低電源電壓下低功耗工作。
以上介紹的僅僅是基于本發(fā)明的幾個(gè)較佳實(shí)施例，并不能以此來限定本發(fā)明的范圍。任何對(duì)本發(fā)明的裝置作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的部件的替換、組合、分立，以及對(duì)本發(fā)明實(shí)施步驟作本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)熟知的等同改變或替換均不超出本發(fā)明的揭露以及保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其包括可變輸出電壓的低壓差線性穩(wěn)壓電路、上電復(fù)位電路，其特征在于所述控制電路還包括反饋控制電路；該反饋控制電路利用上電復(fù)位電路的輸出反饋控制低壓差線形穩(wěn)壓電路，自動(dòng)調(diào)整其輸出電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于所述反饋控制電路包括一與門，該與門的輸入分別接三線控制電壓、上電復(fù)位電路的輸出，所述與門的輸出接低壓差線性穩(wěn)壓電路。
3.如權(quán)利要求1所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于低壓差線性穩(wěn)壓電路由電池電壓(Vdd_bat)供電；帶隙基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的帶隙基準(zhǔn)電壓(Vbg)作為低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸入電壓；低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓(Vdd_dig)用作數(shù)字模塊的電源電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓(Vdd_dig)同時(shí)作為上電復(fù)位電路的待檢測(cè)電源。
5.如權(quán)利要求3所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于通過在低壓差線性穩(wěn)壓電路中加入了控制開關(guān)(A)，由控制開關(guān)(A)控制低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)(Reset)和三線控制電壓(V3wire)經(jīng)過所述與門后的輸出信號(hào)(Vctrl)作為低壓差線性穩(wěn)壓電路中控制開關(guān)(A)的控制電壓，在上電復(fù)位電路和低壓差線性穩(wěn)壓電路之間形成了一個(gè)自適應(yīng)的反饋控制回路。
7.如權(quán)利要求6所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)(Reset)用作數(shù)字模塊的復(fù)位信號(hào)，上電復(fù)位電路的輸出信號(hào)(Reset)的初始電平為低電平；三線控制電壓(V3wire)接高電平。
8.如權(quán)利要求5所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于當(dāng)?shù)蛪翰罹€性穩(wěn)壓電路中控制開關(guān)(A)斷開時(shí)，低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓(Vdd_dig)對(duì)應(yīng)高電壓(Vhigh)；當(dāng)?shù)蛪翰罹€性穩(wěn)壓電路中控制開關(guān)(A)導(dǎo)通時(shí)，低壓差線性穩(wěn)壓電路的輸出電壓(Vdd_dig)對(duì)應(yīng)低電壓(Vlow)。
9.如權(quán)利要求5所述的控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其特征在于當(dāng)控制開關(guān)(A)的控制電壓(Vctrl)為低電平時(shí)，控制開關(guān)(A)斷開；當(dāng)控制開關(guān)(A)的控制電壓(Vctrl)為高電平時(shí)，控制開關(guān)(A)導(dǎo)通。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制芯片數(shù)字模塊工作的電路，其包括可變輸出電壓的低壓差線性穩(wěn)壓電路、上電復(fù)位電路和反饋控制電路；該反饋控制電路利用上電復(fù)位電路的輸出反饋控制低壓差線形穩(wěn)壓電路，自動(dòng)調(diào)整其輸出電壓。通過上述反饋控制電路自動(dòng)調(diào)整數(shù)字模塊的電源電壓，既可保證上電復(fù)位電路的正常工作，產(chǎn)生正確的上電復(fù)位信號(hào)，之后又可將數(shù)字模塊的電源電壓自動(dòng)拉低，使數(shù)字模塊低功耗工作，從而提高電池的壽命和電子產(chǎn)品的運(yùn)行時(shí)間。
文檔編號(hào)H03K17/22GK101026374SQ20071003835
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者張釗鋒, 劉歡艷, 周云 申請(qǐng)人:鼎芯通訊(上海)有限公司