一种超低功耗的基准控制方法及系统与流程

1.本发明属于集成电路领域，尤其涉及一种超低功耗的基准控制方法及系统。


背景技术：

2.电子产品的高速发展导致人们对电子产品的需求突飞猛进，而这其中类如对手机、可穿戴便携智能设备等的需求格外突出。对于很多智能设备而言，续航是人们最关注的性能之一，无论手机、智能手表还是其他设备，最常见的工况就是待机状态，若能够降低待机甚至较轻负载工作条件下的功耗，就能够提高待机和较轻负载下的效率，从而大大提高电子设备的续航能力。
3.常规芯片会通过在轻载条件下关闭不必要的电路功能来降低功耗，而作为芯片内部重要模块的基准往往很难降低功耗，通常在低功耗电源管理芯片中，基准在空载下所占的功耗甚至超过整机功耗的50％以上。因此，超低功耗的基准电路对于提高轻载效率、极大提高整机续航来说就显得格外重要。


技术实现要素：

4.一种超低功耗的基准控制系统包括：启动延时电路、负载检测电路、振荡器、分频器、逻辑控制电路以及基准产生电路；
5.所述启动延时电路达到预设的上电时间时打开负载检测电路，当启动延时电路未达到预设的上电时间时关闭负载检测电路、振荡器以及分频器，负载检测电路在关闭状态下不执行负载检测任务，产生低电平信号输出至逻辑控制电路；所述负载检测电路检测的实际负载值大于预设的负载值时，关闭振荡器、分频器，产生的负载检测信号输出至逻辑控制电路，当负载检测电路检测的实际负载值小于预设的负载值时，打开振荡器、分频器，产生的分频器信号输出至逻辑控制电路；所述振荡器产生振荡信号并将振荡信号送入分频器；所述分频器对振荡信号的周期进行延长；所述逻辑控制电路产生互为反相的vco1信号和vco2信号，vco1信号和vco2信号控制基准产生电路的工作状态。
6.优选地，其特征在于，所述基准产生电路包括：第一增强型pmos管、第一耗尽型nmos管、第一增强型nmos管、第二增强型nmos管、第三增强型nmos管、第一电容和第二电容；
7.所述第一增强型pmos管的源极连接电源，栅极接收所述逻辑控制电路产生的vco1信号，漏极与第一耗尽型nmos管的漏极连接，所述第一耗尽型nmos管的栅极与源级相连并连接至第一耗尽型nmos管和第一增强型nmos管的公共端，所述第一增强型nmos管mn1的栅极和漏极相连并连接至第一耗尽型nmos管和第一增强型nmos的公共端，源极接地，第二增强型nmos管的漏极和第一增强型nmos管的栅极相连，源极和第三增强型nmos管的源极相连，栅极和第三增强型nmos管的栅极相连并连接至vco2信号，第三增强型nmos管的漏极作为基准产生电路的输出，第一电容的一端接第二增强型nmos管的漏极，另一端接地，第二电容的一端接第三增强型nmos管的漏极，另一端接地。
8.优选地，所述第一耗尽型nmos管和第一增强型nmos管产生的电压表示为：
[0009][0010]
其中，v
tn
代表第一增强型nmos管的阈值电压，v
td
代表第一耗尽型nmos管的阈值电压，μn为电子迁移率，cox为单位面积的栅氧电容，(w/l)
dn1
为第一耗尽型nmos管的宽长比，(w/l)
mn1
为第一增强型nmos管的宽长比。
[0011]
优选地，所述第二电容为50pf，上电时基准产生电路对第二电容进行充电。
[0012]
优选地，所述逻辑控制电路包括非门、第一反相器和第二反相器，分频器信号或者负载检测信号通过级联的非门和第一反相器产生vco1信号，vco1信号通过第二反相器产生vco2信号。
[0013]
一种超低功耗的基准控制方法步骤包括：
[0014]
步骤一：当启动延时电路的实际上电时间达到预设上电时间时，执行步骤二；当启动延时电路的实际上电时间未达到预设上电时间时，关闭负载检测电路、振荡器以及分频器，负载检测电路关闭状态下不执行负载检测任务，产生低电平信号输出至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生互反的voc1信号和voc2信号，控制基准产生电路处于工作状态；
[0015]
步骤二：打开负载检测电路，当负载检测电路检测实际负载值大于预设负载值时，关闭振荡器、分频器，负载检测电路产生的负载检测信号输出至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生互反的voc1信号和voc2信号，控制基准产生电路处于工作状态；当负载检测电路检测实际负载值小于预设负载值时，执行步骤三；
[0016]
步骤三：打开振荡器和分频器，振荡器产生周期振荡信号并送入分频器延时产生固定占空比的分频器信号输出至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生互反的voc1信号和voc2信号，控制基准产生电路的状态。
[0017]
优选地，当voc1信号为低电平且voc2信号为高电平时，基准产生电路处于工作状态；当voc1信号为高电平且voc2信号为低电平时，基准产生电路处于关闭状态。
[0018]
优选地，所述步骤三中的分频器信号占空比为50％。
附图说明
[0019]
图1是本发明的电路框图；
[0020]
图2是本发明的逻辑控制电路图；
[0021]
图3是本发明的基准产生电路图。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。
[0023]
如图1所示的超低功耗的基准控制电路包括启动延时电路、负载检测电路，振荡器，将分频器，逻辑控制电路以及基准产生电路。
[0024]
启动延时电路达到预设的上电时间时打开负载检测电路，当启动延时电路未达到预设的上电时间时关闭负载检测电路、振荡器以及分频器，负载检测电路在关闭状态下不执行负载检测任务，产生低电平信号输出至逻辑控制电路；负载检测电路检测的实际负载值大于预设的负载值时，关闭振荡器、分频器，产生的负载检测信号输出至逻辑控制电路，
当负载检测电路检测的实际负载值小于预设的负载值时，打开振荡器、分频器，产生的分频器信号输出至逻辑控制电路；振荡器产生振荡信号并将振荡信号送入分频器；分频器对振荡信号的周期进行延长；逻辑控制电路产生互为反相的vco1信号和vco2信号，vco1信号和vco2信号控制基准产生电路的工作状态。
[0025]
图2为逻辑控制电路图，逻辑控制电路包括非门、第一反相器和第二反相器，分频器信号或者负载监测信号通过非门和第一反相器产生vco1信号，vco1信号通过第二反相器产生vco2信号。
[0026]
图3为基准产生电路的原理图，基准产生电路包括：第一增强型pmos管、第一耗尽型nmos管、第一增强型nmos管、第二增强型nmos管、第三增强型nmos管、第一电容和第二电容；
[0027]
第一增强型pmos管的源极连接电源，栅极接收所述逻辑控制电路产生的vco1信号，漏极与第一耗尽型nmos管的漏极连接，第一耗尽型nmos管的栅极与源级相连并连接至第一耗尽型nmos管和第一增强型nmos管的公共端，第一增强型nmos管mn1的栅极和漏极相连并连接至第一耗尽型nmos管和第一增强型nmos的公共端，源极接地，第二增强型nmos管的漏极和第一增强型nmos管的栅极相连，源极和第三增强型nmos管的源极相连，栅极和第三增强型nmos管的栅极相连并连接至vco2信号，第三增强型nmos管的漏极作为基准产生电路的输出，第一电容的一端接第二增强型nmos管的漏极，另一端接地，第二电容的一端接第三增强型nmos管的漏极，另一端接地。
[0028]
第一耗尽型nmos管和第一增强型nmos管产生的电压表示为：
[0029][0030]
其中，v
tn
代表第一增强型nmos管的阈值电压，v
td
代表第一耗尽型nmos管的阈值电压，μn为电子迁移率，cox为单位面积的栅氧电容，(w/l)
dn1
为第一耗尽型nmos管的宽长比，(w/l)
mn1
为第一增强型nmos管的宽长比。
[0031]
第一电容用于增加vref1电压的稳定性，第二电容为50pf，上电时基准产生电路对第二电容进行充电。第二增强型nmos管mn2和第三增强型nmos管mn3的栅极受vco2信号控制，当vco1信号为低电平信号且vco2信号为高电平信号时，prevref电压与vref电压相等。当vco1信号为高电平信号且vco2信号为低电平信号时，第二增强型nmos管mn2和第三增强型nmos管mn3将prevref电压和vref电压彻底隔断，防止关断期间第一增强型nmos管nm1通过衬底寄生通路将vref电压拉低，此时prevref电压为0，第二电容放电维持vref电压。
[0032]
具体实施例一
[0033]
系统上电启动时，启动延时电路判断实际上电时间是否达到预设上电时间，本案中延时电路的预设上电时间设定为1ms，当上电时间小于1ms时，启动延时电路关闭负载检测电路、振荡器和分频器，负载检测电路关闭的状态下不执行负载检测任务，产生低电平信号输出至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生vco1信号和vco2信号，其中vco1为低电平信号，vco2为高电平信号，使得基准产生电路处于工作状态并将产生的基准电压prevref通过第二增强型nmos管mn2和第三增强型nmos管mn3传输至第二电容c2再最终产生vref电压。
[0034]
当启动延时电路的实际上电时间达到1ms后，启动延时电路打开负载检测电路，此
时负载检测电路检测系统的负载大小，本案中负载检测的预设负载值为10ma，当检测到系统负载小于10ma时，打开振荡器和分频器，由振荡器产生周期振荡信号并送入分频器延时产生固定占空比的分频器信号，将分频器信号输出至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生互反的周期vco1信号和vco2信号，本案中vco1信号和vco2信号为占空比50％、周期10ms的互反信号，当vco1信号为低电平信号且vco2信号为高电平信号时，基准产生电路处于工作状态并将产生的基准电压prevref通过第二增强型nmos管mn2和第三增强型nmos管mn3传输至第二电容c2再最终产生vref电压，当vco1信号为高电平信号且vco2信号为低电平信号时，基准产生电路处于关闭状态，此时通过第二电容c2维持输出的vref电压。
[0035]
当负载检测电路检测到实际负载值大于预设负载值的时候，关闭振荡器和分频器以降低功耗，负载检测电路输出负载检测信号传递至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生vco1信号和vco2信号，此时vco1信号为低电平信号，vco2信号为高电平信号，使得基准产生电路处于工作状态并将产生的基准电压prevref通过第二增强型nmos管mn2和第三增强型nmos管传输至第二电容c2再最终产生vref电压，避免了大负载情况下第二电容c2不足以维持vref电压的情况。
[0036]
因此在系统处于轻载条件下，即负载检测电路的实际负载值小于预设负载值值时，系统通过振动器、分频器产生固定占空比的分频器信号并传输至逻辑控制电路，逻辑控制电路产生互反的vco1信号和vco2信号，使得基准产生电路处于不断地打开和关闭状态，通过第二电容c2维持基准电压vref，而由于负载较轻，vref漏电很小不会造成vref电压跌落，因此只要设置好vco1信号和vco2信号的占空比以及第二电容c2的大小，就可以在保持基准电压vref符合要求的前提下极大降低基准消耗的功耗，从而提高系统效率，提高整机续航。