一种防止误操作的低功耗控制端口的制作方法

1.本发明涉及集成电路的电源管理，尤其涉及一种防止误操作的低功耗控制端口。


背景技术：

2.随着便携式电子产品广泛使用于工作和生活的各个方面，对供电电源提出了更高的要求，能否更大程度减小静态电流 (iq)，是降低功耗和管理电池寿命的关键因素。为更大程度了解减小 iq 对延长电池寿命的重要作用，可以关注在低功耗物联网应用中，例如智能门锁，通过仔细的优化低静态功耗的电源管理模块，可以将电池寿命从两年延长至五年以上。
3.目前采用一个或多个专用控制端口的产品中，存在的问题在于，一旦产品在初始上电后变得完全可控后，电流仍通过一个或多个专用上电控制电路继续消耗并因此浪费。这些已知的控制端口解决方案和架构需要在相关产品运行的任何时间，在控制端口电路中流动电流。如图1（a）和图1（b）所示的电路中，使能控制端口控制ldo电路的开关，图1（a）和图1（b）这两款产品分别采用电阻和电流源作为下拉的动力，在使能完成开启ldo电路后，该端口的电流还在继续消耗，不利于物联网等低功耗应用的长待机时间要求。同时，如果将该端口的下拉动力去除，又会导致该端口在悬空状态下极易受到外界干扰而误开关，从而消耗电流。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的缺陷，本发明提供一种防止误操作的低功耗控制端口，实现在正常工作时，降低控制端口功耗，并可以有效地避免干扰信号对高阻抗控制端口的误操作影响。
5.为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种防止误操作的低功耗控制端口，其特征在于，包括nmos管n1、n2和 n3、nmos管nd1和nd2、pmos管p1、p2和p3、反相器inv1和inv2以及电容c1和电阻r1；控制端口control1连接反相器inv1的输入端和nmos管n1的漏极，反相器inv1的输出连接nmos管n3的栅极，nmos管n3的源极和衬底互连并接地，nmos管nd1的源极和衬底以及栅极、nmos管nd2的源极和衬底以及栅极均接地，nmos管n1的源极和衬底互连并通过电阻r1接地，nmos管nd1的漏极连接pmos管p1的漏极和栅极以及pmos管p3的栅极，nmos管n3的漏极连接pmos管p3的漏极和电容c1的一端以及pmos管p2的栅极和nmos管n2的栅极，pmos管p1的源极和衬底、pmos管p2的源极和衬底以及pmos管p3的源极和衬底均连接vdd，电容c1的另一端接地，nmos管nd2的漏极连接nmos管n2的源极和衬底，nmos管n2的漏极连接pmos管p2漏极以及反相器inv2的输入端和nmos管n1的栅极，反相器inv2的输出连接内部电路，该内部电路为控制端口control1要控制的目标。
6.进一步地，所述nmos管nd1和nmos管nd2均为耗尽管或阈值接近0的native管。
7.进一步地，用控制端口control11替换控制端口control1、nmos管n11替换nmos管n1、电阻r11替换电阻r1、反相器inv11替换反相器inv1、nmos管n31替换nmos管n3、pmos管
pd1替换pmos管p3、电容c11替换电容c1、nmos管n21替换nmos管n2、pmos管p21替换pmos管p2、反相器inv21替换反相器inv2，增设pmos管pd2，去除pmos管p1、nmos管nd1和nmos管nd2；控制端口control11连接反相器inv11的输入端和nmos管n11的漏极，nmos管n11的源极和衬底互连并通过电阻r11接地，反相器inv11的输出连接nmos管n31的栅极，nmos管n31的源极和衬底互连并接地，nmos管n31的漏极连接pmos管pd1的漏极和电容c11的一端以及pmos管p21的栅极和nmos管n21的栅极，pmos管pd1的源极、衬底和栅极以及pmos管pd2的源极、衬底和栅极均连接vdd，电容c11的另一端接地，pmos管pd2的漏极连接pmos管p21的源极和衬底，pmos管p21漏极连接nmos管n21的漏极以及反相器inv21的输入端和nmos管n11的栅极，反相器inv21的输出连接内部电路，该内部电路为控制端口control11要控制的目标。
8.进一步地，所述pmos管pd1和pmos管pd2均为耗尽管或阈值接近0的native管。
9.本发明的优点及显著效果：本发明具有在控制端口接高电位期间不消耗电流，在控制端口接低电位时提供强下拉作用，从而使用下拉电阻来保持控制端口不悬空，直到系统定序完成。一旦控制端口为高电平，便会断开智能下拉电阻(图2中的r1，图3中的r11)从而防止不必要的功率损耗。
附图说明
10.图1（a）为一种传统的使能控制端口控制ldo电路的开关，采用电阻作为下拉的动力。
11.图1（b）为另一种传统的使能控制端口控制ldo电路的开关，采用电流源作为下拉的动力。
12.图2为本发明一种防止误操作的低功耗控制端口的一种实施电路。
13.图3为本发明一种防止误操作的低功耗控制端口的另一种实施电路。
具体实施方式
14.如图2，为本发明的一种实现电路，n1/n2/n3为n型mos，p1/p2/p3为p型mos，nd1和nd2为耗尽管或者阈值接近0的native管，c1为电容，inv1和inv2为反向器。control1为控制端口，内部电路为控制端口要控制的目标。control1连接反相器inv1的输入端，同时连接至n1的漏极。control2为inv1的输出端，同时连接nmos管n3的栅极。n3、nd1和nd2的源衬相接，连接至地电位。同时nd1和nd2的栅极也连至地电位。n3的漏极连接pmos管p3的漏极、电容c1的上极板以及p2和n2的栅极。p1、p2、p3的源衬相接，连至vdd电位。p3的栅极连接p1的栅漏极，以及耗尽nmos管nd1的漏极。电容c1的下极板接地。p2的漏极连接n2的漏极，同时连接n1的栅极。n2的源衬相接，连至nd2的漏极。n1的源衬相接，连至电阻r1的一端。r1的另一端，连接至地。
15.图2的工作原理：其中nd1、p1、p3和电容c1组成延迟电路，n1接收输出信号进行开关操作，形成反馈电路。控制端口control1为高电平时启动内部电路，control1为低电平时关闭内部电路。control1电压的阈值vth1由反相器inv1的尺寸决定。当control1《vth1时，control2=vdd，同时控制n3导通，将c1电位放电为0，p2开启，n2关闭，导致n1栅极电位为vdd，开启n1，此时r1通过开关n1连接至control1端口，实现下拉电阻功能，从而避免干扰信号误启动控制端口。当control1》vth1时，control2=0，同时控制n3关闭。由于p3给c1电容充
电，充电电流和p1成比例，而p1电流等于nd1的电流。当c1电压达到p2关断和n2开启时，导致n1栅极电位为地电位。此时,由于n1关断，导致电阻r1和control1控制端断开，避免r1电阻的电流消耗，可以实现control1端口降低功耗。需要注意的是，当c1电容未被充电到p2关断时，n1保持原始开启状态，这个特性可以确保control1端口有瞬间尖峰干扰电压时，避免系统的错误启动，实现控制的精确性。
16.如图3，为本发明的另一种实现电路，n11/n21/n31为n型mos，p21为p型mos，pd1和pd2为耗尽管或者阈值接近0的native管，c1为电容，inv11和inv21为反相器。control11为控制端口，内部电路为控制端口要控制的目标。control11连接反相器inv11的输入端，并连接至n11的漏端。control12为inv11的输出端，同时连接nmos管n31的栅极。n31和n21的源衬相接，连接至地电位。同时pd1和pd2的栅极、源极、衬底也一起连至vdd电位。n31的漏极连接pd1的漏极、电容c11的上极板以及p21和n21的栅极。电容c11的下极板接地。p21的源极连接pd2的漏极. p21和n21的漏极相连，同时连接n11的栅极，和反相器inv21的输入端。反向器inv21的输出端控制内部电路。n11的源衬相接，连至电阻r11的一端。r11的另一端，连接至地。
17.图3的工作原理：其中pd1、n31和电容c11组成延迟电路，n11接收输出信号进行开关操作，形成反馈电路。控制端口control11为高电平，并且inv21输出高电平时，启动内部电路，control11低电平，inv21输出低电平时关闭内部电路。control11电压的阈值vth2由反相器inv11的尺寸决定。当control11《vth2时，control12=vdd，同时控制n31导通，c11电位为0，p21开启，n21关闭，导致n11栅极电位为vdd，开启n11，因此此时r11通过开关n11连接至control11端口，实现强下拉电阻功能。同时inv21输出低电平，关闭内部电路。当control11》vth2时，control12=0，同时控制n31关闭。由于pd1给c11充电，当c11电压达到p21关断和n21开启时，导致n11栅极电位为地电位。此时，由于n11关断，导致电阻r11和control11控制端断开，避免r11电阻的电流消耗，可以实现control11端口降低功耗。同时inv21输出高电平，开启内部电路。需要注意的是，当c11电容未被充电到p21关断时，n11保持原始开启状态，inv21输出低电平关闭内部电路，这个特性可以确保control11端口有瞬间尖峰干扰电压时，避免内部电路的错误启动，实现控制的精确性。
18.图2和图3两种实施电路的控制端口原理是一致的，只是低功耗控制端口的架构略有区别，主要是提供na级低功耗参考电流源的器件不同而导致的偏置电路区别。具体差别在图2采用n型耗尽或者阈值接近0的native管，需要采用pmos管镜像才能提供pmos电流源，从而和n3串联。而在图3中，由于采用p型耗尽管或者阈值接近0的native管，因此n31直接串联即可。
19.本发明在控制端口为高电平时启动内部电路，控制端口为低电平时关闭内部电路。本发明引入了反馈电路，在控制端口电位为高时，通过开关将千欧级下拉电阻与控制端口断开，从而降低正常工作瞬间的功耗；当控制端口为低电位时，开启开关，将千欧级下拉电阻和控制端口连接，从而实现快速下拉，并避免干扰信号误启动该控制端口。同时引入启动延时电路，可以在控制端口高电位时，在一段数十us级别时间内，保持千欧级下拉电阻与控制端口连接，避免干扰信号对高阻抗控制端口的干扰导致误启动。