一种模拟量监控单元及其芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种模拟量监控单元及其芯片，该模拟量监控单元包括至少两个模拟开关；至少两个监控参考值存储器；至少两个监控结果存储器；模数转换器，输入端连接各模拟开关；至少一个数字比较器，第一输入端连接模数转换器的输出端，第二输入端连接监控参考值存储器的输出端，输出端连接监控结果存储器；状态控制器，包括开关控制输出端和存储控制输出端，开关控制输出端连接各模拟开关的控制端，存储控制输出端连接各监控结果存储器的控制端。本实用新型专利技术电路简单、结构新颖，通过数字化减小芯片面积、降低成本、降低功耗，能够适应新工艺趋势，提高监控灵活性。提高监控灵活性。提高监控灵活性。

An analog monitoring unit and its chip

【技术实现步骤摘要】
一种模拟量监控单元及其芯片


[0001]本技术属于集成电路设计领域，尤其涉及一种需要对多个模拟量进行监控的MCU芯片。

技术介绍

[0002]很多MCU(微控制器、单片机)芯片需要实现对模拟信号的监控，例如其中一类针对电源管理细分应用的数模混合型MCU芯片，其需要输出可控电源，并监控负载电流是否过大、供电电压是否过高、大电流工作下芯片是否温度过高等，以针对过流、过温、超温等实现保护措施。以常见的双口电源适配器为例，其中通常有一个双USB type C端口PD协议供电管理MCU，该MCU供电输入通常是5V～20V，具体电压可以由MCU反馈调节，MCU内置两路DC
‑
DC转换器或者控制外部两路DC
‑
DC转换器，可以根据PD协议向两个type C端口输出两组独立电源，例如第一路是12V电压1A电流，第二路是9V电压2A电流。
[0003]传统的模拟量监控方案如图1所示，需要第一组差分运放对第一路电流采样后的毫伏级电压进行放大，并与第一DAC的值进行模拟比较，以确认第一路电流是否过流；需要第二组差分运放对第二路电流采样后的毫伏级电压进行放大，并与第二DAC的值进行模拟比较，以确认第二路电流是否过流；需要将供电电压分压后再与第三DAC的值进行模拟比较，以确认供电电压是否过高；需要将温度传感器的值与第四DAC的值进行模拟比较，以确认芯片温度是否过高。这种传统方案，随着监控的模拟量的数量增多，其芯片成本成将同比例增加，且在芯片设计完成后，后期无法增加监控通道，灵活性不够。
专利
技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了解决现有技术中，支持多通道模拟量监控的芯片电路复杂、成本高、灵活性差等问题，本技术提供一种模拟量监控单元及其芯片。
[0005]技术方案：一种模拟量监控单元，包括：
[0006]至少两个模拟开关；
[0007]至少两个监控参考值存储器；
[0008]至少两个监控结果存储器；
[0009]模数转换器，输入端连接各模拟开关；
[0010]至少一个数字比较器，第一输入端连接模数转换器的输出端，第二输入端连接监控参考值存储器的输出端，输出端连接监控结果存储器；
[0011]状态控制器，包括开关控制输出端与存储控制输出端，开关控制输出端连接各模拟开关的控制端，存储控制输出端连接各监控结果存储器的控制端。
[0012]进一步地，还包括数字选择器，所述监控参考值存储器通过数字选择器与数字比较器连接；数字选择器的输入端分别连接各监控参考值存储器，输出端连接数字比较器的第二输入端，控制端连接状态控制器。
[0013]进一步地，设监控参考值存储器与监控结果存储器的个数均为N，所述数字比较器
也有N个，各数字比较器的第二输入端分别连接N个监控参考值存储器，各数字比较器的输出端分别连接对应的N个监控结果存储器。
[0014]进一步地，还包括运算放大器，所述运算放大器的输出端通过模拟开关连接模数转换器的输入端。
[0015]进一步地，所述运算放大器的输入端连接模拟开关，所述模拟开关的控制端连接状态控制器的开关控制输出端。
[0016]进一步地，所述状态控制器包括状态机及优先队列存储器，所述优先队列存储器的输入端输入通用模数转换请求信号，优先队列存储器与状态机连接。
[0017]进一步地，还包括历史数据暂存模块和数据处理模块，数据处理模块的输入端连接历史数据暂存模块及模数转换器输出端，数据处理模块的输出端连接监控结果存储器。
[0018]进一步地，所述数据处理模块为数字滤波模块。
[0019]一种芯片，包括上述的模拟量监控单元、微处理器内核及IO引脚，所述微处理器内核连接模拟量监控单元中的状态控制器，IO引脚内接模拟量监控单元中的模拟开关。
[0020]一种芯片，包括上述的模拟量监控单元、微处理器内核及模拟采样模块，所述微处理器内核连接模拟量监控单元中的状态控制器及模拟采样模块，模拟采样模块的输出端连接模拟量监控单元中的模拟开关。
[0021]本技术提供一种模拟量监控单元及其芯片，相比较现有技术，存在以下有益效果：
[0022](1)电路简单，结构新颖。通过增加状态控制器等数字模块及模拟开关，充分复用了所有数模混合型MCU芯片和大多数通用MCU芯片所必然自带的 ADC模拟模块，以数字化控制和数模混合结构代替传统的纯模拟结构，仅用状态控制器和一套模拟电路即可实现多通道模拟量监控，且通过状态控制器保障了 ADC操作习惯仍然兼容普通MCU芯片ADC的操作习惯。
[0023](2)通过数字化减小芯片面积、降低成本。相比传统方案，本技术中的ADC是对普通MCU芯片自带ADC的分时复用，仅增加了状态控制器和模拟开关，但节省了多个DAC模拟模块和多个模拟比较器。而每一个DAC和模拟比较器的面积都比较大。通常，每个DAC中的数十个精密匹配电阻所占面积较大，以SAR型ADC为例，其相当于一个DAC加一个模拟比较器，换算下来，一个DAC的面积相当于一个ADC面积的7成到8成，故节省几个DAC就相当可观。
[0024](3)更好的适应新工艺趋势。数字模块随着工艺提升可以大幅降低面积和成本，例如28nm下数字MOS管的L值仅为30nm左右。而模拟电路需要考虑离散性和匹配性、需要支持2.5V甚至5V等模拟电源电压，所以模拟MOS管通常采用IO器件，其L值的规则极限在250nm左右(5V电压对应500nm)，如考虑匹配性通常选500nm以上(5V电压对应800nm以上)。而且，IO器件和模拟器件的尺寸受制于电压和微电子应力，基本上不随工艺提升。所以，越是工艺提升，本方案越能大幅降低成本。
[0025](4)降低了功耗。每个DAC都存在静态电流，从数百uA到数十uA不等，每个运放和模拟比较器也存在静态电流，从数百uA到数uA不等，本方案用数字化技术减少了模拟电路的使用，有助于降低整体的静态功耗。
[0026](5)增加了MCU应用的灵活性。通过状态控制器设置不同的参数，对监控哪些模拟量可以动态调整，不会像传统方案针对不同应用可能存在模拟比较器和DAC等资源不足或
者浪费的多种情况。另外，便于对监控结果作后续进一步的数据分析，例如分析趋势，或者增加数字滤波以避免偶尔的毛刺和干扰造成误操作。
附图说明
[0027]图1为现有的带有多路模拟量监控的MCU结构示意图；
[0028]图2为实施例一模拟量监控单元的结构示意图；
[0029]图3为实施例二模拟量监控单元的结构示意图；
[0030]图4为实施例三模拟量监控单元的结构示意图；
[0031]图5为实施例四包含模拟量监控单元的MCU的结构示意图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步解释说明。
[0033]实施例一：
[0034]一种芯片，包括下述的模拟量监控单元、微处理器内核及IO引脚，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟量监控单元，其特征在于，包括：至少两个模拟开关；至少两个监控参考值存储器；至少两个监控结果存储器；模数转换器，输入端连接各模拟开关；至少一个数字比较器，第一输入端连接模数转换器的输出端，第二输入端连接监控参考值存储器的输出端，输出端连接监控结果存储器；状态控制器，包括开关控制输出端与存储控制输出端，开关控制输出端连接各模拟开关的控制端，存储控制输出端连接各监控结果存储器的控制端。2.根据权利要求1所述的模拟量监控单元，其特征在于，还包括数字选择器，所述监控参考值存储器通过数字选择器与数字比较器连接；数字选择器的输入端分别连接各监控参考值存储器，输出端连接数字比较器的第二输入端，控制端连接状态控制器。3.根据权利要求1所述的模拟量监控单元，其特征在于，设监控参考值存储器与监控结果存储器的个数均为N，所述数字比较器也有N个，各数字比较器的第二输入端分别连接N个监控参考值存储器，各数字比较器的输出端分别连接对应的N个监控结果存储器。4.根据权利要求1至3任一所述的模拟量监控单元，其特征在于，还包括运算放大器，所述运算放大器的输出端通过模拟开关连接模数转换器的输入端。5.根据权利要求4所述的模拟量监控单元，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春华，
申请(专利权)人：南京沁恒微电子股份有限公司，
类型：新型
国别省市：